CN1972090B - 一种发电电动一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发电电动一体化装置，包括有U型电磁铁，强永磁体活塞，曲轴，以及发电装置和电动装置；所述U型电磁铁其两端的磁极在电磁铁磁极转换装置的作用下不断变换，且同一时刻，U型电磁铁两端的磁极相反；所述强永磁体活塞在U型电磁铁的不断变化的磁极磁场作用下，做相向和背向U型电磁铁的往复运动；所述发电装置为绕置于强永磁体活塞外部的线圈；所述曲轴与强永磁体活塞通过连杆连接；所述电动装置为与曲轴连接的传动装置。本发明可实现发电电动一体化功能，又可以实现高转速大动力的输出。
Description
技术领域
本发明属于发电及电动一体化设备。
技术背景
传统的发电机及电动机均是各自独立的设备，要同时使用发电机和电动机时，需要两台设备，即浪费能源，又占据空间，在实际使用过程中具有较大的局限性。
随着技术的不断发展，出现了一体化的电动发电机，但大部分都是靠定子、转子来实现电机的运转，如中国发明专利申请号为03145184.5的发明专利申请公开了一种“一体化电动发电机”，其包括机罩壳、端盖、定子、转子、电机轴、换向器、弹性滑动铜片、电环，其发明点在于定子采用和电机轴同心的双层电枢，两层电枢间留有间隙，转子为镶嵌有永磁体磁极的筒形磁极环，转子设在双层电枢的间隙中，且电枢与磁极间留有气隙，在端盖与电机轴间设有轴承，该发明专利申请的优点是利用了磁极两个面的异生磁场，从而使一个电动机同时输出机械能和电能，达到了电动发电一体化的目的。
但由于该设备采用定子、转子相配合的结构，所以输出的动力有限，通常仅适合于各种小型机器及其它设备使用，无法满足高转速大动力的输出要求，如果要实现高转速大动力，势必要增加设备的体积，也具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种既实现高转速大动力输出，又同时能实现发电功能的发电电动一体化装置。
为了实现上述发明目的，采用的技术方案如下：
一种发电电动一体化装置，包括有U型电磁铁，强永磁体活塞，曲轴，以及发电装置和电动装置；所述U型电磁铁其两端的磁极在电磁铁磁极转换装置的作用下不断变换，且同一时刻，U型电磁铁两端的磁极相反；所述强永磁体活塞在U型电磁铁的不断变化的磁极的磁场作用下，做相向和背向U型电磁铁的往复运动；所述发电装置为绕置于强永磁体活塞外部的线圈；所述曲轴与强永磁体活塞通过连杆连接；所述电动装置为与曲轴连接的传动装置。
本发明通过强永磁体活塞在可转换磁极的U型电磁铁的磁场作用下，在线圈内做来回运动，而切割磁力线发电，另一方面又通过连杆带动曲轴的转动，从而也带动电动装置的运作，实现了发电、电动一体化，又在强磁力作用下，活塞的往复运动实现了高转速大动力的输出，此时，转速决定于单位时间内活塞的冲程，所以通过加大活塞的冲程或增强U型电磁铁与活塞的磁作用力，均可提高本发明的转速及动力输出。
更进一步的，本发明包括两个强永磁体活塞，所述每个强永磁体活塞外壳由耐磨合金制成，壳内为强永磁体，且活塞上端设置有用于连接连杆的连接耳，活塞设置于开敝式活塞导向缸套之中，并设置有与活塞导向缸套内表面的滑轨相对应的滑轮；两个活塞导向缸套垂直固定于U型电磁铁两端磁极的正上方；所述作为发电装置的线圈绕置于活塞导向缸套的外表面。
相应的，本发明还设置有两个曲轴机体壳，两个曲轴机体壳固定在两个活塞导向缸套的上方，每个曲轴机体壳内均安装有曲轴，曲轴分别通过销轴与连杆活动连接，且销轴的位置相对错开。故而，本发明可采用两套通过连杆连接的活塞与曲轴，两个活塞分别正处于U型电磁铁的两磁极正上方，由于U型电磁铁的两个磁极相反，而两个活塞的磁极一致，所以在U型电磁铁的作用下，两个活塞的冲程相反，而由于曲轴与连杆连接的销轴位置刚好错开，所以，活塞的冲程相反正好带动曲轴转动的互补，实现了高转速大动力的性能。
所述两个曲轴中心轴相近的一端通过连轴套或连轴齿轮连接在一起，构成为同心轴，实现转动的互补；同样的，本发明也可采用多套设备互连，通过曲轴的连接，实现多冲程动力输出。
所述U型电磁铁由U型硅铁芯片及绕在其上的线圈组成，U型电磁铁两极向上固定于垫板上安装在封闭式机体壳内，封闭式机体壳两端设置有单向冷却介质注入口和排放口。
所述的电磁铁磁极转换装置由凸轮、磁极转换开关、电路板组成，四个凸轮分两组分别固定安装在两个传动曲轴的各两侧，同一组凸轮的凸位一致，而两组凸轮的凸位错开，四个磁极转换开关分为两组分别固定在两个曲轴机体壳上部分，在每个曲轴的各两侧分别与两组凸轮对应接触；电路板安装在U型电磁铁的机体壳一侧，电路板将外输入电源线路分为两组，分别与两组磁极转换开关连接，从两组磁极转换开关引出两组接通电源线路接回到电路板，电路板将两组接通电源线路正负极错开并联，并联后引出两条线路与U型电磁铁线圈两端相接。上述结构，由于两组凸轮的凸位错开，随着凸轮的转动，与两组凸轮接触的两组磁极转换开关轮流接通电源。可转换磁极U型电磁铁线圈不间断地轮流接通从两组磁极转换开关输送来的正负极不同的电源，使U型电磁铁的两端磁极始终相反，且磁场磁极又不断地发生转换，实现了U型电磁铁的可转换磁极功能。
本发明具有如下特点：
1、节能、高效。
本发明的U型电磁铁两极磁场同时产生磁能作用，两个强永磁体活塞共同作用于同心轴，充分利用电磁效力，大幅度提高磁能效应。
2、强磁力、附加值。
本发明通过封闭式的可转换磁极U型电磁铁机体壳两端设置注入口和排放口，通过压力泵循环注入和排放冷却介质，冷却电磁铁，从而能够最大限度地增大U型电磁铁线圈的电流量，大幅度提高电磁铁磁场的磁力。根据冷却介质在冷却电磁铁的同时遇热澎胀的原理，利用冷却介质从排放口喷射出的动力，推动附设发电机发电。
3、动力强劲，转速快。
本发明通过U型式电磁铁和双活塞式强永磁体作电磁驱动，磁场中磁力最强的磁极相对同时起吸、斥作用，作用力强劲；活塞式运行，完成一次往复运行的行程短，因此双活塞同时完成一次往复行程，能够快速强劲地带动连动装置作运转，输出快速强劲的动力。
4、动力输出平稳、均衡。
强永磁体活塞完成每次往复行程都是由电磁铁磁场与强永磁体活塞磁场最强的磁极垂直相对作连续的吸、斥驱动。两个永磁体活塞是连动的，在同时完成一次往复行程中所受到磁场的吸、斥驱动是同时作用的。所以两个永磁活塞在运行过程中所受到磁场磁力的作用力是十分均匀的，输出的动力也就十分平稳、均衡。动力输出的平稳、均衡减小了振动，同时也保证了输出动力的强劲。
5、采取开敝式永磁体活塞导向缸套和强永磁体活塞配置滑轮，能减少强永磁体活塞摩擦力及阻力，提高能动力，减少材料发热，提高材料寿命。开敝式活塞导向缸套减少强永磁体活塞磁场对发电线圈的阻隔。
6、兼具发电、电动功能。发电功能只需增加发电线圈而不需增加更多配置，并且发电不额外消耗动力。所产生电源可作循环补充蓄电或作为驱动多机连机电源或对外输出电源。
7、磁极转换装置设置准确、简单、合理。磁极转换凸轮是固定安装在传动曲轴上并同步运转。而传动曲轴的转动是强永磁体活塞在磁场磁力的驱动下通过连杆传动的。磁场产生磁力驱动是电磁铁线圈通过输入的电源发生电极不断转换而产生磁场磁极不断转换，使磁场不断发生同性相斥、异性相吸作用，从而驱动强永磁体活塞作运动。电源发生电极转换是由随传动曲轴转动的磁极转换凸轮触动磁极转换开关接、断电源，并由电线路通过磁极转换电路板线路分配输送给电磁铁线圈的。整套磁极转换装置连动，保证了U型电磁铁磁极转换的准确性和可靠性。支臂式磁极转换开关采用接触式接、断电源，避免电擦式开关产生火花和发热。磁极转换电路板设置合理、紧凑。
8、动力输出方式灵活多样。传动曲轴可相对于机体作90度方向固定输出动力。可向不同方向分轴同时输出动力。
9、动力组合。沿传动曲轴中心轴方向多机连轴平行排列组合为电动机组。并可增加一条中心传动轴，多机围绕中心传动轴横截面排列成电动机组。也可再沿中心传动轴纵方向排列多组电动机组，形成强大的动力组合。
10、本机整合兼具现有电动机和活塞式内燃机的优点，并具有无污染、零排放、无噪声、动力输出持续、振动小的优点。克服了现有电动机动力不强、转速不快的缺陷。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视图；
图3为本发明的电磁铁磁极转换线路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
本发明的结构如附图1、附图2所示，由可转换磁极U型电磁铁部分、强永磁体活塞部分、发电部分、传动部分、电磁铁磁极转换装置等五大部分组成。
可转换磁极U型电磁铁部分由U型硅铁芯片11、线圈12、封闭式机体壳13、固定垫片14、单向冷却介质注入口和排放口15组成。硅铁芯片11及绕在硅铁芯片上的线圈12组成可转换磁极U型电磁铁，U型电磁铁磁场磁极的转换由其线圈12接通磁极转换电路板16输入的不间断转换正负极的电源而产生；封闭式电磁铁机体壳13为矩形体。机体壳底盖板131通过螺杆132固定在机体壳上形成封闭式的机体壳。底盖板131上设置有中空的U型电磁铁固定垫板14。U型电磁铁两极向上固定于垫板上安装在封闭式机体壳内；封闭式机体壳两端设置有单向冷却介质注入口和排放口15。冷却介质通过压力泵注入机体壳内。冷却介质在机体壳内遇热(电磁铁线圈通电后发热)澎胀到具有一定压力后从具有弹簧压力装置的排放口排出机体壳外，通过回收装置冷却再由管道将冷却介质输送回压力泵，利用冷却介质从排放口喷射出的动力还可加装发电装置实现附加发电。冷却介质循环冷却绕在U型电磁铁的线圈，使线圈能够通过最大电流量而使电磁铁能够获得最大磁场磁能。
强永磁体活塞部分由两个强永磁体活塞21及两个开敝式永磁体活塞导向缸套22组成。强永磁体活塞21为四方柱形，外壳由抗磁性耐磨合金制成，壳内为强永磁体，活塞上端有连接耳211。每个强永磁体活塞21都设有四个滑轮212。两个强永磁体活塞21磁极一致，分别安置于两个强永磁体活塞导向缸套22内。强永磁体活塞连接耳211通过销轴23与连杆24的下端活接。两个四方柱形的开敝式强永磁体活塞导向缸套22分别垂直固定于可转换磁极U型电磁铁两磁极的正上方。两个强永磁体活塞21在两个开敝式永磁体活塞导向缸套22内分别对正可转换磁极U型电磁铁两端磁极。两个强永磁体活塞导向缸套22上端与传动曲轴机体壳31固定连接。两个固定磁极的强永磁体活塞21在对正的可转换磁极U型电磁铁反复转换磁场磁极，不断产生同性相斥异性相吸的作用下，作纵向往复运动，通过连杆24带动传动曲轴32运转，把磁能变为机械能输出动力。所述活塞及活塞缸套也可采用圆柱形结构。
发电部分由分别绕在两个开敝式强永磁体活塞导向缸套22外的两个互相连接的线圈25组成。两个线圈25通过导向缸套22内强永磁体活塞21上下往复运动磁场不断发生变化而产生电流。其产生的电源由导线输送回电瓶作电源补充或作多机连机电源或者作为电源输出。
传动部分由传动曲轴机体壳31、传动曲轴32、连杆24等组成。两个传动曲轴机体壳31为矩形体，平行分别固定在两个开敝式强永磁体活塞导向缸套22上。机体壳31以传动曲轴轴承孔中心水平分为上下两部分，上半部分高出下半部分一定高度，以预留一定空间安装转换磁极开关33。上下两部分通过固定螺杆34结合为一体；两个传动曲轴32安装在两个机体壳31内，分别通过销轴35与两条连杆24一端活接。两条连杆24另一端又分别通过销轴23与两个强永磁体活塞21活接。两个传动曲轴32中心轴相近的一端通过连轴套36(连轴齿轮)连接在一起，成为同心轴。两个传动曲轴32的连杆销轴35位置相对错开，以使两条连杆24另一端活接的两个强永磁体活塞21在导向缸套22内的位置相对错开。
电磁铁磁极转换装置如附图1、附图2及附图3所示，由凸轮41、磁极转换开关33、电路板42组成。四个凸轮41分两组分别固定安装在两个传动曲轴32的各两侧，与传动曲轴32同步运转。同一组凸轮41的凸位一致，而两组凸轮41的凸位错开。两组凸轮41的凸位是根据两个传动曲轴连杆销轴35的位置相对设定。四个磁极转换开关33分为两组分别固定在两个传动曲轴机体壳31上部分，在每个曲轴的各两侧分别与两组凸轮41对应接触；电路板42安装在可转换磁极电磁铁机体壳13一侧。电路板42将外输入电源线路分为两组，分别与两组磁极转换开关33连接。从两组磁极转换开关33引出两组接通电源线路接回到电路板42。电路板42将两组接通电源线路正负极错开并联，并联后引出两条线路与可转换磁极U型电磁铁线圈两端相接。由于两组凸轮41凸位错开，随着凸轮的转动，与两组凸轮41接触的两组磁极转换开关33轮流接通电源。可转换磁极U型电磁铁线圈12不间断地轮流接通从两组磁极转换开关33输送来的正负极不同的电源，使电磁铁11的磁场磁极不断地发生转换，对两个强永磁体活塞21不断地作异性相吸、同性相斥的磁力作用，使两个强永磁铁活塞21不断地作往复运动，通过传动装置将磁能转变为机械能输出动力。
本发明的特点为双活塞式电动机，又兼具发电功能。活塞式电动机是全程电动机。永磁体活塞在往复运行全过程都受到磁场磁力的驱动，优于汽油机、柴油机在共活塞二冲程、四冲程的运行过程中有一半以上的运行是为缸体排汽、压缩缸内空气，这过程不作功而只耗能。相对于现有电动机来讲，现有电动机磁力驱动是侧面吸、斥作用，输入相同的电力产生的磁场磁力分散。此外，现有电动机完成运转一周时间较长，特别是大功率电动机的运转时间则更长，输出动力的转速较慢。本发明将解决长期以来现有电动机转速不快的问题。
本发明具有活塞式内燃机动力强、转速快的优点，但克服了内燃机动力输出有间缭、较振动、噪声大、废气排放的缺陷；制造工艺简易，便于安装检修，相对体积小(特别是大功率机)、兼具发电功能、耗电少。便于组合，提升动力；可兼容多项高新技术成果；适用性广、如作为汽车(机车)动力，改装方便。
Claims (4)
1.一种发电电动一体化装置，其特征在于包括有U型电磁铁，强永磁体活塞，曲轴，以及发电装置和电动装置；
所述U型电磁铁其两端的磁极在电磁铁磁极转换装置的作用下不断变换，且同一时刻，U型电磁铁两端的磁极相反；所述强永磁体活塞在U型电磁铁的不断变化磁极的磁场作用下，做相向和背向U型电磁铁的往复运动；
所述发电装置为绕置于强永磁体活塞外部的线圈；
所述曲轴与强永磁体活塞通过连杆连接；
所述电动装置为与曲轴连接的传动装置；
还设置有两个曲轴机体壳，两个曲轴机体壳固定在两个活塞导向缸套的上方，曲轴机体壳内均安装有曲轴，曲轴分别通过销轴与连杆活动连接，且不同曲轴机体壳内的曲轴所设置的销轴的位置相对错开；
所述的电磁铁磁极转换装置由凸轮、磁极转换开关、电路板组成，四个凸轮分两组分别固定安装在两个曲轴机体壳内的曲轴两侧，同一组凸轮的凸位一致，而两组凸轮的凸位错开，四个磁极转换开关分为两组分别固定在两个曲轴机体壳上部分，分别与两组凸轮对应接触；电路板安装在U型电磁铁的机体壳一侧，电路板将外输入电源线路分为两组，分别与两组磁极转换开关连接，从两组磁极转换开关引出两组接通电源线路接回到电路板，电路板将两组接通电源线路正负极错开并联，并联后引出两条线路与U型电磁铁线圈两端相接。
2.根据权利要求1所述的发电电动一体化装置，其特征在于包括两个强永磁体活塞，所述每个强永磁体活塞外壳由耐磨合金制成，壳内为强永磁体，且活塞上端设置有用于连接连杆的连接耳，活塞设置于开敝式活塞导向缸套之中，并设置有与活塞导向缸套内表面的滑轨相对应的滑轮；两个活塞导向缸套垂直固定于U型电磁铁两端磁极的正上方；所述作为发电装置的线圈绕置于活塞导向缸套的外表面。
3.根据权利要求1或2所述的发电电动一体化装置，其特征在于所述两个曲轴机体壳内的曲轴在中心轴相近的一端通过连轴套或连轴齿轮连接在一起，构成为同心轴。
4.根据权利要求3所述的发电电动一体化装置，其特征在于所述U型电磁铁由U型硅铁芯片及绕在其上的线圈组成，U型电磁铁两极向上固定于垫板上安装在封闭式机体壳内，封闭式机体壳两端设置有单向冷却介质注入口和排放口。
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| CN1199273A (zh) * | 1997-05-13 | 1998-11-18 | 张吉林 | 往复式磁力发电—电动机 |
| CN2465388Y (zh) * | 2001-02-22 | 2001-12-12 | 唐朝东 | 电磁动力机 |
-
2006
- 2006-10-20 CN CN2006101229297A patent/CN1972090B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5341055A (en) * | 1992-08-07 | 1994-08-23 | Roche Robert J | Combination reciprocating motor and inverter |
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| CN1972090A (zh) | 2007-05-30 |
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