專利名稱：往復式運動電機及其應用的制作方法
技術領域：
本發明是一種被廣泛應用在作往復運動設備中的電機，是一種直接將電能轉變為往復運動的電機。
在日常生活和生產活動中廣泛利用著往復運動，如空氣壓縮機中的活塞、電鈴、沖壓機、剪板機、凸輪機構等。有些往復運動是直接由發動裝置實現的，如汽缸中運動的活塞、電磁鐵的吸合與分離等，但這類運動存在弊端，不能很好地滿足所有作往復運動設備的需要，有很大一部分是由旋轉運動的發動機通過曲軸、凸輪、齒輪、轉輪等按一定的傳動形式實現的。對于后一種情況就會有一部分能量消耗在曲軸、凸輪、齒輪、轉輪等附件的運動和摩擦做功上，并且這些附件還要占用一部分材料。
本發明的目的是提供一種不須由旋轉運動的發動機通過其它附件實現往復運動，而是直接由電機產生往復運動帶動以往復運動的機具進行工作。這樣即可以節約電能，也可以節省材料。本發明的另一目的是根據閉合導線切割磁力線可產生電流這一原理，利用外力使線圈與磁體產生相對運動而發出電來，將這一電流作為一種信號對某些設備進行控制。這種發電產生電信號的裝置無接觸點、無任何其它電源。
為了清楚地表述本發明的原理和結構，對附圖作如下說明
圖1是往復式運動電機中用來產生磁場的磁體透視圖；圖2是往復式運動電機中磁體的磁力線分布圖，示出了這種磁體的磁力線方向與分布狀況；圖3是往復式運動電機的原理圖；圖4是以圓弧軌跡作往復式運動的電機中的磁體透視圖；圖5是滑道透視圖，滑道是用來與裝在運動部件上的電刷保持滑動接觸，從而實現運動部件與外電路可活動連接；
圖6是運動部件圖，圖中(a)是主視圖，(b)是俯視圖，示出了一個運動部件的基本結構，在運動部件上可安裝線圈、線圈磁鐵、電刷等附件，是往復式運動電機的主要運動部分；圖7是線圈磁鐵圖，圖中(a)是以一個主視圖和一個側剖視圖示出的臺階式圓環體，圖中(b)是以一個主視圖和一個側剖視圖示出的圓環體，圖中(c)是以一個臺階式圓環體與兩個圓環體組成的線圈磁鐵剖視圖，示出了一個完整的線圈磁鐵；圖8是往復式運動電機的主視圖；圖9是往復式運動電機的俯視圖；圖10是往復式運動電機的側視圖；圖11是往復式運動電機的控制線路圖；圖12是往復式運動電機與空氣壓縮機、增壓筒、燃氣輪機等相結合，形成一種新型內燃機的工作原理示意圖。
附圖序號說明1、軌道支架，2、圓環體線圈磁鐵，3、臺階式圓環體線圈磁鐵，4、運動部件，5、線圈，6、電刷座，7、電刷，8、滑道，9、良導體，10、電阻體，11、絕緣體，12、底板，13、擋板凸塊，14、觸頭，15、軌道，16、平觸頭，17、軌套，18、擋板，19、平觸頭，20、觸頭，21、螺釘，22、恢復彈簧，23、彈簧支架，24、磁體支架，25、磁體，26、緩沖彈簧，27、膠筒，28、右部主電源，29、左部主電源，30、右部開關，31、左部開關，32、起動按鈕，33、繼電器勵磁電源，34、中間繼電器，35、電容器，36、充電電源，37、右部晶閘管，38、右部電阻，39、左部電阻，40、左部晶閘管，41、繼電器勵磁電源，42、中間繼電器，43、充電電源，44、電容器，45、往復式運動電機，46、汽缸，47、增壓筒，48、存氣罐，49、燃氣輪機，50、管道，51、活塞，52、連桿，53、直桿。
因為此發明是開拓性發明，其重要部件、原理等內容以前的教科書或其它資料均沒有記載，為了把這種電機介紹清楚，所以先將有關重要部件與原理介紹如下一、往復式運動電機的磁體這是此種電機的關鍵部件，即一種磁體。如圖1所示。
將兩個圓臺形永久磁體以相同的極性相向吸附在一個由鐵磁性材料做成的圓柱體上。這樣在圓柱體的表面及周圍空間產生一個與永久磁體(吸附的那端)相同的磁場，這就是往復式運動電機的磁體。它的磁力線方向如圖2所示。
二、往復式運動電機原理將線圈套在磁體的中部，如圖3所示。將線圈通入直流電，使電流方向如圖3(a)所示，這時線圈周圍產生一個磁場，這一磁場與磁體磁場在磁收縮的作用下，使線圈向右端運動。當改變電流方向，如圖3(b)所示，線圈產生的磁場方向與剛才相反，使線圈向左端運動。以上現象可以用電動機左手定則解釋，但使用方法上卻與現有的各種電機都不相同。這就是往復式運動電機的原理。這一原理也可逆置使用，即線圈靜止不動，而使磁體運動。
對于需要作圓弧軌跡往復運動的機具，可將磁體中部制成圓弧形，如圖4所示。
三、往復式運動電機的構造往復式運動電機由三個基本部分組成固定部分；運動部分；控制線路部分。
固定部分是由底板(12)、磁體支架(24)、軌道支架(1)、彈簧支架(23)、磁體(25)、緩沖彈簧(26)、膠筒(27)、螺釘(21)、滑道(8)等組成。底板(12)是基礎件，用來固定其它構件，用比較穩定的材料制成。磁體支架、軌道支架、彈簧支架、滑道等被直接固定在底板上，磁體(25)、緩沖彈簧(26)、軌道(15)、恢復彈簧(22)等分別支承或固定在磁體支架、軌道支架和彈簧支架上。軌道(15)是一個圓柱形零件，用非磁性材料制做，表面光滑，用來支承運動部件(4)，并可使其在軌道上作往復運動。磁體(25)是由兩個圓臺形永久磁體與一個圓柱形鐵芯組成(前已說明)；緩沖彈簧(26)用來緩解運動部件的慣性運動；恢復彈簧(22)上連接有觸頭(14、20)，它與控制線路連接，屬于自動控制線路部分；滑道(8)是由上面是一個良導體(9)，在良導體(9)的兩端連接著電阻體(10)與一部分絕緣體(11)，下面是一個絕緣體(11)所組成，如圖5所示。良導體(9)與控制線路接通，電刷(7)可以在滑道(8)上滑動，電刷與線圈(5)接通，利用良導體(9)和電刷給線圈通電；兩端的電阻體(10)可作為可變電阻，用來防止電刷在脫離或滑到良導體(9)時由于電流過大而產生電弧；下面的絕緣體(11)用作良導體(9)和電阻體(10)的支承。
運動部分是由運動部件(4)、線圈(5)、線圈磁鐵(2、3)、電刷座(6)、平觸頭(16、19)、擋板(18)等組成。運動部件(4)是往復式運動電機中的運動部件，在它的兩端各有一個圓孔，圓孔中裝有軌套(17)，利用運動部件兩端的圓孔將運動部件支承在軌道(15)上，軌套(17)與軌道(15)有合適的間隙配合，且表面光滑，運動部件(4)可以在軌道上滑動。中部的兩個大圓孔是用來安裝線圈與線圈磁鐵的，如圖6所示。
線圈(5)是由帶有絕緣層的導線按圓環形繞制而成。線圈磁鐵是由一個臺階式圓環體(3)和兩個圓環體(2)組裝而成，用鐵磁性材料制做，在它的中間有一空腔，線圈(5)可嵌入在空腔中，用來增加線圈的磁場強度。如圖7所示。
線圈與線圈磁鐵被裝在運動部件(4)中部的兩個大圓孔中，再用擋板(18)將線圈與線圈磁鐵封閉在運動部件中。電刷坐(6)、電刷(7)是一個組合體，它們安裝在擋板下側方的突塊(13)上，可以在滑道(8)上滑行，用來將電流引入線圈，使運動部件產生運動。觸頭(16、19)是連接在運動部件的觸頭，且有絕緣層與運動部件絕緣，觸頭(16、19)是平觸頭，用來與恢復彈簧(22)的觸頭(14、20)相接觸、或斷開，使恢復彈簧的兩觸頭結點相接通、或斷開，從而接通或斷開控制線路中繼電器的勵磁線圈，使控制線路作出反應，對運動進行控制。往復式運動電機構造中的固定部分與運動部分如組裝三視圖，圖8、圖9、圖10所示。
控制線路部分可分為右部線路和左部線路。
右部線路是由右部主電源(28)、右部開關(30)、起動按鈕(32)、繼電器勵磁電源(33)、中間繼電器(34)、電容器(35)、充電電源(36)、晶閘管(37)、電阻(38)等組成，功用是將右部主電源與線圈導通，使線圈與運動部件由右向左運動。其中起動按鈕只用一次就行。左部線路部分是由左部主電源(29)、左部開關(31)、電阻(39)、晶閘管(40)、繼電器勵磁電源(41)、中間繼電器(42)、充電電源(43)、電容器(44)等組成，功用是將左部主電源與線圈導通，使線圈與運動部件由左向右運動。往復式運動電機的控制線路部分如圖11所示。
在控制線路中，運動部件用長方形表示，磁體等不畫，使線路圖簡化、清楚。運動部件運動到兩端B、C點位置時用虛線組成的長方形來表示。兩個箭頭表示運動部件的兩個運動方向。
四、往復式運動電機的運動過程對往復式運動電機的運動過程的敘述也就是通過結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
如圖11所示，在往復式運動電機沒運動之前，運動部件(4)由于受緩沖彈簧的限定，它的位置處在滑道(8)的良導體(9)區間之內，也就是它的電刷(7)與滑道(8)的良導體(9)接觸，為與右部主電源(28)接通作好準備。假設運動部件(4)開始在A點的位置上不動。合上刀開關(30)和(31)，右部主電源(28)和左部主電源(29)分別與右部線路和左部線路連接，這時晶閘管(37、40)都在正向陽極電壓下，但不導通，控制線路進入起動準備階段。
按下右部線路中的起動按鈕(32)，繼電器線圈(34)通電，這時，常閉觸頭(34)分斷，常開觸頭(34)接通，使充電電源(36)向電容器(35)充電。放開按鈕(32)，繼電器線圈(34)斷電，這時，常開觸頭(34)在恢復彈簧的作用下由接通變為分斷，常閉觸頭(34)由分斷變為接通，這時電容器(35)充電完畢并通過常閉觸頭(34)向外放電。以放電電壓作為觸發電壓作用在晶閘管(37)上，晶閘管(37)導通，這時對于左部線路來說，雖然有導線與滑道連通，但沒有被導通，所以不會影響右部線路工作。這樣就使主電源(28)的電流在晶閘管(37)、滑道(8)、電刷(7)、運動部件中的線圈所形成的完整回路中流動，使運動部件(4)產生運動。設這一運動開始是由右向左運動，當運動部件(4)運動到左端的時候，即B點位置，開始接觸到左部緩沖彈簧(26)，但電刷(7)還沒有脫離滑道(8)上的良導體(9)，運動部件繼續向左端運動，當運動部件(4)的平觸頭(16)與觸頭(14)相接觸時，左部繼電器(42)線圈與繼電器電源(41)導通，繼電器(42)的常開觸頭閉合，常閉觸頭分斷，電容器(44)與充電電源(43)連通，電容器(44)充電，為以后放電作好準備。隨著運動部件(4)繼續向左運動，使電刷(7)滑過滑道(8)上的電阻體(10)，最后完全脫離電阻體(10)滑到絕緣體(11)上，這時右部線路主電流中斷，電容器(35)放電完畢，不再起觸發作用，右部線路電流全部中斷，但運動部件(4)沒有立刻停止運動，借助慣力繼續運動，使緩沖彈簧(26)被壓縮。當慣力與彈簧的反彈力達到平衡時，也就是運動部件(4)達到極限位置時，運動部件(4)停止向左運動并開始借助于彈簧的反彈力轉為向右運動。當運動部件(4)的觸頭(16)脫離觸頭(14)時，左部繼電器(42)線圈與繼電器電源(41)分斷，常開觸頭(42)恢復常開，常閉觸頭(42)恢復常閉，使電容器(44)與晶閘管(40)的控制極接通并放電，(在這期間，運動部件(4)繼續向右運動，使電刷(7)滑過電阻體(10)并到達良導體(9)。)以電容器(44)放電電壓作為觸發電壓使晶閘管(40)主電路導通，使運動部件(4)中的線圈通電維持它向右運動，這時對于右部線路來說雖然有導線與滑道(8)相通，但現在電流全部中斷，不會影響左部線路工作。當運動部件(4)運動到右端時，即C點位置，就會重復運動部件(4)從右運動到左端時發生相應的一系列過程，這樣周而復始，循環往復就形成了往復式運動電機的運動方式。
還有一種通入不同頻率的交流電，使電機產生往復運動。如微型氣泵、電鈴等。
以上是需要作連續運動的運動過程，對于那些不需要連續運動的機具，可隨時斷開電源或改變電流方向來控制電機動向。
五、往復式運動電機的應用有很多以往復式運動的機具都可以與往復式運動電機相結合得到應用，此種運動的場合相當廣泛，如小型沖壓機、代替某些電磁鐵聯動機構、凸輪機構等，不勝枚舉，故不詳述。現有一項此種電機的重要用途。介紹如下這項用途就是將往復式運動電機與空氣壓縮機(即活塞式壓縮機)和一種增壓筒與燃氣輪機結合在一起，形成一種新型內燃機，也叫增壓型燃氣輪機。
下面結合附圖對本發明中這項重要應用，即新型內燃機作詳細說明。
圖12所示新型內燃機由往復式運動電機(45)、連桿(52)、直桿(53)、汽缸(46)、增壓筒(47)、管道(50)、存氣罐(48)、燃氣輪機(49)等組成。在兩活塞(51)之間的連桿(52)中端連接有一直桿(53)，它與下方電機(45)的運動部件連接。圖中箭頭表示氣流的流動方向。當往復式運動電機(45)作往復運動時，帶動直桿(53)、連桿(52)和活塞(51)左右往復運動，這時，汽缸(46)便有壓縮空氣排出，這一壓縮空氣再進入增壓筒(47)中增壓，空氣被增壓后貯存在存氣罐(48)中以備利用。下步是將貯存在存氣罐(48)中的高壓空氣通過管道(50)引入燃氣輪機(49)的燃燒室中，(現在的高壓空氣由于在存氣罐中得到彈性調節，所以壓強起伏很小，流出速度比較均勻。)在燃燒室中由高壓空氣與燃料燃燒產生高壓氣體推動葉輪轉動。這就是這種新型內燃機的工作原理。
當然，此往復式運動電機的軌道與軌套部分可采用直線滾動軸承來代替，這樣能大大減小摩擦力。據有關資料表明，直線滾動軸承現已研制出來。控制方法不僅限于本說明書列舉的控制方法，也可采用紅外線、光控、磁場、射流、數字等控制方法。磁體的制做也可采用通電勵磁方式，即采用通電勵磁線圈代替兩端的永久磁體來產生磁場而制成的磁體。根據需要，可采用一個磁體或幾個磁體組成這種電機。這些結構不論怎樣變換，只要符合往復式運動電機原理，均落在本發明往復式運動電機的保護范圍之內。
權利要求
1.一種往復式運動電機，包括固定部分磁體、底板、軌道、滑道、支架、緩沖彈簧等組成；運動部分線圈、線圈磁鐵、運動部件、觸頭、軌套、電刷等組成；控制線路部分主電源、開關、繼電器、電容器、晶閘管、充電電源、觸頭等組成。其特征在于作為往復式運動電機的關鍵部件磁體固定在底板支架上，并在周圍空間形成一個磁場，使這一磁場與通電線圈磁場相互作用而產生運動；控制線路部分采用晶閘管、主電源、電容器、繼電器等裝置，形成了對往復式運動的一個完整的循環控制過程，可對往復式運動電機的運動進行有效控制。
2.根據權利要求1所述的往復式運動電機，其特征在于通電線圈受磁體磁場的作用而產生運動，這個運動的引出是這樣實現的將線圈與線圈磁鐵裝在運動部件中部的大孔中，并用擋板封閉起來。當通電線圈發生運動時，便帶動運動部件運動。
3.根據權利1所述的往復式運動電機，其特征在于采用了緩沖彈簧裝置，這種裝置是彈簧的一端聯接一個富有彈性的膠筒，可與運動部件發生接觸，在彈簧的另一端則與支架相聯接，將彈簧固定在支架上。
4.根據權利1所述的往復式運動電機，其特征在于控制線路中有觸頭裝置，在運動部件上有平觸頭，通過這些觸頭的接觸與分斷來自動接通或斷開控制線路中的某些電路，從而對電機運動進行控制。另外，還可采用其它方式，如紅外線、光控等方式進行控制。
5.此種電機可廣泛應用于作往復式運動的機具中，如小型沖壓機、代替電磁鐵聯動機構、凸輪機構等，一項重要用途是將往復式運動電機與空氣壓縮機、增壓筒、燃氣輪機等結合在一起，形成一種新型內燃機，這種新型內燃機可廣泛用在汽車、拖拉機、坦克、輪船、艦艇等機具上。此外，根據閉合導線切割磁力線可產生電流這一原理，利用外力使線圈與磁體相對運動發出電來。可用在某些場合中。
6.根據權利要求5所述的應用，如代替電磁鐵聯動機構，可消除電磁鐵開始較慢最后較快和吸合時碰撞的弊端，而且靈敏度高，可用于高靈敏度的裝置。
7.根據權利要求5所述的應用，如所形成的新型內燃機，它的空氣壓縮機附帶有一個增壓筒，可產生高壓空氣，還帶有一個存氣罐，用來貯存高壓空氣，并使高壓空氣在罐內得到彈性調節，所以壓強起伏小，使空氣流出時速度比較均勻。
全文摘要
這種往復式運動電機是直接將電能轉變為往復運動的機具。它的原理和構造與現有的各種電機都不同，屬于開拓性發明。其重要部件、原理、控制線路，運動過程將在說明書中作詳細說明。此種電機可廣泛用于以往復運動的機具中，其中一種重要應用就是將這種電機與空氣壓縮機結合產生高壓空氣，再利用高壓空氣給燃氣輪機增壓。使其增加功率、提高效率和速度。這種增壓的燃氣輪機可用在汽車、拖拉機、坦克、輪船、艦艇等機具上。由于直接將電能轉變為往復運動，沒有中間環節，所以節約電能，節省材料。
文檔編號H02K33/18GK1400724SQ01124680
公開日2003年3月5日 申請日期2001年8月3日 優先權日2001年8月3日
發明者李占民 申請人:李占民