专利名称：电磁式马达的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽车的电磁式马达，特别是一种经结合传统内燃式马 达而可用于混合马达中的电磁式马达，其可混合使用电磁能源，减少燃料消耗 并提升效率。
背景技术：
业内众所周知，将替代性清洁能源与传统的汽车内燃式马达相结合，形成 所谓的"绿色"马达(涉用替代性无污染能源)或曰混合马达，可减少燃料消 耗以及所产生的总污染量。大多数混合马达通常是将 -个或数个电动马达，或 一个氢燃料马达结合在传统的内燃式发动机(汽油或柴油式)中；内中的两种 马达，彼此既可独立乂可同时运行，具体可视所需的动力大小而定。
此类混合马达通常苦于有后述问题，即需要》马达分别具有各向的汽缸休， 传动箱/齿轮箱，以及/或者推进系统；由此意味着较大的质量，较大的体积 以及较高的复杂度，导致制造与修护成本提高。
诸多文献亦论及在既有的内燃式发动机中增设电磁组件或系统。此类文献
有
美国专禾lj 3,747,649号，1973年7月24日授于Densow等，题名"Crankshaft Magneto System";
美国专利4,213,428号，1980年6月22 日授于Bradley, 题名 "Electronmagnetic Augmentration of Internal Combustion Engines";
美国专利4,317,058号，1982年2月23 H授于B lalock ，题名 "Electro-Magnetic Reciprocating Engine";
美国专利4,749,893号，1988年6月7日授于Reynolds,题名"Magnetically Actuated Engine";
美国专利5,036,930号，1991年8月6 H授亍Bisel等，题名 "Electromagnetically Powered Engine Apparatus and Method";
美国专利5,203,172号，1993年4月20日授于Simpson等，题名 "Electromagnetically Powered Hydraulic Engine";
美国专利5,287,518号，1994年2月15日授于Miller等，题名"Engine Crankshaft Variable Reluctance Alternator";
美国专利5,457,349号，1995年10月10日授于Gifford，题名"Reciprocating Electromagnetic Engine ";
美国专利5,287,518号，1994年2月15日授于Miller等，题名"Engine Crankshaft Variable Reluctance Alternator";
特别是，美国专利4,213,428号揭示了一种永久磁铁，其固定安装在一活塞 上，且磁极轴线设置成平行于活塞的运动方向，以选择性地与一电磁线圈发生 磁相互作用，其中的线圈安装在发动机头部并与活塞的运动轴线同轴。电磁线 圈的通电激活时序，则与活塞于不同冲程期间的位移量相同步，以分别在压縮 (与排气)以及工作(与吸气)冲程的至少某一预定部分，产生磁性吸引力及 推斥力。虽然此种电磁结构可提升马达的效率，但欲使一电磁铁位于发动机头 部则近乎不切实际，因为此处缺乏可利用空间，特别是当虑及各气缸有多个吸、 排气阀的情形下。再者，电磁线圈与永久磁铁间需始终保持较大间隙以形成燃 烧室，此举将大为减小有效利用电磁力的可能，须知，电磁力愈大，间隙需愈 小。而且，前述两者的最小间隙在每一完整的二冲程循环中仅出现一次。
其他美国专利所论及，乃是将内燃式发动机改造成电磁式发动机，具体方 式是改换发动机头部及活塞，从而利用任一永久磁铁的仅一个磁极，或者是使 一电磁结构以机械方式有效地连接于内燃式发动机的曲柄轴上，藉以回收能量， 或者基于曲柄轴位置，控制(同步化)系统运行状况。
以上专利无-使用电磁系统，使之连接既有的内燃式发动机来大为提升其 效率。同样，上述文献无一篇介绍可自行有效运行的电磁式马达，不论直线位 移式抑或旋转式皆未得一睹。
因此，需要有一种改良的电磁式马达。
发明内容
因此，本发明的总休目的是提供一种改良的i乜磁式马达，以此解决既有系 统的上述问题。
本发明的一优点是，此电磁式马达当用于混合马达中时，使用公共的发动 机缸体，加之公共的传动齿轮组及推进系统，因此较既有的混合马达轻小简单， 方便制造与维修。
本发明的另一优点是，此电磁式马达得以有效利用电磁系统。 本发明的又一优点是，此电磁式马达当用于混合马达中时，具有一电磁动 力系统，所述系统的运行(最好以电子方式为之)与永久磁铁相对于电磁铁的 位置同步，并且当用于混合马达中时，复与所配用使用的内燃式发动机的行程 位置同步。
本发明的再一优点是，此电磁式马达用于混合马达中时，其具有的电磁动 力系统可相对于所配合使用的内燃式发机，视相应的运行状况以及所需的总动 力，有效加以调节。
本发明的另一优点是，此电磁式马达具有的电磁动力系统，略加改形即可 置入既有内燃式发动机中，与之配用而形成混合马达。
本发明的另-优点是，此电磁式马达当用于混合马达中时，其具有的电磁 动力系统不改变所配合使用的内燃式发动杉L的实际功能，始终相助、，从不相悖。
本发明的又 一优点是，此电磁式马达在不同磁铁的互作用表面上使用互补 的四凸花纹，让互作用磁铁得以彼此尽可能地接近，呈近似接触状态，而使电 磁动力系统的效率得以最优。
本发明的另一优点是，此电磁式马达当用于混合马达中时，其具有的电磁 动力系统适用于大多数既有马达，经减少燃料消耗及污染性颗粒/气体的排放， 可改善其总效率。
本发明的又一优点是，此电磁式马达特别是当用于混合马达中时，其具有 的电磁动力系统得以在马达正常工作期间外，诸如汽车制动期间以及发动机压 缩模式期间，进行能量回收。
本发明的再 一 优点是，此电磁式马达可对两磁铁处亍近似接触状态彼此即 将分离前，磁性斥力冲击波所产生的能量加以利用。
本发明的另一优点是，此电磁式马达当用于混合马达中时，其具有的电磁
动力系统可在内燃式发动机，包括直动活塞式发动机以及z或者旋转式发动机的
所有冲程期间运作。
木发明的另 一 优点是，此电磁式马达当其涉用于岡形位移式永久磁铁时，
其可在永久磁铁圆形位移路径大体相切的方向，促成磁铁间发生磁性互作用。
本发明的又一优点是，此电磁式马达具有的电磁动力系统，可以绝佳地利 用直线位移式永久磁铁，诸如安装于活塞上的两磁极。
本发明的再一优点是，此电磁式马达具有的电磁动力系统，可以绝佳地同 时利用同一电磁铁的两磁极。
本发明更有一优点是，此电磁式马达具有的电磁动力系统，其磁铁相对于 活塞尺寸可具有较大的互作用表面积。
依据本发明的一个方面，兹提供一种电磁马达，其包括一永久磁铁以及一 电磁铁，永久磁铁连接在马达的一活动零件上，后者复联接于马达的输出轴并 且界定出永久磁铁的运动位移路径，而电磁铁则连接在马达的一固定零件上， 至少周期性地与永久磁铁有效地相互作用，电磁铁电连接电源以便有选择地激 活，电磁铁在未被激活时，可于所述位移路径的第一部分上以磁性方式吸引永 久磁铁，而在被电源激活时，则可-尸所述位移路径的第二部分上以磁性方式推 斥永久磁铁。
在一实施例中，永久磁铁的运动位移路径为一圆形位移路径，电磁铁的位 置相邻并在径向方向向外偏离永久磁铁的圆形位移路径，以便至少周期性地与 永久磁铁有效地相互作用，使推斥力的方向大抵与所述圆形位移路径相切。
最好是，永久磁铁包括若干永久磁铁，彼此在圆周方向大抵等距间隔，电 磁铁包括若干电磁铁，彼此亦在圆周方向大抵等距间隔，各永久磁铁周期性地 与相继的电磁铁有效地互相作用。
典型的是，所述若干电磁铁是同时短暂地被电源所激活。
最好是，永久磁铁包括有 -第一互作用表面，用于与电磁铁的第二互作用 表面发生磁性相互作用，所述第一表面上形成有第一凹凸花纹，第二表面上形
成有第二凹凸花纹，且大抵为第一 ra d 11花纹的互补花纹。
典型的足，所述电磁铁包括有 -吸引用永久磁铁，所述吸引用永久磁铁连 接在电磁铁上，用于在圆形位移路径的第 一 部分上以磁性方式吸引永久磁铁。 最好是，在圆形位移路径的第二部分上，当电磁铁被电源激活吋，吸引用永久 磁铁对永久磁铁的自然磁性吸引力，可被电磁铁的电磁推斥力至少消除。
在一实施例中，所述永久磁铁的运动位移路径为一直线往复式位移路径， 其界定出永久磁铁的第--与第二纵向极限位置，所述电磁铁是一第一电磁铁，
位置相邻所述第一极限位置，马达还包括有一第二电磁铁，后者连接在马达的 固定零件上，相邻所述第二极限位置，并且至少周期性与永久磁铁有效地发生 相互作用，第二电磁铁可电连接电源以便有选择地被激活，当永久磁铁分别抵 达第一与第二极限位置时，第一与第二电磁铁可被交替、短暂地激活。
典型的是，所述永久磁铁具有相对的第一与第二互作用表面，分别朝向第 一与第二电磁铁的第三与第四互作用表面，以便分别与之发生磁性相互作用， 所述第一与第二表面上形成有第一凹凸花纹，第三与第四表面上形成有第二凹 凸花纹，且大抵为第一凹凸花纹的互补花纹。第一与第二凹凸花纹典典型的是 具有互补的、大体为方齿形状的截面。
最好是，所述马达还包括有一第三电磁铁，后者连接在马达的固定零件上， 位置为大体居中于第一与第二极限位置之间，相邻并在径向方向向外偏离永久 磁铁的外周面，以便至少周期性地与永久磁铁有效地发生相互作用，所述第三 电磁铁电连接电源以便有选择地被激活，所述第三电磁铁在未被激活时，可于 所述位移路径的第三部分上以磁性方式吸引永久磁铁，而在被电源激活时，则 可于所述位移路径的第四部分上以磁性方式推斥永久磁铁。
典型的是，所述第三电磁铁是以可逆变的方式电连接电源，以便有选择地 逆变其磁性激活状态。
典型的是，所述第三电磁铁包括有一吸引用永久磁铁与之相连，用于在所 述的直线往复式位移路径的第三部分上以磁性方式吸引永久磁铁。最好是，在 所述直线往复式移路径的第四部分，当电磁铁被电源激活时，吸引用永久磁铁 对永久磁铁的自然磁性吸引力，可被电磁铁的电磁推斥力至少消除。
最好是，所述马达还包括有--能量回收线圈，其大体位于第一与第二极限 位置之间，相邻并在径向方向向外偏离永久磁铁的外周面，以便至少周期性地 与之有效地发生相互作用，在位移路径的第三部分，所述线圈有选择地与永久 磁铁发生磁性相互作用，以减慢沿位移路径运动的永久磁铁的速度，并由此产 生出电能供相连的外部装置使用。
在一实施例中，所述马达还包括有一控制器，其连接第--与第二电磁铁， 以选择性地控制后两者需被电源激活否。
在一实施例中，永久磁铁连接内燃式发动机的活塞，第一与第二电磁铁则 连接内燃式发动机的缸体，使所述马达形成一种具有内燃式发动机的电磁式混
合马达。最好是，所述马达还包括有一控制器，其连接第一与第二电磁铁，并 且连接一发动机计算机，以选择性地控制第--与第二电磁铁需被电源激活否， 使之与活塞的位移同步。
本发明的其他目的与优点经适切地参照附图，细读本文所提供的详细说明, 自将得以明了。
本发明的其他特征与优点，经结合以下附图并参考说明书，将得以更好理
解；以下附图中，同一附图标记凡用于不同图中，均表示相同的零部件-
图1是本发明一种实施例的电磁式马达，其结合一既有内燃式发动机所形 成的汽缸的简化剖视图2a至图2f是相似于图1的简化视阁，显示在将近完整的两冲程，即半 个循环期间，联接于活塞上的永久磁铁的不同位置；
图3是示意图，显示在完整的四冲程期间，典型的燃烧状况以及图1中实 施例的电磁动力产生状况； '
图4a是图1中实施例经简化的放大剖视阁，显示欲与活动式永久磁铁相互 作用，两固定式电磁线圈其磁场的典型分布方式；
图4b是--相似于图4a的视图，显示不同磁场的不同分布方式。
具体实施例方式
参看附图，本文将对本发明诸较佳实施例加以说明，其H的仅是例示，绝 非加以局限。
尽管下文的说明论及一种电磁式混合马达，熟悉此项技术的人士易于理解-假设某--启动装置安装于所述电磁式马达上以启动其运行，则所述电磁式马达 即可自行持续运行，而无需任何其他类型的马达连接。
参看图1,图中显示依据本发明一实施例的电磁式马达10,其结合一既有 的内燃式发动机12而形成一电磁氏混合马达11时的简化剖视图。所述混合马 达11典型的是包括有一传统的内燃式发动机12,即一种以汽油为动力的发动机， 如阁1所示，然而其零部件最好由非磁性材料，诸如铝、钛以及类似的合金或 成份制成，且稍加改造成可配用一电磁动力系统14,以增加混合马达U的总效
率。虽然显示的仅是混合马达U的-个汽缸16,当理解发动机12的所有汽缸 均经相同的改造。
汽缸16包括有一活塞18,后者于发动机缸体22的孔20内沿一往复运动 轴线R作直线往复运动。如同传统结构，活塞18是经由一连杆26而动联接于 —曲柄轴24或者输出轴。
众所周知，两磁铁间的磁性吸引力与排斥力，乃是隨两磁铁间距离的减小 而增大，本发明可确保相互作用的所有磁铁尽可能地接近，而不致彼此实际接 触。
因此，混合马达n的各汽缸16包括有至少一个活动式永久磁铁30,诸如
(然不局限于)钕-铁-硼以及阿尔尼科铝镍钴永磁合金类型的磁铁，具体类型则
视工作状况而定。活动式永久磁铁30安装于活塞18上，间离于活塞头部32, 且典型的是相近活塞根部34。固定式第--顶部电磁线圈磁铁36与第二底部电磁 线圈磁铁38,分别安装于发动机缸体22上，以便与活动式永久磁铁30有效地 相互作用。永久磁铁30具有典型的环形盘状形状，并且经由--连接于活塞根部 34自由内表面的环形连接托架40,而联接活塞根部34。顶部与底部电磁铁36、 38 (亦为环形，以与永久磁铁30良好、有效地相互作用)的位置为当活塞18 循其直线运动路径，相对于曲柄轴24分别处于远止点位置及近止点位贾时，可 与永久磁铁30呈近视接触状。须注意，当电磁马达IO非用于结合内燃式发动 机12时，永久磁铁30以及电磁铁36、 38明显可具有盘状或任何其他非中空的 形状，其时永久磁铁30基本形成一"活塞"。
电磁铁36、 38分别经由接头42、 44而电连接一控制器41 (图1中以虚线 示出)及一电源(未示)，以便有选择地被激活，对此下文将作更为详尽的解
释o
永久磁铁30的顶面46与底面48,以及电磁铁36、 38的相应的作用面50、 52,典型的是外形互配，即分别具有总体呈同心圆的互补状凹凸花纹54、 54a。 凹凸花纹54、 54a可增加各表面46、 48、 50、 52的表面总面积，致使易于控制 近视接触时可能的最小间隙，以便通过优化磁场方向使之集中朝向(最小化其 偏散)相对的互作用磁铁来增大磁力；并且当相应的电磁铁36、 38通电时，可 增大在互作用表面间可互施磁性冲击力，同时后者依然较大且有效的情形下， 此部分活塞运动范围。相对于活塞18的往复位移方向轴线R,朝向大抵为径向
的表面，间隙较小且易于控制(特别是虑及材质的热膨胀以及类似特性)。尽
管凹凸花纹54、 54a在此被显示成一大抵为方齿形的截面，然而在不偏离本发 明范围的前提下，自可考虑任何其他形状，诸如(然不局限于)V形齿形式、 截头以及/或者圆头V形齿形式、锯齿形式，小偏角形式等。
混合马达11的电磁动力系统14典型的是还包括有一可通电的线圈60,后 者安装于发动机缸体22上，位置大抵居中于两电磁铁36、 38之间，相邻并在 径向方向向外偏离永久磁铁30的外周面，以便与之有效地相互作用。线圈60 经由一接头62而电连接控制器41与电源(未示)，以便有选择地被激活，对 此下文将作更为详尽的解释。典型的是，电磁铁60至多与第一永久磁铁30的 宽度同宽(在汽缸的轴线方向)，以便使之产生更为有效的磁性排斥力。
诚如图l如示(为简洁起见，他图未示)，两能量回收线圈组61典型的是 位于线圈60的两侧，其不与后者电连接，且伸向两电磁铁36、 38,以当传动机 构向下变速成低速时，在汽车制动期间以及/或者内燃式发动机的压缩循环期间 产生电力。因此，能量回收线圈组61典型的是经由--线圈用接头，最好是一控 制器/计算机41,而连接一蓄电池，即—种外部电源装置(未示)。或者是，亦 可使用线圈60 (相似于线圈组61),当传动机构向下变速成低速时，在汽车制 动期间以及/或者内燃式发动机的压缩循环期间产生电力。
为进一歩降低混合马达ll的燃料总消耗，或曰增加其效率，电磁动力系统 14可包括至少一个，典型的是若干个(如图所示两个)在圆周向彼此等距间隔 (图中是关于直径对称)的第二活动式永久磁铁64,后者典型的是经由—-磁性 托架66或类似物，而直接安装于曲柄轴24(或者其组件)上，以便与至少一个， 典型的是若干个(如图所示两个)在圆周向彼此等距间隔(图中是关于直径对 称)的第三固定式电磁线圈磁铁68，有效地以磁性方式互相作用，其中的第三 固定式电磁线圈磁铁68则安装于发动机缸体22的曲柄箱56上，且紧邻第二磁 铁64的圆周运动路径。相似于第一与第二电磁铁36、 38， —》1浸没于曲柄箱56 内机油(未示)中的两第三电磁铁68,经由相应的接头70而电连接控制器41 以及电源(未示)。显而易见，磁铁64、 68的尺寸以及彼等各自的安装位置(位 于曲柄轴24上的位置以及曲柄箱56上的位置)，在不偏离本发明范围的前提 下，可不同于图中所示。
当使用若干永久磁铁64与电磁铁68时，其中 一种磁铁的数量应是另--种
磁铁数量的整数倍。同样，当存在若干电磁铁68时，典型的是同时激活，除非 情形特殊，例如电磁铁68的数量两倍于永久磁铁64,在此情形下，各半的电磁 铁，即同时与相应的永久磁铁相互作用，交替地同时短暂激活。
典型的是，相应的磁铁64、 68,其互作用表面65、 69各有一弧形截面， 以便使得并且在运动中使得彼此尽可能接近，以便于两者间获致有效的周期性 电磁作用。相似于其他磁铁30、 36、 38,弧形表面65、 67分别具有互补的周面 凹凸花纹54、 54a'，诸如周向的突部以及凹槽等。
尽管可位于曲柄轴24周围任意处，第三电磁铁68的典型位置为当活塞 18相对于曲柄轴处于纵向极端或极限位置时(此时连杆26的轴线基本上穿过曲 柄轴24的轴线)，可使两电磁铁68对磁铁64产生较大的推斥力，且与曲柄轴 一连杆回转连接轴线的转动路径大体相切。
显然，对于旋转式发动机，诸如汪克尔(Wankd)发动机等，由于不存在任 何作直线往复运动的发动机组件，故曲柄轴区域的磁铁64、 68将是唯独存在。
虽然为简洁起见在图中未显示，但可存在一些通气孔(未示)大抵沿轴向 穿过磁铁30,以及/或者一些开口 (未示)开设于磁铁30的周面上，活塞侧壁 上，或者任何其他适当的位置.L:,以让空气自由地流入g流出磁铁30与第--电 磁铁36间的空隙，不致对活塞組件施加些许背压负荷，而妨碍混合马达ll的 正常功能。
运行状况
如图l与图4a所示，各磁铁表面46、 48、 50、 52、 65、 69典型的是于其 整个表面具同一磁极极性N、 S(北极、南极或曰正极、负极)，并且各磁铁30、 36、 38具有的磁极轴线为大抵平行于活塞往复运动轴线R,而各磁铁64、 68具 有的磁极轴线则与绕自身轴线旋转的曲柄轴24大抵相切。两电磁铁36、 38的 表面50、 52仅在通电之时始呈现出极性，且极性同相应的互作用表面46、 48, 使得各电磁铁36、 38分别交替地推斥永久磁铁30,其始起磁铁30最接近相应 的电磁铁36、 38之时或稍后，以进--歩促成一种非剧烈性的磁冲击感应运动。 同样，电磁铁68的表面69亦仅在通电之时始呈现出极性，且极性同相应的互 作用表面65,使得各电磁铁68分别周期性地推斥永久磁铁64,其始起磁铁64 最接近(成切线于)相应的电磁铁68之时或稍后，以进一歩促成--种非剧烈性 的磁冲击感应运动；其推斥方向与曲柄轴26的M形位移路径相切，或曰垂直于
曲柄轴26的回转轴线的径向。
经由将电磁铁68适切地定位于上述圆形路径周围，使之与永久磁铁64互 相作用，即可产生一些始终非常有效的斥力脉冲(由于此种斥力处于切线方向)， 反观电磁铁36、 38,两者产生斥力脉冲则在连杆26与汽缸轴线R基本重合之 时，其时斥力不甚有效。欲使更为有效，斥力脉冲的产生应在连杆26与轴线R 间角度约为最大值时，受制于电磁系统14的实际形态，受制于第三电磁铁60， 不难理解，此要求超出可能的范围。
作为一种例举，下文结合图3所示对典型运行状态的说明，仅论及四冲程 汽油内燃式发动机12,惟其原理同样适用于二冲程发动机，以及/或者柴油发动 机，以及/或者仅配有磁铁64、 68的旋转式发动机(未示)。
运行时，诚如图2a至2f中局部所示，永久磁铁30在活塞16的各冲程期 间乃以直线往复方式行进于两电磁铁36、 38之间，而永久磁铁64则以连续方 式旋转于两电磁铁之间。在图2a中，活塞16位于上止点位置，处在工作冲程 的起始处，即图3中时间"0"处，此时吸气阀80与排气阀82双双关闭，由火 花塞84 (或者柴油发动机中所需的对油、气混合物的压縮)点燃燃烧室86中空 气一汽汕混合物，使之燃烧。因燃烧急速膨胀而产生的动力，即阁3中上部横 峰C所示，向下推动活塞16,约在同时，第--与第三电磁铁36、 38被通电激 活，即处于"ON"状态，而产生--种基本为瞬间性的磁性推斥冲击力以及磁性 推斥力，即图3中分别由方峰MI1、 MI1"以及下部横峰MR1、 MR1"所示，其中 磁铁30、 64乃是安装于活塞16以及曲柄轴24上。此磁性推斥力典型的是持续 存在，直至永久磁铁30约略抵达两电磁铁36、 38中点稍前处，此时，相对于 第--与第三电磁铁36、 38所需的激活能量而言，推斥效率始成微不足道，如图 2b如示。约于此时，永久磁铁30已逼近自身行程中点，开始受未被激活的电磁 铁60的自然磁性吸引(因后者'中顺磁性材质之故)，亦称为二次磁吸引现象， 即图3中时间"0.5"之游，下部较小的反向横峰MA1，所示。随即，磁铁30抵 达行程中点区域，期间两电磁铁36、 38不被激活，处于OFF状态，如图2c所 示，而电磁铁60则被激活，处于ON状态，而产生一种基本为瞬间性的磁性推 斥冲击力与一种磁性推斥力，即图3中分别由方峰MI1'以及下部横峰MR1'所 示。
如图2d所示，当永久磁铁30、 64分别逼近未被激活的第二与第三电磁铁
38、 68时，即受后二者自然磁性吸引(因其中顺磁性材质之故)，亦称为二次 磁吸引现象，即图3中时间"1"之前，下部较小的反向横峰MA1、 MA1"分别 所示。
在工作冲程与随后排气冲程的过渡处，即图3中时间"1"处，第二与第三 电磁铁38、 68处于ON状态，而产生出一种基本为瞬间性的第二磁性推斥冲击 力与一种第二磁性推斥力，即图3中分别由方峰MO、MI2"以及下部横峰MR2、 MR2"所示，以将安装在活塞16与曲柄轴24上的永久磁铁30、 64推离，使之 朝第一电磁铁36而行，如图2e如示，其时存在于燃烧室86中已燃烧的空气-汽油混合物可经打开的排气阀82排出。
适于抵达第三图中时间"1.5"处之前，永久磁铁30已逼近自身行程中点， 开始受未被激活的电磁铁60的自然磁性吸引，即下部较小的反向横峰MA2，所 示。随即，磁铁30抵达行程中点区域，期间两电磁铁36、 38不被激活，处于 OFF状态，而同时电磁铁60被激活，处于ON状态，且极性与时间"0.5"处相 反，以产生一种基本为瞬间性的磁性推斥冲击力与磁性推斥力，即阁3中分别 山方峰MI2'以及下部横峰MR2'所示。
在完成前两个冲程或一'半循环，图3中时间"2"前不久，如图2f所示， 当永久磁铁30、 64分别重新逼近第一与第三电磁铁30、 64时，即受后二者自 然磁性吸引(因其中顺磁性材质之故)，亦称为二次磁吸引现象，即图3中时 间"2"前下部较小的反向横峰MA2、 MA2"所示。
对于出现在图3中时间"2"与"4"之间，历经时间"2.5" 、 "3"以及 "3.5"的吸气与压縮后两冲程，电磁动力系统14的运行状态与上文针对前两冲 程所述相同，惟永久磁铁30、 64与相应的电磁铁36、 38、 60、 68间的推斥性 电磁力MIl、 MI1"、 MR1、 MR1"、 M3Q，、 MR1，、 MI2、 MI2"、 MR2、 MR2"、 MI2'、 MR2'与吸引性磁力MAi'、 MA1、 MA1"、 MA2'、 MA2、 MA2"分别被推 斥性电磁力MI3、 MI3"、 MR3、 MR3"、 M13'、 MR3'、 MI4、 MI4"、 MR4、 MR4"、 MI4'、 MR4'与吸引性磁力MA3'、 MA3、 MA3"、 MA4'、 MA4、 MA4"所代替， 如图3所示。上述所有电磁力均是对不同的电磁铁以周期性方式通以电脉冲并 持续大约数毫秒(或者甚至其一部份)而感应出，其造成能量的消耗，而永久 磁铁30、 64则可产生出可取得的全部数量的磁能，因为其位覽对应于分别以周 期性方式被激活的电磁铁。此些吸引性与推斥性磁力典型的是出现在永久磁铁
30、 64相应运动位移路径的第--与第二部分，如图3中以示意性方式所示。在 同一位移循环中，第一与第二部分各自可明显地包括若干个子部分，具体视沿 着相应的位移路径而分布的磁铁的数量而定。
诚如上文所述，对所有电磁力的时间控制典型的是同歩于内燃式发动机12 的四冲程循环，在可能的情形下，可经由一电子控制器41或类似物为之。
再者，在不需要混合马达ll输出任何能力期间，诸如制动期间以及发动机 压縮制动模式期间，电磁铁可保持非激活状态，使之不消耗能量，否则会阻碍 马达ll的制动，而起反作用；而在线圈组61附近，永久磁铁30的往复移动及 其磁场可产生出电力，可供直接使用，甚至储存待用。
供选择替换结构
为改善非激活时的磁性吸引程度，电磁铁60、 68典型的是分别包括有一吸 引用永久磁铁60'(图中以虚线显示，盖因其全部有效范围仅及永久磁铁30直 线位移量的半数)、68'与其连接，典型的是位于其背侧。配置此些吸引用永久 磁铁60'、 68',相应的电磁铁60、 68势必成为其延伸部。另-一方面，当被激活 处于ON状态时，电磁铁60、 68典型的是足够的强，至少能够以对应的永久磁 铁30、 60相同的强度大小，消除并克服与自身相应的吸引用磁铁60'、 68'的磁 场，使得自身应当推斥永久磁铁30、 60时，似乎吸引用永久磁铁60'、 68'不存 在，并不吸引对应的永久磁铁30、 64。尽管未显示，相似的吸引用永久磁铁亦 可分别连接在电磁铁36、 38上。
图4b显示另一种设置永久磁铁30与电磁铁36、 38、 60磁极方向的方式。 所有磁铁30、 36、 38、 60均可使自身整个圆周细分成若干成偶数的小段，使各 小段尺寸大体相同，并具有交替的磁极性N、 S,诸如两个半圆环，如本例中所 示。此一实施形态可让电磁铁36、 38的实际样式(U-形磁场轴线)制造成使得 其两个磁极均可用于与永久磁铁30的对应部分发生有效的磁作用，而在此的永 久磁铁30则可制造具有较高的磁场方向性，以确保在电磁推斥力作用于相关的 磁铁/电磁铁之间时，非相关的磁铁/电磁铁之间不存在任何电磁吸引现象。
减如为熟晓此项技术的人上所显见在不偏离本发明范W的前提下，磁铁 30、 64以及电磁铁36、 38、 60、 68当可设赏于不同的位置。同样，在不偏离本 发明范围的前提下，附加的磁铁以及/或者电磁铁亦可添加于其他位置上，诸如 曲柄轴24与曲柄箱56上，以及传动轴上等。
再者，熟晓此项技术的人士不难理解本发明的电磁动力系统可与任何其 他类型的发动机相配用，诸如(然不局限于)直线运动连杆发动机与旋转式发 动机，其中前者包括Wiseman发动机以及Bourke发动机，此类发动机可让多块 永久磁铁得以运动于对应的电磁铁之间，盖因其能具有较长的连杆。
虽然因需要较高的电能消耗仅能取得较低的动力输出而不甚较佳，电磁铁 36、 38、 60、 68毕竟可以有选择地激活成相反的极性形态，以当对应的永久磁 铁30、 64逼近时吸引的，例如在必要时用于增加马达的输出动力等。
尽管对本发明的电磁马达10已在一定程度上加以说明，当理解以上所作揭 示仅是作为例举，本发明并非局限于文中所述、所示各实施例的特征，而是包 括本发明精神范围内的所有变形与衍生形态。
权利要求
1.一种电磁马达(10)，包括一永久磁铁(30，64)，连接在马达(10)的一活动零件(18，66)上，所述活动零件联接于马达的输出轴(24)并且界定出永久磁铁(30，64)的运动位移路径；以及一电磁铁(36，68)，连接在马达(10)的一固定零件(22)上，所述电磁铁(36，68)至少周期性地与永久磁铁(30，64)有效地相互作用，电磁铁(36，68)电连接电源以便有选择地激活，电磁铁(36，68)在未被激活时，可于所述位移路径的第一部分(MA1，MA1”)上以磁性方式吸引永久磁铁(30，64)，而在被电源激活时，则可于所述位移路径的第二部分(MI1，MR1，MI1”，MR1”)上以磁性方式推斥永久磁铁(30，64)。
2. 根据权利要求1所述的马达(10)，其特征在于所述永久磁铁(64)的运 动位移路径为 一 圆形位移路径，电磁铁(6 8)的位置相邻并在径向方向向外偏离永 久磁铁(64)的圆形位移路径，以便至少周期性地与永久磁铁(64)有效地相互作用， 使推斥力的方向大抵与所述圆形位移路径相切。
3. 根据权利要求2所述的马达(10)，其特征在于所述永久磁铁包括若干 永久磁铁(64)，彼此在圆周方向人抵等距间隔，电磁铁包括若干屯磁铁(68)，彼 此亦在圆周方向大抵等距间隔，各永久磁铁(64)周期性地与相继的各电磁铁(68) 有效地互相作用。
4. 根据权利要求3所述的马达(IO)，其特征在于所述若干电磁铁(68)是 同时短暂地被电源所激活。
5. 根据权利要求2所述的马达(IO)，其特征在于永久磁铁(64)包括有-第一互作用表面(65)，用于与电磁铁(68)的第二互作用表面(69)发生磁性相互作 用，所述第一表面(65)上形成有第一凹凸花纹(54，)，第二表面(69)上形成有第二 凹凸花纹(54a，)，大抵为第一凹凸花纹(54，)的互补花纹。
6. 根据权利要求5所述的马达(10)，其特征在于所述第一与第二凹凸花 纹(54'，54a')包括互补的周向突部以及凹槽。
7. 根据权利要求2所述的马达(IO)，其特征在于所述电磁铁(68)包括有 一吸引用永久磁铁(68')，所述吸引用永久磁铁连接在电磁铁(68)上，用于在所述 的圆形位移路径的第一部分(MA1")上以磁性方式吸引永久磁铁(64)。
8. 根据权利耍求7所述的马达(10)，其特征在于在所述圆形位移路径的 第二部分(MI1"，MR1")上，当电磁铁(68)被电源激活时，吸引用永久磁铁(68')对 永久磁铁(64)的自然磁性吸引力，可被电磁铁(68)的电磁推斥力至少消除。
9. 根据权利要求1所述的马达(IO)，其特征在于所述永久磁铁(30)的运 动位移路径为一直线往复式位移路径，其界定出永久磁铁(30)的第一与第二纵向 极限位置，所述电磁铁是一第一电磁铁(36)，位置相邻所述第-极限位置，马达 (10)还包括有一第二电磁铁(38)，后者连接在马达(10)的固定零件(22)上，相邻所 述第二极限位置，并且至少周期性与永久磁铁(30)有效地发生相互作用，第二电 磁铁(38)可电连接电源以便有选择地被激活，当永久磁铁(30)分别抵达第一与第 二极限位置时，第一与第二电磁铁(36，38)可被交替、短暂地激活。
10. 根据权利要求9所述的马达(10)，其特征在于所述永久磁铁(30)具有 相对的两磁极，分别朝向第 一 与第二电磁铁(3 6 ， 3 8)。
11. 根据权利要求9所述的马达(10)，其特征在于所述永久磁铁(30)具有 相对的第一与第二互作用表面(46,48)，分别朝向第一与第二电磁铁(36，38)的第三 与第四互作用表面(50,52)，以便分别与之发生磁性相互作用，所述第-与第二 表面(46,48)上形成有第一凹凸花纹(54)，第三与第四表而(50，52)上形成有第二凹 凸花纹(54a)，火抵为第一 凹凸花纹(54)的互补花纹。
12. 根据权利要求11所述的马达(IO)，其特征在于第一与第二凹凸花纹 (54，54a)具有互补的、大体为方齿形状的截面。
13. 根据权利要求9所述的马达(IO)，其特征在于还包括有一第三电磁铁 (60)，后者连接在马达(10)的固定零件(22)上，位置为大体居中于第一与第二极 限位置之间，相邻并在径向方向向外偏离永久磁铁(3 0)的外周面，以便至少周期 性地与永久磁铁(30)有效地发生相互作用，所述第三电磁铁电连接电源以便有选 择地被激活，所述第三电磁铁(60)在未被激活时，可于所述位移路径的第三部分 (MA1',MA2')上以磁性方式吸引永久磁铁，而在被电源激活时，则可于所述位移 路径的第四部分(MI1，，MR1，，MI2'，MR2')上以磁性方式推斥永久磁铁。
14. 根据权利要求13所述的马达(IO)，其特征在于所述第三电磁铁(60) 是以可逆变的方式电连接电源，以便有选择地逆变其磁性激活状态。
15. 根据权利要求14所述的马达(10)，其特征在于所述第三电磁铁(60) 电连接电源，以便被有选择地交替激活并逆变其磁性激活状态。
16. 根据权利要求3所述的马达(10)，其特征在于所述第三电磁铁(60)包括有一吸引用永久磁铁(60')与之相连接，用于在所述的直线往复式位移路径的第三部分(MA1 '，MA2，)上以磁性方式吸引永久磁铁(30)。
17. 根据权利要求16所述的马达(10)，其特征在于在所述直线往复式移 路径的第四部分(MI1'，MR1'，MI2'，MR2')，当电磁铁(60)被电源激活时，吸引用 永久磁铁(60')对永久磁铁(30)的自然磁性吸引力，可被电磁铁(60)的电磁推斥力至少消除。
18. 根据权利要求9所述的马达(10)，其特征在于还包括有一能量回收线圈 (61)，所述线圈大体位于第一与第二极限位置之间，相邻并在径向方向向外偏离 永久磁铁(30)的外周面，以便至少周期性地与之有效地发生相互作用，在位移路 径的第三部分，所述线圈(61)有选择地与永久磁铁(30)发生磁性相互作用，以减 慢沿位移路径运动的永久磁铁(30)的速度，并由此产生出电能供相连的外部装置 使用。
19. 根据权利要求9所述的马达(10)，其特征在于还包括有一控制器(41)， 所述控制器连接第 一 与第二电磁铁(36,38)，以选择性地控制后两者需被电源激活与否。
20. 根据权利要求9所述的'力达(10)，其特征在于所述永久磁铁(30)连接 内燃式发动机的活塞(18)，所述第一与第二电磁铁(36,38)连接内燃式发动机的缸 体(22)，使所述马达(10)形成一种具有内燃式发动机(12)的电磁式混合马达(11)。
21. 根据权利要求20所述的马达(10)，其特征在于还包括有一控制器(41), 所述控制器连接第一与第二电磁铁(36,38)，并且连接一发动机计算机，以选择 性地控制第一与第二电磁铁需被电源激活与否，使之与活塞(18)的位移同歩。
全文摘要
一种电磁马达(10)，其包括一永久磁铁(30)以及两电磁铁(36，38)；永久磁铁(30)连接在马达(10)的一活塞组件(18)上并界定出一直线往复式位移路径，而两电磁铁(36，38)连接在马达(10)的汽缸壳体(22)上，周期性地并交替地与永久磁铁(30)相互作用。电磁铁(36，68)电连接电源，以便有选择地被激活。电磁铁(36，68)在未被激活时，可于位移路径的第一部分(MA1，MA2)上以磁性方式吸引永久磁铁(30)，而在被电源短暂激活时，则可于位移路径的第二部分(MI1，MR1，MI2，MR2)上以磁性方式推斥永久磁铁(30)。所述马达(10)可以包括有若干第二永久磁铁(64)以及若干第三电磁铁(68)；第二永久磁铁(64)连接在曲柄轴(24)上并界定出一圆形位移路径，而第三电磁铁(68)连接电源并安装在曲柄箱(56)上，其位置相邻并在径向方向向外偏离第二永久磁铁(64)的圆形位移路径，以便周期性地并接连地与之相互作用。
文档编号H02K21/14GK101185228SQ200680012022
公开日2008年5月21日 申请日期2006年4月12日 优先权日2005年4月14日
发明者杰拉德·比尤利 申请人:杰拉德·比尤利