专利名称：永磁活塞电机的制作方法
技术领域：
本发明属节能电机开发领域，具体涉及永磁直线电机的永磁活塞电机。
背景技术：
近年来，随着汽车消费市场的快速发展，我国汽车持有量成倍地增加，我国大城市的大气污染已不容忽视，现阶段的中国已经面临着石油短缺的严峻挑战，石油最具潜力的替代应该与交通运输相关，如果汽车的数量(增量)无法减少，那么，汽车燃料的石油替代将是我国减少石油对外依存的一个最重要的方面，从产能、石油储采比、消费增长量和进口依存度的现状和预期来看，我国的能源安全将日益脆弱，汽车燃料替代则是一个刻不容缓的问题。因此电动汽车战略已经成为我国新兴战略产业发展的决策。目前，在电动汽车驱动电机的节能方面，主要是利用永磁电机替代传统电机，但由于其技术性能存在的缺点，以及磁性材料资源的限制和较高的制造成本，使电动汽车的发展还存在着诸多瓶颈。
发明内容
本发明的目的是为电动汽车提供一种性能优异、大幅节能、成本低廉的永磁活塞电机。本发明由机壳I、上盖2、直线轴承3、永磁活塞4、限位板5、线圈缸体6、底板7、霍尔I 8、信号盘9、曲轴10、连杆11、定位销12、固定板13、滑杆14等主要部件组成的左右对称结构，机壳I的竖直剖断面为矩形结构，中间有隔板将其分成两个正方形腔体，每个腔体中焊接着底板7和固定板13，定位销12的下半部嵌入底板7的销孔之内，线圈缸体6通过其定位孔和定位销12上半部的嵌合被定位安装在底板7上,通过限位板5与定位板13的栓接将线圈缸体6竖向固定，上盖2与机壳I栓接，直线轴承3与上盖2栓接，滑杆14与永磁活塞4的滑杆接孔21固接，曲轴10以及信号盘9安装于机壳I的下部，霍尔I 8、II 29、III30和VI31安装在机壳I上并与信号盘9相对应，永磁活塞4进入缸体15内，并将上部的滑杆14穿入直线轴承3的滑道，下部的连杆11与曲轴10转动连接。线圈缸体6由缸体15、线圈16、和密封圈19组成，缸体15充当线圈16的骨架，由不锈钢或铝合金等非磁性金属材料制成，密封圈19与缸体15胶封在一起，形成冷却腔18，密封圈19上有密封出孔17，线圈16的首尾接线和油液冷却导管由此接出，缸体15的下表面有4个定位孔。永磁活塞4由活塞芯20、固位环22、永磁环I 23、永磁环II 24、和隔环27组成,其中金属部件均用铝合金、不锈钢等材料制成，活塞芯20上端的滑杆接孔21内外均有螺纹，固位环22孔内有相同的螺纹，活塞芯20起到连接整体的作用，其下有底托25，内孔之中有连杆11、连杆销26，永磁环123和永磁环II24的磁场方向相反。信号盘9上嵌有磁片28，形状为扇形，其所占圆心角为90度。如图7所示A1、A2是左侧线圈的接线，BI、B2是右侧线圈的接线，驱动器电子开、关el、e3、e5、e7为正极开关，e2、e4、e6、e8为负极开关,开关el、e2与接线Al并联；开关e3、e4与接线A2并联；开关e5、e6与接线BI并联；开关e7、e8与接线B2并联。霍尔I 8通过控制电子开关el、e4的开闭进而控制左侧线圈电流A1-A2方向的通断；霍尔III30通过控制电子开关e2、e3的开闭进而控制左侧线圈电流A2-A1方向的通断；霍尔II 29通过控制电子开关e5、e8的开闭进而控制右侧线圈电流B1-B2方向的通断；霍尔VI31通过控制电子开关e6、e7的开闭进而控制右侧线圈电流B2-B1方向的通断。本发明的工作原理本发明共有两套缸体与活塞结构，两个活塞的曲轴半径相差90度角，曲轴半径顺时针旋转一周为360度，把360度分成上下左右4个90度，当曲轴半径运行至上下两个90度的弧度内，线圈16为断电状态，曲轴半径只有在左90度和右90度两段弧度内线圈16才通电，两个活塞交替做功。如图6所示4个霍尔分别位于4个90度弧的分界位置，霍尔I 8和霍尔III30控 制左侧线圈的通断与换向；霍尔II 29和霍尔VI31控制右侧线圈的通断与换向。其中总会有一个霍尔扫描到信号盘9上磁片28的磁力信号,使电机启动运行，因为活塞上的永磁环I 22和永磁环II 23磁场方向相反,在线圈16通电时,其中必有一个永磁环与线圈16的磁场重合于中间位置，另一个永磁环被线圈16的磁场排斥于缸外，当线圈16的电流换向时，与线圈16重合的永磁环产生排斥力，而位于缸外的永磁环与线圈16的磁场产生引力，通过霍尔开关不断的换向，驱动永磁活塞4循环往复运动，带动曲轴旋转。如图6——图9所示当左侧活塞过上顶点45度角，磁片28按顺时针方向进入霍尔I 8时，开关el和e4接通，e2和e3、e5和e8、e6和e7关闭，右侧线圈断电，左侧线圈通电，电流方向是从A1-A2，线圈的上半部为N极，下半部为S极，左侧活塞从上往下受力运行；当右侧活塞过上顶点45度角，磁片28进入霍尔II 29时，开关e5和e8接通，e6和e7、el和e4，e2和e3关闭，左侧线圈断电，右侧线圈通电，电流方向是从B1-B2，线圈的上半部也为N极，下半部为S极，右侧活塞从上往下受力运行，当左侧活塞过下顶点45度角，磁片28进入霍尔III30时，开关e2和e3接通，el和e4、e5和e8、e6和e7关闭，右侧线圈断电，左侧线圈通电，电流方向是从A2-A1，线圈的上半部为S极，下半部为N极，左侧活塞从下往上受力运行；当右侧活塞过下顶点45度角，磁片28进入霍尔VI31时，开关e6和e7接通，e5和e8、el和e4、e2和e3关闭，左侧线圈断电，右侧线圈通电，电流方向是从B2-B1，线圈的上半部为S极，下半部为N极，右侧活塞从下往上受力运行。余下如此类推，曲轴半径每转过90度角，缸体15上的线圈16换向一次，驱动永磁活塞4往复工作。综上所述，本发明利用线圈内部强大的空间磁场与永磁活塞进行正面作用，所获得的动力效果是传统电机无法达到的，相对普通永磁电机，本发明在大幅度节能的同时还可以节省60%左右的永磁铁，对于有限的钕铁硼矿产资源得到了有效利用。本发明所述的永磁活塞在线圈缸体内一个行程做功一次，一个永磁活塞相当于四行程内燃机的四个活塞，两个永磁活塞交替做功于左右两段90度角的弧度内，因为这时曲轴半径力矩较大，电能转换率较高，也是内燃发动机无法比拟的。本发明属于高效节能电机，且构造简单、易于制造，主要应用于电动汽车领域，替代传统牵引电机，具有革新换代的作用。
图I为永磁活塞电机总装2为固定板13主视3为限位板5主视4为线圈缸体6俯视5为永磁活塞4的主视6为信号盘8与电子开关位置关系图 图7为电子开关程序示意8—图9为永磁活塞4与线圈缸体6作用关系示意图其中1.机壳2.上盖3.直线轴承4.永磁活塞5.限位板6.线圈缸体7.底板8.霍尔I 9.信号盘10.曲轴11.连杆12.定位销13.固定板14.滑杆15.缸体16.线圈17.密封出孔18.冷却腔19.密封圈20.活塞芯21.滑杆接孔22.固位环23.永磁环I24.永磁环II 25.底托26.连杆销27.隔环28.磁片29.霍尔II 30.霍尔III 31.霍尔VI
具体实施例方式本发明由机壳I、上盖2、直线轴承3、永磁活塞4、限位板5、线圈缸体6、底板7、霍尔I 8、信号盘9、曲轴10、连杆11、定位销12、固定板13、滑杆14等主要部件组成的左右对称结构，经如下方式装配首先将底板7和固位板13与机壳I焊接成为一个整体，定位销12的下半部嵌入底板7的销孔之中，将线圈缸体6的定位孔朝下套入定位销12的上半部，使线圈缸体6定位安装在底板7上，再将限位板5与线圈缸体6的上表面紧密配合后与定位板13栓接，并引出线圈接线Al、A2、BI、B2 ;上盖2与机壳I栓接，直线轴承3与上盖2栓接；将信号盘9安装在曲轴10的右端，曲轴10极其信号盘9安装于机壳I的下部，霍尔I 8、霍尔II 29、霍尔III30和霍尔VI31安装在机壳I上并与信号盘9相对应；连杆11与活塞芯20通过连杆销26转动连接，然后将永磁环I 24、隔环27和永磁环II 23依次套装在活塞芯20上底托25的上面，用固位环22加以固定，滑杆14与永磁活塞4固接于滑杆接孔21，永磁活塞4通过缸体15将滑杆14穿入直线轴承3的滑道，连杆11与曲轴10转动连接；线圈接线A1、A2、B1、B2、与驱动器开关电路对位连接，霍尔信号线与驱动器电子开关对位连接，霍尔电源线与驱动器内的专用变压器对位连接。本发明具体应用范围交通领域通过调压变速，可为各类电动车辆提供动力，替代现有的电动车专用电机还可设计成各种不同型号，作为辅助动力应用于船舶、火车、汽车、工程机械和军工设备等功能性设备上。机械领域主要用于活塞泵、压缩机的直接驱动。通过液力耦合器调速方法，本发明可用于电动挖掘机、电动吊车、电动葫芦、码头和矿山设备等机械设备。
权利要求
1.一种永磁活塞电机,其特征在于由机壳I、上盖2、直线轴承3、永磁活塞4、限位板5、线圈缸体6、底板7、霍尔I 8、信号盘9、曲轴10、连杆11、定位销12、固定板13、滑杆14等主要部件组成的左右对称结构，机壳I的竖直剖断面为矩形结构，中间有隔板将其分成两个正方形腔体，每个腔体中焊接着底板7和固定板13，定位销12的下半部嵌入底板7的销空之内，线圈缸体6定位安装在底板7上，通过限位板5与定位板13的栓接将线圈缸体6竖向固定，上盖2与机壳I栓接，直线轴承3与上盖2栓接,滑杆14与永磁活塞4的滑杆接孔21固接，曲轴10以及信号盘9安装于机壳I的下部，霍尔I 8、II 29、11130和VI31安装在机壳I上并与信号盘9相对应，永磁活塞4通过线圈缸体6将上部的滑杆14穿入直线轴承3的滑道，下部的连杆11与曲轴10转动连接。
2.按权利要求I所述的永磁活塞电机，其特征在于所述的线圈缸体6由缸体15、线圈16、和密封圈19组成，缸体15充当线圈16的骨架，密封圈19与缸体15胶封在一起，形成冷却腔18，密封圈19上有密封出孔17，线圈16的首尾接线和油液冷却导管由此接出，缸体15的下表面有4个定位孔。
3.按权利要求I所述的永磁活塞电机，其特征在于所述的永磁活塞4由活塞芯20、固位环22、永磁环I 23、永磁环1124、和隔环27组成，活塞芯20上端的滑杆接孔21内外均有螺纹，固位环22孔内有相同的螺纹，活塞芯20起到连接整体的作用，其下有底托25，内孔之中有连杆11、连杆销26，永磁环I 23和永磁环II24的磁场方向相反。
4.按权利要求I所述的永磁活塞电机，其特征在于所述的信号盘9上嵌有磁片28，形状为扇形，其所占圆心角为90度。
5.按权利要求I所述的永磁活塞电机，其特征在于共有两套缸体与活塞结构，两个活塞的曲轴半径相差90度角，把曲轴半径旋转一周的360度分成上下左右4个90度，当曲轴半径运行至上下两个90度的弧度内，线圈16为断电状态，曲轴半径只有在左90度和右90度两段弧度内线圈16才通电，两个活塞交替做功。
6.按权利要求I所述的永磁活塞电机，其特征在于线圈16通电时,其中必有一个永磁环与线圈16的磁场重合于中间位置，另一个永磁环被线圈16的磁场排斥于缸外，当线圈16的电流换向时，与线圈16重合的永磁环产生排斥力，而位于缸体之外的永磁环与线圈16的磁场产生引力，磁场作用使两个永磁环位置上下互换，带动永磁活塞4往复运动。
7.按权利要求I所述的永磁活塞电机，其特征在于所述的机壳I至少应有一个腔体，线圈缸体6和永磁活塞4极配件最少为一套以上，只有一套的需另加启动装置。
全文摘要
永磁活塞电机属节能电机开发领域，本发明主要由机壳、线圈缸体、永磁活塞、直线轴承、信号盘、霍尔、曲轴连杆等主要部件组成，机壳分成两个正方形腔体，每个腔体有一个的线圈缸体，永磁活塞通过线圈缸体将上部的滑杆穿入直线轴承的滑道，下部通过连杆与曲轴转动连接，直线轴承与上盖栓接，曲轴及信号盘安装于机壳的下部，霍尔安装在机壳上并与信号盘相对应，永磁活塞在线圈缸体内一个行程做功一次，两个活塞交替做功。本发明利用线圈内部强大密集的空间磁场与永磁活塞正面作用，所获得的动力效果是传统电机无法达到的，且构造简单、易于制造，主要应用于电动汽车领域，具有革新换代的作用。
文档编号H02K33/18GK102710092SQ20121015873
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月22日 优先权日2012年5月22日
发明者安明武 申请人:安明武