CN205178744U - 五缸电磁力发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种五缸电磁力发动机。包括发动机机体、支撑套筒、连杆、输出轴、飞轮机构，所述发动机机体包括有机体和机腔，机体内设有机腔，支撑套筒套装在机体内设有的机腔内，永磁体组安装在机体和支撑套筒之间，支撑套筒内装设有活塞，线圈组绕在活塞的一端，且线圈组固定在活塞上，支撑套筒的外圆柱面与永磁体组过盈配合，永磁体组与气缸体过盈配合，活塞与支撑套筒的内圆柱面间隙配合，且活塞与连杆的一端连接，连杆的另一端与输出轴连接，输出轴位于机体的中心，飞轮机构的转动中心与输出轴固定连接。偏心结构的偏心围绕中心圆周阵列分布。本实用新型结构简单合理，造价低，控制原理简单可靠，响应速度块，力矩大，环保节能，减少了传统燃油能源的消耗。

Description

五缸电磁力发动机

技术领域

本实用新型是一种五缸电磁力发动机，属于五缸电磁力发动机的创新技术。

背景技术

工业革命时代内燃机的发展推动社会向前飞速发展，目前发动机生产量大，销量广，可应用于各类机车、电动车、汽车发动机、飞机、轮船、舰艇、航母等，动力的来源，它能将其它形式的能转化为机械能，主要包括内燃机、外燃机、电动机等。外燃机和内燃机都会因燃烧不充分，产生废气，燃烧效率低，多级传动使得转化效率低，既污染环境又造成资源的浪费，他们体积都普遍大，对制造工艺及要求高，制造成本高，同时，由于减速器装置的局限，使得整个动力装置过于复杂和庞大，控制响应慢。其主要依赖于化石燃料的能量转化，其无法弥补的污染已经对生态环境和气候造成深刻的影响，屡受大自然的迫害，人类不得不转换使用再生能源来代替化石燃料等不可再生能源，该类型发动机耗能多污染大，造成许多资源的浪费，同时给环境带来巨大的危害；再生能源是最可靠能源，但考虑到气候环境及生产技术的局限性，目前磁动机发展作为磁能的开发一项标志，利用机械式的磁性换向以产生扭矩，电动机虽然不会产生有害气体，比较环保，但对与能量的合理转化难以实现高利用，另外，直线电流电动机具有碳刷和换向片，于转动时会有火花，易发生危险且需常维修，在控制领域为提升效率采用永磁磁铁，目前电动机伺服系统多使用永磁同步电机，以取代直线电动机。

热机和电机结构复杂，在气缸内，需要喷入燃油，气密性要求高，对气缸的粗糙度要求高，高耐热、耐高温、耐腐蚀等要求，对气缸制造工艺要求高，成本大大增加；不仅要控制活塞的运动时间，而且需要对点火装置、喷油装置等二级、三级传动结构进行控制，工艺要求高，造价大，响应时间长，控制精度低，效率低下；热机还需要尾气处理装置，增加了额外质量负载，消耗能量；热机燃料燃烧不充分，电动机的输出功率又比较小；单杠发动机通过单个活塞的运动来驱动曲轴，在一个周期内，不能任何时刻都提供动力，不能够保持连续动力，输出扭矩有限；热机的点火装置、喷油装置，需要复杂的点火控制系统，需要气门、火花塞、链条等辅助装置，需要多级传送来控制活塞的往复运动，结构多，整个装置的体积大，传递效率低；热机需要燃烧，消耗不可再生能源，燃烧后排放气体造成二次污染，不环保不节能，浪费资源；尾气处理装置增加额外的负载质量，成本高，见效小。电机启动力矩小，不适用一些对启动力要求特别大的装置或设备；需要变速器或减速器装置，增加负载，同时控制响应慢，其变速过程存在停顿，无法实现无级变速；传统电机发动机单组线圈串联回路式电路，电阻大，同一电压下电流小，电磁力有限，输出动力有限。

目前已知的永磁式同步电动机使用永磁铁，作为转子侧的激励磁场，故转子不需要激励磁场绕组，使其铜损降低，并可以省略碳刷、铜环等直流电机设备。而对该电磁力发动机装置，可以很好地解决上述问题。所以，日后对于该类型的电磁力发动机需求将是巨大的。动圈部件由连杆、活塞和线圈组成，其控制原理为对输入的信号电压U加载到控制线圈，载流线圈连同活塞在永磁体提供的恒定磁场中，动圈部件受电磁力F作用而产生位移，从而带动输活塞及连杆一起运动，进而推动曲轴旋转输出动力，电磁力的大小和方向，取决于线圈中控制电流i的大小和方向，通过PWM控制装置改变输入电压信号的方向改变电磁力F的方向，从而实现往复直线运动，在输出端反馈电压信号返回与输入电压进行比较，进过运算放大器调节。这样，系统由闭环控制，也提高了其控制精度和响应速度。

发明内容

本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种五缸电磁力发动机。本实用新型结构简单合理，造价低，控制原理简单可靠，响应速度块，力矩大，环保节能，减少了传统燃油能源的消耗。

本实用新型的技术方案是：本实用新型的五缸电磁力发动机，包括有发动机机体、支撑套筒、连杆、输出轴、飞轮机构，所述发动机机体包括有机体和机腔，机体内设有机腔，支撑套筒套装在机体内设有的机腔内，永磁体组安装在机体和支撑套筒之间，支撑套筒内装设有活塞，线圈组绕在活塞的一端，且将线圈组固定在活塞上，支撑套筒的外圆柱面与永磁体组过盈配合，永磁体组与气缸体过盈配合，活塞与支撑套筒的内圆柱面间隙配合，且活塞与连杆的一端连接，连杆的另一端与输出轴连接，输出轴位于机体的中心，飞轮机构的转动中心与输出轴固定连接。

本实用新型具有以下优点：

1)本实用新型采用将线圈绕在活塞上，在固定的永磁体做上下循环切割感线运动，只需要控制活塞的运动时间，控制简单可靠,该装置的加速度的质量比优于同等质量的内燃机，响应时间短；

2)无需尾气处理装置，减少了质量负载；

3)在气缸内，不需要喷入燃油，气密性要求低，对气缸的粗糙度要求低，无高耐热、耐高温、耐腐蚀等要求，结构简单，对气缸制造工艺要求较低，成本也就会大大降低；

4)普通的内燃机一般采用四冲程，燃料燃烧的又不充分，电动机的输出功率又比较小，而五缸电磁力发动机通过五个活塞的电磁力来驱动，在一个周期内，任何时候都提供动力，保持连续动力，输出扭矩大；

5)删除内燃机的点火装置、喷油装置，不用像内燃机那样需要复杂的点火控制系统，简化结构，整个装置的体积相应地变小，结构简单，没有气门、火花塞、链条等辅助装置，不需要多级传送来控制活塞的往复运动，传递效率高；

6)该装置的运行过程中只需要提供电能，无需燃烧，不消耗不可再生能源，用可再生能源代替，无二次污染，环保节能，节约资源；

7)力矩大，质量减少，加速度大，适用一些对启动力要求特别大的装置或设备；

8)PWM控制装置电流加载在五个缸体的桥式电路，实现五个活塞有序的循环往复的直线运动，从而驱动曲轴实现旋转运动，控制简单可靠，控制精度高，启动反馈响应快的特点；

9)五缸活塞的线圈组都采用线四分之一并联再串联回路式电路，电阻减少，同一电压下电流变大，电磁力增大，加速度大;

10)通过PWM装置设置占空比实现对电流、电压的协调控制实现无级变速，无需额外的减速器装置，简便快捷，调控可靠，连续控制无停顿，动力持续稳定，无跳动。

本实用新型是一种结构简单紧凑，工艺要求低，造价低；输出力矩大，惯量小、灵活度大的五缸电磁力发动机及其控制方法。

附图说明

图1为本实用新型五缸电磁力发动机机缸的结构示意图；

图2为本实用新型线圈组中并联线单元与并联节点的示意图；

图3为本实用新型磁块与线圈组的安装结构示意图；

图4为本实用新型永磁体组的结构示意图；

图5为本实用新型线圈组的结构示意图；

图6为本实用新型曲轴的结构示意图；

图7为本实用新型曲轴转过另一角度的结构示意图；

图8为本实用新型的外部示意图；

图9为本实用新型的整体及内部示意图；

图10为本实用新型的内部轴侧示图；

图11为本实用新型的内部正示图；

图12为本实用新型活塞线圈的PWM控制电路图；

图13为本实用新型活塞线圈的通电示意图。

具体实施方式

实施例：

本实用新型的结构示意图如图1、2、3、4所示，本实用新型的五缸电磁力发动机，包括有发动机机体1、支撑套筒2、连杆7及输出轴10，所述发动机机体1包括有机体012和机腔011，机体012内设有机腔011，支撑套筒2套装在机体012内设有的机腔011内，永磁体组4安装在机体012和支撑套筒2之间，支撑套筒2内装设有活塞5，线圈组6绕在活塞5的一端，并将线圈组6固定在活塞4上，支撑套筒2的外圆柱面与永磁体组4过盈配合，永磁体组4与气缸体011过盈配合，活塞5与支撑套筒2的内圆柱面间隙配合，且活塞5与连杆7的一端连接，连杆7的另一端与输出轴10连接，此外，本实用新型还包括有飞轮机构，所述输出轴10位于机体012的中心，飞轮机构的转动中心与输出轴10固定连接。所述飞轮机构是偏心结构，偏心结构的偏心围绕中心圆周阵列分布。本实施例中，本实用新型装设有5个支撑套筒2，5个活塞分别装设在支撑套筒2内，5个活塞5与5根连杆7的一端连接，5根连杆7的另一端与输出轴10连接。

本实施例中，上述飞轮机构包括有五叶盘联轴器8及偏心飞轮9，偏心飞轮9通过五叶盘联轴器8与输出轴10连接。

本实施例中，上述活塞5上设有线圈组槽51，线圈组6缠绕在活塞5的线圈组槽51上。活塞5上还设有布线通孔52，漆包线64通过布线通孔52与电源输入端连接。

本实施例中，上述机体012的外侧装设有散热片013。散热片013是V型散热片。

本实施例中，上述线圈组6包括有漆包线64，永磁体组4由12块磁块41组成呈海尔贝克阵列的永磁体组，12块磁块41固定在支撑套筒2与机体012之间，形成均匀磁场，磁场范围覆盖了整个线圈组6。

本实施例中，上述线圈组6由数段1/4圆并联线单元61、并联节点62及输入输出线头63构成，1/4圆并联线单元61是由数条1/4圆的同心线圈组合，两端通过并联节点62连接，4个1/4圆并联线单元形成一个圆线圈，线圈两端通过输入输出线头连接，数个圆线圈的输入输出线头分别并联起来，连接外端电源。

本实施例中，上述五叶盘联轴器8含有1个中心孔82和5个轴孔，1个中心孔82用于装设偏心飞轮9的转轴，5个轴孔用于连接连杆7，在偏心飞轮9的另一端面设有输出轴10，输出轴10上设有键槽101，键槽101用于圆周限位，输出动力扭矩。

本实施例中，上述机体012的端部装设有空气滤化罩3，机体012的端部装设有5个空气滤化罩。

本实施例中，上述机体012的外端面呈圆柱形。

本实施例中，上述线圈组6通过PWM控制电路控制，PWM控制电路包括有桥式电路11、检测电路12、D触发器13、门电路14、放大器15、比较器16、电源正向输入端17及电阻18，线圈组6和桥式电路11连接在线圈组6的输入输出线头63，输入输出线头63的一端连接整个桥式电路11，桥式电路11接通电源，输入输出线头63的另一端连接接地端114，实现对电流大小和频率的调整，线圈组6缠绕在活塞5所设的线圈组槽51的槽内，本实施例中，线圈组6的输入输出线头63通过活塞5的布线通孔52与桥式电路11连接，活塞5与连杆7连接输出动力，检测器12安装在输出轴10，检测器12检测输出轴10端的速度及扭矩信号，反馈信号通过电阻18与电源正向输入端17的电压经比较器16进行运算，放大器15对电源进行放大，PWM信号输入端131经过D触发器13和门电路14后分别输入到桥式电路11的4个三极管113和二极管112，门电路14输入的单向通电时序对通过线圈组6的电流调控，输入到线圈组6，形成闭环控制。

本实施例中，上述偏心飞轮9还可替换为凸轮。所述永磁体呈Balblach型。所述支撑套筒2为气缸。气缸一端安装有空气滤化罩，用于过滤进出气缸的空气。所述线圈组6采用圆形线圈并联。所述输出轴的端部安装检测器装置。本实用新型电流的控制采用PWM控制方式。所述采用PWM控制方式对电压频率、脉宽及电压振幅。

本实用新型的工作原理如下：本实用新型是在五缸发动机机缸的机腔内装有飞轮机构，飞轮机构由五叶盘联轴器及偏心飞轮构成，本实用新型线圈的输入输出端通过活塞上的通孔连接电源，电源部分采用PWM控制装置调控，电源线最后通过输出轴的通孔连接到电源装置端，本实用新型利用电磁力的作用产生力矩，电源电压U通过PWM控制方式实现桥式电路中电流的正反向通电，线圈通电后产生电磁力使得活塞往复直线运动，Tv2时刻，线圈组通正向电流，线圈上产生的作用力使得活塞向单一方向加速运动，其他活塞在五叶盘联轴器的带动下也开始加速运动，同时偏心飞轮9开始储存能量，保持动力输出，同理，其他的线圈按时序通电，同时偏心飞轮9开始储存能量，在经过半个周期T/2时，线圈组通反向电流，线圈上产生的作用力使得活塞减速向反方向运动，同时其他缸体保持原方向的运动，直至其他线圈的电流反向，开始减速，整个过程偏心飞轮9一直保持旋转运动，5个活塞运转一周，保持通电周期T能够使得输出轴10旋转一周，以此不断循环往复产生持续做功动力。

Claims (10)

1.一种五缸电磁力发动机，其特征在于：包括有发动机机体、支撑套筒、连杆、输出轴、飞轮机构，所述发动机机体包括有机体和机腔，机体内设有机腔，支撑套筒套装在机体内设有的机腔内，永磁体组安装在机体和支撑套筒之间，支撑套筒内装设有活塞，线圈组绕在活塞的一端，且将线圈组固定在活塞上，支撑套筒的外圆柱面与永磁体组过盈配合，永磁体组与气缸体过盈配合，活塞与支撑套筒的内圆柱面间隙配合，且活塞与连杆的一端连接，连杆的另一端与输出轴连接，输出轴位于机体的中心，飞轮机构的转动中心与输出轴固定连接。

2.根据权利要求1所述的五缸电磁力发动机，其特征在于：上述飞轮机构包括有五叶盘联轴器及偏心飞轮，偏心飞轮通过五叶盘联轴器与输出轴连接。

3.根据权利要求1所述的五缸电磁力发动机，其特征在于：上述活塞上设有线圈组槽，线圈组缠绕在活塞所设的线圈组槽上。

4.根据权利要求1所述的五缸电磁力发动机，其特征在于：上述机体的外侧装设有散热片。

5.根据权利要求1所述的五缸电磁力发动机，其特征在于：上述线圈组包括有漆包线，永磁体组由12块磁块组成呈海尔贝克阵列的永磁体组，12块磁块固定在支撑套筒与机体之间，形成均匀磁场，磁场范围覆盖了整个线圈组。

6.根据权利要求1所述的五缸电磁力发动机，其特征在于：上述线圈组由数段1/4圆并联线单元、并联节点及输入输出线头构成，1/4圆并联线单元是由数条1/4圆的同心线圈组合，两端通过并联节点连接，4个1/4圆并联线单元形成一个圆线圈，线圈两端通过输入输出线头连接，数个圆线圈的输入输出线头分别并联起来，连接外端电源。

7.根据权利要求2所述的五缸电磁力发动机，其特征在于：上述五叶盘联轴器含有1个中心孔和5个轴孔，1个中心孔用于安装偏心飞轮的转动轴，5个轴孔用于连接连杆，在偏心飞轮的另一端面装设输出轴，输出轴上设有键槽，键槽用于圆周限位，输出动力扭矩。

8.根据权利要求1所述的五缸电磁力发动机，其特征在于：上述机体的端部装设有空气滤化罩，机体的端部装设有5个空气滤化罩。

9.根据权利要求1至8任一项所述的五缸电磁力发动机，其特征在于：上述机体的外端面呈圆柱形。

10.根据权利要求9所述的五缸电磁力发动机，其特征在于：上述线圈组通过PWM控制电路控制，PWM控制电路包括有桥式电路、检测电路、D触发器、门电路、放大器、比较器、电源正向输入端及电阻，线圈组和桥式电路连接在线圈组的输入输出线头，输入输出线头的另一端连接接地端，实现对电流大小和频率的调整，线圈组缠绕在活塞所设的线圈组槽的槽内，线圈组的输入输出线头通过活塞的布线通孔与桥式电路连接，桥式电路接通电源，活塞与连杆连接输出动力，检测器安装在输出轴，检测器检测输出轴的速度及扭矩信号，反馈信号通过电阻与电源正向输入端的电压经比较器进行运算，放大器对电源进行放大，PWM信号输入端经过D触发器和门电路后分别输入到桥式电路的4个三极管和二极管，门电路输入的单向通电时序对通过线圈组的电流调控，输入到线圈组，形成闭环控制。