磁致往復(fù)式馬達(dá)和利用反向磁切換的過(guò)程的制作方法

專利名稱：磁致往復(fù)式馬達(dá)和利用反向磁切換的過(guò)程的制作方法
磁致往復(fù)式馬達(dá)和利用反向磁切換的過(guò)程
交叉引用相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)要求于2011年7月5日申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?3/176603的美國(guó)專利申請(qǐng)和于2010年7月8日申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?2/832928的美國(guó)專利申請(qǐng)的權(quán)益。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明的領(lǐng)域一般涉及使用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)向輸出軸或曲軸提供動(dòng)力的往復(fù)式馬達(dá)。更具體地，本發(fā)明涉及這樣的馬達(dá)，其中使用永磁體磁排斥力和磁吸引力來(lái)使磁致動(dòng)器往復(fù)運(yùn)動(dòng)。甚至更具體地，本發(fā)明涉及這樣的馬達(dá)，其中通過(guò)使用軸向充電的螺線管可選擇排斥或吸引致動(dòng)器來(lái)改變致動(dòng)器的方向。
背景技術(shù)：
往復(fù)式馬達(dá)一直并將持續(xù)用于幾乎各種可能形式的輸送中和滿足世界上各種電源需要。通常，往復(fù)式馬達(dá)具有可滑動(dòng)地設(shè)置在氣缸中的活塞，并且使用驅(qū)動(dòng)力沿著一個(gè)或兩個(gè)方向在氣缸內(nèi)驅(qū)動(dòng)活塞，以使得例如曲軸的輸出軸旋轉(zhuǎn)。最常用的往復(fù)式馬達(dá)是內(nèi)燃機(jī)引擎。典型的內(nèi)燃機(jī)引擎包括一串氣缸，每個(gè)具有在內(nèi)部往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞來(lái)驅(qū)動(dòng)曲軸以產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力?？諝夂腿剂显诨钊覂?nèi)混合(活塞室由活塞的頂部限定在氣缸內(nèi)部)并通過(guò)火花塞的火花點(diǎn)燃來(lái)提供向下驅(qū)動(dòng)活塞的爆發(fā)驅(qū)動(dòng)力。燃料和空氣通過(guò)進(jìn)氣閥進(jìn)入活塞室，燃燒以后，廢氣通過(guò)排氣閥排出。為了獲得燃料/空氣的點(diǎn)燃過(guò)程的合適性能，閥啟動(dòng)機(jī)構(gòu)必須在正確的時(shí)間打開(kāi)和關(guān)閉進(jìn)氣閥和排氣閥。由于相對(duì)高的引擎工作速度，該過(guò)程以很快的速度發(fā)生。由于其廣泛的使用，工業(yè)化開(kāi)始以來(lái)在美國(guó)和大多數(shù)工業(yè)國(guó)家內(nèi)燃機(jī)引擎一直是集中努力研究的課題來(lái)提高引擎的工作性能。盡管付出這么多努力，眾所周知內(nèi)燃機(jī)引擎的燃料(例如汽油和其他石油產(chǎn)品)利用率相對(duì)低，并且成為大多數(shù)城市和城鎮(zhèn)存在的空氣污染問(wèn)題的主因。正如這樣，大多數(shù)人意識(shí)到內(nèi)燃機(jī)引擎的持續(xù)使用明顯透支了地球的有限自然資源，并且對(duì)人類的健康是重大的威脅。
還有已知的其他類型的往復(fù)式裝置。例如，電磁往復(fù)式引擎使用電磁力作為驅(qū)動(dòng)力來(lái)使氣缸內(nèi)的活塞移動(dòng)并使輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這種引擎的典型結(jié)構(gòu)包括多個(gè)圍繞氣缸設(shè)置的電磁體，其通過(guò)電流來(lái)致動(dòng)以提供所需的電磁力來(lái)驅(qū)動(dòng)氣缸中的活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。眾所周知，這種類型的電磁引擎必須需要大量的電流來(lái)給電磁體提供動(dòng)力并通常需要復(fù)雜的控制機(jī)構(gòu)來(lái)向電磁體以操作引擎所需的方式提供電流。由于這些和其他實(shí)際原因，電磁往復(fù)式引擎還沒(méi)有被廣泛接收。
另一個(gè)用于往復(fù)驅(qū)動(dòng)氣缸內(nèi)活塞的動(dòng)力來(lái)源是儲(chǔ)存在永磁體中的磁能。眾所周知，假設(shè)允許一個(gè)或兩個(gè)磁鐵移動(dòng)，那么當(dāng)兩個(gè)磁鐵的相同磁極相互接近時(shí)兩個(gè)磁場(chǎng)的排斥力將排斥磁體，相反地，當(dāng)兩個(gè)磁鐵的相反磁極相互接近時(shí)磁場(chǎng)的吸引力將吸引磁體相互接近。使用永磁體作為往復(fù)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)力的一個(gè)已知優(yōu)點(diǎn)是可以從這些磁體中獲得的能量相對(duì)恒定并能夠具有長(zhǎng)的工作有效期。然而，為了使用永磁體來(lái)往復(fù)驅(qū)動(dòng)氣缸內(nèi)的活塞，必須提供一種機(jī)構(gòu)，其首先使用不同極的優(yōu)點(diǎn)來(lái)吸引活塞接近永磁體然后使用相同極的優(yōu)點(diǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)活塞離開(kāi)永磁體。自然地，這些必須在準(zhǔn)確的時(shí)間非?？焖俚赝瓿?。迄今為止，當(dāng)使用永磁體時(shí)與電磁力相反地能夠快速切換極性的困難，實(shí)質(zhì)上限制了使用永磁體的優(yōu)點(diǎn)作為驅(qū)動(dòng)力來(lái)往復(fù)驅(qū)動(dòng)氣缸中的活塞從而為了產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或發(fā)電而使輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的能力。
多年來(lái)，不斷有各種使用永磁體作為驅(qū)動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)活塞或其他致動(dòng)裝置的往復(fù)裝置在某種程度上被發(fā)明出來(lái)。例如，授予Pecci的美國(guó)專利N0.3，676，719公開(kāi)了一種具有設(shè)置在同心沉孔內(nèi)的電磁螺線管的電磁馬達(dá)，其具有圍繞內(nèi)套管設(shè)置的線圈和在其端部上的電磁絕緣端壁。含鐵金屬芯可滑動(dòng)地容納在內(nèi)套管中并響應(yīng)于電磁力往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)使驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。授予Kiniski的美國(guó)專利N0.3，811，058公開(kāi)了一種往復(fù)裝置，其包括底部開(kāi)口的氣缸，其具有由磁性材料制造的活塞，活塞具有預(yù)定的極性，可滑動(dòng)地設(shè)置在氣缸室中。盤可旋轉(zhuǎn)地安裝在氣缸下面的引擎塊上，盤具有至少一個(gè)永磁體，在面向氣缸的開(kāi)口的底部的表面上具有相同極性，這樣盤的旋轉(zhuǎn)周期性地將永磁體和活塞對(duì)齊，故其間排斥力造成活塞在氣缸室內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。授予Howard的美國(guó)專利N0.3，967，146公開(kāi)了一種磁運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換馬達(dá)，其具有相同極互相面對(duì)設(shè)置的永磁體和設(shè)置在磁體之間的磁通量場(chǎng)抑制器，隨著磁通量場(chǎng)抑制器在磁體的相同極之間移動(dòng)成對(duì)準(zhǔn)來(lái)反復(fù)地產(chǎn)生磁排斥和吸引動(dòng)作。磁體往復(fù)驅(qū)動(dòng)連接到曲軸的活塞桿，曲軸連接到常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)軸作為主輸出軸。Blalock的美國(guó)專利N0.4, 317, 058公開(kāi)了一種電磁往復(fù)引擎，其具有非鐵磁性氣缸和設(shè)置在氣缸的外端的電磁體，永磁性活塞可往復(fù)地設(shè)置在氣缸中。切換裝置將電磁體連接到電源，造成電磁體產(chǎn)生電場(chǎng)，使活塞在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。Turner的美國(guó)專利N0.4，507, 579公開(kāi)了一種往復(fù)活塞電動(dòng)機(jī)，其具有可滑動(dòng)地設(shè)置在非磁性氣缸內(nèi)的磁活塞，線圈纏繞在非磁性氣缸端部，通過(guò)電致動(dòng)來(lái)往復(fù)驅(qū)動(dòng)氣缸內(nèi)的活塞從而驅(qū)動(dòng)通過(guò)活塞桿連接到活塞的曲軸。Gifford美國(guó)專利N0.5，457，349公開(kāi)了一種往復(fù)電磁引擎，其具有安裝在活塞上的固定磁體，其斷續(xù)地吸引和排斥按順序激勵(lì)的電磁體，電磁體徑向安裝在氣缸壁內(nèi)。計(jì)算機(jī)控制機(jī)構(gòu)調(diào)整電磁體的時(shí)間來(lái)使活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)的曲軸。Harty等的美國(guó)專利N0.6，552，450公開(kāi)了一種往復(fù)運(yùn)動(dòng)引擎，其具有可往復(fù)運(yùn)動(dòng)地設(shè)置在氣缸內(nèi)的活塞，其被連接到活塞和氣缸上的相對(duì)的電磁體驅(qū)動(dòng)。極性切換機(jī)構(gòu)切換極性來(lái)使活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)。Butler的美國(guó)專利N0.7，557，473公開(kāi)了一種電磁往復(fù)運(yùn)動(dòng)引擎，包括設(shè)置在永磁體之間的具有相對(duì)的磁極的電磁體，永磁體安裝在連接到曲軸的移動(dòng)架的任一端部上。磁吸引力和排斥力被用于使框架往復(fù)運(yùn)動(dòng)和使曲軸旋轉(zhuǎn)。
之前公開(kāi)和目前可行的永磁體往復(fù)馬達(dá)的一個(gè)主要缺點(diǎn)是用于切換極性來(lái)往復(fù)驅(qū)動(dòng)氣缸中活塞的機(jī)構(gòu)通常使用一個(gè)或多個(gè)電磁體，其使用互相連接電源和電磁體的切換機(jī)構(gòu)。使用電磁體來(lái)使活塞往復(fù)地接近或遠(yuǎn)離永磁體的主要問(wèn)題是永磁體的力場(chǎng)受到電磁體的鐵芯的強(qiáng)烈的吸引。該強(qiáng)烈的磁吸引力使得磁排斥力克服在永磁體和鐵芯之間的吸引變得非常困難(如果不是不可能)，由此消除了(吸引/排斥動(dòng)作中的)排斥步驟，排斥步驟對(duì)于響應(yīng)磁切換使活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)是必要的。如果永磁體和鐵芯之間的強(qiáng)大的磁吸引可以克服，電磁體需要使用大量的能量。其他裝置使用電動(dòng)機(jī)或其他原動(dòng)機(jī)來(lái)使具有永磁體的部件轉(zhuǎn)動(dòng)或樞轉(zhuǎn)，以使得周期性地吸引或排斥活塞上的磁體來(lái)提供所需的力往復(fù)驅(qū)動(dòng)活塞。自然地，使用外部原動(dòng)機(jī)基本上減少了磁致往復(fù)式馬達(dá)的能效，從而也是這種馬達(dá)的一個(gè)主要好處。與目前可行的磁致往復(fù)式馬達(dá)相關(guān)的另一個(gè)主要缺點(diǎn)是切換機(jī)構(gòu)通常有些復(fù)雜，容易發(fā)生故障或停止操作。
因此，所需要的是一種改進(jìn)的磁致往復(fù)式馬達(dá)，其具有改進(jìn)的切換極性的機(jī)構(gòu)，來(lái)周期性地吸引和排斥活塞類的磁致動(dòng)器，以使致動(dòng)器往復(fù)移動(dòng)并且驅(qū)動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)。一種改進(jìn)的往復(fù)式馬達(dá)沒(méi)有使用鐵芯電磁體來(lái)朝向或遠(yuǎn)離永磁體地吸引和排斥磁致動(dòng)器，從而避免永磁體和鐵芯之間產(chǎn)生過(guò)大的吸引力。往復(fù)式馬達(dá)不應(yīng)該依賴于原動(dòng)機(jī)或類似裝置來(lái)使永磁體從吸引位置向排斥位置往復(fù)運(yùn)動(dòng)從而往復(fù)地驅(qū)動(dòng)設(shè)置在氣缸內(nèi)的活塞。優(yōu)選的往復(fù)式馬達(dá)應(yīng)該易于操作，需要有限數(shù)目的移動(dòng)部件和相對(duì)低的制造成本。優(yōu)選的往復(fù)式馬達(dá)應(yīng)該連接到曲軸或其他輸出軸來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力并適用于大范圍的往復(fù)式馬達(dá)應(yīng)用，包括車輛運(yùn)動(dòng)和發(fā)電。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的磁致往復(fù)式馬達(dá)解決了上述問(wèn)題并具有以上說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。這就是說(shuō)，本發(fā)明公開(kāi)了一種新型改進(jìn)的往復(fù)式馬達(dá)，其使用螺線管來(lái)提供電磁力使細(xì)長(zhǎng)的磁致動(dòng)器往復(fù)移動(dòng)，改變電磁力的極性來(lái)使磁致動(dòng)器往復(fù)運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)輸出軸，該磁致動(dòng)器在每個(gè)端部具有永磁體。螺線管的線圈纏繞在固定地保持在位的非鐵線軸上線軸。螺線管磁致動(dòng)器的一個(gè)永磁體由螺線軸排斥而其他永磁體被吸引到螺線管，與此響應(yīng)，致動(dòng)器的一個(gè)或多個(gè)軸在線軸內(nèi)線性移動(dòng)。本發(fā)明的磁致往復(fù)式馬達(dá)不使用電磁體，因此解決了與永磁體被電磁體的鐵芯吸引相關(guān)的問(wèn)題，該問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致效率降低，甚至導(dǎo)致磁致動(dòng)器的不運(yùn)動(dòng)。螺線管快速改變極性來(lái)磁吸引和排斥磁致動(dòng)器的永磁體以往復(fù)移動(dòng)致動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)輸出軸。本發(fā)明的磁致往復(fù)式馬達(dá)不依賴于外部能量源，例如原動(dòng)機(jī)或類似，來(lái)樞轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)動(dòng)永磁體，或者要不然從吸引位置向排斥位置移動(dòng)永磁體，從而往復(fù)地驅(qū)動(dòng)磁致動(dòng)器。新型的往復(fù)式馬達(dá)操作相對(duì)簡(jiǎn)單，需要有限數(shù)目的移動(dòng)部件，而且制造成本相對(duì)低。本發(fā)明的磁致往復(fù)式馬達(dá)連接曲軸來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，這適用于大范圍的各種往復(fù)式馬達(dá)應(yīng)用，包括車輛運(yùn)動(dòng)(無(wú)論是陸地,空中或水中)和發(fā)電。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)總的方面，磁致往復(fù)式馬達(dá)包括:框架；由框架固定支撐的螺線管；電連接到螺線管來(lái)激勵(lì)螺線管的電源；電連接電源和螺線管的切換機(jī)構(gòu)；相對(duì)于螺線管響應(yīng)螺線管的電磁場(chǎng)而往復(fù)運(yùn)動(dòng)的磁致動(dòng)器；可操作地連接到磁致動(dòng)器的機(jī)構(gòu),將磁致動(dòng)器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成使得連接到輸出軸的工作對(duì)象(例如飛輪)旋轉(zhuǎn)；以及，連接輸出軸和切換機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)，來(lái)控制切換機(jī)構(gòu)的工作和定時(shí)。在一個(gè)實(shí)施例中，框架限定了腔室，螺線管由框架支撐在腔室內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施例中，框架是基本上封閉本發(fā)明的馬達(dá)的外殼。螺線管具有第一端、相面對(duì)的第二端和線軸，線軸具有設(shè)置在第一端部和第二端部之間的管狀中心部件和纏繞在中心部件上的線圈。線軸的中心部件具有磁致動(dòng)器的一部分往復(fù)穿過(guò)的基本的開(kāi)口中心。線軸是由一種或多種非鐵磁性材料制造。與電磁體不同，本發(fā)明的螺線管不具有鐵磁芯。螺線管處于第一激勵(lì)狀態(tài)時(shí)在第一端部具有第一極性和在第二端部具有第二極性，處于第二激勵(lì)狀態(tài)時(shí)在第一端部具有第二極性和在第二端部具有第一極性。切換機(jī)構(gòu)在第一激勵(lì)狀態(tài)和第二激勵(lì)狀態(tài)之間可選擇地切換螺線管。磁致動(dòng)器具有包括第一端部和第二端部的細(xì)長(zhǎng)軸，位于軸的第一端部的第一永磁體，和位于軸的第二端部的第二永磁體。軸可往復(fù)地容納在線圈的開(kāi)口中心。第一永磁體具有設(shè)置成朝向螺線管的第一端部的端部，其由致動(dòng)器的極性磁充電，致動(dòng)器的極性是第一極性和第二極性中的一個(gè)。第二永磁體具有設(shè)置成朝向螺線管的第二端部的端部，其同樣由致動(dòng)器的極性磁充電。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，將磁致動(dòng)器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為工作對(duì)象的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)具有第一輸出軸和第二輸出軸。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，控制切換機(jī)構(gòu)的動(dòng)作和定時(shí)的控制機(jī)構(gòu)連接到第一輸出軸。飛輪或其他工作對(duì)象可連接到第二輸出軸。
在一個(gè)實(shí)施例中，軸具有管狀腔體，第一永磁體具有第一延伸部分，第一延伸部分具有從軸的第一端部延伸進(jìn)入管狀腔體的內(nèi)端部，第二永磁體具有第二延伸部分，第二延伸部分具有從軸的第二端部延伸進(jìn)入管狀腔體的內(nèi)端部。第一延伸部分的內(nèi)端部設(shè)置為與第二延伸部分的內(nèi)端部相互間隔開(kāi)，來(lái)在軸的管狀腔體內(nèi)第一延伸部分和第二延伸部分之間形成間隙。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，磁致動(dòng)器具有細(xì)長(zhǎng)的管狀軸，管狀軸具有在軸的第一和第二端部之間形成管狀腔體的一個(gè)或者多個(gè)壁。第一永磁體設(shè)置在管狀腔體內(nèi)位于軸的第一端部處，第二永磁體設(shè)置在位于軸的第二端部處的管狀腔體內(nèi)。在這個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)永磁體基本上完全設(shè)置在管狀軸內(nèi)，間隙將第一永磁體的第二端部和第二永磁體的第一端部分隔開(kāi)。因?yàn)椴捎蒙鲜鰧?shí)施例，切換螺線管的端部的極性的反向磁切換可往復(fù)驅(qū)動(dòng)磁致動(dòng)器來(lái)進(jìn)行所需的工作。該結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)能夠提高本發(fā)明的馬達(dá)的性能。
在一個(gè)實(shí)施例中，控制切換機(jī)構(gòu)的操作和定時(shí)的控制機(jī)構(gòu)是接合到第一輸出軸以隨其旋轉(zhuǎn)的凸輪。在另一個(gè)實(shí)施例中，控制機(jī)構(gòu)是分體式換向器，其具有一對(duì)開(kāi)縫盤和一對(duì)實(shí)心盤，所述盤的每一個(gè)被盤絕緣體分隔開(kāi)。接收從電源(例如電池或類似物)輸入電能的開(kāi)關(guān)可操作地連接實(shí)心盤，并且，輸出電能到螺線管的開(kāi)關(guān)可操作地連接開(kāi)縫盤。開(kāi)縫盤和實(shí)心盤的旋轉(zhuǎn)提供了所需的換向磁切換。在另一個(gè)實(shí)施例中，控制機(jī)構(gòu)是電驅(qū)動(dòng)裝置，其包括可操作地連接到半橋驅(qū)動(dòng)器的控制單元、公共晶體管和用戶接口，用以通過(guò)提供驅(qū)動(dòng)磁致動(dòng)器的換向磁切換的方式將電源的電能傳送到螺線管。
如上所述，螺線管包括由電線制成的線圈，電線優(yōu)選為具有薄漆包絕緣層的銅線，圍繞線軸的中心部件纏繞，來(lái)在被激勵(lì)時(shí)提供軸向充電的電磁場(chǎng)。線圈具有縱軸，由具有磁致動(dòng)器往復(fù)運(yùn)動(dòng)穿過(guò)的開(kāi)口中心的管狀中心部件限定。磁致動(dòng)器的軸具有與線圈的縱軸軸向?qū)R的縱軸。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在軸的每個(gè)端部上的永磁體與軸和線圈的縱軸軸向?qū)R。每一個(gè)永磁體具有致動(dòng)器極性，對(duì)于兩個(gè)磁體而言，極性相同，并且軸向指向設(shè)置在兩個(gè)磁體之間的螺線管線圈。當(dāng)激勵(lì)線圈時(shí)，在螺線管的兩個(gè)端部產(chǎn)生相反的磁極性，第一極性和第二極性。在螺線管的每個(gè)端部的極性軸向指向它們各自相對(duì)的永磁體的致動(dòng)器極性。工作期間，切換機(jī)構(gòu)周期性地切換螺線管兩個(gè)端部的極性來(lái)可選擇地排斥和吸引在磁致動(dòng)器的端部的磁體。當(dāng)一個(gè)永磁體被螺線管的相應(yīng)端部吸引時(shí)，另一永磁體被螺線管的相應(yīng)端部排斥。這種可選擇的排斥和吸引作用使磁致動(dòng)器往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)操作工作對(duì)象，例如飛輪，來(lái)獲得用于馬達(dá)的所需工作輸出。在該優(yōu)選實(shí)施例中，凸輪、分體式換向器、電驅(qū)動(dòng)裝置或類似控制機(jī)構(gòu)連接到輸出軸并與切換機(jī)構(gòu)可操作地相互作用來(lái)提供往復(fù)驅(qū)動(dòng)磁致動(dòng)器和操作馬達(dá)的換向磁切換所必須的定時(shí)。其他控制機(jī)構(gòu)，無(wú)論是否被輸出軸操作，均可用于操作切換機(jī)構(gòu)和提供換向磁切換的定時(shí)。
因此本發(fā)明的主要方面是提供使用反向磁切換的磁致往復(fù)式馬達(dá)，其具有上述優(yōu)點(diǎn)并克服目前使用的磁動(dòng)力的往復(fù)式馬達(dá)存在缺點(diǎn)和限制。本發(fā)明的另一個(gè)重要方面是提供一種磁致往復(fù)式馬達(dá)，其使用電磁力來(lái)使在其兩端具有永磁體的細(xì)長(zhǎng)磁致動(dòng)器往復(fù)運(yùn)動(dòng)，來(lái)驅(qū)動(dòng)輸出軸和發(fā)電、推動(dòng)車輛、驅(qū)動(dòng)泵或其他馬達(dá)應(yīng)用。本發(fā)明的另一個(gè)重要方面是提供一種磁致往復(fù)式馬達(dá)，其使用電磁力來(lái)可選擇地吸引和排斥安裝在未使用電磁體的磁致動(dòng)器上的一對(duì)相對(duì)放置的永磁體來(lái)消除永磁體和電磁體的鐵芯之間的吸引。本發(fā)明還有一個(gè)重要方面是提供一種磁致往復(fù)式馬達(dá)，其使用螺線管來(lái)提供電磁力以往復(fù)驅(qū)動(dòng)磁致動(dòng)器，該磁致動(dòng)器具有線性設(shè)置在纏繞螺線管線圈的非鐵線軸內(nèi)的軸。本發(fā)明的另一個(gè)重要方面是提供一種磁致往復(fù)式馬達(dá)，其不需要利用原動(dòng)機(jī)或類似物來(lái)提供磁性地往復(fù)驅(qū)動(dòng)磁致動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)輸出軸所需的磁切換。
通過(guò)參照相關(guān)附圖和優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明可以更加詳細(xì)地解釋本發(fā)明的上述和其他方面和優(yōu)點(diǎn)。正如這里所述，本發(fā)明具有目前權(quán)利要求所描述和理解的形式、結(jié)構(gòu)、操作模式和過(guò)程組合的新穎性特征。


了優(yōu)選實(shí)施例和目前采用的用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例構(gòu)成的磁致往復(fù)式馬達(dá)的側(cè)視圖2是沿著圖1的線2-2截取的圖1中磁致往復(fù)式馬達(dá)的橫截面正視圖3是圖1中磁致往復(fù)式馬達(dá)的俯視圖4是沒(méi)有外殼的圖1中磁致往復(fù)式馬達(dá)的側(cè)視圖5是沿著圖4的線5-5截取的圖4中磁致往復(fù)式馬達(dá)的橫截面正視圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)成的磁致往復(fù)式馬達(dá)一連串的正視圖，通過(guò)一個(gè)完整的操作周期示出了馬達(dá)，其永磁體被定位成具有S極的磁極被引導(dǎo)指向螺線管的軸向充電電磁場(chǎng)；
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)成的磁致往復(fù)式馬達(dá)的一連串的正視圖，通過(guò)的一個(gè)完整的操作周期示出了馬達(dá)，其永磁體定位成具有N極的磁極被引導(dǎo)成指向螺線管的軸向充電電磁場(chǎng)；
圖8是與本發(fā)明的磁致往復(fù)式馬達(dá)一起使用的磁致動(dòng)器和連接桿連接器的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖9是沿著圖8的線9-9截取的圖8的磁致動(dòng)器和連接桿連接器的橫截面?zhèn)纫晥D10是與本發(fā)明的磁致往復(fù)式馬達(dá)一起使用的磁致動(dòng)器的第一實(shí)施例的側(cè)視圖11是沿著圖10的線11-11截取的圖10的磁致動(dòng)器的橫截面?zhèn)纫晥D12是圖10的磁致動(dòng)器的分解的側(cè)透視圖13是與本發(fā)明的磁致往復(fù)式馬達(dá)的優(yōu)選實(shí)施例一起使用的螺線管的分解的側(cè)透視圖14是圖1所示本發(fā)明的磁致往復(fù)式馬達(dá)的實(shí)施例中磁致動(dòng)器和連接桿裝置的側(cè)視圖15是圖14所示磁致動(dòng)器和連接桿裝置的分解的側(cè)透視圖16是用于本發(fā)明的磁致往復(fù)式馬達(dá)的優(yōu)選實(shí)施例中的螺線管的電氣系統(tǒng)的示意圖17是本發(fā)明的磁致往復(fù)式馬達(dá)中使用的磁致動(dòng)器的優(yōu)選實(shí)施例的側(cè)視圖18是沿著圖17的線18-18截取的圖17的磁致動(dòng)器的橫截面?zhèn)纫晥D；圖19是圖17的磁致動(dòng)器的分解的側(cè)透視圖；圖20是用于本發(fā)明的馬達(dá)的分體式換向器控制機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖，示出為其安裝在第一輸出軸上，切換機(jī)構(gòu)安裝在固定板上；圖21是沒(méi)有第一輸出軸的圖20所示分體式換向器控制機(jī)構(gòu)的正視圖；圖22是沒(méi)有固定板的圖21的分體式換向器控制機(jī)構(gòu)和切換機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖；圖23是圖22的分體式換向器控制機(jī)構(gòu)的俯視透視圖，示出位與螺線管和電源的電連接；和圖24是用于本發(fā)明的馬達(dá)的電驅(qū)動(dòng)裝置控制結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖，其中，相同元件給予相同的附圖標(biāo)記來(lái)幫助讀者理解本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在下面闡述。所附的文本和附圖僅僅是優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明，僅代表構(gòu)成本發(fā)明的幾種可能的方式。雖然說(shuō)明了特定部件、材料、配置和應(yīng)用，可以理解的是對(duì)于在本文和附圖中描述的這些部件和那些部件的配置可作出多種變形，而不改變本文說(shuō)明的本發(fā)明的范圍和功能。例如，這里提供的附圖和說(shuō)明書主要指單個(gè)馬達(dá)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，這僅僅是為了簡(jiǎn)化本發(fā)明公開(kāi)內(nèi)容的目的，本發(fā)明對(duì)此沒(méi)有限制，可同時(shí)使用多個(gè)馬達(dá)來(lái)達(dá)到所需工作目標(biāo)。在附圖中，磁致往復(fù)式馬達(dá)總體表示為10，其由各部件構(gòu)成并按照發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例配置。最好如附圖1-3所示，本發(fā)明的馬達(dá)10通常包括其中限定腔體14的框架12、由框架12固定支撐的軸向充電的電磁螺線管16、往復(fù)運(yùn)動(dòng)地穿過(guò)螺線管16設(shè)置的活塞狀磁致動(dòng)器18、構(gòu)成為操作螺線管16的切換機(jī)構(gòu)20、向螺線管16提供電能的電源22(如圖16所示)和連接到磁致動(dòng)器18的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)24，往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)24將磁致動(dòng)器18的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成使工作對(duì)象26 (例如附圖所示的飛輪)工作。工作對(duì)象26可連接到泵、發(fā)電機(jī)、車輛或完成有效工作的其他機(jī)械裝置。更加詳細(xì)的描述如下，在馬達(dá)10的工作過(guò)程中，螺線管16被激勵(lì)來(lái)采用位于螺線管16的相對(duì)端部的相對(duì)的磁極提供軸向充電的磁場(chǎng)，從而對(duì)磁致動(dòng)器18上的永磁體產(chǎn)生磁吸引或排斥來(lái)使磁致動(dòng)器18往復(fù)運(yùn)動(dòng)和使工作對(duì)象26旋轉(zhuǎn),永磁體表不為第一永磁體28和第二永磁體30。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，框架12被配置為基本上或完全包圍本發(fā)明的馬達(dá)10的其余部件的殼體。然而，與內(nèi)燃機(jī)不同，沒(méi)有必要將框架12配置為提供密封的封閉的腔體14，因?yàn)樵隈R達(dá)10中沒(méi)有使用燃?xì)饣蚱渌麎毫Ξa(chǎn)生機(jī)構(gòu)來(lái)往復(fù)地移動(dòng)磁致動(dòng)器18。相反，本發(fā)明的馬達(dá)10使用在軸向充電螺線管16和永磁體28/30之間的磁排斥和吸引力來(lái)往復(fù)移動(dòng)磁致動(dòng)器18和驅(qū)動(dòng)工作目標(biāo)26。優(yōu)選地，框架12、螺線管16和磁致動(dòng)器18相互配合設(shè)置，使得腔體14中的磁致動(dòng)器18的行進(jìn)以最小摩擦而完成，從而減少馬達(dá)10產(chǎn)生的動(dòng)力損耗。由于本發(fā)明的馬達(dá)10沒(méi)有使用汽油或其他化石燃料基的能源來(lái)進(jìn)行工作，所以馬達(dá)10不需要使用這些有限的資源或產(chǎn)生對(duì)于內(nèi)燃機(jī)來(lái)說(shuō)是公知問(wèn)題的污染排放。雖然框架12可具有固體壁并完全封閉馬達(dá)10的其他部件，如圖1-3所示，但是這種配置不是必要的，實(shí)際上，出于各種重量和制造成本的考慮，這也并不是優(yōu)選的。封閉框架12主要用于安全的目的，也就是避免人身傷害或?qū)赡芙佑|馬達(dá)10的其他設(shè)備的損壞。如果需要，磁致動(dòng)器18和往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)24可以完全外露。螺線管16和磁致動(dòng)器18應(yīng)該相互配合設(shè)置，使得在通常直線方向上引導(dǎo)磁致動(dòng)器18的運(yùn)動(dòng)，這樣向往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)24提供盡可能多的力來(lái)使工作對(duì)象26工作(即，旋轉(zhuǎn)飛輪)。由于本發(fā)明的馬達(dá)10不依賴與壓縮氣體的膨脹來(lái)實(shí)現(xiàn)磁致動(dòng)器18的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以框架12可采用多種不同的方式來(lái)達(dá)到本發(fā)明的目的。例如，在一個(gè)實(shí)施例中框架12配置為通常開(kāi)口的罩子或套管狀的結(jié)構(gòu)。由于螺線管16和永磁體28/30產(chǎn)生的磁力，如下所述，框架12應(yīng)該由非鐵磁材料制造，如招、陶瓷、碳纖維、塑料、熱塑樹(shù)脂(例如尼龍和聚氟乙烯polyfluroethylene)、碳復(fù)合材料和多種非磁材料。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，框架由迭爾林(Delrin )制造。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，框架12可配置成多種不同尺寸和形狀，包括具有圓形、方形、矩形或橢圓形橫截面的形狀。如上所述，馬達(dá)10的螺線管16構(gòu)成為提供軸向充電的電磁場(chǎng)，其具在其相對(duì)端部的極性相反的極。與現(xiàn)有技術(shù)的磁致動(dòng)電磁馬達(dá)不同，馬達(dá)10的螺線管16不是電磁體，不具有鐵或鐵基的芯。與切換機(jī)構(gòu)20和電源22相配合，螺線管16構(gòu)成為可可選擇地磁吸引和排斥磁致動(dòng)器18的永磁體28/30來(lái)造成磁致動(dòng)器18往復(fù)運(yùn)動(dòng)和使工作對(duì)象26工作，從而產(chǎn)生動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)車輛或完成其他有用的工作。本發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用電磁體明顯降低了磁致動(dòng)器18往復(fù)運(yùn)動(dòng)的能力，因?yàn)橛来朋w28/30和電磁體的鐵芯之間存在強(qiáng)大的吸引力，主要原因是磁致動(dòng)器18上的永磁體28/30的強(qiáng)磁場(chǎng)。該強(qiáng)大吸引力造成永磁體28/30中的一個(gè)被固定地吸引到電磁體上，從而消除磁致動(dòng)器往復(fù)運(yùn)動(dòng)的任何機(jī)會(huì)，或需要來(lái)自電源22的大量能量來(lái)克服，從而很可能使得馬達(dá)10不能有效應(yīng)用。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，螺線管16包括由電線34形成的線圈32，電線纏繞在線軸38的管狀中心部件36上，線軸38具有基本為盤形的第一端部40和基本為盤形的第二端部42，最好如圖10-13所示。線軸38的中心部件36限定管狀開(kāi)口中心44，磁致動(dòng)器18的一部分如下所述在馬達(dá)10工作期間由螺線管16磁致動(dòng)時(shí)穿過(guò)管狀開(kāi)口中心44容納并進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。線圈32的電線34纏繞中心部件36來(lái)提供軸向充電磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)可選擇地吸引和排斥磁致動(dòng)器18的永磁體28/30。線圈32具有第一線端部46和第二線端部48，最好如圖13所示，其通過(guò)切換機(jī)構(gòu)20的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)電連接到電源22，如圖16所示。線軸38的端部40/42相對(duì)于框架12固定。在一個(gè)實(shí)施例中，端部40/42固定于、連接于框架12的固定安放在馬達(dá)10的螺線管16上的一部分上或者與其成為一個(gè)整體。如果需要，框架12以這樣的方式配置:使得它僅僅保護(hù)和封閉(無(wú)論全部或部分)螺線管16，從而將磁致動(dòng)器18暴露。在該優(yōu)選實(shí)施例中，線圈32的電線34是絕緣導(dǎo)電銅線，例如漆包磁線，其具有絕緣薄覆層。提供所需電磁場(chǎng)的電線的規(guī)格和長(zhǎng)度需要根據(jù)馬達(dá)10的特定應(yīng)用來(lái)確定。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)明人使用大約144英尺的24號(hào)電線來(lái)提供圍繞中心部件36的具有大約每層76圈的大約22層的電線(總共1386圈)，中心部件36具有大約0.75英寸的外部直徑和1.50英寸的長(zhǎng)度。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到的是，螺線管16可以使用多種電線尺寸和線圈結(jié)構(gòu)的不同組合，更大尺寸的電線34允許更大的電流，對(duì)于大的永磁體28/30而言，這是需要的，但是產(chǎn)生更多熱量。為了避免激勵(lì)的螺線管16和磁致動(dòng)器18的永磁體28/30所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互干擾，螺線管36的線軸38可由非鐵磁材料制造。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，線軸38由迭爾林或其他熱塑材料制造。在一個(gè)實(shí)施例中，線軸38具有大約2.00英寸的總長(zhǎng)度，其端部40/42的每一個(gè)具有大約0.25英寸的厚度和大約2.00英寸的直徑。在該實(shí)施例中，中心部件36具有大約0.63英寸的內(nèi)直徑，該內(nèi)直徑限定了開(kāi)孔中心44，磁致動(dòng)器18的一部分穿過(guò)開(kāi)孔中心44而被容納，并響應(yīng)于在線軸38的第一端部40和第二端部42處或其附近的可選擇的磁極性而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。下面進(jìn)行更加詳細(xì)的說(shuō)明，馬達(dá)10的切換機(jī)構(gòu)20構(gòu)成為在螺線管16的第一端部50和第二端部52處以可選擇的方式切換極性來(lái)提供第一激勵(lì)狀態(tài)54和第二激勵(lì)狀態(tài)56，如圖6和7所示。在第一激勵(lì)狀態(tài)54，螺線管16的第一端部50會(huì)具有第一磁極58(圖示為N)并且螺線管16的第二端部52會(huì)具有第二磁極60 (圖示為S)。在第二激勵(lì)狀態(tài)56中，螺線管16的第一端部50處于第二磁極60，螺線管16的第二端部52處于第一磁極58。定位兩個(gè)永磁體28/30的位置，使得其一端上的面向螺線管磁極，在下文中是指致動(dòng)器極性61 (58或60中的一個(gè))，通常指向螺線管16的第一端部50和第二端部52。當(dāng)切換機(jī)構(gòu)20在螺線管的第一激勵(lì)狀態(tài)54和第二激勵(lì)狀態(tài)56之間快速切換時(shí)，在螺線管16的端部50/52上的磁極與永磁體28/30的相對(duì)端的致動(dòng)器極性61 (不管58還是60)具有對(duì)應(yīng)的關(guān)系(例如，相同或者與其相反)，從而磁吸引和排斥永磁體28/30和驅(qū)動(dòng)磁致動(dòng)器18相對(duì)于螺線管16往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如圖6和7所示操作順序。在圖6中致動(dòng)器極性61是S，在圖7中致動(dòng)器極性61是N。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，第一磁極58和第二磁極60可以與上述相反，只要它們相互面對(duì)(根據(jù)需要吸引或排斥)，并且兩個(gè)永磁體28/30具有相同的面向螺線管16的端部的致動(dòng)器極性61。如上所述，本發(fā)明的磁致動(dòng)器18的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)置為相互配合地容納在螺線管16和腔體14內(nèi)部，從而以其與螺線管16和框架12之間最小摩擦在其中進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，磁致動(dòng)器18包括細(xì)長(zhǎng)的管狀軸62，其在第一端部64具有第一永磁體28，在第二端部66具有第二永磁體30，最好如圖8和9所示。軸62連接兩個(gè)永磁體28/30并將它們保持為所需的分離關(guān)系。軸62的外直徑的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)置為可滑動(dòng)地容納在由線軸38的中心部件36限定的開(kāi)口中心44的內(nèi)部，最好如圖9所示，因此，磁致動(dòng)器18可相對(duì)于螺線管16自由地往復(fù)運(yùn)動(dòng)和操作工作對(duì)象26。第一永磁體28具有第一端部68和第二端部70，第二永磁體30具有第一端部72和第二端部74。第一永磁體28的第二端部70處于軸62的第一端部64處,第二永磁體30的第一端部72處于軸62的第二端部66處。永磁體28/30可附接于或者連接于軸62，這對(duì)于這些部件使用的材料來(lái)說(shuō)是合適的。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，第一永磁體28和第二永磁體30是稀土磁體,它們改進(jìn)的磁性能和耐久性是公知的。已知稀土磁體提供本發(fā)明的往復(fù)式馬達(dá)10工作所需的特性。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，永磁體28/30是N42級(jí)釹磁體(NdFeB)，例如可從Jamison，PA的K&JMagnetics獲得,沿著它們的軸向磁性充電。可選地，其他稀土磁體，例如那些已知的衫磁體(SmCo)，可用于本發(fā)明的馬達(dá)10。以上確定的這兩種稀土磁體至少通常適用于制造成多種不同的尺寸和形狀，已知通常耐腐蝕和抗氧化并且在更高溫度下穩(wěn)定。磁致動(dòng)器18的軸62可由很多種不同材料制造。雖然軸62可由非鐵磁材料制造，包括例如迭爾林的熱塑性材料，在優(yōu)選實(shí)施例中軸62由含鐵材料制成，例如表面硬化鋼或類似物。采用含鐵材料的軸62提供了將螺線管16的磁場(chǎng)和永磁體28/30拉進(jìn)螺線管16的中心形成的電磁優(yōu)勢(shì)。將這些磁場(chǎng)拉進(jìn)去導(dǎo)致對(duì)于磁致動(dòng)器18的行程產(chǎn)生更強(qiáng)、更均勻的磁性拉/推效應(yīng)，其改善了馬達(dá)10的工作和輸出。優(yōu)選地，軸62接地并最終消除任何不平整的表面，提供平滑的外表面來(lái)減少軸62與線軸38的中心部件36的內(nèi)表面之間的摩擦。因?yàn)椴捎寐菥€管16，在軸62的端部的永磁體28/30軸向充電，而不是徑向充電。為了獲得響應(yīng)于螺線管16的可選擇激勵(lì)狀態(tài)54/56的磁致動(dòng)器18的必要的吸引和排斥作用，在第一永磁體28的第二端部70上的磁極和在第二永磁體30的第一端部72上的磁極兩者必須相同(即，在兩個(gè)端部70/72上的致動(dòng)器極性61應(yīng)該是第一極性58或第二極性60)，這樣永磁體28/30中的一個(gè)被吸引到螺線管16的相應(yīng)的端部50/52，而另一永磁體28/30將受到螺線管16的相應(yīng)端部50/52的排斥。例如，在圖6中致動(dòng)器極性61是S，在圖7中致動(dòng)器極性是N。從位于圖6和7中所示一連串的馬達(dá)的左側(cè)的第二個(gè)馬達(dá)10可以看出，螺線管16處于第一激勵(lì)狀態(tài)54，第一永磁體28被螺線管16吸引，而第二永磁體30被螺線管16排斥。從位于圖6和7中所示一連串的馬達(dá)的右側(cè)的第二個(gè)馬達(dá)10可以看出，當(dāng)螺線管16處于第二激勵(lì)狀態(tài)56時(shí)，第一永磁體28被螺線管16排斥，第二永磁體30被螺線管16吸引。螺線管16的端部50/52的極性58/60的切換是由切換機(jī)構(gòu)20完成，在第一激勵(lì)狀態(tài)54和第二激勵(lì)狀態(tài)56之間可選擇變換螺線管16，將使磁致動(dòng)器18相對(duì)于固定的螺線管16(被框架12固定)往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)操作工作對(duì)象26，例如旋轉(zhuǎn)飛輪來(lái)發(fā)電，驅(qū)動(dòng)車輛，加壓于泵或?qū)崿F(xiàn)各種其他工作目標(biāo)。軸62可以是實(shí)體元件，或如圖9、11-12和15所示，是中空管狀元件，其具有由軸62的內(nèi)壁或壁形成的內(nèi)部管狀腔體76。在一個(gè)實(shí)施例中，軸62的管狀腔體76與第一永磁體28和第二永磁體30的每一個(gè)的中心孔78對(duì)齊，最好如圖9所示。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，軸62具有至少在其第一端部64和第二端部66的管狀腔室76，永磁體28/30是實(shí)心的并且每一個(gè)作為延伸部分，并延伸進(jìn)入位于軸62的端部64/66的管狀腔體76,如圖11和12所示，所述延伸部分圖示為對(duì)應(yīng)第一永磁體28的第一延伸部分80和對(duì)應(yīng)第二永磁體30的第二延伸部分82。在該實(shí)施例中，在軸62的第一端部64和第二端部66的管狀腔體76的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)置為分別容納第一延伸部分80和第二延伸部分82。延伸部分80/82可附接到或連接到第一永磁體28和第二永磁體30的相應(yīng)的端部70/72或者與其制成一個(gè)整體。延伸部分80/82與端部70/72具有相同極性58/60。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第一延伸部分80具有內(nèi)端部84和第二延伸部分82具有內(nèi)端部86，它們?cè)趦?nèi)部相對(duì)地設(shè)置，也就是第一延伸部分80的內(nèi)端部84直接朝向第二延伸部分82的內(nèi)端部86，以這種方式來(lái)限定軸62的管狀腔體76內(nèi)部的間隙88，如圖11和12所示。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)延伸部分80/82的內(nèi)端部84/86之間的間隙88的結(jié)構(gòu)使本發(fā)明的馬達(dá)10的實(shí)施例具有最佳的性能。延伸部分80/82的長(zhǎng)度和為馬達(dá)10提供了最優(yōu)性能的間隙88的最終長(zhǎng)度很可能依賴于各種特性，包括永磁體28/30和螺線管16的磁場(chǎng)的尺寸和強(qiáng)度。在一個(gè)可選實(shí)施例中(附圖未不出)，延伸部分80/82可完全相對(duì)地延伸，使得沒(méi)有間隙88，或磁體28/30甚至成為一個(gè)單體件。如上所述，磁致動(dòng)器18可操作地連接到往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)24來(lái)轉(zhuǎn)換磁致動(dòng)器18的線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)以使工作目標(biāo)26轉(zhuǎn)動(dòng)和完成所需工作目標(biāo)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，磁致動(dòng)器18的第二端部28附到往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)24，最好如圖8-9和14-15所示。在附圖所示的實(shí)施例中，往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)24包括典型的活塞/曲軸裝置，其包括位于第二永磁體30的第二端部74的連接桿連接器90、連接桿92和曲軸94。連接桿連接器90是樞轉(zhuǎn)軸頭，其固定附著在第二永磁體30的第二端部74上，連接銷96容納在連接桿92的第一端部100上的孔98中來(lái)允許連接桿92相對(duì)于磁致動(dòng)器18樞轉(zhuǎn)。連接桿92的第二端部102包括連接到曲軸94上的夾緊部件104。最好如圖2、3和5所示，曲軸94具有第一輸出軸106和第二輸出軸108。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第一輸出軸106支撐或連接到控制機(jī)構(gòu)，總體表示為110，來(lái)控制切換機(jī)構(gòu)20的定時(shí)/操作以在第一磁狀態(tài)54和第二磁狀態(tài)56之間改變螺線管，從而使磁致動(dòng)器18往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在該實(shí)施例中，第二輸出軸108連接到工作對(duì)象26并使其旋轉(zhuǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的是，必須使用合適的襯套軸承、螺母和其他裝置來(lái)將工作對(duì)象26固定到第二輸出軸108，這樣由于連接到磁致動(dòng)器18的連接桿92的往復(fù)運(yùn)動(dòng)造成曲軸94的旋轉(zhuǎn)，使第二輸出軸108的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)工作對(duì)象26按照需求旋轉(zhuǎn)，確保本發(fā)明的馬達(dá)10的功能和使用壽命。本領(lǐng)域技術(shù)人員也已知，各種其他結(jié)構(gòu)適用作往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)24來(lái)將磁致動(dòng)器18的線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為工作對(duì)象26 (如飛輪)的所需旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如上所述，曲軸94的第一輸出軸106連接到控制機(jī)構(gòu)110，控制機(jī)構(gòu)用于控制螺線管16的反向磁切換的所需定時(shí)來(lái)獲得磁致動(dòng)器18的往復(fù)運(yùn)動(dòng)?？刂茩C(jī)構(gòu)110和切換機(jī)構(gòu)20之間的相互作用提供了如下的磁換向:將螺線管16的端部50/52的極性被引導(dǎo)指向第一永磁體28的第二端部70的致動(dòng)器極性61和第二永磁體30的第一端部72的致動(dòng)器極性61而換向。在本發(fā)明的往復(fù)式馬達(dá)10的優(yōu)選實(shí)施例中，控制機(jī)構(gòu)110是凸輪112，其與第一輸出軸106 —起旋轉(zhuǎn)來(lái)操作(視情況而定)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)20來(lái)提供使磁致動(dòng)器18往復(fù)運(yùn)動(dòng)必要的極性換向操作。因?yàn)榭刂茩C(jī)構(gòu)110直接連接到曲軸94的第一輸出軸106，不需要外部電源或原動(dòng)機(jī)來(lái)提供對(duì)于包括本發(fā)明的往復(fù)式馬達(dá)10在內(nèi)的所有磁致往復(fù)式馬達(dá)都是必要的極性換向。當(dāng)凸輪112往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可操作地接觸切換機(jī)構(gòu)20來(lái)在第一激勵(lì)狀態(tài)54和第二激勵(lì)狀態(tài)56之間快速切換螺線管16。在本發(fā)明的馬達(dá)10的優(yōu)選實(shí)施例中，電源22向螺線管16的線圈32提供直流電來(lái)激勵(lì)螺線管16和產(chǎn)生電磁場(chǎng),該電磁場(chǎng)在螺線管16的第一端部50和第二端部53上提供可選擇的第一極性58和第二極性60。優(yōu)選地，第一線端46和第二線端48，通過(guò)切換機(jī)構(gòu)20，連接到可再充電電池(作為電源22)?？稍俪潆婋姵乜捎神R達(dá)12產(chǎn)生的電能和/或其他電源(例如，A/C電源、太陽(yáng)能、風(fēng)能等)來(lái)充電。切換機(jī)構(gòu)20使用一對(duì)單拉雙投開(kāi)關(guān)，如圖16所示為114和116，其由凸輪112的運(yùn)動(dòng)來(lái)觸發(fā)以產(chǎn)生二沖程磁力馬達(dá)10。軸向充電的螺線管16的換向磁力切換與軸向充電的永磁體28/30共同操作來(lái)使磁致動(dòng)器18往復(fù)運(yùn)動(dòng)和使所應(yīng)用的工作對(duì)象24旋轉(zhuǎn)，如上所述，從而完成工作目標(biāo)。導(dǎo)通/關(guān)閉開(kāi)關(guān)118用于開(kāi)始或停止馬達(dá)10的工作。最好如圖6和7所不，磁致動(dòng)器18限定了在其相對(duì)端部用于永磁體28/30的往復(fù)運(yùn)動(dòng)支撐結(jié)構(gòu)?？蚣?2固定地支撐螺線管16，當(dāng)通過(guò)切換機(jī)構(gòu)20被電源22激勵(lì)時(shí)產(chǎn)生軸向充電的電磁場(chǎng)。永磁體28/30的每一個(gè)使得共同的致動(dòng)器極性61，例如北(N)或南(S)朝向螺線管16，螺線管16固定設(shè)置在連接永磁體28/30的軸62的相對(duì)端64/66處往復(fù)運(yùn)動(dòng)的永磁體28/30之間。如圖6和7所示，在一個(gè)實(shí)施例中，指向螺線管16的永磁體28/30的致動(dòng)器極性61是第一極性N，在另一個(gè)實(shí)施例中，指向螺線管16的永磁體28/30的致動(dòng)器極性61是S。雖然永磁體28/30的致動(dòng)器極性61是否是N或S不是特別重要，但是重要的是，它們的磁極性是相同的并沿著N向或S向固定，這樣切換機(jī)構(gòu)20可提供換向磁力切換來(lái)使磁致動(dòng)器18往復(fù)運(yùn)動(dòng)和操作工作對(duì)象22以達(dá)到所需的工作目標(biāo)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如圖17-19所示，軸62包括管狀部件75，其具有由軸62的一個(gè)或多個(gè)壁77的內(nèi)表面限定的內(nèi)部管狀腔體76，最好如圖19所示。在這個(gè)實(shí)施例中，永磁體28/30是實(shí)心的，并完全或至少基本上設(shè)置在軸62的管狀腔體76的內(nèi)部，如圖18所示。實(shí)際上，該實(shí)施例替代或結(jié)合了延伸部分80/82和永磁體28/30，這樣幾乎沒(méi)有或基本上沒(méi)有永磁體28/30分別延伸到軸62的端部64/66之外。管狀腔體76，至少朝向軸62的第一端部64和第二端部66，其尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)置為分別接收第一永磁體28和第二永磁體30。第一永磁體28的第二端部70具有與第二永磁體30的第一端部72相同的極性58、60，其將是致動(dòng)器極性61。第一永磁體28的第一端部68具有與第二永磁體30的第二端部74相同的極性58/60。第一永磁體28的內(nèi)端部84是圖11和12所不實(shí)施例中第一延伸部分80的內(nèi)端部84，第二永磁體30的內(nèi)端部86是圖11和圖12所示實(shí)施例中第二延伸部分82的內(nèi)端部86,第一永磁體28的內(nèi)端部84指向第二永磁體30的內(nèi)端部86并與為隔開(kāi)關(guān)系，從而限定了軸62的管狀腔體76內(nèi)部的間隙88。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)為本發(fā)明的馬達(dá)10提供了最優(yōu)的性能。在軸62內(nèi)的永磁體28/30的長(zhǎng)度和為馬達(dá)10提供最優(yōu)性能的間隙88的最終長(zhǎng)度很可能依賴于永磁體28/30和螺線管16的磁場(chǎng)的各種特性，包括尺寸和強(qiáng)度。該實(shí)施例的磁致動(dòng)器18減少了設(shè)置在圖10-12所示實(shí)施例中軸62的端部64/66上和由此向外延伸的大尺寸永磁體28/30的成本和重量。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)永磁體28/30定位成基本上完全設(shè)置在軸62內(nèi)，位于或接近其端部64/66，這以較低的成本向馬達(dá)10提供了改善的性能。在上述實(shí)施例中，使用凸輪112作為控制機(jī)構(gòu)110，通過(guò)將螺線管16的端部50/52的極性反向來(lái)控制使磁致動(dòng)器18往復(fù)運(yùn)動(dòng)所需的換向磁切換的操作和定時(shí)。在可選實(shí)施例中，控制機(jī)構(gòu)110是換向器，例如分體式換向器120，如圖20-23所示。采用凸輪112，分體式換向器120安裝到或連接到第一輸出軸106，如圖20所示，來(lái)響應(yīng)于磁致動(dòng)器18的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而隨其旋轉(zhuǎn)，并且可操作地與切換機(jī)構(gòu)20接合，來(lái)提供使螺線管16的端部50/52的極性反向的換向磁切換。在如圖20和21所示的實(shí)施例中，切換機(jī)構(gòu)20安裝到或連接到開(kāi)關(guān)安裝板122，開(kāi)關(guān)安裝板被安裝或連接到在一個(gè)實(shí)施例中固定安裝在框架12上的飛輪安裝板124或者與其成為一體?？刂茩C(jī)構(gòu)110與第一輸出軸106相對(duì)于固定安裝板122/124上的切換機(jī)構(gòu)20 —起旋轉(zhuǎn),該旋轉(zhuǎn)是磁致動(dòng)器18和往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)24的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果?？刂茩C(jī)構(gòu)110的旋轉(zhuǎn)，與切換機(jī)構(gòu)20協(xié)作配合，提供換向磁力切換。在所示實(shí)施例中，第一輸出軸106通過(guò)中心孔126 (最好見(jiàn)圖21和23)、通過(guò)分體式換向器120的中心而被容納，分體式換向器120包括位于分體式換向器120的相對(duì)兩側(cè)的第一夾緊機(jī)構(gòu)128和第二夾緊機(jī)構(gòu)130，最好見(jiàn)圖20和22，其夾住或者接合第一輸出軸106。圖20-23所示實(shí)施例中的分體式換向器120包括一對(duì)開(kāi)縫盤132 (示出為第一開(kāi)縫盤132a和132b)和一對(duì)實(shí)心盤134(示出為第一實(shí)心盤134a和第二實(shí)心盤134b)，其由盤絕緣體136分開(kāi)(在圖22和23中示出為136a、136b和136c)。第一端部絕緣體138將第一開(kāi)縫盤132a與第一夾緊機(jī)構(gòu)128分離開(kāi)，第二端部絕緣體140將第二實(shí)心盤134b與第二夾緊機(jī)構(gòu)130分離開(kāi)，最好見(jiàn)圖22。開(kāi)縫盤132a/132b的每一個(gè)具有位于分體式換向器120的每一側(cè)的開(kāi)縫部分142，采用設(shè)置其上的開(kāi)縫絕緣體144來(lái)將開(kāi)縫盤132a/132b的端部分開(kāi)。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)縫盤136和實(shí)心盤138是由銅制造。本領(lǐng)域眾所周知，多種其他導(dǎo)電材料可用于盤136/138。類似地，多種絕緣材料，包括上面所提到的，可用于盤絕緣體136、第一端部絕緣體138、第二端部絕緣體140和開(kāi)縫絕緣體144。安裝架146和148，最好見(jiàn)圖23，分別將開(kāi)關(guān)114/116安裝到開(kāi)關(guān)安裝板122上。
與分體式換向器120相關(guān)的磁極性關(guān)系和電連接最好參見(jiàn)圖22和23。圖22示出了在開(kāi)縫盤132和實(shí)心盤134的磁極性之間的關(guān)系的一個(gè)實(shí)施例。圖23示出了從電源22 (例如電池)到SPDT開(kāi)關(guān)114輸入到分體式換向器120的電流和輸出到螺線管16的電流，這提供了磁切換，來(lái)往復(fù)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輸出軸106/108的磁致動(dòng)器18。在另一個(gè)可選實(shí)施例中，控制機(jī)構(gòu)110是電驅(qū)動(dòng)裝置150，圖24示出了其實(shí)例性示意圖。采用這里說(shuō)明的另一控制機(jī)構(gòu)110，電驅(qū)動(dòng)裝置150配置為從電源22接收電能并以提供往復(fù)驅(qū)動(dòng)磁致動(dòng)器18所需的換向磁切換的方式將其傳送到螺線管16。控制單元152，其無(wú)線或有線地連接到用于到控制單元152的數(shù)據(jù)接口的公共晶體管154和用于前面板控制器VFD/LED的用戶接口 156，配置有微處理器或者類似裝置，來(lái)提供數(shù)據(jù)處理和控制電驅(qū)動(dòng)裝置150的類似操作。如圖24所示，控制單元152配合地接合半橋驅(qū)動(dòng)器158，并接收和處理來(lái)自輸入傳感器160和輸出傳感器162的用于控制半橋驅(qū)動(dòng)器158的電信號(hào),半橋驅(qū)動(dòng)器包括在任一方向上將電壓通過(guò)負(fù)載施加的電路。控制單元152與半橋驅(qū)動(dòng)器158通過(guò)無(wú)線或有線連接通信。在一個(gè)實(shí)施例中，半橋驅(qū)動(dòng)器158是將DC電轉(zhuǎn)變?yōu)锳C電的逆變器。電驅(qū)動(dòng)裝置150還包括合理配置的電容器164、二極管166和晶體管168，例如已知的高效和快速切換的絕緣門雙極晶體管或IGBT。上述典型的電驅(qū)動(dòng)裝置150用于替代先前提到的分體式換向器120。相比分體式換向器120，電驅(qū)動(dòng)裝置150的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是電驅(qū)動(dòng)裝置150消除了火花，火花代表或可用在系統(tǒng)中來(lái)提供所需工作輸出的能量的損耗。在使用中，在螺線管16的端部50/52的第一極性58和第二極性60的周期性切換產(chǎn)生朝向第一永磁體28的第一端部70的軸向充電電磁場(chǎng),第二永磁體30的第二端部72可選擇地排斥和吸引永磁體28/30來(lái)使磁致動(dòng)器18相對(duì)于螺線管16和框架12 (固定支撐螺線管16和曲軸94)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。磁致動(dòng)器18的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)連接桿92旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)曲軸94，在曲軸94的第一輸出軸106處曲軸可旋轉(zhuǎn)地接合控制機(jī)構(gòu)110來(lái)操作切換機(jī)構(gòu)20，切換機(jī)構(gòu)提供對(duì)于螺線管16的換向磁切換來(lái)說(shuō)必要的定時(shí)，并旋轉(zhuǎn)位于第二輸出軸108上的工作對(duì)象26。這樣，本發(fā)明的磁致往復(fù)式馬達(dá)10不需要任何外部電源或原動(dòng)機(jī)來(lái)為磁致動(dòng)器18的往復(fù)運(yùn)動(dòng)提供必要的極性切換，從而使得本發(fā)明的馬達(dá)更加有效和更有利地獲得工作輸出，例如操作泵、發(fā)電機(jī)或車輛。本發(fā)明的往復(fù)式馬達(dá)10的使用消除了與目前往復(fù)式馬達(dá)相關(guān)的能量需求和污染。雖然在這里示出和描述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)特定形式，很明顯對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)本發(fā)明不受此限制，而是在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的基礎(chǔ)上在設(shè)計(jì)和材料方面容易產(chǎn)生多種變形和重組。特別地，值得注意的是，本發(fā)明可基于這里闡述的各種尺寸關(guān)系進(jìn)行改進(jìn)和在裝置、材料、尺寸、形狀和應(yīng)用方面進(jìn)行改進(jìn)。例如，這里描述的眾多部件可以被具有相同功能的部件替代來(lái)達(dá)到本發(fā)明的目標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種磁致往復(fù)式馬達(dá)，其包括: 框架； 由所述框架固定地支撐的螺線管，所述螺線管具有第一端部和相對(duì)定向的第二端部，所述螺線管配置為處于第一激勵(lì)狀態(tài)時(shí)在所述第一端部具有第一極性并且在所述第二端部具有第二極性，并且處于第二激勵(lì)狀態(tài)時(shí)在所述第一端部具有所述第二極性并且在所述第二端部具有所述第一極性； 設(shè)置為往復(fù)地穿過(guò)所述螺線管的磁致動(dòng)器，所述磁致動(dòng)器具有細(xì)長(zhǎng)的管狀軸，采用一個(gè)或多個(gè)壁在所述軸的第一端部和第二端部之間限定了管狀腔體，設(shè)置在所述管狀腔體內(nèi)部并且在所述軸的所述第一端部處的第一永磁體，和設(shè)置在所述管狀腔體內(nèi)部并且在所述軸的所述第二端部處的第二永磁體，所述第一永磁體具有朝向所述螺線管的所述第一端部設(shè)置的端部，所述螺線管的所述第一端部以所述第一極性和所述第二極性中的一個(gè)的致動(dòng)器極性進(jìn)行磁充電，所述第二永磁體具有朝向所述螺線管的所述第二端部設(shè)置的端部，所述螺線管的所述第二端部以所述致動(dòng)器極性進(jìn)行磁充電； 可操作地互相連接所述磁致動(dòng)器和工作對(duì)象的裝置，用于將所述磁致動(dòng)器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使所述工作對(duì)象旋轉(zhuǎn)； 電磁激勵(lì)所述螺線管的電源； 電互相連接所述電源和所述螺線管的切換裝置，用于在所述第一激勵(lì)狀態(tài)和所述第二激勵(lì)狀態(tài)之間可選地切換所述螺線管；和 可操作地與所述切換裝置接合的控制裝置，其用于控制所述切換裝置的操作和定時(shí)，以在所述第一激勵(lì)狀態(tài)和所述第二激勵(lì)狀態(tài)之間切換所述螺線管，用于相對(duì)于所述螺線管往復(fù)地驅(qū)動(dòng)所述磁致動(dòng)器并且使所述工作對(duì)象旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式馬達(dá)，其中所述螺線管包括線軸，所述線軸具有圍繞中心部件纏繞的線圈，所述中心部件具有基本的開(kāi)口中心，所述磁致動(dòng)器往復(fù)地接收在所述線圈的所述開(kāi)口中心內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的往復(fù)式馬達(dá)，其中所述磁致動(dòng)器的所述軸被往復(fù)地接收在所述中心部件的所述開(kāi)口中心內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的往復(fù)式馬達(dá)，其中所述線軸進(jìn)一步包括第一終端段和第二終端段，所述中心部件設(shè)置在所述第一終端段和所述第二終端段之間，所述第一終端段和所述第二終端段的每一個(gè)由所述框架固定地支撐。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的往復(fù)式馬達(dá)，其中所述螺線管的所述線軸采用一種或多種不具有鐵磁芯的非鐵磁性材料制造。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式馬達(dá)，其中所述轉(zhuǎn)換裝置至少包括第一輸出軸，其可操作地連接到所述磁致動(dòng)器，以作為所述磁致動(dòng)器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并且可操作地連接到所述控制裝置，以操作所述控制裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的往復(fù)式馬達(dá)，其中所述轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)一步包括具有第一端部和第二端部的連接桿和限定所述第一輸出軸和第二輸出軸的曲軸，所述連接桿的所述第一端部樞轉(zhuǎn)地附接到所述磁致動(dòng)器，所述連接桿的所述第二端部附接到所述曲軸并配置為使所述曲軸旋轉(zhuǎn)，所述第二輸出軸連接到所述工作對(duì)象以使所述工作對(duì)象旋轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式馬達(dá)，其中所述控制裝置是凸輪。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式馬達(dá)，其中所述控制裝置是換向器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的往復(fù)式馬達(dá)，其中所述換向器包括一對(duì)開(kāi)縫盤、一對(duì)實(shí)心盤和將所述開(kāi)縫盤和所述實(shí)心盤的每一個(gè)分離的盤絕緣體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式馬達(dá)，其中所述控制裝置是電子驅(qū)動(dòng)裝置。
12.一種磁致往復(fù)式馬達(dá)，其包括: 框架； 由所述框架固定地支撐的螺線管，所述螺線管具有第一端部、相對(duì)定向的第二端部、在所述第一端部和所述第二端部之間的中心部件和纏繞在所述中心部件上的線圈，所述中心部件具有貫穿的基本的開(kāi)口中心，所述螺線管配置為處于第一激勵(lì)狀態(tài)時(shí)在所述第一端部具有第一極性并且在所述第二端部具有第二極性，并且處于第二激勵(lì)狀態(tài)時(shí)在所述第一端部具有所述第二極性并且在所述第二端部具有所述第一極性； 設(shè)置為往復(fù)地穿過(guò)所述螺線管的磁致動(dòng)器，所述磁致動(dòng)器具有細(xì)長(zhǎng)的管狀軸，其采用一個(gè)或者多個(gè)壁在所述軸的第一端部和第二端部之間限定了管狀腔體，設(shè)置在所述管狀腔體內(nèi)部并且在所述軸的所述第一端部處的第一永磁體，設(shè)置在所述管狀腔體內(nèi)部并且在所述軸的所述第二端部處的第二永磁體，所述軸往復(fù)地接收在所述中心部件的所述開(kāi)口中心內(nèi)，所述第一永磁體具有朝向所述螺線管的所述第一端部設(shè)置的端部，所述螺線管的所述第一端部以所述第一極性和所述第二極性中的一個(gè)的致動(dòng)器極性進(jìn)行磁充電，所述第二永磁體具有朝向所述螺線管的所述第二端部設(shè)置的端部，所述螺線管的所述第二端部以所述致動(dòng)器極性進(jìn)行磁充電； 可操作地互相連接所述磁致動(dòng)器和工作對(duì)象的轉(zhuǎn)換裝置，用于將所述磁致動(dòng)器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使所述工作對(duì)象旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)換裝置至少包括可操作地連接到所述磁致動(dòng)器的第一輸出軸，以作為所述磁致動(dòng)器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果進(jìn)行旋轉(zhuǎn)； 電磁激勵(lì)所述螺線管的電源； 電互相連接所述電源和所述螺線管的切換裝置，用于在所述第一激勵(lì)狀態(tài)和所述第二激勵(lì)狀態(tài)之間可選地切換所述螺線管；和 連接到所述第一輸出軸并可操作地接合所述切換裝置的控制裝置，用于控制所述切換裝置的操作和定時(shí)，以在所述第一激勵(lì)狀態(tài)和所述第二激勵(lì)狀態(tài)之間切換所述螺線管，用于相對(duì)于所述螺線管往復(fù)地驅(qū)動(dòng)所述磁致動(dòng)器并且使所述工作對(duì)象旋轉(zhuǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的往復(fù)式馬達(dá)，其中所述螺線管包括線軸，所述線軸在所述第一端部具有第一終端段 并且在第二端部具有第二終端段，所述中心部件設(shè)置在所述第一終端段和所述第二終端段之間，所述第一終端段和所述第二終端段的每一個(gè)由所述框架固定地支撐。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的往復(fù)式馬達(dá)，其中所述螺線管的所述線軸采用一種或多種不具有鐵磁芯的非鐵磁性材料制造。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的往復(fù)式馬達(dá)，其中所述轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)一步包括具有第一端部和第二端部的連接桿和限定所述第一輸出軸和第二輸出軸的曲軸，所述連接桿的所述第一端部樞轉(zhuǎn)地附接到所述磁致動(dòng)器，所述連接桿的所述第二端部附接到所述曲軸并配置為使所述曲軸旋轉(zhuǎn)，所述第二輸出軸連接到所述工作對(duì)象并且構(gòu)成為使所述工作對(duì)象旋轉(zhuǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的往復(fù)式馬達(dá)，其中所述控制裝置是凸輪。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的往復(fù)式馬達(dá)，其中所述控制裝置是換向器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)式馬達(dá)，其中所述換向器包括一對(duì)開(kāi)縫盤、一對(duì)實(shí)心盤和將所述開(kāi)縫盤和所述實(shí)心盤的每一個(gè)分離的盤絕緣體。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的往復(fù)式馬達(dá)，其中所述控制裝置是電子驅(qū)動(dòng)裝置。
20.一種磁致往復(fù)式馬達(dá)，其包括: 框架； 由所述框架固定地支撐的螺線管，所述螺線管具有第一端部、相對(duì)定向的第二端部、具有設(shè)置在所述螺線管的所述第一端部和第二端部之間的管狀中心部件的線軸和纏繞在所述中心部件上的線圈，所述中心部件具有貫穿的基本的開(kāi)口中心，所述線軸由一種或多種不具有鐵磁芯的非鐵磁性材料制造，所述螺線管配置為處于第一激勵(lì)狀態(tài)時(shí)在所述第一端部具有第一極性并且在所述第二端部具有第二極性，并且，處于第二激勵(lì)狀態(tài)時(shí)在所述第一端部具有所述第二極性并且在所述第二端部具有所述第一極性； 設(shè)置為往復(fù)地穿過(guò)所述螺線管的磁致動(dòng)器，所述磁致動(dòng)器具有細(xì)長(zhǎng)的管狀軸，采用一個(gè)或者多個(gè)壁在所述軸的第一端部和第二端部之間限定管狀腔體，設(shè)置在所述管狀腔體的內(nèi)部在所述軸的所述第一端部處的第一永磁體，設(shè)置在所述管狀腔體的內(nèi)部在所述軸的所述第二端部處的第二永磁體，所述軸往復(fù)地接收在所述中心部件的所述開(kāi)口中心內(nèi)，所述第一永磁體具有朝向所述螺線管的所述第一端部設(shè)置的端部，所述螺線管的所述第一端部以所述第一極性和所述第二極性中的一個(gè)的致動(dòng)器極性進(jìn)行磁充電，所述第二永磁體具有朝向所述螺線管的所述第二端部設(shè)置的端部，所述螺線管的所述第二端部以所述致動(dòng)器極性進(jìn)行磁充電； 可操作地互相連接所述磁致動(dòng)器和工作對(duì)象的轉(zhuǎn)換裝置，用于將所述磁致動(dòng)器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以使所述工作對(duì)象旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)換裝置包括具有第一端部和第二端部的連接桿和限定第一輸出軸和第二輸出軸的曲軸，所述連接桿的所述第一端部附接到所述磁致動(dòng)器，所述連接桿的所述第二端部附接到所述曲軸，以使所述曲軸在所述磁致動(dòng)器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，所述第一輸出軸和所述第二輸出軸的每一個(gè)配置為作為所述曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，所述`第二輸出軸連接到所述工作對(duì)象，以使所述工作對(duì)象旋轉(zhuǎn)； 電磁激勵(lì)所述螺線管的電源； 電互相連接所述電源和所述螺線管的切換裝置，用于在所述第一激勵(lì)狀態(tài)和所述第二激勵(lì)狀態(tài)之間可選地切換所述螺線管；和 控制裝置，其連接到所述第一輸出軸并且可操作地接合所述切換裝置，用于控制所述切換裝置的操作和定時(shí)，以根據(jù)所述第一輸出軸的旋轉(zhuǎn)在所述第一激勵(lì)狀態(tài)和所述第二激勵(lì)狀態(tài)之間切換所述螺線管，從而相對(duì)于所述螺線管往復(fù)驅(qū)動(dòng)所述磁致動(dòng)器并且使所述工作對(duì)象旋轉(zhuǎn)；所述控制裝置包括凸輪、換向器和電驅(qū)動(dòng)裝置中的至少一個(gè)。
全文摘要
一種磁致往復(fù)式馬達(dá)使用永磁體和電磁場(chǎng)存儲(chǔ)的能量來(lái)往復(fù)地驅(qū)動(dòng)磁致動(dòng)器。轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將磁致動(dòng)器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)工作對(duì)象。螺線管包括具有管狀中心部件的非鐵磁線軸，線圈纏繞在中心部件上，螺線管與電源和切換機(jī)構(gòu)連接。磁致動(dòng)器具有設(shè)置在管狀轉(zhuǎn)軸內(nèi)部的位于其每一端上的永磁體。切換機(jī)構(gòu)切換螺線管的端部的磁極性來(lái)可選擇地排斥和吸引永磁體。軸往復(fù)地通過(guò)螺線管的中心部件被接收。控制機(jī)構(gòu)互相連接被磁致動(dòng)器旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的輸出軸和切換機(jī)構(gòu)來(lái)切換螺線管的極性以驅(qū)動(dòng)磁致動(dòng)器。
文檔編號(hào)H02K7/06GK103155373SQ201180040462
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者肯德?tīng)枴·戈斯維納 申請(qǐng)人:肯德?tīng)枴·戈斯維納