專利名稱：一種電力活塞式電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電動機的技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種電力活塞式電動機。
背景技術(shù)：
中國專利文獻CN101860168A公開了一種電力發(fā)動機，其把傳統(tǒng)發(fā)動機供氣、供油、排氣、點火系統(tǒng)去掉，用電磁鐵組件替代，活塞內(nèi)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(nèi)上下位移，活塞經(jīng)連桿曲軸機構(gòu)對外輸出動力。該電力發(fā)動機適用于汽車、摩托車等交通工具。類似上述技術(shù)方案的專利文獻，還有CN1996724A、CN1255767A、CN200990555Y等。上述現(xiàn)有技術(shù)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(jīng)電磁鐵線圈的電流方向來改變電磁鐵的極性，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(xù)性和穩(wěn)定性。因此，采用切換流經(jīng)電磁鐵線圈的電流方向來改變電磁鐵的極性，從而控制活塞的位移方向的技術(shù)方案，不具有實用性。為解決上述技術(shù)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(xù)性和穩(wěn)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(xù)性和穩(wěn)定性，是本領(lǐng)域要解決的技術(shù)問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、輸出功率或扭矩的連續(xù)性和穩(wěn)定性較好的電力活塞式電動機。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種電力活塞式電動機，其包括缸體、設于缸體內(nèi)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(qū)動電路相連；電磁鐵設于一由CPU單元控制的適于將電磁鐵反復旋轉(zhuǎn)180°的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)上，曲軸的一端設有飛輪；所述線圈驅(qū)動電路與所述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(guān)；所述缸體的底部設有一與所述CPU單元相連的霍爾傳感器。進一步，所述的各活塞在所述缸體中處于不同的行程位置，且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(cè)。進一步，所述霍爾傳感器設于缸體的底部中央，且與所述活塞的底面中央相對。進一步，所述霍爾傳感器設于一非導磁材料的金屬管中，該金屬管與所述活塞同軸心線。[0012]進一步，所述翻轉(zhuǎn)機構(gòu)包括與所述CPU單元相連的步進電機和橫向固定于電磁鐵中央的轉(zhuǎn)軸，該轉(zhuǎn)軸通過一對軸承座設于缸體上方；轉(zhuǎn)軸的一端經(jīng)一變速箱與所述步進電機傳動相連。本實用新型的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點1)本發(fā)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(zhuǎn)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(chǎn)生作用力，進而驅(qū)動曲軸。本發(fā)明采用的上述方案，避免了現(xiàn)有技術(shù)的因線圈電流無法實現(xiàn)瞬時換向而帶來的延時，進而使本發(fā)明的電動機的輸出功率或扭矩具有較好的連續(xù)性和穩(wěn)定性。(2)本發(fā)明的電動機在啟動時，采用啟動系統(tǒng)使所述曲軸轉(zhuǎn)動，CPU單元通過各缸體內(nèi)的霍爾傳感器檢測各活塞的位移方向，然后根據(jù)各活塞的位移方向通過線圈驅(qū)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(jù)各活塞的位置，通過電磁鐵繞其高度中心線快速旋轉(zhuǎn)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(chǎn)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(fā)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(fā)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(cè)，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(wěn)定性。(6)本發(fā)明的電動車為電動汽車、電動摩托車、電動三輪車、電動農(nóng)用機械車寸。

為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實施例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中圖1為實施例中的電力活塞式電動機的結(jié)構(gòu)示意圖；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(zhuǎn)180°的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)及缸體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為所述電力活塞式電動機的控制電路的電路框圖；圖4為實施例中的電力活塞驅(qū)動式電動車的傳動系構(gòu)造圖；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(zhuǎn)機構(gòu)及缸體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
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 鋁合金、銅合金等)制成的缸體1、設于缸體1內(nèi)的由永磁體制成的活塞5、設于各缸體1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1的上端設有與缸體1同軸心線的電磁鐵7，電磁鐵7的線圈8與一線圈驅(qū)動電路相連；電磁鐵7的中央固定于一橫向的轉(zhuǎn)軸9上，該轉(zhuǎn)軸9通過一對軸承座4設于缸體1上方；轉(zhuǎn)軸9的一端經(jīng)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(qū)動電路和步進電機 12與一 CPU單元相連；鄰近缸體1的上、下止點處分別設有與CPU單元相連的上、下行程開關(guān)13和14 ；所述缸體1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(guān)13和14采用接觸式或紅外線式行程開關(guān)?；钊?上設有耐磨圈。各活塞5在所述缸體1中處于不同的行程位置，以確保連桿3適于連續(xù)傳動曲軸 2，并使曲軸2輸出的扭矩穩(wěn)定。電動車啟動時，采用啟動系統(tǒng)驅(qū)動曲軸2上的飛輪，以使所述曲軸2轉(zhuǎn)動，所述CPU 單元通過各缸體1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1 內(nèi)的活塞5正向下位移，則所述CPU單元通過所述線圈驅(qū)動電路向該缸體1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1內(nèi)加速下移；或，此時若測得一缸體1內(nèi)的活塞5正向上位移，則所述CPU單元通過所述線圈驅(qū)動電路向該缸體1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1內(nèi)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(tǒng)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(guān)14測得一缸體1內(nèi)的活塞5即將到達該缸體1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(qū)動該步進電機12按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，從而使步進電機12經(jīng)所述變速箱11控制所述轉(zhuǎn)軸9旋轉(zhuǎn)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1內(nèi)向上位移；當所述CPU單元通過所述上行程開關(guān)13測得該活塞5即將到達該缸體1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(qū)動該步進電機12反方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，從而使步進電機12經(jīng)所述變速箱11控制所述轉(zhuǎn)軸 9反向旋轉(zhuǎn)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(jīng)相應的連桿3驅(qū)動所述曲軸2運轉(zhuǎn)，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1內(nèi)的所述活塞5與電磁鐵7的間距，并根據(jù)該間距大小實時通過所述線圈驅(qū)動電路調(diào)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(wěn)定，以使本電動機輸出的功率或扭矩的連續(xù)性和穩(wěn)定性較好。當所述曲軸2處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，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(qū)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1內(nèi)的所述活塞5正在向下位移，則CPU單元通過所述線圈驅(qū)動電路向該缸體1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(zhuǎn)，且CPU單元通過所述下行程開關(guān)14測得該活塞5即將到達該缸體1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(qū)動該步進電機12按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，從而使步進電機12經(jīng)所述變速箱11控制所述轉(zhuǎn)軸9旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，且CPU單元通過所述上行程開關(guān)13測得該活塞5即將到達該缸體1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(qū)動該步進電機12反向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，從而使步進電機12經(jīng)所述變速箱11控制所述轉(zhuǎn)軸 9反向旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)?？紤]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(zhuǎn)時，提前切斷線圈8的電源，利于節(jié)能并確保所述曲軸 2能及時停止運轉(zhuǎn)。在需要通過所述曲軸2對外輸出制動扭矩時，所述線圈驅(qū)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(cè)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(guān)，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(tǒng)；飛輪外緣的齒圈與所述啟動系統(tǒng)的驅(qū)動齒輪嚙合。該啟動系統(tǒng)采用現(xiàn)有技術(shù)中的與現(xiàn)有的汽油發(fā)動機配套使用的啟動系統(tǒng)。見圖4，所述車輛傳動系統(tǒng)包括經(jīng)萬向節(jié)23與變速箱22的輸出軸傳動連接的驅(qū)動軸M、經(jīng)另一萬向節(jié)與驅(qū)動軸M傳動連接的差速器27、以及與差速器27通過半軸沈傳動相連的車輪。其中，在驅(qū)動軸M與差速器27可設置主減速器25。圖5為另一種所述翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，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相嚙合，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(qū)動該步進電機12按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，從而使步進電機12經(jīng)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(zhuǎn)180°。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)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。而這些屬于本實用新型的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之中。
權(quán)利要求1.一種電力活塞式電動機，其特征在于包括缸體(1)、設于缸體(1)內(nèi)的由永磁體制成的活塞(5)、設于各缸體(1)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(1)的上端設有與缸體(1)同軸心線的電磁鐵(7)，電磁鐵(7)的線圈(8)與一線圈驅(qū)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(zhuǎn)180°的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)上，曲軸(2)的一端設有飛輪；所述線圈驅(qū)動電路與所述CPU單元相連；鄰近缸體(1)的上、下止點處分別設有與CPU 單元相連的上、下行程開關(guān)(13、14)；所述缸體(1)的底部設有一與所述CPU單元相連的霍爾傳感器(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于下坡制動的電力活塞驅(qū)動式電動車，其特征在于各活塞(5)在相應的缸體(1)中對稱分布于缸體(1)的高度中心線兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于下坡制動的電力活塞驅(qū)動式電動車，其特征在于所述霍爾傳感器(15)設于缸體(1)的底部中央，且與所述活塞(5)的底面中央相對。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適于下坡制動的電力活塞驅(qū)動式電動車，其特征在于所述霍爾傳感器(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。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于下坡制動的電力活塞驅(qū)動式電動車，其特征在于所述翻轉(zhuǎn)機構(gòu)包括與所述CPU單元相連的步進電機(12)和橫向固定于電磁鐵(7)中央的轉(zhuǎn)軸 (9)，該轉(zhuǎn)軸(9)通過一對軸承座(4)設于缸體(1)上方；轉(zhuǎn)軸(9)的一端經(jīng)一變速箱(11) 與所述步進電機(12)傳動相連。
專利摘要本實用新型涉及一種電力活塞式電動機，其包括缸體、設于缸體內(nèi)的由永磁體制成的活塞、曲軸和連桿；缸體的上端設有電磁鐵，電磁鐵的線圈與一線圈驅(qū)動電路相連；電磁鐵設于一由CPU單元控制的適于將電磁鐵反復旋轉(zhuǎn)180°的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)上；所述線圈驅(qū)動電路與所述CPU單元相連；鄰近缸體的上、下止點處分別設有上、下行程開關(guān)；所述缸體的底部設有霍爾傳感器。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(zhuǎn)180°，以快速切換電磁鐵上下端的極性，從而使電磁鐵反復對活塞產(chǎn)生作用力，進而驅(qū)動曲軸，使本實用新型的電動機的輸出功率或扭矩具有較好的連續(xù)性和穩(wěn)定性。
文檔編號H02K33/18GK201937434SQ201120025018
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者貝紹軼, 趙景波 申請人:江蘇技術(shù)師范學院