CN86104709A - 新型电磁发动机 - Google Patents

Abstract

本发明属机械工程领域。已有的电磁发动机是利用永磁体斥力工作。本发明是利用永磁体的吸引力工作，可以至少节约一半以上的永磁体材料。其特征是利用偏置驱动永磁头的方法及特制的缺口转子造成不同气隙的条件；通入少量直流激磁电流解脱死点，使其能连续驱动转子旋转，输出机械能。新型电磁发动机是一种原动力机械，效率达90％以上，它耗电少，操作简单，无污染、无噪音、寿命长。适用于需要原动力的场合，特别是固定不变负荷的作业。

Description

本发明属机械工程领域。

据我们见到的永磁驱动技术方面的资料有日本特开昭58-8273号，CN85103414A、CN85103416A。以及《实用创造学与方法论》中国建筑工业出版社1985年7月第一版丙杏文戚昌滋主编89页美籍华人林安东所发明的“电磁发动机”。以上各技术皆为利用永磁体之间的斥力工作。至少需有两块极性相同的永磁体才能产生斥力。所用的永磁材料较多。

目前用于制造电磁发动机的较理想的高磁能积和高矫顽力的永磁材料（如稀土钴永磁体）价格较贵。如何节约永磁材料，用较少的永磁体来驱动转子旋转是本发明的目的和任务。

本发明根据永磁体对铁磁性物质相吸引及永磁体在不同的气隙条件下吸引力不同的原理;利用特殊形状的缺口转子造成不同的气隙条件，并将驱动永磁头对缺口转子轴心偏置可产生更多的驱动力矩;利用通入少量外接直流电解脱死点的方法，使永磁力能够连续驱动转子旋转，向外输出机械功。从而省去了至少一半的永磁材料。

本发明的主要结构及部件

1.新型电磁发动机由箱体、往复机构、滑车、驱动永磁头（由驱动永磁铁和驱动永磁靴组成），主输出轴、缺口转子、接线盘、炭刷组合及传动齿轮等组成。其特征在于缺口转子及偏置驱动永磁头。

2.主输出轴上装有硅钢片叠制而成的缺口转子，传动齿轮和接线盘等。

3.缺口转子的一角绕有激磁线圈，引出线和接线盘上的接线片相连接。缺口转子是造成不同气隙的关健部件，安装时其缺口部分应对准驱动永磁头作离轴心运动的半转位置。多个缺口转子要互相错开排列，可互错π/3、2π/3或π/4角度。这是本发明的特征之一。

4.箱体为固定轴、传动齿轮、往复机构及炭刷组合用。箱体上装有导向槽或导向轨道;滑车在其中往复运动。

5.往复机构可以是曲柄连杆或偏心轮机构。曲柄连杆机构或偏心轮机构在其轴上交错排列，与缺口转子相对应，互相错开π/3、2π/3或π/4角度。

6.往复机构的连杆端有滑车，滑车两端装有四个滚轮。

7.滑车下面与缺口转子轴心有一定距离，偏置装有由驱动永磁铁及驱动永磁靴组成的驱动永磁头。偏置方向与旋转方向相反。这是本发明的特征之二。

8.接线盘上面按缺口转子互错角度π/3、2π/3或π/4相对应装有接线片。接线盘与接线片要绝缘。接线片有一定的通电范围，这是本发明的特征之三。

9.炭刷组合由炭刷架、加压弹簧、炭刷和接线柱组成。

10.为保证适应各种负荷，在轴上可以有m对缺口转子与驱动永磁头串联，也可以共用一个缺口转子，在绕轴方向有m个驱动永磁头并联。m应为正整数。

运动原理分析：见图1

1轴与4轴经齿轮配合，通过一个过渡齿轮相连接，4轴是主输出轴。由驱动永磁铁和驱动永磁靴组成的驱动永磁头2在0°～180°下降行程过程中对准缺口转子3的整园部分;在180°～360°上升行程过程中对准缺口转子的缺口部分。r∶D＝1∶4。r为驱动永磁头2与缺口转子3的轴心的偏心距，D为缺口转子3的直径。

一、下降过程：0°～180°

由于驱动永磁头2对缺口转子3有吸引力F，缺口转子3对驱动永磁头2有一个反作用力F′，在这一对力F及F′作用下，驱动永磁头2向缺口转子3运动，同时带动曲柄转动;F又对缺口转子3有一个驱动力矩M＝r。F，带动缺口转子3转动。曲柄的转动与缺口转子的转动经齿轮系连动，互相驱动。愈向下运动，驱动永磁头2与缺口转子3整园部分之间的气隙愈小，吸引力F及反作用力F′愈来愈大，缺口转子3与曲柄的转动愈来愈快。

设向下行程为hCm，其平均吸引力为 Fkg则驱动永磁头作功为w₁：

w₁＝ Fh kg-cm （1）

由于驱动永磁头2对缺口转子轴心有偏心距rcm，则驱动永磁头2对缺口转子3有一个驱动力矩M＝ Fr作功为w₂：

w₂＝M₁ω＝ Fr 150/180 π kg-cm （2）

当向下行程达150°时，由于驱动永磁头2对缺口转子3左边吸力小于对右边吸力，而产生一个阻止继续运动的阻力矩。为此，当处于150°～210°时，通入少量直流电给激磁线圈5，则在缺口转子3的角上产生一个与驱动永磁头2极性相同的电磁极，这时将吸引力F突变为相斥力F₁，在斥力F₁作用下解脱死点，使永磁力继续作功为w₃：

w₃＝M₂ω＝FR 30/180 π kg-cm （3）

式中：R为缺口转子半径

M₁＝F₁R

这样，当曲柄从0°～180°转半圈，对应的缺口转子亦转半圈，驱动永磁头共作有用功w：

w＝w₁+w₂+w₃kg-cm （4）

二、上升行程过程：180°～360°

当曲柄转到180°后，由交错排列的另一个向下运动的驱动永磁头带回到360°，完成一个循环。上升过程中由于驱动永磁头2对准的是缺口转子3的缺口部分，驱动永磁头2与缺口转子3之间的气隙远大于下行过程的气隙，而吸引力F与气隙的平方成反比，所以上升过程气隙愈来愈大，吸引力F₂及反作用力F^′ ₂则愈来愈小。

设上升行程过程中的平均吸力为F，则上升过程的阻力功为：

w^′ ₁＝ F₂h kg-cm （5）

w^′ ₂＝M^′ ₂ω＝ F₂r 150/180 π kg-cm （6）

w′＝w^′ ₁+w^′ ₂kg-cm （7）

显然

w＞＞w′    （8）

如此循环往复，转子就连续旋转起来。

比如图2介绍了一种具体的实施情况。

主要另部件及结构组成如图2介绍。

这是一个四缸（如称每对驱动永磁头与缺口转子为缸）轴向串联的新型电磁发动机。四缸互相交错排列，互相错开π/4角度。接线盘16上与缺口转子6对应互错π/4角度装有两列接线片17，它保证每个缺口转子6在行程150°～210°范围内通电。图示位置为一缸处于上死点，二缸处于下行程、三缸处于下死点、四缸处于上行程。驱动永磁铁10取稀土钴（RCO₅）永磁材料剩磁Br＝9800G，是一个长×宽×高＝6×6×1cm的正方形偏块，极面积Ag＝6×6＝36cm²。滑车9行程h＝1.0cm。r∶D＝1∶4、D＝2R＝12cm激磁线圈13为1000×0.1＝100安匝，通入直流电为0.1安培，在下死点由驱动永磁铁10和驱动永磁靴11组成的驱动永磁头与缺口转子6之间隙为0.02cm、缺口部分深为4cm。

据《永磁材料及其应用》宋后定、陈培林编，机械工业部出版，1985年7月第一版第220页公式（7～15）及265页公式，（8～6）：

Bg＝ (2Br)/(π) ηα G （7-15）

${\mathrm{式中：\alpha ＝t\; g}}^{\mathrm{-1}}\frac{\mathrm{a\; b}}{\mathrm{2L\; g}\sqrt{{\mathrm{4\; L\; g}}^2{\mathrm{+\; a}}^2{\mathrm{+b}}^2}}\mathrm{弧度}$

η-经验修正系数

Br-永磁体的剩磁G

Lg-气隙    cm

a-极面积的长（或宽）cm

b-极面积的宽（或长）cm

F＝（ (Bg)/4965 ）²Ag Kgf （8-6）

式中：Bg-气隙磁密    G

Ag-磁极面积 cm²

F-吸引力    Kgf

据上述书220页取η＝0.65。将上、下行程每30°转角下的各种气隙代入上述公式，计算出吸引力F列入下表：

下行程每30°转角各行程hcm、气隙Lgcm及吸引力F如下表值：

上行程每30°转角各行程hcm、气隙Lgcm及吸引力F如下表值：

下行程中通电前的平均吸引力 F为

F＝（29.68+31.16+35.6+42.4+50.1）÷5＝31.11Kg

上行程中断电后的平均吸引力F为

F₂＝（3.07+2.72+2.32+3.81+17.3+29.68）÷6＝9.71Kg

按上述原理分析（1）至（8）式计算转一圈的功率：

w₁＝ Fh＝31.11×1.0＝31.11 Kg-cm

w₂＝ Fr 150/180 π＝31.11×3× 5/6 ×3.1416＝244.29 Kg-cm

w₃＝FR 30/180 π＝（56.21+65.48）×6× 1/6 ×3.1416＝382.3

Kg-cm

w＝w₁+w₂+w₃＝657.70 Kg-cm

w^′ ₁＝ F₂h＝9.71×1.0＝9.71 Kg-cm

w^′ ₂＝ F₂r 150/180 π＝9.71×3× 5/6 ×3.1416＝76.26 Kg-cm

w′＝w^′ ₁+w^′ ₂＝85.97 Kg-cm

忽略空气阻力及轴承摩擦阻力，其效率为

η＝ (w-w′)/(w) 100%＝ (657.70-85.97)/657.70 100%＝86.8%

设该新型电磁发动机转速为n＝3000转/分，则总输出功率为：

w总＝ (4·（w-w′）50)/102 ＝ (4·（657.70-85.97）×50)/102 ＝11.21瓩

因为每转每缸只在60°范围内通电，故每秒每缸耗电为：

0.1× 60/360 ×50＝ 5/6 安培

设电源为220°伏直流电，则总输入功率为

E＝I·V·N＝ 5/6 ×220×4÷1000＝0.73瓩

式中：N-缸数

永磁吸力共输出功率为

w总-E＝11.2-0.73≈10.5瓩

故新型电磁发动机耗电非常少，只要接通电流就可工作，操作简单、无污染、无噪音、寿命长。效率达80%以上。可用于需要原动力的场合，特别是不变负荷的固定作用。

补正书

Claims (4)

1、用于机械工程方面的新型电磁发动机由箱体、往复机构、滑车、驱动永磁头、主输出轴、缺口转子、接线盘及传动齿轮等组成，其特征在于它是一个偏置式的驱动永磁头和缺口转子。

2、如权项1所述的新型电磁发动机。其特征是驱动永磁头与缺口转子轴心偏置一定距离，其偏置方向与旋转方向相反。

3、如权项1所述的新型电磁发动机其特征是缺口转子的一角绕有激磁线圈。

4、如权项1或3所述的新型电磁发动机其特征在于转子行程在吸死点后一定范围内通入直流激磁电流。解脱死点。