專利名稱：一種電力活塞式電動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及電動機的技術領域，具體是一種電力活塞式電動機。
背景技術：
中國專利文獻CN101860168A公開了一種電力發動機，其把傳統發動機供氣、供油、排氣、點火系統去掉，用電磁鐵組件替代，活塞內部嵌入永久磁鐵，然后通過控制電磁鐵線圈的電流方向來控制活塞在缸內上下位移，活塞經連桿曲軸機構對外輸出動力。該電力發動機適用于汽車、摩托車等交通工具。類似上述技術方案的專利文獻，還有CN1996724A、CN1255767A、CN200990555Y等。上述現有技術中的電力活塞式電動機的不足之處在于通過頻繁切換流經電磁鐵線圈的電流方向來改變電磁鐵的磁極性，從而控制電磁鐵與活塞的作用力的方向，進而控制活塞的往復位移；但在實際實施過程中，由于電磁鐵線圈的電流方向不能瞬時改變，導致無法確保電動機的輸出功率或扭矩的連續性和穩定性。因此，采用切換流經電磁鐵線圈的電流方向來改變電磁鐵的磁極性，從而控制活塞的位移方向的技術方案，不具有實用性。為解決上述技術問題，中國專利文獻CN101697445A公開了一種電動機，其采用一對上下設置的勵磁線圈交替導電，以使活塞往復位移。但在實際實施過程中，由于勵磁線圈的電流不能瞬時改變，且上下勵磁線圈存在互相串擾和磁性中和等原因，該方案也無法確保電動機的輸出功率或扭矩的連續性和穩定性。如何提高電力活塞式電動機的輸出功率或扭矩的連續性和穩定性，是本領域要解決的技術問題。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種結構簡單、輸出功率或扭矩的連續性和穩定性較好的電力活塞式電動機。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種電力活塞式電動機，其包括多個缸體、設于缸體內的由永磁體制成的活塞、設于各缸體下方的曲軸和用于將各活塞與所述曲軸傳動連接的連桿；所述缸體的上端設有與缸體同軸心線的電磁鐵，電磁鐵的線圈與一線圈驅動電路相連；電磁鐵設于一由CPU單兀控制的翻轉機構上，曲軸的一端設有飛輪；所述線圈驅動電路與一 CPU單元相連；鄰近缸體的上、下止點處分別設有與CPU單元相連的上、 下行程開關；所述缸體的底部設有一與所述CPU單元相連的霍爾傳感器。電動車啟動時,采用啟動系統驅動所述飛輪并使所述曲軸轉動,所述CPU單元通過各缸體底部的霍爾傳感器檢測各活塞的位移方向；若測得一缸體內的活塞正向下位移， 則所述CPU單元通過所述線圈驅動電路向該缸體上方的電磁鐵的線圈提供相應方向的電流，以使該電磁鐵底部的磁極性與活塞頂部的磁極性相同，活塞因來自電磁鐵的下斥力而在該缸體內加速下移；若測得一缸體內的活塞正向上位移，則所述CPU單元通過所述線圈驅動電路向該缸體上方的電磁鐵的線圈提供相應方向的電流，以使該電磁鐵底部的磁極性與活塞頂部的磁極性相反，活塞因來自電磁鐵的上吸力而在該缸體內加速上移；待各電磁鐵的線圈得電后，斷開所述啟動系統并保持各線圈中的電流方向不變；當所述CPU單元通過所述下行程開關測得一缸體內的活塞即將到達該缸體的下止點時，CPU單元通過所述翻轉機構控制該缸體上方的電磁鐵繞該電磁鐵的高度中心線旋轉180°，且此時的活塞已到達下止點，由于此時的電磁鐵底部的磁極性與活塞頂部的磁極性相反，活塞因來自電磁鐵的上吸力而開始在該缸體內向上位移；當所述CPU單元通過所述上行程開關測得該活塞即將到達該缸體的上止點時，CPU單元通過所述翻轉機構控制該缸體上方的電磁鐵繞該電磁鐵的高度中心線反向旋轉180°，且此時的活塞已到達上止點，由于此時的電磁鐵底部的磁極性與活塞頂部的磁極性相同，且活塞因來自電磁鐵的下斥力而開始向下位移；如此反復， 從而使各活塞經相應的連桿驅動所述曲軸運轉，并使所述飛輪對外輸出正扭矩。本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點(I)本發明的電力活塞式電動機在工作過程中，電磁鐵的線圈電流方向始終保持不變；在活塞即將到達上、下止點時， 控制電磁鐵繞其高度中心線快速旋轉180°，以快速切換電磁鐵上下端的磁極性，從而使電磁鐵反復對活塞產生作用力，進而驅動曲軸。本發明采用的上述方案，避免了現有技術的因線圈電流無法實現瞬時換向而帶來的延時，進而使本發明的電動機的輸出功率或扭矩具有較好的連續性和穩定性。(2)本發明的電動機在啟動時，采用啟動系統使所述曲軸轉動， CPU單元通過各缸體內的霍爾傳感器檢測各活塞的位移方向，然后根據各活塞的位移方向通過線圈驅動電路向各線圈提供相應方向的電流并保持電流方向不變，然后根據各活塞的位置，通過電磁鐵繞其高度中心線快速旋轉180°的方式快速切換電磁鐵上下端的磁極性， 從而使電磁鐵反復對各活塞產生阻尼力，進而制動曲軸并使所述飛輪對外輸出負扭矩。(4) 本發明中的霍爾傳感器設于缸體的底部中央，由于活塞的兩個磁極與電磁鐵的兩個磁極上下同直線分布，因此霍爾傳感器獲取的電磁信號基本來自活塞底部，即霍爾傳感器基本不受電磁鐵的干擾，確保了活塞位置檢測的可靠性。(5)本發明中，各活塞在相應的缸體中對稱分布于缸體的高度中心線兩側，以確保各活塞作用與曲軸上的作用力具有較好的均勻性和穩定性。(6)本發明的電動車為電動汽車、電動摩托車、電動三輪車、電動農用機械車等。
為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面根據的具體實施例并結合附圖， 對本發明作進一步詳細的說明，其中
圖I為實施例中的電力活塞式電動機的結構示意圖2為實施例中的電力活塞式電動機采用的一種用于控制電磁鐵繞其高度中心線旋轉180°的翻轉機構及缸體的結構示意圖3為所述電力活塞式電動機的控制電路的電路框圖4為實施例中的電力活塞驅動式電動車的傳動系構造圖5為實施例中的電力活塞式電動機采用的另一種所述翻轉機構及缸體的結構示意圖。
具體實施例方式見圖1-3，本實施例的電力活塞式電動機20，其包括多個高電阻非導磁材料(如 招合金、銅合金等)制成的缸體I、設于缸體I內的由永磁體制成的活塞5、設于各缸體I下方的曲軸2和用于將各活塞5與所述曲軸2傳動連接的連桿3 ;所述缸體I的上端設有與缸體I同軸心線的電磁鐵7，電磁鐵7的線圈8與一線圈驅動電路相連；電磁鐵7的中央固定于一橫向的轉軸9上，該轉軸9通過一對軸承座4設于缸體I上方；轉軸9的一端經一變速箱11與一步進電機12傳動相連，曲軸2的一端設有飛輪；所述線圈驅動電路和步進電機 12與一 CPU單元相連；鄰近缸體I的上、下止點處分別設有與CPU單元相連的上、下行程開關13和14 ;所述缸體I的底部中央設有一與所述CPU單元相連的霍爾傳感器15，該所述霍爾傳感器15與所述活塞5的底面中央相對。所述霍爾傳感器15設于一非導磁材料的金屬管中，該金屬管與所述活塞5同軸心線。所述上、下行程開關13和14采用接觸式或紅外線式行程開關。活塞5上設有耐磨圈。各活塞5在所述缸體I中處于不同的行程位置，以確保連桿3適于連續傳動曲軸
2,并使曲軸2輸出的扭矩穩定。電動車啟動時，采用啟動系統驅動曲軸2上的飛輪，以使所述曲軸2轉動，所述CPU 單元通過各缸體I底部的霍爾傳感器15檢測各活塞5的位移方向；此時，若測得一缸體I 內的活塞5正向下位移，則所述CPU單元通過所述線圈驅動電路向該缸體I上方的電磁鐵7 的線圈8提供相應方向的電流，以使該電磁鐵7底部的磁極性與活塞5頂部的磁極性相同， 活塞5因來自電磁鐵7的下斥力而在該缸體I內加速下移；或，此時若測得一缸體I內的活塞5正向上位移，則所述CPU單元通過所述線圈驅動電路向該缸體I上方的電磁鐵7的線圈8提供相應方向的電流，以使該電磁鐵7底部的磁極性與活塞5頂部的磁極性相反，活塞 5因來自電磁鐵7的上吸力而在該缸體I內加速上移；待各電磁鐵7的線圈8得電后，斷開所述啟動系統并保持各線圈8中的電流方向不變；然后，當所述CPU單元通過所述下行程開關14測得一缸體I內的活塞5即將到達該缸體I的下止點時，CPU單元向所述步進電機12 輸出一個脈沖信號，以驅動該步進電機12按設定的方向轉動一個固定的角度，從而使步進電機12經所述變速箱11控制所述轉軸9旋轉180°，且此時的活塞5已到達下止點，由于此時的電磁鐵7底部的磁極性與活塞5頂部的磁極性相反，活塞5因來自電磁鐵7的上吸力而開始在該缸體I內向上位移；當所述CPU單元通過所述上行程開關13測得該活塞5即將到達該缸體I的上止點時，CPU單元向所述步進電機12輸出另一脈沖信號，以驅動該步進電機12反方向轉動一個固定的角度，從而使步進電機12經所述變速箱11控制所述轉軸 9反向旋轉180°，且此時的活塞5已到達上止點，且活塞5因下斥力而開始向下位移；如此反復，從而使各活塞5經相應的連桿3驅動所述曲軸2運轉，并使曲軸2對外輸出正扭矩。所述CPU單元通過霍爾傳感器15檢測所述活塞5的位置，以得出同一缸體I內的所述活塞5與電磁鐵7的間距，并根據該間距大小實時通過所述線圈驅動電路調整所述線圈8中的電流大小，以使所述活塞5在上、下位移過程中，保持活塞5與電磁鐵7之間的作用力的大小穩定，以使本電動機輸出的功率或扭矩的連續性和穩定性較好。當所述曲軸2處于運轉狀態，而需要通過所述曲軸2對外輸出負扭矩時，則所述 CPU單元控制所述線圈驅動電路停止向各線圈8供電；然后，若所述CPU單元通過所述霍爾傳感器15測得同一缸體I內的所述活塞5正在向下位移，則CPU單元通過所述線圈驅動電路向該缸體I上方的線圈8提供相應方向的電流，以使相應的電磁鐵7底部的磁極性與活塞5頂部的磁極性相反，以降低活塞5的下移速率，從而制動所述曲軸2。若所述曲軸2仍未停止運轉，且CPU單元通過所述下行程開關14測得該活塞5即將到達該缸體I的下止點時，CPU單元向所述步進電機12輸出一個脈沖信號，以驅動該步進電機12按設定的方向轉動一個固定的角度，從而使步進電機12經所述變速箱11控制所述轉軸9旋轉180°，且此時的活塞5已到達下止點，由于此時的電磁鐵7底部的磁極性與活塞5頂部的磁極性相同，活塞5在開始向上位移的同時承受來自電磁鐵7的下斥力而制動所述曲軸2 ;若所述曲軸2仍未停止運轉，且CPU單元通過所述上行程開關13測得該活塞5 即將到達該缸體I的上止點時，CPU單元向所述步進電機12輸出另一脈沖信號，以驅動該步進電機12反向轉動一個固定的角度，從而使步進電機12經所述變速箱11控制所述轉軸 9反向旋轉180° ,且此時的活塞5已到達上止點，由于此時的電磁鐵7底部的磁極性與活塞5頂部的磁極性相反，活塞5因來自電磁鐵7的上吸力而制動所述曲軸2 ;如此反復，以使所述飛輪對外輸出負扭矩，直至測得所述曲軸2即將停止運轉時，停止向各線圈8供電。所述CPU單元通過霍爾傳感器15檢測各活塞5的位移速率低于預設值(該預設值可通過實驗獲取)時，即判斷所述曲軸2即將停止運轉。考慮到線圈8的電流不能瞬時變化，因此在所述曲軸2即將停止運轉時，提前切斷線圈8的電源，利于節能并確保所述曲軸 2能及時停止運轉。在需要通過所述曲軸2對外輸出制動扭矩時，所述線圈驅動電路向所述線圈8提供的電流為脈沖電流。所述線圈8 —側設有風冷裝置或所述線圈8設于油冷裝置中；線圈 8中的脈沖電流的占空比與所述線圈8的溫度為線性或非線性負相關，以防止線圈8過熱。
電力活塞式電動機20中的曲軸上連接有飛輪，飛輪上設有離合器21，離合器21的輸出軸相連有變速箱22，變速箱22的輸出軸傳動連接有車輛傳動系統；飛輪外緣的齒圈與所述啟動系統的驅動齒輪嚙合。該啟動系統采用現有技術中的與現有的汽油發動機配套使用的啟動系統。見圖4，所述車輛傳動系統包括經萬向節23與變速箱22的輸出軸傳動連接的驅動軸24、經另一萬向節與驅動軸24傳動連接的差速器27、以及與差速器27通過半軸26傳動相連的車輪。其中，在驅動軸24與差速器27可設置主減速器25。圖5為另一種所述翻轉機構的結構不意圖，電磁鐵7設于一小齒輪16上,且該小齒輪16的中心軸設于電磁鐵7的中心點上,該小齒輪16與一大齒輪17相哨合,該大齒輪 17與所述變速箱11傳動相連；工作時，CPU單元向所述步進電機12輸出一個脈沖信號，以驅動該步進電機12按設定的方向轉動一個固定的角度，從而使步進電機12經所述變速箱
11、大齒輪17控制所述小齒輪16順時針或逆時針旋轉180°。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。
權利要求
1.一種電力活塞式電動機,其特征在于包括多個缸體(I)、設于缸體(I)內的由永磁體制成的活塞(5)、設于各缸體(I)下方的曲軸(2)和用于將各活塞(5)與所述曲軸(2)傳動連接的連桿(3)；所述缸體(I)的上端設有與缸體(I)同軸心線的電磁鐵(7)，電磁鐵(7)的線圈(8)與一線圈驅動電路相連；所述電磁鐵(7)設于一由CPU單元控制的適于將電磁鐵(7)反復旋轉180°的翻轉機構上；所述線圈驅動電路與所述一 CPU單元相連；鄰近缸體(I)的上、下止點處分別設有與 (PU單元相連的上、下行程開關(13、14);所述缸體(I)的底部設有一與所述CPU單元相連的霍爾傳感器(15)；電動車啟動時，采用啟動系統驅動所述曲軸(2)上的飛輪轉動,所述CPU單元通過各缸體(I)底部的霍爾傳感器(15)檢測各活塞(5)的位移方向；若測得一缸體(I)內的活塞(5)正向下位移，則所述CPU單元通過所述線圈驅動電路向該缸體(I)上方的電磁鐵(7 )的線圈(8 )提供相應方向的電流，以使該電磁鐵(7 )底部的磁極性與活塞(5)頂部的磁極性相同，活塞(5)因來自電磁鐵(7)的下斥力而在該缸體(I) 內加速下移；若測得一缸體(I)內的活塞(5)正向上位移，則所述CPU單元通過所述線圈驅動電路向該缸體(I)上方的電磁鐵(7)的線圈(8)提供相應方向的電流，以使該電磁鐵(7)底部的磁極性與活塞(5)頂部的磁極性相反，活塞(5)因來自電磁鐵(7)的上吸力而在該缸體(I) 內加速上移；待各電磁鐵(7)的線圈(8)得電后，斷開所述啟動系統并保持各線圈(8)中的電流方向不變；當所述CPU單元通過所述下行程開關(14)測得一缸體(I)內的活塞(5)即將到達該缸體(I)的下止點時，CPU單元通過所述翻轉機構控制該缸體(I)上方的電磁鐵(7)繞該電磁鐵(7)的高度中心線旋轉180°，且此時的活塞(5)已到達下止點，由于此時的電磁鐵(7) 底部的磁極性與活塞(5)頂部的磁極性相反，活塞(5)因來自電磁鐵(7)的上吸力而開始在該缸體(I)內向上位移；當所述CPU單元通過所述上行程開關(13)測得該活塞(5)即將到達該缸體(I)的上止點時，CPU單元通過所述翻轉機構控制該缸體(I)上方的電磁鐵(7)繞該電磁鐵(7)的高度中心線反向旋轉180°，且此時的活塞(5)已到達上止點，由于此時的電磁鐵(7)底部的磁極性與活塞(5)頂部的磁極性相同，且活塞(5)因來自電磁鐵(7)的下斥力而開始向下位移；如此反復，從而使各活塞(5)經相應的連桿(3)驅動所述曲軸(2)運轉，并使所述飛輪對外輸出正扭矩；所述CPU單元通過霍爾傳感器(15)檢測所述活塞(5)的位置，以得出同一缸體(I)內的所述活塞(5)與電磁鐵(7)的間距，并根據該間距大小實時通過所述線圈驅動電路調整所述線圈(8 )中的電流大小，以使所述活塞(5 )在上、下位移過程中，保持活塞(5 )與電磁鐵 (7)之間的作用力的大小穩定；所述霍爾傳感器(15)設于缸體(I)的底部中央，且與所述活塞(5)的底面中央相對。
全文摘要
本發明涉及一種電力活塞式電動機，其包括設于缸體內的永磁體活塞、曲軸和連桿；缸體的上端設有電磁鐵，電磁鐵設于轉軸上，該轉軸的一端經一變速箱與一步進電機傳動相連；所述線圈驅動電路和步進電機與一CPU單元相連；鄰近缸體的上、下止點處分別設有與CPU單元相連的上、下行程開關；所述缸體的底部中央設有一與所述CPU單元相連的霍爾傳感器。工作時，電磁鐵的線圈電流方向始終保持不變；在活塞即將到達上、下止點時，控制電磁鐵旋轉180°，以快速切換電磁鐵上下端的磁極性，從而使電磁鐵反復對活塞產生作用力，進而驅動曲軸，使本發明的電動機的輸出功率或扭矩具有較好的連續性和穩定性。
文檔編號H02K33/18GK102594080SQ20121005706
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月25日 優先權日2011年1月25日
發明者貝紹軼, 趙景波 申請人:江蘇技術師范學院