CN201956955U - 一种电力活塞式电动机的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电力活塞式电动机的控制系统，其包括：多个电磁铁，电磁铁设于转轴上，该转轴的一端经一变速箱与一步进电机传动相连；所述线圈驱动电路和步进电机与一CPU单元相连；邻近缸体的上、下止点处分别设有与CPU单元相连的上、下行程开关；所述缸体的底部设有一与所述CPU单元相连的霍尔传感器。工作时，电磁铁的线圈电流方向始终保持不变；在活塞即将到达上、下止点时，控制电磁铁旋转180°，以快速切换电磁铁上下端的极性，从而使电磁铁反复对活塞产生作用力，进而驱动曲轴，使本实用新型的电动机的输出功率或扭矩具有较好的连续性和稳定性。

Description

一种电力活塞式电动机的控制系统

技术领域

本实用新型涉及电动机的技术领域，具体是一种电力活塞式电动机的控制系统。

背景技术

中国专利文献CN101860168A公开了一种电力发动机，其把传统发动机供气、供油、排气、点火系统去掉，用电磁铁组件替代，活塞内部嵌入永久磁铁，然后通过控制电磁铁线圈的电流方向来控制活塞在缸内上下位移，活塞经连杆曲轴机构对外输出动力。该电力发动机适用于汽车、摩托车等交通工具。

类似上述技术方案的专利文献，还有CN1996724A、CN1255767A、CN200990555Y等。

上述现有技术中的电力活塞式电动机的不足之处在于：通过频繁切换流经电磁铁线圈的电流方向来改变电磁铁的极性，从而控制电磁铁与活塞的作用力的方向，进而控制活塞的往复位移；但在实际实施过程中，由于电磁铁线圈的电流方向不能瞬时改变，导致无法确保电动机的输出功率或扭矩的连续性和稳定性。因此，采用切换流经电磁铁线圈的电流方向来改变电磁铁的极性，从而控制活塞的位移方向的技术方案，不具有实用性。

为解决上述技术问题，中国专利文献CN101697445A公开了一种电动机，其采用一对上下设置的励磁线圈交替导电，以使活塞往复位移。但在实际实施过程中，由于励磁线圈的电流不能瞬时改变，且上下励磁线圈存在互相串扰和磁性中和等原因，该方案也无法确保电动机的输出功率或扭矩的连续性和稳定性。

如何提高电力活塞式电动机的输出功率或扭矩的连续性和稳定性，是本领域要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、输出功率或扭矩的连续性和稳定性较好的电力活塞式电动机的控制系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种电力活塞式电动机的控制系统，其包括：多个电磁铁，电磁铁的线圈与一线圈驱动电路相连；电磁铁的中央固定于一横向的转轴上，该转轴通过一对轴承座设于电力活塞式电动机的缸体上方；转轴的一端经一变速箱与一步进电机传动相连；所述线圈驱动电路和步进电机与一CPU单元相连；邻近缸体的上、下止点处分别设有与CPU单元相连的上、下行程开关；所述缸体的底部设有一与所述CPU单元相连的霍尔传感器。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：（1）本实用新型的电力活塞式电动机在工作过程中，电磁铁的线圈电流方向始终保持不变；在活塞即将到达上、下止点时，控制电磁铁绕转轴快速旋转180°，以快速切换电磁铁上下端的极性，从而使电磁铁反复对活塞产生作用力，进而驱动曲轴。本实用新型采用的上述方案，避免了现有技术的因线圈电流无法实现瞬时换向而带来的延时，进而使本实用新型的电动机的输出功率或扭矩具有较好的连续性和稳定性。（2）本实用新型的电动机在启动时，采用启动系统使所述曲轴转动，CPU单元通过各缸体内的霍尔传感器检测各活塞的位移方向，然后根据各活塞的位移方向通过线圈驱动电路向各线圈提供相应方向的电流，以实现各活塞通过相应的连杆驱动曲轴运转，然后断开启动系统，从而实现了本实用新型的电动机的可靠启动。（3）当需要曲轴对外输出负扭矩时，CPU单元通过各缸体内的霍尔传感器检测各活塞的位移方向，然后根据各活塞的位移方向通过线圈驱动电路向各线圈提供相应方向的电流，以降低各活塞的位移速率，从而实现各活塞通过相应的连杆制动曲轴。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1为实施例中的电力活塞式电动机的结构示意图；

图2为实施例中的电力活塞式电动机采用的一种用于控制电磁铁绕其高度中心线旋转180°的翻转机构及缸体的结构示意图；

图3为所述电力活塞式电动机的控制电路的电路框图；

图4为实施例中的电力活塞驱动式电动车的传动系构造图；

图5为实施例中的电力活塞式电动机采用的另一种所述翻转机构及缸体的结构示意图。

具体实施方式

见图1-3，本实施例的电力活塞式电动机20,其包括：多个高电阻非导磁材料（如：铝合金、铜合金等）制成的缸体1、设于缸体1内的由永磁体制成的活塞5、设于各缸体1下方的曲轴2和用于将各活塞5与所述曲轴2传动连接的连杆3；所述缸体1的上端设有与缸体1同轴心线的电磁铁7，电磁铁7的线圈8与一线圈驱动电路相连；电磁铁7的中央固定于一横向的转轴9上，该转轴9通过一对轴承座4设于缸体1上方；转轴9的一端经一变速箱11与一步进电机12传动相连，曲轴2的一端设有飞轮；所述线圈驱动电路和步进电机12与一CPU单元相连；邻近缸体1的上、下止点处分别设有与CPU单元相连的上、下行程开关13和14；所述缸体1的底部中央设有一与所述CPU单元相连的霍尔传感器15，该所述霍尔传感器15与所述活塞5的底面中央相对。所述霍尔传感器15设于一非导磁材料的金属管中，该金属管与所述活塞5同轴心线。所述上、下行程开关13和14采用接触式或红外线式行程开关。活塞5上设有耐磨圈。

各活塞5在所述缸体1中处于不同的行程位置，以确保连杆3适于连续传动曲轴2，并使曲轴2输出的扭矩稳定。

电动车启动时，采用启动系统驱动曲轴2上的飞轮，以使所述曲轴2转动，所述CPU单元通过各缸体1底部的霍尔传感器15检测各活塞5的位移方向；此时，若测得一缸体1内的活塞5正向下位移，则所述CPU单元通过所述线圈驱动电路向该缸体1上方的电磁铁7的线圈8提供相应方向的电流，以使该电磁铁7底部的磁极性与活塞5顶部的磁极性相同，活塞5因来自电磁铁7的下斥力而在该缸体1内加速下移；或，此时若测得一缸体1内的活塞5正向上位移，则所述CPU单元通过所述线圈驱动电路向该缸体1上方的电磁铁7的线圈8提供相应方向的电流，以使该电磁铁7底部的磁极性与活塞5顶部的磁极性相反，活塞5因来自电磁铁7的上吸力而在该缸体1内加速上移；待各电磁铁7的线圈8得电后，断开所述启动系统并保持各线圈8中的电流方向不变；然后，当所述CPU单元通过所述下行程开关14测得一缸体1内的活塞5即将到达该缸体1的下止点时，CPU单元向所述步进电机12输出一个脉冲信号，以驱动该步进电机12按设定的方向转动一个固定的角度，从而使步进电机12经所述变速箱11控制所述转轴9旋转180°，且此时的活塞5已到达下止点，由于此时的电磁铁7底部的磁极性与活塞5顶部的磁极性相反，活塞5因来自电磁铁7的上吸力而开始在该缸体1内向上位移；当所述CPU单元通过所述上行程开关13测得该活塞5即将到达该缸体1的上止点时，CPU单元向所述步进电机12输出另一脉冲信号，以驱动该步进电机12反方向转动一个固定的角度，从而使步进电机12经所述变速箱11控制所述转轴9反向旋转180°，且此时的活塞5已到达上止点，且活塞5因下斥力而开始向下位移；如此反复，从而使各活塞5经相应的连杆3驱动所述曲轴2运转，并使曲轴2对外输出正扭矩。

所述CPU单元通过霍尔传感器15检测所述活塞5的位置，以得出同一缸体1内的所述活塞5与电磁铁7的间距，并根据该间距大小实时通过所述线圈驱动电路调整所述线圈8中的电流大小，以使所述活塞5在上、下位移过程中，保持活塞5与电磁铁7之间的作用力的大小稳定，以使本电动机输出的功率或扭矩的连续性和稳定性较好。

当所述曲轴2处于运转状态，而需要通过所述曲轴2对外输出负扭矩时，则所述CPU单元控制所述线圈驱动电路停止向各线圈8供电；然后，若所述CPU单元通过所述霍尔传感器15测得同一缸体1内的所述活塞5正在向下位移，则CPU单元通过所述线圈驱动电路向该缸体1上方的线圈8提供相应方向的电流，以使相应的电磁铁7底部的磁极性与活塞5顶部的磁极性相反，以降低活塞5的下移速率，从而制动所述曲轴2。

若所述曲轴2仍未停止运转，且CPU单元通过所述下行程开关14测得该活塞5即将到达该缸体1的下止点时，CPU单元向所述步进电机12输出一个脉冲信号，以驱动该步进电机12按设定的方向转动一个固定的角度，从而使步进电机12经所述变速箱11控制所述转轴9旋转180°，且此时的活塞5已到达下止点，由于此时的电磁铁7底部的磁极性与活塞5顶部的磁极性相同，活塞5在开始向上位移的同时承受来自电磁铁7的下斥力而制动所述曲轴2；若所述曲轴2仍未停止运转，且CPU单元通过所述上行程开关13测得该活塞5即将到达该缸体1的上止点时，CPU单元向所述步进电机12输出另一脉冲信号，以驱动该步进电机12反向转动一个固定的角度，从而使步进电机12经所述变速箱11控制所述转轴9反向旋转180°，且此时的活塞5已到达上止点，由于此时的电磁铁7底部的磁极性与活塞5顶部的磁极性相反，活塞5因来自电磁铁7的上吸力而制动所述曲轴2；如此反复，以使所述飞轮对外输出负扭矩，直至测得所述曲轴2即将停止运转时，停止向各线圈8供电。

所述CPU单元通过霍尔传感器15检测各活塞5的位移速率低于预设值（该预设值可通过实验获取）时，即判断所述曲轴2即将停止运转。考虑到线圈8的电流不能瞬时变化，因此在所述曲轴2即将停止运转时，提前切断线圈8的电源，利于节能并确保所述曲轴2能及时停止运转。

在需要通过所述曲轴2对外输出制动扭矩时，所述线圈驱动电路向所述线圈8提供的电流为脉冲电流。所述线圈8一侧设有风冷装置或所述线圈8设于油冷装置中；线圈8中的脉冲电流的占空比与所述线圈8的温度为线性或非线性负相关，以防止线圈8过热。

电力活塞式电动机20中的曲轴上连接有飞轮，飞轮上设有离合器21，离合器21的输出轴相连有变速箱22，变速箱22的输出轴传动连接有车辆传动系统；飞轮外缘的齿圈与所述启动系统的驱动齿轮啮合。该启动系统采用现有技术中的与现有的汽油发动机配套使用的启动系统。

见图4，所述车辆传动系统包括：经万向节23与变速箱22的输出轴传动连接的驱动轴24、经另一万向节与驱动轴24传动连接的差速器27、以及与差速器27通过半轴26传动相连的车轮。其中，在驱动轴24与差速器27可设置主减速器25。

图5为另一种所述翻转机构的结构示意图，电磁铁7设于一小齿轮16上，且该小齿轮16的中心轴设于电磁铁7的中心点上，该小齿轮16与一大齿轮17相啮合，该大齿轮17与所述变速箱11传动相连；工作时，CPU单元向所述步进电机12输出一个脉冲信号，以驱动该步进电机12按设定的方向转动一个固定的角度，从而使步进电机12经所述变速箱11、大齿轮17控制所述小齿轮16顺时针或逆时针旋转180°。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种电力活塞式电动机的控制系统，其特征在于包括：多个电磁铁（7），电磁铁（7）的线圈（8）与一线圈驱动电路相连；

电磁铁（7）的中央固定于一横向的转轴（9）上，该转轴（9）通过一对轴承座（4）设于电力活塞式电动机的缸体（1）上方；转轴（9）的一端经一变速箱（11）与一步进电机（12）传动相连；

所述线圈驱动电路和步进电机（12）与一CPU单元相连；邻近缸体（1）的上、下止点处分别设有与CPU单元相连的上、下行程开关（13、14）；所述缸体（1）的底部中央设有一与所述CPU单元相连的霍尔传感器（15）。

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