磁動力往復式發動機與電磁控制系統的制作方法

專利名稱：磁動力往復式發動機與電磁控制系統的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及往復式發動機。更具體的，本發明是磁動力往復式發動機及適用于內燃機的電磁控制系統。
背景技術：
往復式內燃機，例如，汽油與柴油循環發動機是本國及外國生活各個方面中的主要因素。通過為我們提供運輸、消費品、安全、醫藥救助與電力等 不一而足，往復式內燃機方便了我們的生活。然而，往復式內燃機也有缺點，如果對于使用這些發動機存在其它可選的方式，很多缺點不再能夠被接受。它們需要化石燃料，且低效，低效率導致內燃機產生熱，噪音，震動與有毒副產品；我們容忍這一切，只是因為我們沒有經濟上合適的替代方式。隨著化石燃料供給的下降和有害氣體的增長，政府對尋找內燃的替代品重新產生了興趣。例如，一些內燃機能量浪費的特征包括摩擦，低效燃燒，燃燒室的熱損失，氣體移動通過發動機的氣動阻力，輔助設備(如油和水泵)使用的能量，和不完美的氣門正時。其他影響這些發動機效率的難題是，發動機必須設計以減少排放就要在設計中妥協。結果，一般的發動機效率在大約35%，并且必須在交通信號燈處保持空轉，浪費了 17%的額外能量，結果導致整個效率為大約18%。這意味著大約82%的我們以化石燃料形式輸入至我們的交通工具的能量被發動機以無用的副產品的形式浪費了。對消除往復式發動機對化石燃料的需求的努力已經嘗試了幾十年。已經提出了不同種類的可選燃料和發動機配置，一些比另一些更成功，但是總體上大多數僅獲得了極為有限的成功。一種這樣的替代品是生物燃料。生物燃料可從植物材料中提取，如谷物或甘蔗。然而，這些燃料需要農業土地、種植與收割用的拖拉機，以及用于將生物原料轉換為燃料的蒸餾室。提取自藻類、垃圾、或農業廢棄物或其它來源的生物燃料可能會有所幫助，因為他們不需要使用農業土地，但是他們似乎離大規模的商業開發還有幾年。即使這些燃料以適合使用的規模開發，依然沒有合適的系統用以分配這些燃料給普通公眾。分配系統需要幾年來開發。因此，大多數的科學家一致認為，如果我們真想把生物原料開發成能量，我們應該將它轉化成電而非汽車燃料。另一可選設計依賴于電和/或磁來引起活塞的往復運動或移動。例如，A. K. Hinchman享有的編號為2，296，554的美國專利。Hinchman的發明涉及啟動氣缸的自正時活塞電子發動機，氣缸包括作用在活塞上以使得活塞往復運動的初級和次級電磁線圈。線圈在正確的時段通過繼電器定時器通電，通過活塞的運動控制或觸發該繼電器定時器。Ramirez享有的編號為3，939, 367的美國專利公開了永磁體與電磁體觸發的機械單元，該單元可固定至發動機組組件以觸發至少一個活塞、連接桿和驅動軸，驅動軸形成了該組件的一部分用以獲得旋轉功率。Blalock享有的編號為4，317，058的美國專利公開了電磁往復式發動機。該電磁發動機用非鐵磁體材料取代了氣缸，且用永磁體取代了活塞。氣缸頭由電磁體所取代。所有的已知的現有技術的不足涉及電磁體的操作。為使發動機適于在應用(如汽車)中使用，就需要相當大的電磁體。大電磁體需要高安培和/或電壓的電力，其必須快速的開啟與關閉來模擬往復式發動機內的活塞點火。這就引發了幾個問題(如觸電間的電弧)，并導致過早損壞。此外，運行在延長期高電流負載下的電磁體產生相當大量的熱。熱量增加顯著的降低了效率并且經常導致電磁線圈失效。此外，電磁體產生的磁場經常引起問題，諸如級聯雪崩擊穿，感生電動勢(EMF)，其它發動機系統(如計時系統)中的毛刺(spikes)與電壓鉗位。因此，該領域需要的是具有控制系統的磁操作往復式發動機，該控制系統處理與現有技術相關的問題。磁操作發動機應當可靠且生產成本低。磁操作發動機應當構造與布置成可用電池電力操作。磁操作發動機應包括控制系統，該控制系統以控制可靠線圈壽命與高效運行的熱發生的方式來控制供給至電磁體的電力，從而提供延長的運行時間的。用于控制電磁體操作的系統還應該能夠控制發動機速度和/或力矩輸出。控制系統應該在不降低發動機性能的情況下，減少或去除經常與大磁場相關的問題
發明內容
本發明提供了磁控往復式發動機，其具有操作及控制發動機的獨特的電磁體控制系統。該發動機被構造與布置以能夠使用儲存電源(如電池)來操作，從而以調節電磁線圈內的熱量產生而不犧牲磁通量的方式來控制供給至電磁體的電力，進而提供延長的運行時間。控制系統還能夠控制發動機速度和/或力矩輸出，以使得發動機在廣泛大量的應用中發揮多種用途。電磁控制系統與磁元件被構造和布置以能夠使用在新型或現有發動機上，并且也可在其他工業或得益于電磁體使用的裝置中使用。一般的，通過去除氣缸頭并用電磁線圈取代氣缸頭來使用內燃往復式發動機。活塞被修改以保持至少一個和多個永磁體，優選地為多個永磁體。標準計時系統也被去除并用光纖系統取代，光纖系統與用于控制電力流動至電磁體的高電壓DC開關機構通訊，控制電力流動以將計時系統與發動機產生的磁脈沖隔離的方式進行。在優選的實施方式中，電力通過在持續時長上變化的一系列電脈沖供給至電磁體，以最小化電力消耗和最大化電磁體產生的磁通量。電力脈沖便于不同的電脈沖的輸送，因此基于曲柄軸角的磁通量，最大化由發動機提供的力矩輸送。冷卻系統(如果存在)也可去除，燃料輸送系統也可去除。因此，本發明的目的是提供磁操作往復式活塞發動機。本發明的另一目的是提供用于電磁體的控制系統，該電磁體特別適合往復式活塞發動機。本發明的又一目的是提供使用永磁體與電磁體組合的磁操作發動機。本發明另一目的是提供控制電磁體內熱量聚集的電磁體控制系統。本發明的另一目的是提供電磁體控制系統，該電磁體控制系統在各個點火窗口期間向各個電磁體提供至少一個脈沖電子信號。本發明的另一目的是提供電磁體控制系統，該電磁體控制系統在各個點火窗口期間向各個電磁體提供兩個脈沖信號。本發明的另一目的是提供電磁體控制系統，該電磁體控制系統將變化脈沖的電力提供給基于曲柄軸角的電磁體，以最大化發動機產生的力矩。本發明的更進一步的目的是提供具有獨特芯部材料的電磁體構造。
本發明的其它目的與優點將因以下同任何附帶圖一起的描述變得清晰，其中本發明的某種實施方式通過說明與舉例加以陳述。本文中包含的任何附圖構成了本說明書的一部分且包括本發明的示例性實施方式，且說明了本發明的各種目的與特征。


圖I是示出本發明的一個實施方式的部分剖面的俯視圖；圖2是示出本發明中活塞組件的部分剖面的立體俯視圖；圖3是示出本發明中線圈組件的一個實施方式的立體圖；圖4是本發明的一個實施方式的電氣圖；圖5是圖4中說明的電氣圖的一部分視圖；
圖6是圖4中說明的電氣圖的一部分視圖；圖7是圖4中說明的電氣圖的一部分視圖；圖8是圖4中說明的電氣圖的一部分視圖；圖9是圖4中說明的電氣圖的一部分視圖；圖10是圖4中說明的電氣圖的一部分視圖；圖11是本發明的一個實施方式的電源控制電路的電氣圖；圖12示出了當圖11中的電源控制電路被使用時，電源輸送至電磁線圈的一個實施方式。
具體實施例方式雖然本發明可以接受不同形式的實施方式，當前優選的但非限制性的實施方式在附圖中示出并在下文中得以描述，要理解的是，本公開應該被理解為本發明的示例說明，而不是用來將本發明限制于所說明的具體實施方式
。參照圖I和2，說明了磁操作往復式發動機10。磁操作往復式發動機10包括至少一個被構造與布置成沿基本直線路徑往復運動的活塞12，本文中直線路徑圖示為氣缸14。活塞12包括至少一個(優選地為多個)固定在活塞上的永磁體16。磁體通過非金屬套筒38優選地固定至活塞12的頂表面。套筒可通過緊固件40固定至活塞的頂表面，帶部件42可在磁體上延展以進一步固定磁體的位置。活塞12樞轉地固定至連接桿18，連接桿旋轉地連接至曲柄軸20，將活塞的往復運動在曲柄軸處轉換為旋轉運動。電磁體組件22固定在活塞12的端部上，當活塞12在被控制的方式中被給予能量時，在該處擊打以與永久活塞磁體16相互作用。計時/點火系統用來監控曲柄軸的旋轉，曲柄軸的旋轉響應于曲柄軸位置而導致電磁體組件22產生磁場。電磁體組件22與永磁體16優選地被配置以使得在線圈組與活塞之間產生推力。在可選的實施方式中，一組線圈可被電磁推動，而相對的一組可被電磁拉動。應當注意的是，雖然示出的是水平對置發動機，但本發明可使用在任何本領域已知的往復式發動機配置上，而不脫離本發明的范圍。這樣的發動機配置包括但不限于V形配置、W形配置、線形配置、子午線配置及類似配置。參照圖3，示出了電磁線圈22的部分剖面圖。線圈包括具有一對端蓋34、36的中央線軸24 ;全部為適用于產生磁場的鐵磁材料構造而成。端蓋34、36通常提供阻礙，以阻止線纜線圈在操作期間相對于芯部的運動。在最優選的實施方式中，該芯部由具有高磁導率的材料構造而成，且低矯頑磁性與磁致伸縮導致低磁滯損耗。在最優選的實施方式中，芯部材料是鎳鐵合金(大約80%的鎳，15%的鐵加銅，硅和鑰)。芯部材料應當在具有氫氣氛的磁場中退火。退火改變了材料的晶體結構，對齊了晶粒并去除了一些雜質，特別是阻礙了磁晶界自由移動的碳。合適的芯部材料可從位于Londonderry, NH.的the MuShield公司以MU-SHIELD的名字購得。包裹芯部的是杜邦卡普頓(DuPont KAPT0N)絕緣阻礙層26。多個卷線28圍繞芯部24延展以產生電場。在優選的非限定性的實施方式中，提供了大約250個用卡普頓絕緣帶28包裹的規格為8的銅線纜的卷線。線圈線纜的遠端30和32從線圈向外延展，以附接至計時/點火系統。應當注意的是，當通電時提供較多的卷線將提供較大的磁場，并且如本領域所知，較少的卷線提供較小的磁場。參照圖4-10，接線圖示出了一個計時/點火系統的實施方式。計時/點火系統一般包括低電壓電源模塊102，高電壓電源模塊104，計時模塊106，和點火模塊108。低電壓電源模塊102包括功率逆變器110和具有多種輸出電壓的多個電源112、114、116、118，多個輸出電壓用于分別構成計時模塊106與點火模塊108的電子元件的操作。功率逆變器110優選地將12V DC 120電源轉換至120V AC 122，濾波和調節該12V DC電源使其具有正弦波形。轉換的電源122優選地提供給四個電源將120V AC 122電源轉換到15V DC 124的第 一電源112和第二電源114，將120V AC電源轉換到12V DC 126的第三電源116，和將120VAC電源轉換到5V DC 128的第四電源118。因為計時/點火系統經受的高磁脈沖通量可妨礙信號與感測功能，逆變器HO和電源112-118重復的濾波和調節供給其它電子元件的電源。這種構造大大減少了瞬態尖峰異常的可能性，瞬態尖峰異常可引起過早的點火，扭曲計時，過電流，過電壓或甚可引起電子元件失效的雪崩擊穿。高電壓系統(HVDC) 104優選地是多個電池130和電容器132。在最優選的實施方式中，電池陣列130包括10個120V DC電池134，電池134串聯地勾連在一起用于提供總共120V DC電源136至電磁線圈。電容器陣列132優選地包括大約12個10，000皮法的電容器138。電容器一般地被構造與布置以使對電池的輸出平穩，從而提供延長的運行時間，減少熱量在電池134中的積累和提供較平滑的電源信號給線圈。多個電池陣列140的正極連接至單極單擲開關的線路側，單極單擲開關用作主電源開關142并且可通過HVDC系統通電或關閉全部由120V DC供電的元件。從主電源開關142的負載側，120V DC正極分成兩個分開的HVDC供給支腿144、146。第一支腿144連接至第一絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 148的集電極149，該IGBT向包括線圈I (線圈156)和線圈4 (線圈158)的線圈組I (即線圈組150)供電，同時第二支腿146連接至第二絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 152的集電極151，第二IGBT向包括線圈2 (線圈160)和線圈3 (線圈162)的線圈組2 (線圈組154)供電。在優選的實施方式中，第一和第二 IGBT 148、152是三菱的編號為CM1200DC 34N的零件，且每個都額定為1700伏特1200安培。第一和第二 IGBT 148、152配置為包括雙開關(兩通道)能力且可同時獨立的操作或以交替模式操作。當兩個IGBT被使用時，各個IGBT的通道I (通道164、166)分別提供獨立開關線圈組I和2。還應當注意的是當優選的實施方式包括兩個IGBT時，更多或較少IGBT可被使用而不脫離本發明的范圍。從通道164，第一 IGBT 148的發射極，120v DC電源通過阻流二極管168 ;且從通道166，第二 IGBT 152的發射極，120v DC電源通過阻流二極管170。二極管168和170優選地是功率二極管，編號為SDII00C16 B-PUK的VISHAY零件，額定為1400安培1600伏特。二極管168連接至線圈組I (線圈組150)，且二極管170連接至線圈組2 (線圈組154)。二極管168和170阻止了由于反激式二極管172或174內的失效而引起的反電動勢到達第一或第二 IGBT。依然參照圖4-10，計時系統106的主要元件是兩個U形光電紅外傳感器176、178。紅外傳感器176、178與正時圓盤181協作以提供相關于曲柄軸20的位置的時間，且因此提供活塞12發起對線圈組I (線圈組150)或線圈組2 (線圈組154)通電的時間以及將線圈組I和/或線圈組2關閉/斷電時間。在這種方式中，紅外傳感器操作以明確線圈組的獨立操作的持續時間。關于具體的持續時間的低電壓的ON或OFF的數字信號發送至低電壓功率調制器和脈沖控制器180、182。操作時，各個光電紅外傳感器176、178感測正時圓盤181的旋轉，正時圓盤181向功率調制器和脈沖控制器180、182發信通知何時向IGBT148，152供電以使得給線圈組150、154通電。信號優選地是具有具體持續時間的12v DC信號，信號通過EMF線纜接至真正旁路(TB)光耦184、186。在最優選的實施方式中，為每組氣缸提供了一個RT-610-10、一個功率調制器和脈沖控制器和一個光耦。向用于每個線圈組的TB光耦群提供獨立的脈寬調制器以隔離來自級聯失效的可能性和增加線圈組功能配置的可選性。每個低電壓功率調制器和脈寬控制器180、182運行用以將計時/點火系統106和 與IGBT 148、152光學相互連接的光纖相互連接。功率調制器和脈寬控制器180、182還將從計時/點火模塊106接收的穩定開/關數字信號轉換為在發送信號時間幀/持續時間內可手動變化占空比的信號。目的是減少供給至IGBT開關元件和在他們各自線圈組中的電磁線圈的DC高電壓/安培電源104所產生的熱量，通過減少供給至各自線圈組中的電磁線圈的有效電壓，能夠手動的變化發動機10的每分鐘轉數(RPMs)，并且提高反電動式收集的效率。這是通過功率調制器和脈沖控制器中的脈寬調制器完成的。在操作中，當TB光耦元件184、186從奶-610-1(^形光電紅外傳感器176、178接收屏蔽的12￥ DC ON數字信號時，TB光耦關閉光隔離開關188、190。這個動作允許脈寬調制為5v DC的信號在持續時間內反映由RT-610-10光電紅外傳感器176、178發送的信號，RT-610-10光電紅外傳感器176、178與計時/點火系統中的RT-610-10電隔離。光隔離用作防火墻，以將系統的一部分與另一部分隔離，防止了由級聯雪崩擊穿、感生電動勢、尖峰、和電壓鉗位引起的問題。脈寬調制為5v DC的信號為TB光耦上的光纖發送器192、194供電，將信號從調制脈寬的電信號轉換為調制脈寬的激光信號。調制脈寬的激光ON或OFF數字信號通過光纖光纜196、198發送至光纖相互連接的IGBT驅動器200、202，光纖相互連接的IGBT驅動器200、202依次開啟或關閉控制高電壓DC電源的IGBT。應當理解的是，因為光纖不受高磁通量環境的影響，轉換脈沖電信號為激光脈沖信號保持非常低的衰減和高的信號完整性，保持高的信號完整性可去除EMF防護的需要，且給予可使用的脈寬范圍更大的自由度。這樣，更高的脈沖可被使用，允許系統關于被標準硬接線IGBT驅動器所排除的反電動勢的設計可選性。參照點火系統108，光纖相互連接的IGBT驅動器被構建與布置以控制IGBT柵極的開啟和關閉，這樣就開啟或關閉了供給至線圈組的HVDC電源。供給至IGBT驅動器200、202的電源是被濾波和調節的15v DC O. 5Amp,電源通過屏蔽的雙絞線124從電源112、114延伸。IGBT驅動器200、202還被構建與布置以包括作為力矩功率輸出IC控制器/傳感器而被包含的特征，力矩功率輸出IC控制器/傳感器允許從在電磁體和永磁體之間的推-推系統轉換為為在一組線圈組上推動而在另一組線圈組拉動的系統，這樣就為動力沖程添加了更多力矩。從推-推模式變為推-挽模式可簡便地完成。
高電壓DC開關通過兩個高電壓、高安培絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 148、152來完成，且優選為HVIGBT MODULES MITSUBISHI的零件編號為CM1200DC 34N的零件，每個額定為1700伏特1200安培。每個IGBT由光纖相互連接至TB光耦元件184、186的驅動器板200,202控制，TB光耦元件184、186位于低電壓功率調制器和脈沖控制器內。各個IGBT不依賴其它被使用的IGBT獨立控制供給至線圈組或氣缸的電源。各個電磁線圈組150、154優選地包括跨過其正極和負極連結點的反激式二極管204、206。已經發現編號為SDI500030LB-PUK的VISHAY零件是額定為1600A 3000V的二極管，且適合去除反激。反激(FLYBACK)是跨過感生負載所看到的突然的電壓尖峰，當電源電壓被系統脈沖和頻繁的開關突然改變時，感生負載就通過線圈組產生了。從各個線圈組高電壓DC繼續通過另外的隔離二極管208、210，優選的編號為 SDI500030L B-PUK 1600A3000V 的 VISHAY 零件。隔離二極管 208、210被認為是遺留元件；他們的主要功能是磁線圈組彼此之間相互隔離。隔離二極管208、210連接至共同的銅總線212，銅總線212連接至高電壓DC 120V電源電池陣列的負極端。參照圖11和12，示出了可選的光隔離器構造。在此實施方式中，包括了定時器電路222和電位計224。用這種布置，IGBT的點火窗口可分離為多于一個的脈沖信號以允許 額外控制電磁體和電源，如圖12所示。此配置允許被第二電脈沖228跟隨的初始電脈沖226。本領域的技術人員將認識到這種構造允許電磁體的占空比為特定的應用所定制。此構造還允許電磁體的占空比基于從傳感器(如力矩傳感器)的輸入被改變，減少基于發動機負載的功耗。其它優點包括控制點火窗口期間產生的峰值力矩，點火窗口可包括點火窗口的第一部分期間的較低占空比和點火窗口的第二部分期間的較高占空比。應當注意的是，雖然沒有說明，本領域中已知的功率產生裝置可被利用以保持電池中的電力供給。這樣的功率產生裝置可包括但不限于交流發電機、發電機、磁發電機、動態制動和類似的方法。功率產生裝置可從通過傳送帶、軸、齒輪、直接耦合、流體驅動等等的發動機直接操作。可選的，功率產生裝置可間接耦合至發動機，如通過動態制動、輪式發電機、和輔助內或外燃發動機，如混合式。應當注意的是，本發明的發動機可從靜態調定中的常規電力網操作，以此去除了對電池的需要。說明書中所提及的所有專利和出版物都表明了本發明涉及的領域內的技術人員的水平。全部專利和出版物通過相同程度的引用合并于本文，猶如各個個體出版物明確地和單獨地表明通過引用合并。應當理解的是雖然說明了本發明的某個形式，但是并不限制于本文所描述和示出的具體形式或布置。對于本領域中的技術人員顯而易見的是，可以做不同的變化而不脫離本發明的范圍，且本發明不被認為受限于本說明書中所描述與示出的內容和本文所包括的任何圖畫/附圖。本領域中的技術人員將容易理解的是，本發明特別適于完成目的和獲取提及的目的和優點，以及本文所固有的那些目的和優點。本文所描述的實施方式、方法、過程和技術目前表示優選的實施方式，為示例性的且不對范圍進行限制。本領域中的技術人員所想到的對本文的改變和其它使用包含在本發明的精神之內且為附加的權利要求的范圍所限定。盡管本發明關于具體的優選的實施方式而被描述，應當理解的是，如權利要求的那樣本發明不應被不恰當地限制于具體的實施方式。實際上，用于實現本發明的、對所描述的模式的不同修改對于本領域中的技術人員時顯而易見的，落在權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種磁操作往復式發動機，包括 至少一個活塞，被構造并布置以能夠沿基本直線路徑往復運動，所述至少一個活塞包括與之固定的至少一個永磁體； 曲柄軸，具有至少一個偏移行程，用于將所述至少一個活塞的往復運動轉換為旋轉運動； 連接桿，具有第一端和第二端，所述第一端樞轉地固定至所述至少一個活塞，所述第二端旋轉地連接至所述曲柄軸的所述至少一個偏移行程； 至少一個電磁體組件，固定至所述發動機從而使得當所述至少一個電磁體組件通電時與所述至少一個永磁體反應； 低電壓電源，用于向電子元件供給低電壓電源； 高電壓直流電源； 計時/點火系統，包括計時模塊和點火模塊，所述計時模塊使用所述低電壓來監控所述曲柄軸的旋轉，響應于引起所述曲柄軸旋轉的所述曲柄軸位置，所述計時模塊發送脈沖低電壓信號至所述點火系統，從而使得高電壓電力以脈沖的方式從所述高電壓電源流至所述至少一個電磁體組件從而產生磁場。
2.如權利要求I中所述的磁操作往復式發動機，其中，所述點火模塊包括 至少一個驅動器板，光學地連接至所述計時模塊，所述驅動器板與至少一個絕緣柵雙極晶體管電氣通訊，所述絕緣柵雙極晶體管被構造和布置以控制至少一個絕緣柵的開啟和關閉，從而使所述高電壓直流電源與所述至少一個電磁體連接和斷開。
3.如權利要求2中所述的磁操作往復式發動機，其中，所述至少一個絕緣柵雙極晶體管包括 兩個開關通道，能夠一前一后獨立操作或以交替模式操作。
4.如權利要求3中所述的磁操作往復式發動機，其中，所述點火系統包括 至少一個反激式二極管，電連接至所述至少一個電磁體的正極和負極連結點。
5.如權利要求I中所述的磁操作往復式發動機，其中，所述計時系統包括 至少一個光電紅外傳感器，被構造和布置以與正時圓盤協作，以提供所述曲柄軸的旋轉位置，所述光電紅外傳感器產生穩定的電信號，用于輸送至功率調制器和脈沖控制器。
6.如權利要求5中所述的磁操作往復式發動機，所述計時模塊包括 至少一個功率調制器和脈沖控制器，與所述光電紅外傳感器電通訊的，并被構造和布置以將從所述光電紅外傳感器接收的所述穩定數字信號轉換為信號，所述信號可在發送的所述信號時間幀/持續時間內手動地變化占空比。
7.如權利要求I中所述的磁操作往復式發動機，其中，所述基本直線路徑是氣缸。
8.如權利要求I中所述的磁操作往復式發動機，其中，所述活塞包括 多個固定在活塞上的磁體，排列成彼此互補以產生大于各個單獨磁體所能產生的磁通量。
9.一種用于操作電磁體的計時/點火系統包括 低電壓電源，包括功率逆變器和一個或多個電源，所述電源具有至少一個輸出電壓以用于操作電子元件，所述電子元件包括順序模塊和點火模塊； 高電壓直流電源，包括多個串聯勾連在一起的電池；計時模塊，被構造和布置以監控一個機械元件相對于另一機械元件的運動，其中響應于所述運動，所述計時模塊產生脈沖光信號，所述脈沖光信號被轉移至點火模塊； 點火模塊，與所述計時模塊光通訊，并被構造和布置以從所述計時模塊接收所述脈沖光信號，以及以脈沖方式將所述高電壓直流電源連接至電磁體，所述脈沖方式對應于從所述計時模塊接收的所述脈沖信號。
10.如權利要求9中所述的用于操作電磁體的計時/點火系統，其中，響應于所述一個機械元件相對于另一機械元件的運動，所述計時模塊產生多于一個的預先確定的用于傳遞至所述點火系統的光脈沖。
11.如權利要求9中所述的用于操作電磁體的計時/點火系統，其中，所述高電壓電源包括 大約10個12伏特電池，以串聯方式連接在一起，用以提供總共120伏特的直流電源。
12.如權利要求11中所述的用于操作電磁體的計時/點火系統，其中，所述高電壓電源包括 多個電容器，連接在所述電池和電磁線圈之間，用以使電池輸出平穩以及向所述電磁線圈提供較平滑的電源信號。
13.如權利要求9中所述的用于操作電磁體的計時/點火系統，其中，所述點火系統包括 至少一個驅動器板，光連接至所述計時模塊，并與至少一個絕緣柵雙極晶體管電通訊，所述絕緣柵雙極晶體管被構造和布置以控制至少一個絕緣柵的開啟和關閉，從而將所述高電壓直流電源與所述至少一個電磁體連接和斷開。
14.如權利要求13中所述的用于操作電磁體的計時/點火系統，其中，所述至少一個絕緣柵雙極晶體管包括 兩個開關通道，能夠一前一后獨立操作或以交替模式操作。
15.如權利要求14中所述的用于操作電磁體的計時/點火系統，其中，所述點火系統包括 至少一個反激式二極管，電連接至所述至少一個電磁體的正極和負極連結點。
16.如權利要求9中所述的用于操作電磁體的計時/點火系統，其中，所述計時模塊包括 至少一個光電紅外傳感器，與正時圓盤協作以提供所述曲柄軸的旋轉位置，所述光電紅外傳感器產生穩定的電信號，用于輸送至功率調制器和脈沖控制器。
17.如權利要求16中所述的用于操作電磁體的計時/點火系統，其中，所述計時模塊包括 至少一個功率調制器和脈沖控制器，與所述光電紅外傳感器電通訊，并將從所述光電紅外傳感器接收的所述穩定數字信號轉換為信號，所述信號可在發送的所述信號時間幀/持續時間內手動地變化占空比。
18.一種特別適合使用在磁操作往復式發動機中的電磁線圈構造，包括 線軸，由適合于產生磁場的鐵磁材料構造而成，所述線軸具有芯部，所述芯部由在具有氫氣的磁場中退火而成的材料構造，以使得通過對齊所述鐵磁材料的晶粒來改變所述中央芯部的晶體結構，從而提供聞磁導率；以及具有導電特征的連續線纜，纏繞所述芯部多次，所述連續線纜包在絕緣材料內，所述連續線纜的遠端向外延伸用于連接至電源。
19.如權利要求18中所述的電磁線圈構造，其中，所述芯部材料是鎳-鐵合金。
20.如權利要求19中所述的電磁線圈構造，其中，所述芯部材料包括大約80%鎳、15%鐵加微量的銅、硅和鑰。
21.如權利要求18中所述的電磁線圈構造，其中，所述芯部包括 一對端蓋，限定所述線軸，并具有大于所述芯部的直徑，其中所述連續線纜被包裹在所述端蓋之間，從而在所述電磁線圈操作期間阻止連續線纜線圈相對于所述芯部的運動。
22.如權利要求18中所述的電磁線圈構造，其中，所述連續線纜圍繞所述芯部延伸大約250次，且是規格為8的銅線纜。·
全文摘要
本發明提供具有獨特電磁控制系統的磁控往復式發動機。所述發動機被構造和布置永儲存電源(如電池)操作以通過控制電磁線圈內部的熱量產生的方式來控制供給至電磁體的電源，進而提供延長的運行時間，因此增加了線圈壽命。所述控制系統還能控制發動機速度和/或力矩輸出，使得發動機在廣泛使用中發揮多用途。所述系統構造和布置成被使用在新的和現有的不同配置的發動機上，且可使用在其它受益于電磁體使用的工藝或裝置中。
文檔編號H02P25/02GK102792582SQ201180008749
公開日2012年11月21日 申請日期2011年2月8日 優先權日2010年2月8日
發明者斯蒂芬·邁爾斯, 馬克爾·克里斯托福德 申請人:邁爾斯磁學有限責任公司