CN204099055U - 内燃电磁旋转发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种内燃电磁旋转发动机，它是将内燃活塞、气垫活塞、励磁极三者固定在同一根轴上并与内燃气缸、气垫缸、磁电机三者对应套装。内燃活塞在气缸中膨胀下行推动气垫活塞和励磁极同步下行将热能转化为压缩空气能和电磁能；压缩空气能作为内燃活塞上行时的储备能量；励磁极与磁电机的定子切割磁力线，使分布在磁电机磁芯内凸极上的短路线圈在励磁极上下行的过程中产生交变的磁通，这个交变的磁通与磁电机的转子内分布的永磁极作用使转子作同步转动。将内燃活塞往返运动直接转化为磁电机的旋转运动并由磁电机对外输出动力，具有结构紧凑、没有亢长的动力传输链、效率高。

Description

内燃电磁旋转发动机

技术领域

本发明涉及一种内燃电磁旋转发动机，具体涉及内燃发动机领域。

背景技术

常规的内燃发动机均通过曲柄连杆机构将活塞的往复直线运动转化为曲轴的旋转运动。

发明内容

本发明提供一种内燃电磁旋转发动机，它是将内燃活塞、气垫活塞、励磁极三者按上中下的顺序固定在活塞杆上，并与内燃气缸、气垫缸、磁电机三者对应套装。内燃活塞在内燃气缸中膨胀下行推动气垫活塞和励磁极同步下行将热能转化为压缩空气能和电磁能；压缩空气能作为内燃活塞上行的储备能量，即内燃活塞下行完成后压缩空气能释放驱动气垫活塞使内燃活塞和励磁极同步上行使内燃活塞按两冲程往复循环；励磁极则与磁电机的定子切割磁力线，使分布在磁电机磁芯内凸极上的短路线圈在励磁极往返上下行的过程中产生交变的磁通，这个交变的磁通与磁电机的转子内分布的永磁极作用使转子作同步转动。将内燃活塞往返运动直接转化为磁电机的旋转运动并由磁电机对外输出动力，具有结构紧凑、没有亢长的动力传输链、效率高，能够通过PLC编程器来设定进气点和点火时间点使内燃机的的往复运动与磁电机的旋转运动同步。

本发明是有如下技术方案实现的：一种内燃电磁旋转发动机，包括：内燃气缸、设置在内燃气缸顶部的，为其提供燃气电动进气门、点火装置、套装在内燃气缸中的内燃活塞、固定在内燃活塞中心的活塞杆、固定的活塞杆中部和下端气垫活塞和励磁极、与内燃气缸底部通过法兰连接气垫缸、与气垫缸通过螺栓连接的磁电机、设置在气垫缸外的与气垫缸连通的稳压缸、为磁电机供电和输出电能的启动电路和整流电路、固定在磁电机定子上的，与磁电机的转子非接触的磁性传感器和用于检测活塞上下位置的磁性传感器、与传感器连接的PLC编程器、蓄电池；其特征在于：所述的内燃活塞和气垫活塞以及励磁极三者与内燃气缸和气垫缸以及磁电机对应套装，内燃活塞和气垫活塞以及励磁极三者分上中下固定在活塞杆上形成能够在内燃气缸和气垫缸以及磁电机内同步自由上下滑动的结构；所述的励磁极是由圆钢套和均匀固定在圆钢套外周的2N片弧形的强磁体组成，2N片强磁体按N极S极交替分布，2N片强磁体的高度为内燃活塞的最大行程的两倍，圆钢套的管壁设置有顶丝；所述的气垫缸上端设有法兰板，气缸底板中心为通孔，通孔内制有环形槽并嵌装密封圈用于与活塞杆动配合将气垫缸封闭，在气垫缸上设置有进气电磁阀和排气电磁阀；将内燃活塞和气垫活塞先固定在活塞杆上，活塞杆由气垫缸底部中心孔穿过使气垫活塞与气垫缸套装、内燃气缸与内燃活塞套装，将内燃气缸底部法兰与气垫缸上法兰对应由螺栓将两者连接为整体，再将励磁极与活塞杆的下端套装并由顶丝紧固；气垫缸的排气电磁阀依次与压力传感器、稳压缸连接，压力传感器与PLC编程器连接控制进气电磁阀，使稳压缸内经常保持2—3Kg/cm2.的压力，排气电磁阀由PLC编程器控制切换气垫缸与稳压缸的气体通路，当需要内燃活塞上行程加速的时候关闭排气电磁阀使气垫缸内的压力增大，上行完成后排气电磁阀自动开启。

所述的磁电机是由定子和转子组成：定子是由具有高导磁的圆管状的磁芯、以及嵌装在磁芯内外凸极上的短路线圈和发电线圈以及分布在磁芯两个端轴上的轴承组成；在磁芯中部的内外周均布有若干凸极且内外凸极呈同向的空间偏角分布，这个偏角是为了保证磁电机的转子能够始终是一个方向旋转，在磁芯的若干内外凸极上均套装有线圈，其中若干内凸极上的线圈使用电阻率较高的导线间隔绕制并且各自短路；外凸极上的线圈使用漆包线绕制，外凸极上的发电线圈作为可逆直线电动机的励磁线圈使磁芯与励磁极形成直线电动机,由启动电路控制将蓄电池的电能接入为发动机提供初始启动的动力，发动机启动完成后由PLC编程器切换将直线电动机的工作状态转为直线发电机的工作状态为外界输出电能，并经整流电路为蓄电池充电；所述的转子由圆筒和分布在圆筒内壁的2N圆弧形强磁体组成，转子的两端为轴承孔，转子与分布在磁芯两端的轴承配合形成具有一定气隙的并能够转动磁电机，转子作为内燃机的动力输出装置其可以外套皮带轮或者齿轮。

所述的磁性传感器固定在磁电机的一个轴端上并与磁电机的转子外壁非接触，磁性传感器的作用是：当励磁极下行与定子当磁芯切割时磁芯的外凸极所产生的感生磁场使转子偏转360/2N度，如果转子在偏转360/2N度之前励磁极没有上行转子则会发生喘振使得转子无法正常旋转，为保证转子能够正常运转就必须在转子偏转360/2N度之前由磁性传感器为PLC编程器提供信号关闭排气电磁阀将稳压缸与气垫缸的供气通道切断使气垫缸内压力增大，缩短内燃活塞在下止点的停留时间，使内燃活塞和气垫活塞以及励磁极快速上行实现外凸极的磁场换向。

所述的检测内燃活塞上下止点的两只磁性传感器分别固定在定子的磁芯上下两轴端的外壁，它通过检测励磁极的位置来确定活塞在上下止点，它与检测磁电机的偏转角度的磁性传感器的工作点一致，设置了检测内燃活塞上下止点的磁性传感器的目的是：当磁电机的负载过大时可能出现滞转或者掉速，如果只有检测磁电机的偏转角度的磁性传感器则发动机不能正常工作，而设置了上下止点磁性传感器则不会影响发动机的上下行。

本发明的积极效果

1.将内燃活塞往返运动直接转化为磁电机的旋转运动并通过磁电机的转子对外输出动力具有结构紧凑、没有亢长的动力传输链以及电能转换链、效率高。

2.通过PLC编程器来设定进排气点，能够避免出现像常规两冲程内燃机的串气现象所造成的燃料浪费，节能效果好。

3.运动部件少、结构简单，常规加工即可实现。

附图说明

下面结合附图对本发明经一部详细说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为图的A-A剖视图。

图3为图1的磁电机定子图。

图中：1、内燃气缸，1-1、电动进气门，1-2、点火装置，1-3、排气门，1-4、法兰，2、内燃活塞，3、活塞杆，4、气垫活塞，5、励磁极，5-1、软铁管，5-2、弧形强磁体，5-3、顶丝，6、气垫缸，6-1、上法兰，6-2、密封圈，7、进气电磁阀，8、排气电磁阀，9、压力传感器，10、稳压缸，11、磁电机，12、磁性传感器，13、磁性传感器，14、磁性传感器，15、启动电路，16、整流电路，17、PLC编程器，18、蓄电池。

磁电机11中：a、定子，a-1、磁芯，a-2、短路线圈，a-3、发电线圈或励磁线圈，a-4、轴端，a-5、轴承，b、转子，b-1、圆筒，b-2、2N只弧形强磁体。

具体实施方式

如图1、2、3所示：一种内燃电磁旋转发动机，包括：内燃气缸1、设置在内燃气缸1顶部的，为其提供燃气的电动进气门1-1、点火装置1-2、套装在内燃气缸1中的内燃活塞2、固定在内燃活塞2中心的活塞杆3、固定的活塞杆3中部和下端气垫活塞4和励磁极5、与内燃气缸1的底部通过法兰1-4和上法兰6-1连接气垫缸8、与气垫缸6连接的磁电机11、设置在气垫缸6外的与之连通的稳压缸9、为磁电机11供电和输出电能的启动电路15和整流电路16、固定在磁电机11定子a上的，与磁电机11的转子b非接触的磁性传感器12和用于检测内燃活塞2上下止点位置的磁性传感器13和14、与压力传感器10、磁性传感器12、13、14连接的，为整机提供程序控制的PLC编程器17、蓄电池18；其特征在于：所述的内燃活塞2和气垫活塞4以及励磁极5三者与内燃气缸1和气垫缸6以及磁电机11对应套装，内燃活塞2和气垫活塞4以及励磁极5三者分上中下固定在活塞杆3上形成能够在内燃气缸1和气垫缸6以及磁电机11内同步自由上下滑动的结构；所述的励磁极5是由圆钢套5-1和均匀固定在圆钢套外周的2N片弧形的强磁体5-2组成，2N片强磁体5-2按N极S极交替分布，2N片强磁体5-2的高度为内燃活塞2的最大行程的两倍，圆钢套5-1的管壁设置有顶丝5-3；所述的气垫缸6上端设有法兰6-1，气垫缸6的底部有中心通孔，通孔内制有环形槽并嵌装密封圈6-3用于与活塞杆3动配合将气垫缸封闭，在气垫缸6上设置有进气电磁阀7和排气电磁阀8，排气电磁阀8依次与压力传感器9、稳压缸10连接，压力传感器9与PLC编程器17连接控制进气电磁阀7使稳压缸10内经常保持2—3Kg/cm2.的压力，排气电磁阀9由PLC编程器17控制切换气垫缸6与稳压缸10的气体通路。

如图2、3所示：所述的磁电机11是由定子a和转子b组成：定子a是由具有高导磁的圆管状的磁芯a-1、嵌装在磁芯a-1内外凸极上的短路线圈a-2和发电线圈a-3以及分布在磁芯a-1两个端轴a-4上的轴承a-5组成；在磁芯a-1中部的内外周均布有若干凸极且内外凸极呈同向的空间偏角分布，这个偏角是为了保证磁电机11的转子b能够始终是一个方向旋转，在磁芯a-1的若干内凸极上均套装有短路线圈a-2以及套装在若干外凸极上的发电线圈a-3，其中若干内凸极上的短路线圈a-2使用电阻率较高的导线间隔绕制；外凸极上的发电线圈a-3使用漆包线绕制，外凸极上的发电线圈a-3还作为可逆直线电动机的励磁线圈使用，由启动电路15控制将蓄电池18的电能接入使磁芯a-1与励磁极5形成直线电动机工作状态为发动机提供初始启动的动力，发动机启动完成后由PLC编程器18切换将直线电动机的工作状态转为直线发电机的工作状态为外界输出电能，并经整流电路16为蓄电池18充电；所述的转子b由圆筒b-1和分布在圆筒b-1内壁的2N圆弧形强磁体b-2组成，转子b的两端为轴承孔，转子b与分布在磁芯a-1两端的轴承a-5配合形成具有一定气隙的并能够转动磁电机11。

如图1所示：所述的磁性传感器12固定在的磁芯a-1的轴端a-4的一端并与磁电机11的转子b外壁非接触为PLC编程器17提供信号操纵排气电磁阀8开启或者关闭；所述的磁性传感器13和14分别固定在磁芯a-1上下两轴端a-4的外壁，它通过检测励磁极5的位置来确定内燃活塞2的上下止点，它与检测转子b偏转角度的磁性传感器12的工作点一致。

Claims (4)

1.一种内燃电磁旋转发动机，包括：内燃气缸(1)、设置在内燃气缸(1)顶部的，为其提供燃气的电动进气门(1-1)、点火装置(1-2)、套装在内燃气缸(1)中的内燃活塞(2)、固定在内燃活塞(2)中心的活塞杆(3)、固定的活塞杆(3)中部和下端气垫活塞(4)和励磁极(5)、与内燃气缸(1)的底部通过法兰(1-4)和上法兰(6-1)连接气垫缸(8)、与气垫缸(6)连接的磁电机(11)、设置在气垫缸(6)外的与之连通的稳压缸(9)、为磁电机(11)供电和输出电能的启动电路(15)和整流电路(16)、固定在磁电机(11)定子(a)上的，与磁电机(11)的转子(b)非接触的磁性传感器(12)、固定在磁电机(11)定子(a)两端的用于检测内燃活塞(2)上下止点位置的磁性传感器(13)和(14)与压力传感器(10)、磁性传感器(12)、(13)、(14)连接的，为整机提供程序控制的PLC编程器(17)、蓄电池(18)；其特征在于：所述的内燃活塞(2)和气垫活塞(4)以及励磁极(5)三者与内燃气缸(1)和气垫缸(6)以及磁电机(11)对应套装，内燃活塞(2)和气垫活塞(4)以及励磁极(5)三者分上中下固定在活塞杆(3)上形成能够在内燃气缸(1)和气垫缸(6)以及磁电机(11)内同步自由上下滑动的结构；所述的励磁极(5)是由圆钢套(5-1)和均匀固定在圆钢套外周的2N片弧形的强磁体(5-2)组成，2N片强磁体(5-2)按N极S极交替分布，2N片强磁体(5-2)的高度为内燃活塞(2)的最大行程的两倍，圆钢套(5-1)的管壁设置有顶丝(5-3)；所述的气垫缸(6)上端设有法兰(6-1)，气垫缸(6)的底部为中心通孔，通孔内制有环形槽并嵌装密封圈(6-2)用于与活塞杆(3)动配合将气垫缸封闭，在气垫缸(6)上设置有进气电磁阀(7)和排气电磁阀(8)；排气电磁阀(8)依次与压力传感器(9)、稳压缸(10)连接，压力传感器(9)与PLC编程器(17)连接控制进气电磁阀(7)使稳压缸(10)内经常保持2—3Kg/cm_⒉的压力，排气电磁阀(9)由PLC编程器(17)控制切换气垫缸(6)与稳压缸(10)的气体通路。

2.根据权利要求1所述的内燃电磁旋转发动机，其特征在于：所述的磁电机(11)是由定子(a)和转子(b)组成：定子(a)是由具有高导磁的圆管状的磁芯(a-1)、嵌装在磁芯(a-1)内外凸极上的短路线圈(a-2)和发电线圈(a-3)以及分布在磁芯(a-1)两个端轴(a-4)上的轴承(a-5)组成；在磁芯(a-1)中部的内外周均布有若干凸极且内外凸极呈同向的空间偏角分布，在磁芯(a-1)的若干内凸极上均套装有短路线圈(a-2)以及套装在若干外凸极上的发电线圈(a-3)，其中若干内凸极上的短路线圈(a-2)使用电阻率较高的导线间隔绕制；外凸极上的发电线圈(a-3)使用漆包线绕制，外凸极上的发电线圈(a-3)还作为可逆直线电动机的励磁线圈使用，由启动电路(15)控制将蓄电池(18)的电能接入使磁芯(a-1)与励磁极(5)形成直线电动机工作状态为发动机提供初始启动的动力，发动机启动完成后由PLC编程器(18)切换将直线电动机的工作状态转为直线发电机的工作状态为外界输出电能，并经整流电路(16)为蓄电池(18)充电；所述的转子(b)由圆筒(b-1)和分布在圆筒(b-1)内壁的2N圆弧形强磁体(b-2)组成，转子(b)的两端为轴承孔，转子(b)与分布在磁芯(a-1)两端的轴承(a-5)配合形成具有一定气隙的并能够转动磁电机(11)。

3.根据权利要求1所述的内燃电磁旋转发动机，其特征在于：所述的磁性传感器(12)固定在的磁芯(a-1)的轴端(a-4)的一端并与磁电机(11)的转子(b)外壁非接触为PLC编程器(17)提供信号操纵排气电磁阀(8)开启或者关闭。

4.根据权利要求1所述的内燃电磁旋转发动机，其特征在于：所述的磁性传感器(13)和(14)分别固定在磁芯(a-1)上下两轴端(a-4)的外壁，它通过检测励磁极(5)的位置来确定内燃活塞(2)的上下止点，它与检测转子(b)偏转角度的磁性传感器(12)的工作点一致。