CN1694337A - 高能电子复动机 - Google Patents

Abstract

一种开发磁能，替代和节约电能的高效直线往复式动力机械，适用于直线往复式做工机械的直接驱动。其实质是应用高效永磁材料的内存“物理能源”作为动子，仅用少量变频脉冲电流给定子励磁，以获得比输入电能大得多的直线往复式动力。在能源日趋紧张，污染严重之际，开发既无污染又能重复使用的新能源机械。不但实现一劳永逸，长期高效节能，而且能利用其直线往复式动力，直接推动油田采油泵活塞之类直线往复式做功机械，实现机电一体化，省略减速机、曲柄、连杆、游梁、井架和抽油杆，大幅度削减成本，缩小体积，减轻重量，消除中间装置的磨损与功耗。该机采用脉冲供电，提高了功率因数和轴功率，使两相三相均可运行，没有缺相故障，方便可靠。

Description

高能电子复动机

所属技术领域

本发明涉及动力机械制造领域，尤其是开发应用新能源的直线往复式动力机械。

背景技术

本发明现有技术领域的已有技术是：将电能转换成旋转动力的各种交、直流电动机和电磁式压缩机。其中电磁式压缩机，早因频率响应与功耗的致命矛盾而淘汰。最常用的交流电动机本身没有任何能源，不但全靠电能驱动，而且因感性负载的功率因数低而大打折扣。加上交流电动机的转子不通电，全靠定子通电后给转子铝条上感应电流，因而起动力矩小，轴功率差，工作效率低，能耗较高。直流电动机虽有永磁能量参与，却因电刷的致命弱点而用量很少。另外，电动机只能输出高速旋转动力，这对油田抽油机活塞等需要直线往复式动力的机械(如压缩机活塞、活塞泵等)来说，必须通过减速机来减速增矩，并通过曲柄、连杆、游梁、井架等转换装置，将圆周动力转变成直线往复式动力后，才能驱动做工机械进行作业。由于减速机、井架等装置体积庞大，因而，原材料成本高，各级传动摩擦功耗也高。

发明内容

本发明的目的是：为了开辟既无污染，又能反复多次使用的物理能源，来替代部分电能，实现对物理能源的开发利用的目的，发明一种能直接输出直线往复式动力的“高能电子复动机”，来开发应用高效磁性材料的内存‘物理能源’，取代动子励磁电能。同时应用变频脉冲电流对定子励磁，以提高轴功率和功率因数，达到高效率的动力输出。另外，在需要直线往复式动力的机械上，应用其直线往复式动力取代电动机直接驱动，可实现高效节能和机电一体化，尤其是作成油田采油泵，不但取代电动机节能，而且省略传动轮、减速机、曲轴、连杆等中间转换装置，缩小体积，大量节约原材料，降低成本80％以上，减少工艺难度，延长寿命。

本发明的设计方案是：利用高效永磁材料作动子，定子部分是可以控制的电磁场，只要让定子电流按照动子运动的需要而有序的交替变化，定子磁极性必然跟着交替变化，结果必然使定子与动子的受力关系也同样交替变化。从而使动子与定子处于吸引与推斥的交替受力中。由于定子被固定，动子必然在吸引与推斥交替进行过程中，得到与定子的反作用力而进行往复运动。

附图1所示的高能电子复动机，分为定子和动子以及变频脉冲电源三大部分。其中定子部分由附图1中的后绕组6、前绕组10和后铁心4、中铁心8、前铁心13和外铁心12按图1所示结构组合而成，并由后端盖20和前端盖16将定子固定在机壳7的内部。

动子部分由高能永磁材料加工而成的后磁体5、前磁体11按附图1所示的结构装在动子铁心9的前、后两个外圆槽中，动子在心轴1和铜套17的扶正支撑中，与定子铁心保持悬浮状态，并可前后滑动。

电源部分是根据电子复动机的工作需要而设计配套的。具有变频，合成脉冲和自控换向三项功能。根据本人提出的“往复式高能电子动力学”理论(未发表)，动子功率与动子重量成正比，并与惯性和惰性也成正比，而与频率响应成反比。即功率越大动子越重，其惯性和惰性的功耗也越大，因而要求工作频率越低越好。所以要用专用变频电源来为定子绕组提供比电源的50HZ频率低得多的交变脉冲电源。同时，动子在往复运动每到达上、下止点时，需要转换定子电流方向。因而，采用H器件作为动子位置传感器来及时提供动子位置信号，并通过集成电路IC1和IC2来给定子绕组转换电流方向。

附图2是电子复动机的专用变频脉冲电源部分的电路原理图。工作时，A、B、C三个输入端不分相位，可任意接入三相或二相交流电。通电后：交变电流经IC1(相桥模块BM850)进行整流，并产生交变脉冲后，直接供给复动机(FDJ)定子绕组，对定子进行交变励磁。其控制部分由H1、H2和IC2以及外围电路组成。工作时，由IC1输出低压电流，经保护电阻R1降压后，由D1稳压，C1滤波，输出24V电压，供给H1、H2。并经R5再次降压，C3滤波，D8稳压，向IC2供电。再由IC2对相桥模块IC1进行换向控制。设在定子两端的H传感器负责提供动子位置信号。当定子每次接近止点时，该磁极正好与该点的H器件的工作面重合，H器件立即输出信号，经IC2进行处理延时后，先输出关断信号，经适当延时后，控制相桥模块BM850对定子绕组进行换向供电。由于电流方向的改变，定子磁极性也同样跟着改变。

由于动子磁场悬在定子中，当定子的中铁心8被后绕组6和前绕组10励磁为S极时，后铁心4和前铁心13必然为N极。这时，动子后磁体5的外圆N极与定子后铁心4相推斥，而与定子中铁心8的S极相吸引，动子受力向前运动；同时，动子前磁体11的外圆是S极，与定子中铁心8的S极相推斥，而与前铁心13的N极相吸引，动子也是向前运动。这与后部的N极磁体受力方向完全一致。于是动子通过轴杆15输出“向前推力”。当动子向前运动到接近止点时，动子前磁体11与前端的H器件14重合，前H器件输出换向信号。经IC1放大、延时处理后，控制IC2对定子绕组的电流方向进行转换。结果，使定子电流方向变为反方向，定子所有铁心被反向励磁，动子向前推动力也变成向后拉动力。当动子向后运动到接近止点时，动子后磁体5与后端的H器件3重合，后H器件也输出换向信号，同样经IC2心片处理后控制IC1再次换向，动子开始重复前一次运动过程。如此反复运动下去；通过轴杆输出直线往复式动力。关键是设在定子上的两个H器件必须在动子运动每接近前、后止点时，能及时发出换向信号，使IC1准确控制IC2及时切断电流，并延时转换电流方向，确保动子往复运动的程序，从而达到让动子有序的进行往复运动，并通过轴杆输出直线往复式动力。在起动时，定子处在中间位置，H无信号输出时，则由R4向IC2提供50HZ任意方向的起动电流，使动子起动，以后靠H控制。但在H无信号时，IC1也会自动换向，但频率只有正常运行的1/3，作为自动保护性输出。当然，在空载运行时，动子往复动作频率将会增高，但IC1会控制电流，使动子保持适当动作频率。

本发明的有益效果是

1、高效节能：高能电子复动机只给定子通电励磁，动子利用高效磁体的内存物理能源，非但不用电能励磁，却比电励磁的强度大的多。这不但节省了动子励磁电能，还使轴功率大幅度提高。作为物理能源开发机械，实现了一劳永逸，长期高效节能的目的。另外，定子和动子磁力属性明确，磁场相互作用更加强烈。因而起动力矩大、效率高。在功率因数方面，高能电子复动机采用超低频交变脉冲电流供电，电流波形滞后因素极小，功率因数接近1。与普通交流电动机相比，总节能效率高达70％以上。

2、降低整机成本：高能电子复动机输出直线往复式动力，若用来直接驱动抽油机活塞，组成机电一体化的新型采油泵，不但取代电动机，还可省略传动部分和减速机、曲柄、连杆以及游梁、井架等较大的中间转换和传动装置。整机成本只有15％，并大量节约原材料，缩小体积，减少工艺难度。

3、方便、可靠：高能电子复动机不但应用了高能永磁材料的永久性能源，同时实现了减速增矩和直线往复式直接驱动。与感应电动机比，高效节能。与直流电机比，不但省略了转子绕组和碳刷，而且没有电火花和杂波干扰。由于定子电流方向的转换是在交流电的波形过0时进行，安全可靠，没有电源谐波干扰。而且，不分相位，两相、三相均可运行，没有缺相故障。

4、开发磁能、保护环境：由于煤碳、石油天然气等“化学能源”的储量毕竟有限，这些化学能源又都是一次性的，而且在使用时，都有环境污染。随着开采量的进一步大量增加，必然引发能源危机。近年来电力供应不足，节能技术得到重示。高能电子复动机主要应用高能永磁材料的永久性“物理能源”，它与“化学能源”不同，首先没有任何环境污染，还可一次投入，一劳永逸，长期重复使用。早日开发可重复利用的清洁能源对人类长远利益意义重大。

附图说明：

图1是高能电子复动机总体接构图。

图2是高能电子复动机电路原理图。

其中图3是高能电子复动机心盖。

图4是高能电子复动机心轴。

图5是高能电子复动机外铁心。

图6是高能电子复动机定子铁心。(3件)

图7是高能电子复动机绕组。(2件)

图8是高能电子复动机机壳。

图9是高能电子复动机前端盖。

图10是高能电子复动机后端盖。

图11是高能电子复动机动子铁心。

图12是高能电子复动机高能磁体。

图13是高能电子复动机轴杆。

图14是高能电子复动机铜套。

图15是高能电子复动机接线盒。

图16是高能电子复动机电路板。

实施例：

图1-16是高能电子复动机的一种实施例。

实施：先按图3-15的要求加工各零部件，并按图16定制引刷电路板。再按图1、图2所示，外购标准件和下列电子元器件：R1/1K、R2/4.7K、R3/4.7K、R4/10K、R5/2K、R6/7.5K、R7/3K、R8/5.1K、R9/10K、R10/10K；C1/100微法25V、C2/0.01微法/63V、C3/100/16V；D1/24V/稳压管、D2-5/1N4007、D6/12V稳压管，H1、H2/磁控器件，IC1/BM850/专用换向模块，IC2/BM8525/专用变频处理电路，FDJ/复动机。同时，参照图7所示，在绕组骨架上绕线：线号1.12，分层密绕800匝，层间玻纤漆布绝缘。再参照图1的总体结构关系，按下列步骤进行装配。

1、专用电源部分：先将附图16所示的印制电路板通过流水生产线插装图2上的各个电子元器件；锡焊后，选用三只10A的接线柱，作为电源接线端子将IC1的A、B、C三个输入端与电路板紧固。并选用两套三芯接插件，将两个3针插座分别焊接在电路板上标有H字样的两组端点上。再给2只H器件上分别焊接3根20cm长的引出线，并按图2中的H器件管脚顺序分别与两个插件相接后备用。

2、定子部分：先在图8的机壳上按图1所示位置装上图15的接线盒19，用M6标准件紧固。再将图6所示的定子铁心和图7所示的定子绕组按附图1中的前后顺序，将后铁心4、后绕组6、中铁心8、前绕组10、前铁心13按图1所示位置装入图5所示的外铁心12以内，再将外铁心12及定子组件入图8所示的机壳7之中，并通过出线孔将定子绕组出线穿到接线盒中。然后，再将两个H器件3、14按图1所示位置面向轴心的固定在定子前后两个端面上，并将引出线和插头通过机壳上的线孔穿入接线盒中。最后装上前后两个端盖，加以固定。

3、动子部分：先将图12所示的高能磁体按图1中后磁体5和前磁体11所示位置装在图11所示的动子铁心9的前后两个外圆槽中，用沉头M6紧固，再将图13所示的轴杆15通过螺纹装上在定子铁心9的前端，并紧固。

4、总装：A、机械部分：为了防止动子猛然吸入永磁定子，引起事故，先在前端盖上装上顶丝杆，再将动子轴杆穿过定子，并插入前端盖的铜套中后，将动子再向前推至顶丝限位点，在退出顶丝的同时，让动子跟着吸入定子中。再拆下顶丝杆，换上封堵螺丝。然后，再将图4所示的心轴2装在图3所示的心盖1的镙孔上，再将心轴插入动子中心孔，全部推入后，用M6将心盖与后端盖紧固。

B、电源部分：先将装好的电路板18安装在接线盒19之内，用4只M5紧固。再将图7所示的定子后绕组6和前绕组10的4根引出线中2与4联接，再将1、3两线加装线鼻子，并用M6紧固在IC1上端的两个输出端镙孔上。再将前后两个H器件的插头分别插在电路板上前后两个插座上。装上电源盒盖。

5、调试与安全：打开电源盒盖，在A、B、C三个接线端子上分别接上三相电源线。若用两相供电时，只接任意两个接线柱，空一个接线柱即可。通电后动子即可输出往复式动力。由于直线运动反作用力较大，机座必须固定。另外，人体离开动子轴向50厘米，以防动子轴冲出碰人。

Claims (6)

1、高能电子复动机是一种开发“物理能源”的新型动力机械。其特征是：利用高效永磁材料的内存“物理能源”作为动子磁场，而使用较少的电能去激励设在动子磁场外围的定子，从而取得比输入电能大得多的直线往复式动力输出。

2、根据权利要求1所述的高能电子复动机，其特征是：电流沿圆周方向流动，而动子沿轴向往复运动。

3、根据权利要求1所述的高能电子复动机，其特征是：定子前后两端，各装有一个用来监测动子位置的H传感器。

4、根据权利要求1所述的高能电子复动机，其特征是：动子磁场由高能永磁材料按不同要求组合而成。每组外圆(或内圆)磁极性完全一致。动子前、后相邻两组磁体的的极性相反。

5、根据权利要求1所述的高能电子复动机，其特征是：定子由圆形螺线管式电磁绕组、圆形铁心按不同要求组合而成。

6、根据权利要求1所述的高能电子复动机，其特征是：定子所用励磁电流为组合式交变脉冲电流。

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