专利名称：磁致往复式马达和利用反向磁切换的过程的制作方法
磁致往复式马达和利用反向磁切换的过程
交叉引用相关申请
本申请要求于2011年7月5日申请的申请号为13/176603的美国专利申请和于2010年7月8日申请的申请号为12/832928的美国专利申请的权益。技术领域
本发明的领域一般涉及使用驱动机构来向输出轴或曲轴提供动力的往复式马达。更具体地，本发明涉及这样的马达，其中使用永磁体磁排斥力和磁吸引力来使磁致动器往复运动。甚至更具体地，本发明涉及这样的马达，其中通过使用轴向充电的螺线管可选择排斥或吸引致动器来改变致动器的方向。
背景技术：
往复式马达一直并将持续用于几乎各种可能形式的输送中和满足世界上各种电源需要。通常，往复式马达具有可滑动地设置在气缸中的活塞，并且使用驱动力沿着一个或两个方向在气缸内驱动活塞，以使得例如曲轴的输出轴旋转。最常用的往复式马达是内燃机引擎。典型的内燃机引擎包括一串气缸，每个具有在内部往复运动的活塞来驱动曲轴以产生运动或动力。空气和燃料在活塞室内混合(活塞室由活塞的顶部限定在气缸内部)并通过火花塞的火花点燃来提供向下驱动活塞的爆发驱动力。燃料和空气通过进气阀进入活塞室，燃烧以后，废气通过排气阀排出。为了获得燃料/空气的点燃过程的合适性能，阀启动机构必须在正确的时间打开和关闭进气阀和排气阀。由于相对高的引擎工作速度，该过程以很快的速度发生。由于其广泛的使用，工业化开始以来在美国和大多数工业国家内燃机引擎一直是集中努力研究的课题来提高引擎的工作性能。尽管付出这么多努力，众所周知内燃机引擎的燃料(例如汽油和其他石油产品)利用率相对低，并且成为大多数城市和城镇存在的空气污染问题的主因。正如这样，大多数人意识到内燃机引擎的持续使用明显透支了地球的有限自然资源，并且对人类的健康是重大的威胁。
还有已知的其他类型的往复式装置。例如，电磁往复式引擎使用电磁力作为驱动力来使气缸内的活塞移动并使输出轴转动。这种引擎的典型结构包括多个围绕气缸设置的电磁体，其通过电流来致动以提供所需的电磁力来驱动气缸中的活塞做往复运动。众所周知，这种类型的电磁引擎必须需要大量的电流来给电磁体提供动力并通常需要复杂的控制机构来向电磁体以操作引擎所需的方式提供电流。由于这些和其他实际原因，电磁往复式引擎还没有被广泛接收。
另一个用于往复驱动气缸内活塞的动力来源是储存在永磁体中的磁能。众所周知，假设允许一个或两个磁铁移动，那么当两个磁铁的相同磁极相互接近时两个磁场的排斥力将排斥磁体，相反地，当两个磁铁的相反磁极相互接近时磁场的吸引力将吸引磁体相互接近。使用永磁体作为往复马达的驱动力的一个已知优点是可以从这些磁体中获得的能量相对恒定并能够具有长的工作有效期。然而，为了使用永磁体来往复驱动气缸内的活塞，必须提供一种机构，其首先使用不同极的优点来吸引活塞接近永磁体然后使用相同极的优点来驱动活塞离开永磁体。自然地，这些必须在准确的时间非常快速地完成。迄今为止，当使用永磁体时与电磁力相反地能够快速切换极性的困难，实质上限制了使用永磁体的优点作为驱动力来往复驱动气缸中的活塞从而为了产生运动或发电而使输出轴转动的能力。
多年来，不断有各种使用永磁体作为驱动力来驱动活塞或其他致动装置的往复装置在某种程度上被发明出来。例如，授予Pecci的美国专利N0.3，676，719公开了一种具有设置在同心沉孔内的电磁螺线管的电磁马达，其具有围绕内套管设置的线圈和在其端部上的电磁绝缘端壁。含铁金属芯可滑动地容纳在内套管中并响应于电磁力往复运动来使驱动轴转动。授予Kiniski的美国专利N0.3，811，058公开了一种往复装置，其包括底部开口的气缸，其具有由磁性材料制造的活塞，活塞具有预定的极性，可滑动地设置在气缸室中。盘可旋转地安装在气缸下面的引擎块上，盘具有至少一个永磁体，在面向气缸的开口的底部的表面上具有相同极性，这样盘的旋转周期性地将永磁体和活塞对齐，故其间排斥力造成活塞在气缸室内往复运动。授予Howard的美国专利N0.3，967，146公开了一种磁运动转换马达，其具有相同极互相面对设置的永磁体和设置在磁体之间的磁通量场抑制器，随着磁通量场抑制器在磁体的相同极之间移动成对准来反复地产生磁排斥和吸引动作。磁体往复驱动连接到曲轴的活塞杆，曲轴连接到常见的驱动轴作为主输出轴。Blalock的美国专利N0.4, 317, 058公开了一种电磁往复引擎，其具有非铁磁性气缸和设置在气缸的外端的电磁体，永磁性活塞可往复地设置在气缸中。切换装置将电磁体连接到电源，造成电磁体产生电场，使活塞在气缸中往复运动。Turner的美国专利N0.4，507, 579公开了一种往复活塞电动机，其具有可滑动地设置在非磁性气缸内的磁活塞，线圈缠绕在非磁性气缸端部，通过电致动来往复驱动气缸内的活塞从而驱动通过活塞杆连接到活塞的曲轴。Gifford美国专利N0.5，457，349公开了一种往复电磁引擎，其具有安装在活塞上的固定磁体，其断续地吸引和排斥按顺序激励的电磁体，电磁体径向安装在气缸壁内。计算机控制机构调整电磁体的时间来使活塞往复运动和驱动可旋转的曲轴。Harty等的美国专利N0.6，552，450公开了一种往复运动引擎，其具有可往复运动地设置在气缸内的活塞，其被连接到活塞和气缸上的相对的电磁体驱动。极性切换机构切换极性来使活塞往复运动。Butler的美国专利N0.7，557，473公开了一种电磁往复运动引擎，包括设置在永磁体之间的具有相对的磁极的电磁体，永磁体安装在连接到曲轴的移动架的任一端部上。磁吸引力和排斥力被用于使框架往复运动和使曲轴旋转。
之前公开和目前可行的永磁体往复马达的一个主要缺点是用于切换极性来往复驱动气缸中活塞的机构通常使用一个或多个电磁体，其使用互相连接电源和电磁体的切换机构。使用电磁体来使活塞往复地接近或远离永磁体的主要问题是永磁体的力场受到电磁体的铁芯的强烈的吸引。该强烈的磁吸引力使得磁排斥力克服在永磁体和铁芯之间的吸引变得非常困难(如果不是不可能)，由此消除了(吸引/排斥动作中的)排斥步骤，排斥步骤对于响应磁切换使活塞往复运动是必要的。如果永磁体和铁芯之间的强大的磁吸引可以克服，电磁体需要使用大量的能量。其他装置使用电动机或其他原动机来使具有永磁体的部件转动或枢转，以使得周期性地吸引或排斥活塞上的磁体来提供所需的力往复驱动活塞。自然地，使用外部原动机基本上减少了磁致往复式马达的能效，从而也是这种马达的一个主要好处。与目前可行的磁致往复式马达相关的另一个主要缺点是切换机构通常有些复杂，容易发生故障或停止操作。
因此，所需要的是一种改进的磁致往复式马达，其具有改进的切换极性的机构，来周期性地吸引和排斥活塞类的磁致动器，以使致动器往复移动并且驱动输出轴转动。一种改进的往复式马达没有使用铁芯电磁体来朝向或远离永磁体地吸引和排斥磁致动器，从而避免永磁体和铁芯之间产生过大的吸引力。往复式马达不应该依赖于原动机或类似装置来使永磁体从吸引位置向排斥位置往复运动从而往复地驱动设置在气缸内的活塞。优选的往复式马达应该易于操作，需要有限数目的移动部件和相对低的制造成本。优选的往复式马达应该连接到曲轴或其他输出轴来产生旋转动力并适用于大范围的往复式马达应用，包括车辆运动和发电。发明内容
本发明的磁致往复式马达解决了上述问题并具有以上说明的优点。这就是说，本发明公开了一种新型改进的往复式马达，其使用螺线管来提供电磁力使细长的磁致动器往复移动，改变电磁力的极性来使磁致动器往复运动和驱动输出轴，该磁致动器在每个端部具有永磁体。螺线管的线圈缠绕在固定地保持在位的非铁线轴上线轴。螺线管磁致动器的一个永磁体由螺线轴排斥而其他永磁体被吸引到螺线管，与此响应，致动器的一个或多个轴在线轴内线性移动。本发明的磁致往复式马达不使用电磁体，因此解决了与永磁体被电磁体的铁芯吸引相关的问题，该问题会导致效率降低，甚至导致磁致动器的不运动。螺线管快速改变极性来磁吸引和排斥磁致动器的永磁体以往复移动致动器和驱动输出轴。本发明的磁致往复式马达不依赖于外部能量源，例如原动机或类似，来枢转、转动永磁体，或者要不然从吸引位置向排斥位置移动永磁体，从而往复地驱动磁致动器。新型的往复式马达操作相对简单，需要有限数目的移动部件，而且制造成本相对低。本发明的磁致往复式马达连接曲轴来产生旋转动力，这适用于大范围的各种往复式马达应用，包括车辆运动(无论是陆地,空中或水中)和发电。
根据本发明的一个总的方面，磁致往复式马达包括:框架；由框架固定支撑的螺线管；电连接到螺线管来激励螺线管的电源；电连接电源和螺线管的切换机构；相对于螺线管响应螺线管的电磁场而往复运动的磁致动器；可操作地连接到磁致动器的机构,将磁致动器的往复运动转换成使得连接到输出轴的工作对象(例如飞轮)旋转；以及，连接输出轴和切换机构的机构，来控制切换机构的工作和定时。在一个实施例中，框架限定了腔室，螺线管由框架支撑在腔室内。在另一个实施例中，框架是基本上封闭本发明的马达的外壳。螺线管具有第一端、相面对的第二端和线轴，线轴具有设置在第一端部和第二端部之间的管状中心部件和缠绕在中心部件上的线圈。线轴的中心部件具有磁致动器的一部分往复穿过的基本的开口中心。线轴是由一种或多种非铁磁性材料制造。与电磁体不同，本发明的螺线管不具有铁磁芯。螺线管处于第一激励状态时在第一端部具有第一极性和在第二端部具有第二极性，处于第二激励状态时在第一端部具有第二极性和在第二端部具有第一极性。切换机构在第一激励状态和第二激励状态之间可选择地切换螺线管。磁致动器具有包括第一端部和第二端部的细长轴，位于轴的第一端部的第一永磁体，和位于轴的第二端部的第二永磁体。轴可往复地容纳在线圈的开口中心。第一永磁体具有设置成朝向螺线管的第一端部的端部，其由致动器的极性磁充电，致动器的极性是第一极性和第二极性中的一个。第二永磁体具有设置成朝向螺线管的第二端部的端部，其同样由致动器的极性磁充电。在一个优选实施例中，将磁致动器的往复运动转换为工作对象的旋转运动的机构具有第一输出轴和第二输出轴。在一个优选实施例中，控制切换机构的动作和定时的控制机构连接到第一输出轴。飞轮或其他工作对象可连接到第二输出轴。
在一个实施例中，轴具有管状腔体，第一永磁体具有第一延伸部分，第一延伸部分具有从轴的第一端部延伸进入管状腔体的内端部，第二永磁体具有第二延伸部分，第二延伸部分具有从轴的第二端部延伸进入管状腔体的内端部。第一延伸部分的内端部设置为与第二延伸部分的内端部相互间隔开，来在轴的管状腔体内第一延伸部分和第二延伸部分之间形成间隙。
在一个优选实施例中，磁致动器具有细长的管状轴，管状轴具有在轴的第一和第二端部之间形成管状腔体的一个或者多个壁。第一永磁体设置在管状腔体内位于轴的第一端部处，第二永磁体设置在位于轴的第二端部处的管状腔体内。在这个实施例中，两个永磁体基本上完全设置在管状轴内，间隙将第一永磁体的第二端部和第二永磁体的第一端部分隔开。因为采用上述实施例，切换螺线管的端部的极性的反向磁切换可往复驱动磁致动器来进行所需的工作。该结构已经发现能够提高本发明的马达的性能。
在一个实施例中，控制切换机构的操作和定时的控制机构是接合到第一输出轴以随其旋转的凸轮。在另一个实施例中，控制机构是分体式换向器，其具有一对开缝盘和一对实心盘，所述盘的每一个被盘绝缘体分隔开。接收从电源(例如电池或类似物)输入电能的开关可操作地连接实心盘，并且，输出电能到螺线管的开关可操作地连接开缝盘。开缝盘和实心盘的旋转提供了所需的换向磁切换。在另一个实施例中，控制机构是电驱动装置，其包括可操作地连接到半桥驱动器的控制单元、公共晶体管和用户接口，用以通过提供驱动磁致动器的换向磁切换的方式将电源的电能传送到螺线管。
如上所述，螺线管包括由电线制成的线圈，电线优选为具有薄漆包绝缘层的铜线，围绕线轴的中心部件缠绕，来在被激励时提供轴向充电的电磁场。线圈具有纵轴，由具有磁致动器往复运动穿过的开口中心的管状中心部件限定。磁致动器的轴具有与线圈的纵轴轴向对齐的纵轴。在一个优选实施例中，在轴的每个端部上的永磁体与轴和线圈的纵轴轴向对齐。每一个永磁体具有致动器极性，对于两个磁体而言，极性相同，并且轴向指向设置在两个磁体之间的螺线管线圈。当激励线圈时，在螺线管的两个端部产生相反的磁极性，第一极性和第二极性。在螺线管的每个端部的极性轴向指向它们各自相对的永磁体的致动器极性。工作期间，切换机构周期性地切换螺线管两个端部的极性来可选择地排斥和吸引在磁致动器的端部的磁体。当一个永磁体被螺线管的相应端部吸引时，另一永磁体被螺线管的相应端部排斥。这种可选择的排斥和吸引作用使磁致动器往复运动来操作工作对象，例如飞轮，来获得用于马达的所需工作输出。在该优选实施例中，凸轮、分体式换向器、电驱动装置或类似控制机构连接到输出轴并与切换机构可操作地相互作用来提供往复驱动磁致动器和操作马达的换向磁切换所必须的定时。其他控制机构，无论是否被输出轴操作，均可用于操作切换机构和提供换向磁切换的定时。
因此本发明的主要方面是提供使用反向磁切换的磁致往复式马达，其具有上述优点并克服目前使用的磁动力的往复式马达存在缺点和限制。本发明的另一个重要方面是提供一种磁致往复式马达，其使用电磁力来使在其两端具有永磁体的细长磁致动器往复运动，来驱动输出轴和发电、推动车辆、驱动泵或其他马达应用。本发明的另一个重要方面是提供一种磁致往复式马达，其使用电磁力来可选择地吸引和排斥安装在未使用电磁体的磁致动器上的一对相对放置的永磁体来消除永磁体和电磁体的铁芯之间的吸引。本发明还有一个重要方面是提供一种磁致往复式马达，其使用螺线管来提供电磁力以往复驱动磁致动器，该磁致动器具有线性设置在缠绕螺线管线圈的非铁线轴内的轴。本发明的另一个重要方面是提供一种磁致往复式马达，其不需要利用原动机或类似物来提供磁性地往复驱动磁致动器和驱动输出轴所需的磁切换。
通过参照相关附图和优选实施例的说明可以更加详细地解释本发明的上述和其他方面和优点。正如这里所述，本发明具有目前权利要求所描述和理解的形式、结构、操作模式和过程组合的新颖性特征。
了优选实施例和目前采用的用于实现本发明的最佳方式:
图1是根据本发明的第一实施例构成的磁致往复式马达的侧视图2是沿着图1的线2-2截取的图1中磁致往复式马达的横截面正视图3是图1中磁致往复式马达的俯视图4是没有外壳的图1中磁致往复式马达的侧视图5是沿着图4的线5-5截取的图4中磁致往复式马达的横截面正视图6是根据本发明的一个实施例构成的磁致往复式马达一连串的正视图，通过一个完整的操作周期示出了马达，其永磁体被定位成具有S极的磁极被引导指向螺线管的轴向充电电磁场；
图7是根据本发明的一个实施例构成的磁致往复式马达的一连串的正视图，通过的一个完整的操作周期示出了马达，其永磁体定位成具有N极的磁极被引导成指向螺线管的轴向充电电磁场；
图8是与本发明的磁致往复式马达一起使用的磁致动器和连接杆连接器的一个实施例的侧视图9是沿着图8的线9-9截取的图8的磁致动器和连接杆连接器的横截面侧视图10是与本发明的磁致往复式马达一起使用的磁致动器的第一实施例的侧视图11是沿着图10的线11-11截取的图10的磁致动器的横截面侧视图12是图10的磁致动器的分解的侧透视图13是与本发明的磁致往复式马达的优选实施例一起使用的螺线管的分解的侧透视图14是图1所示本发明的磁致往复式马达的实施例中磁致动器和连接杆装置的侧视图15是图14所示磁致动器和连接杆装置的分解的侧透视图16是用于本发明的磁致往复式马达的优选实施例中的螺线管的电气系统的示意图17是本发明的磁致往复式马达中使用的磁致动器的优选实施例的侧视图18是沿着图17的线18-18截取的图17的磁致动器的横截面侧视图；图19是图17的磁致动器的分解的侧透视图；图20是用于本发明的马达的分体式换向器控制机构的侧视图，示出为其安装在第一输出轴上，切换机构安装在固定板上；图21是没有第一输出轴的图20所示分体式换向器控制机构的正视图；图22是没有固定板的图21的分体式换向器控制机构和切换机构的侧视图；图23是图22的分体式换向器控制机构的俯视透视图，示出位与螺线管和电源的电连接；和图24是用于本发明的马达的电驱动装置控制结构的示意图。
具体实施例方式参照附图，其中，相同元件给予相同的附图标记来帮助读者理解本发明，本发明的优选实施例在下面阐述。所附的文本和附图仅仅是优选实施例的说明，仅代表构成本发明的几种可能的方式。虽然说明了特定部件、材料、配置和应用，可以理解的是对于在本文和附图中描述的这些部件和那些部件的配置可作出多种变形，而不改变本文说明的本发明的范围和功能。例如，这里提供的附图和说明书主要指单个马达，但是本领域技术人员容易理解，这仅仅是为了简化本发明公开内容的目的，本发明对此没有限制，可同时使用多个马达来达到所需工作目标。在附图中，磁致往复式马达总体表示为10，其由各部件构成并按照发明的优选实施例配置。最好如附图1-3所示，本发明的马达10通常包括其中限定腔体14的框架12、由框架12固定支撑的轴向充电的电磁螺线管16、往复运动地穿过螺线管16设置的活塞状磁致动器18、构成为操作螺线管16的切换机构20、向螺线管16提供电能的电源22(如图16所示)和连接到磁致动器18的往复运动转换机构24，往复运动转换机构24将磁致动器18的往复运动转换成使工作对象26 (例如附图所示的飞轮)工作。工作对象26可连接到泵、发电机、车辆或完成有效工作的其他机械装置。更加详细的描述如下，在马达10的工作过程中，螺线管16被激励来采用位于螺线管16的相对端部的相对的磁极提供轴向充电的磁场，从而对磁致动器18上的永磁体产生磁吸引或排斥来使磁致动器18往复运动和使工作对象26旋转,永磁体表不为第一永磁体28和第二永磁体30。在一个优选实施例中，框架12被配置为基本上或完全包围本发明的马达10的其余部件的壳体。然而，与内燃机不同，没有必要将框架12配置为提供密封的封闭的腔体14，因为在马达10中没有使用燃气或其他压力产生机构来往复地移动磁致动器18。相反，本发明的马达10使用在轴向充电螺线管16和永磁体28/30之间的磁排斥和吸引力来往复移动磁致动器18和驱动工作目标26。优选地，框架12、螺线管16和磁致动器18相互配合设置，使得腔体14中的磁致动器18的行进以最小摩擦而完成，从而减少马达10产生的动力损耗。由于本发明的马达10没有使用汽油或其他化石燃料基的能源来进行工作，所以马达10不需要使用这些有限的资源或产生对于内燃机来说是公知问题的污染排放。虽然框架12可具有固体壁并完全封闭马达10的其他部件，如图1-3所示，但是这种配置不是必要的，实际上，出于各种重量和制造成本的考虑，这也并不是优选的。封闭框架12主要用于安全的目的，也就是避免人身伤害或对可能接触马达10的其他设备的损坏。如果需要，磁致动器18和往复运动转换机构24可以完全外露。螺线管16和磁致动器18应该相互配合设置，使得在通常直线方向上引导磁致动器18的运动，这样向往复运动转换机构24提供尽可能多的力来使工作对象26工作(即，旋转飞轮)。由于本发明的马达10不依赖与压缩气体的膨胀来实现磁致动器18的往复运动，所以框架12可采用多种不同的方式来达到本发明的目的。例如，在一个实施例中框架12配置为通常开口的罩子或套管状的结构。由于螺线管16和永磁体28/30产生的磁力，如下所述，框架12应该由非铁磁材料制造，如招、陶瓷、碳纤维、塑料、热塑树脂(例如尼龙和聚氟乙烯polyfluroethylene)、碳复合材料和多种非磁材料。在本发明的一个优选实施例中，框架由迭尔林(Delrin )制造。本领域技术人员容易理解的是，框架12可配置成多种不同尺寸和形状，包括具有圆形、方形、矩形或椭圆形横截面的形状。如上所述，马达10的螺线管16构成为提供轴向充电的电磁场，其具在其相对端部的极性相反的极。与现有技术的磁致动电磁马达不同，马达10的螺线管16不是电磁体，不具有铁或铁基的芯。与切换机构20和电源22相配合，螺线管16构成为可可选择地磁吸引和排斥磁致动器18的永磁体28/30来造成磁致动器18往复运动和使工作对象26工作，从而产生动力、驱动车辆或完成其他有用的工作。本发明者已经发现使用电磁体明显降低了磁致动器18往复运动的能力，因为永磁体28/30和电磁体的铁芯之间存在强大的吸引力，主要原因是磁致动器18上的永磁体28/30的强磁场。该强大吸引力造成永磁体28/30中的一个被固定地吸引到电磁体上，从而消除磁致动器往复运动的任何机会，或需要来自电源22的大量能量来克服，从而很可能使得马达10不能有效应用。在一个优选实施例中，螺线管16包括由电线34形成的线圈32，电线缠绕在线轴38的管状中心部件36上，线轴38具有基本为盘形的第一端部40和基本为盘形的第二端部42，最好如图10-13所示。线轴38的中心部件36限定管状开口中心44，磁致动器18的一部分如下所述在马达10工作期间由螺线管16磁致动时穿过管状开口中心44容纳并进行往复运动。线圈32的电线34缠绕中心部件36来提供轴向充电磁场，该磁场可选择地吸引和排斥磁致动器18的永磁体28/30。线圈32具有第一线端部46和第二线端部48，最好如图13所示，其通过切换机构20的一个或多个开关电连接到电源22，如图16所示。线轴38的端部40/42相对于框架12固定。在一个实施例中，端部40/42固定于、连接于框架12的固定安放在马达10的螺线管16上的一部分上或者与其成为一个整体。如果需要，框架12以这样的方式配置:使得它仅仅保护和封闭(无论全部或部分)螺线管16，从而将磁致动器18暴露。在该优选实施例中，线圈32的电线34是绝缘导电铜线，例如漆包磁线，其具有绝缘薄覆层。提供所需电磁场的电线的规格和长度需要根据马达10的特定应用来确定。在一个实施例中，发明人使用大约144英尺的24号电线来提供围绕中心部件36的具有大约每层76圈的大约22层的电线(总共1386圈)，中心部件36具有大约0.75英寸的外部直径和1.50英寸的长度。本领域技术人员可以认识到的是，螺线管16可以使用多种电线尺寸和线圈结构的不同组合，更大尺寸的电线34允许更大的电流，对于大的永磁体28/30而言，这是需要的，但是产生更多热量。为了避免激励的螺线管16和磁致动器18的永磁体28/30所产生的磁场相互干扰，螺线管36的线轴38可由非铁磁材料制造。在一个优选实施例中，线轴38由迭尔林或其他热塑材料制造。在一个实施例中，线轴38具有大约2.00英寸的总长度，其端部40/42的每一个具有大约0.25英寸的厚度和大约2.00英寸的直径。在该实施例中，中心部件36具有大约0.63英寸的内直径，该内直径限定了开孔中心44，磁致动器18的一部分穿过开孔中心44而被容纳，并响应于在线轴38的第一端部40和第二端部42处或其附近的可选择的磁极性而往复运动。下面进行更加详细的说明，马达10的切换机构20构成为在螺线管16的第一端部50和第二端部52处以可选择的方式切换极性来提供第一激励状态54和第二激励状态56，如图6和7所示。在第一激励状态54，螺线管16的第一端部50会具有第一磁极58(图示为N)并且螺线管16的第二端部52会具有第二磁极60 (图示为S)。在第二激励状态56中，螺线管16的第一端部50处于第二磁极60，螺线管16的第二端部52处于第一磁极58。定位两个永磁体28/30的位置，使得其一端上的面向螺线管磁极，在下文中是指致动器极性61 (58或60中的一个)，通常指向螺线管16的第一端部50和第二端部52。当切换机构20在螺线管的第一激励状态54和第二激励状态56之间快速切换时，在螺线管16的端部50/52上的磁极与永磁体28/30的相对端的致动器极性61 (不管58还是60)具有对应的关系(例如，相同或者与其相反)，从而磁吸引和排斥永磁体28/30和驱动磁致动器18相对于螺线管16往复运动，如图6和7所示操作顺序。在图6中致动器极性61是S，在图7中致动器极性61是N。本领域技术人员可以理解的是，第一磁极58和第二磁极60可以与上述相反，只要它们相互面对(根据需要吸引或排斥)，并且两个永磁体28/30具有相同的面向螺线管16的端部的致动器极性61。如上所述，本发明的磁致动器18的尺寸和结构设置为相互配合地容纳在螺线管16和腔体14内部，从而以其与螺线管16和框架12之间最小摩擦在其中进行往复运动。在一个优选实施例中，磁致动器18包括细长的管状轴62，其在第一端部64具有第一永磁体28，在第二端部66具有第二永磁体30，最好如图8和9所示。轴62连接两个永磁体28/30并将它们保持为所需的分离关系。轴62的外直径的尺寸和结构设置为可滑动地容纳在由线轴38的中心部件36限定的开口中心44的内部，最好如图9所示，因此，磁致动器18可相对于螺线管16自由地往复运动和操作工作对象26。第一永磁体28具有第一端部68和第二端部70，第二永磁体30具有第一端部72和第二端部74。第一永磁体28的第二端部70处于轴62的第一端部64处,第二永磁体30的第一端部72处于轴62的第二端部66处。永磁体28/30可附接于或者连接于轴62，这对于这些部件使用的材料来说是合适的。在本发明的优选实施例中，第一永磁体28和第二永磁体30是稀土磁体,它们改进的磁性能和耐久性是公知的。已知稀土磁体提供本发明的往复式马达10工作所需的特性。在一个优选实施例中，永磁体28/30是N42级钕磁体(NdFeB)，例如可从Jamison，PA的K&JMagnetics获得,沿着它们的轴向磁性充电。可选地，其他稀土磁体，例如那些已知的衫磁体(SmCo)，可用于本发明的马达10。以上确定的这两种稀土磁体至少通常适用于制造成多种不同的尺寸和形状，已知通常耐腐蚀和抗氧化并且在更高温度下稳定。磁致动器18的轴62可由很多种不同材料制造。虽然轴62可由非铁磁材料制造，包括例如迭尔林的热塑性材料，在优选实施例中轴62由含铁材料制成，例如表面硬化钢或类似物。采用含铁材料的轴62提供了将螺线管16的磁场和永磁体28/30拉进螺线管16的中心形成的电磁优势。将这些磁场拉进去导致对于磁致动器18的行程产生更强、更均匀的磁性拉/推效应，其改善了马达10的工作和输出。优选地，轴62接地并最终消除任何不平整的表面，提供平滑的外表面来减少轴62与线轴38的中心部件36的内表面之间的摩擦。因为采用螺线管16，在轴62的端部的永磁体28/30轴向充电，而不是径向充电。为了获得响应于螺线管16的可选择激励状态54/56的磁致动器18的必要的吸引和排斥作用，在第一永磁体28的第二端部70上的磁极和在第二永磁体30的第一端部72上的磁极两者必须相同(即，在两个端部70/72上的致动器极性61应该是第一极性58或第二极性60)，这样永磁体28/30中的一个被吸引到螺线管16的相应的端部50/52，而另一永磁体28/30将受到螺线管16的相应端部50/52的排斥。例如，在图6中致动器极性61是S，在图7中致动器极性是N。从位于图6和7中所示一连串的马达的左侧的第二个马达10可以看出，螺线管16处于第一激励状态54，第一永磁体28被螺线管16吸引，而第二永磁体30被螺线管16排斥。从位于图6和7中所示一连串的马达的右侧的第二个马达10可以看出，当螺线管16处于第二激励状态56时，第一永磁体28被螺线管16排斥，第二永磁体30被螺线管16吸引。螺线管16的端部50/52的极性58/60的切换是由切换机构20完成，在第一激励状态54和第二激励状态56之间可选择变换螺线管16，将使磁致动器18相对于固定的螺线管16(被框架12固定)往复运动来操作工作对象26，例如旋转飞轮来发电，驱动车辆，加压于泵或实现各种其他工作目标。轴62可以是实体元件，或如图9、11-12和15所示，是中空管状元件，其具有由轴62的内壁或壁形成的内部管状腔体76。在一个实施例中，轴62的管状腔体76与第一永磁体28和第二永磁体30的每一个的中心孔78对齐，最好如图9所示。在一个优选实施例中，轴62具有至少在其第一端部64和第二端部66的管状腔室76，永磁体28/30是实心的并且每一个作为延伸部分，并延伸进入位于轴62的端部64/66的管状腔体76,如图11和12所示，所述延伸部分图示为对应第一永磁体28的第一延伸部分80和对应第二永磁体30的第二延伸部分82。在该实施例中，在轴62的第一端部64和第二端部66的管状腔体76的尺寸和结构设置为分别容纳第一延伸部分80和第二延伸部分82。延伸部分80/82可附接到或连接到第一永磁体28和第二永磁体30的相应的端部70/72或者与其制成一个整体。延伸部分80/82与端部70/72具有相同极性58/60。在一个优选实施例中，第一延伸部分80具有内端部84和第二延伸部分82具有内端部86，它们在内部相对地设置，也就是第一延伸部分80的内端部84直接朝向第二延伸部分82的内端部86，以这种方式来限定轴62的管状腔体76内部的间隙88，如图11和12所示。发明人已经发现延伸部分80/82的内端部84/86之间的间隙88的结构使本发明的马达10的实施例具有最佳的性能。延伸部分80/82的长度和为马达10提供了最优性能的间隙88的最终长度很可能依赖于各种特性，包括永磁体28/30和螺线管16的磁场的尺寸和强度。在一个可选实施例中(附图未不出)，延伸部分80/82可完全相对地延伸，使得没有间隙88，或磁体28/30甚至成为一个单体件。如上所述，磁致动器18可操作地连接到往复运动转换机构24来转换磁致动器18的线性往复运动以使工作目标26转动和完成所需工作目标。在一个优选实施例中，磁致动器18的第二端部28附到往复运动转换机构24，最好如图8-9和14-15所示。在附图所示的实施例中，往复运动转换机构24包括典型的活塞/曲轴装置，其包括位于第二永磁体30的第二端部74的连接杆连接器90、连接杆92和曲轴94。连接杆连接器90是枢转轴头，其固定附着在第二永磁体30的第二端部74上，连接销96容纳在连接杆92的第一端部100上的孔98中来允许连接杆92相对于磁致动器18枢转。连接杆92的第二端部102包括连接到曲轴94上的夹紧部件104。最好如图2、3和5所示，曲轴94具有第一输出轴106和第二输出轴108。在一个优选实施例中，第一输出轴106支撑或连接到控制机构，总体表示为110，来控制切换机构20的定时/操作以在第一磁状态54和第二磁状态56之间改变螺线管，从而使磁致动器18往复运动。在该实施例中，第二输出轴108连接到工作对象26并使其旋转。本领域技术人员熟悉的是，必须使用合适的衬套轴承、螺母和其他装置来将工作对象26固定到第二输出轴108，这样由于连接到磁致动器18的连接杆92的往复运动造成曲轴94的旋转，使第二输出轴108的旋转带动工作对象26按照需求旋转，确保本发明的马达10的功能和使用寿命。本领域技术人员也已知，各种其他结构适用作往复运动转换机构24来将磁致动器18的线性往复运动转换为工作对象26 (如飞轮)的所需旋转运动。如上所述，曲轴94的第一输出轴106连接到控制机构110，控制机构用于控制螺线管16的反向磁切换的所需定时来获得磁致动器18的往复运动。控制机构110和切换机构20之间的相互作用提供了如下的磁换向:将螺线管16的端部50/52的极性被引导指向第一永磁体28的第二端部70的致动器极性61和第二永磁体30的第一端部72的致动器极性61而换向。在本发明的往复式马达10的优选实施例中，控制机构110是凸轮112，其与第一输出轴106 —起旋转来操作(视情况而定)开关结构20来提供使磁致动器18往复运动必要的极性换向操作。因为控制机构110直接连接到曲轴94的第一输出轴106，不需要外部电源或原动机来提供对于包括本发明的往复式马达10在内的所有磁致往复式马达都是必要的极性换向。当凸轮112往复运动时，可操作地接触切换机构20来在第一激励状态54和第二激励状态56之间快速切换螺线管16。在本发明的马达10的优选实施例中，电源22向螺线管16的线圈32提供直流电来激励螺线管16和产生电磁场,该电磁场在螺线管16的第一端部50和第二端部53上提供可选择的第一极性58和第二极性60。优选地，第一线端46和第二线端48，通过切换机构20，连接到可再充电电池(作为电源22)。可再充电电池可由马达12产生的电能和/或其他电源(例如，A/C电源、太阳能、风能等)来充电。切换机构20使用一对单拉双投开关，如图16所示为114和116，其由凸轮112的运动来触发以产生二冲程磁力马达10。轴向充电的螺线管16的换向磁力切换与轴向充电的永磁体28/30共同操作来使磁致动器18往复运动和使所应用的工作对象24旋转，如上所述，从而完成工作目标。导通/关闭开关118用于开始或停止马达10的工作。最好如图6和7所不，磁致动器18限定了在其相对端部用于永磁体28/30的往复运动支撑结构。框架12固定地支撑螺线管16，当通过切换机构20被电源22激励时产生轴向充电的电磁场。永磁体28/30的每一个使得共同的致动器极性61，例如北(N)或南(S)朝向螺线管16，螺线管16固定设置在连接永磁体28/30的轴62的相对端64/66处往复运动的永磁体28/30之间。如图6和7所示，在一个实施例中，指向螺线管16的永磁体28/30的致动器极性61是第一极性N，在另一个实施例中，指向螺线管16的永磁体28/30的致动器极性61是S。虽然永磁体28/30的致动器极性61是否是N或S不是特别重要，但是重要的是，它们的磁极性是相同的并沿着N向或S向固定，这样切换机构20可提供换向磁力切换来使磁致动器18往复运动和操作工作对象22以达到所需的工作目标。在本发明的一个优选实施例中，如图17-19所示，轴62包括管状部件75，其具有由轴62的一个或多个壁77的内表面限定的内部管状腔体76，最好如图19所示。在这个实施例中，永磁体28/30是实心的，并完全或至少基本上设置在轴62的管状腔体76的内部，如图18所示。实际上，该实施例替代或结合了延伸部分80/82和永磁体28/30，这样几乎没有或基本上没有永磁体28/30分别延伸到轴62的端部64/66之外。管状腔体76，至少朝向轴62的第一端部64和第二端部66，其尺寸和结构设置为分别接收第一永磁体28和第二永磁体30。第一永磁体28的第二端部70具有与第二永磁体30的第一端部72相同的极性58、60，其将是致动器极性61。第一永磁体28的第一端部68具有与第二永磁体30的第二端部74相同的极性58/60。第一永磁体28的内端部84是图11和12所不实施例中第一延伸部分80的内端部84，第二永磁体30的内端部86是图11和图12所示实施例中第二延伸部分82的内端部86,第一永磁体28的内端部84指向第二永磁体30的内端部86并与为隔开关系，从而限定了轴62的管状腔体76内部的间隙88。发明人发现该结构为本发明的马达10提供了最优的性能。在轴62内的永磁体28/30的长度和为马达10提供最优性能的间隙88的最终长度很可能依赖于永磁体28/30和螺线管16的磁场的各种特性，包括尺寸和强度。该实施例的磁致动器18减少了设置在图10-12所示实施例中轴62的端部64/66上和由此向外延伸的大尺寸永磁体28/30的成本和重量。发明人发现永磁体28/30定位成基本上完全设置在轴62内，位于或接近其端部64/66，这以较低的成本向马达10提供了改善的性能。在上述实施例中，使用凸轮112作为控制机构110，通过将螺线管16的端部50/52的极性反向来控制使磁致动器18往复运动所需的换向磁切换的操作和定时。在可选实施例中，控制机构110是换向器，例如分体式换向器120，如图20-23所示。采用凸轮112，分体式换向器120安装到或连接到第一输出轴106，如图20所示，来响应于磁致动器18的往复运动而随其旋转，并且可操作地与切换机构20接合，来提供使螺线管16的端部50/52的极性反向的换向磁切换。在如图20和21所示的实施例中，切换机构20安装到或连接到开关安装板122，开关安装板被安装或连接到在一个实施例中固定安装在框架12上的飞轮安装板124或者与其成为一体。控制机构110与第一输出轴106相对于固定安装板122/124上的切换机构20 —起旋转,该旋转是磁致动器18和往复运动转换机构24的往复运动的结果。控制机构110的旋转，与切换机构20协作配合，提供换向磁力切换。在所示实施例中，第一输出轴106通过中心孔126 (最好见图21和23)、通过分体式换向器120的中心而被容纳，分体式换向器120包括位于分体式换向器120的相对两侧的第一夹紧机构128和第二夹紧机构130，最好见图20和22，其夹住或者接合第一输出轴106。图20-23所示实施例中的分体式换向器120包括一对开缝盘132 (示出为第一开缝盘132a和132b)和一对实心盘134(示出为第一实心盘134a和第二实心盘134b)，其由盘绝缘体136分开(在图22和23中示出为136a、136b和136c)。第一端部绝缘体138将第一开缝盘132a与第一夹紧机构128分离开，第二端部绝缘体140将第二实心盘134b与第二夹紧机构130分离开，最好见图22。开缝盘132a/132b的每一个具有位于分体式换向器120的每一侧的开缝部分142，采用设置其上的开缝绝缘体144来将开缝盘132a/132b的端部分开。在一个实施例中，开缝盘136和实心盘138是由铜制造。本领域众所周知，多种其他导电材料可用于盘136/138。类似地，多种绝缘材料，包括上面所提到的，可用于盘绝缘体136、第一端部绝缘体138、第二端部绝缘体140和开缝绝缘体144。安装架146和148，最好见图23，分别将开关114/116安装到开关安装板122上。
与分体式换向器120相关的磁极性关系和电连接最好参见图22和23。图22示出了在开缝盘132和实心盘134的磁极性之间的关系的一个实施例。图23示出了从电源22 (例如电池)到SPDT开关114输入到分体式换向器120的电流和输出到螺线管16的电流，这提供了磁切换，来往复驱动旋转输出轴106/108的磁致动器18。在另一个可选实施例中，控制机构110是电驱动装置150，图24示出了其实例性示意图。采用这里说明的另一控制机构110，电驱动装置150配置为从电源22接收电能并以提供往复驱动磁致动器18所需的换向磁切换的方式将其传送到螺线管16。控制单元152，其无线或有线地连接到用于到控制单元152的数据接口的公共晶体管154和用于前面板控制器VFD/LED的用户接口 156，配置有微处理器或者类似装置，来提供数据处理和控制电驱动装置150的类似操作。如图24所示，控制单元152配合地接合半桥驱动器158，并接收和处理来自输入传感器160和输出传感器162的用于控制半桥驱动器158的电信号,半桥驱动器包括在任一方向上将电压通过负载施加的电路。控制单元152与半桥驱动器158通过无线或有线连接通信。在一个实施例中，半桥驱动器158是将DC电转变为AC电的逆变器。电驱动装置150还包括合理配置的电容器164、二极管166和晶体管168，例如已知的高效和快速切换的绝缘门双极晶体管或IGBT。上述典型的电驱动装置150用于替代先前提到的分体式换向器120。相比分体式换向器120，电驱动装置150的一个优点是电驱动装置150消除了火花，火花代表或可用在系统中来提供所需工作输出的能量的损耗。在使用中，在螺线管16的端部50/52的第一极性58和第二极性60的周期性切换产生朝向第一永磁体28的第一端部70的轴向充电电磁场,第二永磁体30的第二端部72可选择地排斥和吸引永磁体28/30来使磁致动器18相对于螺线管16和框架12 (固定支撑螺线管16和曲轴94)往复运动。磁致动器18的往复运动通过连接杆92旋转地驱动曲轴94，在曲轴94的第一输出轴106处曲轴可旋转地接合控制机构110来操作切换机构20，切换机构提供对于螺线管16的换向磁切换来说必要的定时，并旋转位于第二输出轴108上的工作对象26。这样，本发明的磁致往复式马达10不需要任何外部电源或原动机来为磁致动器18的往复运动提供必要的极性切换，从而使得本发明的马达更加有效和更有利地获得工作输出，例如操作泵、发电机或车辆。本发明的往复式马达10的使用消除了与目前往复式马达相关的能量需求和污染。虽然在这里示出和描述了本发明的一个或多个特定形式，很明显对于本领域技术人员来说本发明不受此限制，而是在不脱离本发明的构思和范围的基础上在设计和材料方面容易产生多种变形和重组。特别地，值得注意的是，本发明可基于这里阐述的各种尺寸关系进行改进和在装置、材料、尺寸、形状和应用方面进行改进。例如，这里描述的众多部件可以被具有相同功能的部件替代来达到本发明的目标。
权利要求
1.一种磁致往复式马达，其包括: 框架； 由所述框架固定地支撑的螺线管，所述螺线管具有第一端部和相对定向的第二端部，所述螺线管配置为处于第一激励状态时在所述第一端部具有第一极性并且在所述第二端部具有第二极性，并且处于第二激励状态时在所述第一端部具有所述第二极性并且在所述第二端部具有所述第一极性； 设置为往复地穿过所述螺线管的磁致动器，所述磁致动器具有细长的管状轴，采用一个或多个壁在所述轴的第一端部和第二端部之间限定了管状腔体，设置在所述管状腔体内部并且在所述轴的所述第一端部处的第一永磁体，和设置在所述管状腔体内部并且在所述轴的所述第二端部处的第二永磁体，所述第一永磁体具有朝向所述螺线管的所述第一端部设置的端部，所述螺线管的所述第一端部以所述第一极性和所述第二极性中的一个的致动器极性进行磁充电，所述第二永磁体具有朝向所述螺线管的所述第二端部设置的端部，所述螺线管的所述第二端部以所述致动器极性进行磁充电； 可操作地互相连接所述磁致动器和工作对象的装置，用于将所述磁致动器的往复运动转变为旋转运动，从而使所述工作对象旋转； 电磁激励所述螺线管的电源； 电互相连接所述电源和所述螺线管的切换装置，用于在所述第一激励状态和所述第二激励状态之间可选地切换所述螺线管；和 可操作地与所述切换装置接合的控制装置，其用于控制所述切换装置的操作和定时，以在所述第一激励状态和所述第二激励状态之间切换所述螺线管，用于相对于所述螺线管往复地驱动所述磁致动器并且使所述工作对象旋转。
2.根据权利要求1所述的往复式马达，其中所述螺线管包括线轴，所述线轴具有围绕中心部件缠绕的线圈，所述中心部件具有基本的开口中心，所述磁致动器往复地接收在所述线圈的所述开口中心内。
3.根据权利要求2所述的往复式马达，其中所述磁致动器的所述轴被往复地接收在所述中心部件的所述开口中心内。
4.根据权利要求2所述的往复式马达，其中所述线轴进一步包括第一终端段和第二终端段，所述中心部件设置在所述第一终端段和所述第二终端段之间，所述第一终端段和所述第二终端段的每一个由所述框架固定地支撑。
5.根据权利要求4所述的往复式马达，其中所述螺线管的所述线轴采用一种或多种不具有铁磁芯的非铁磁性材料制造。
6.根据权利要求1所述的往复式马达，其中所述转换装置至少包括第一输出轴，其可操作地连接到所述磁致动器，以作为所述磁致动器的往复运动的结果而进行旋转，并且可操作地连接到所述控制装置，以操作所述控制装置。
7.根据权利要求6所述的往复式马达，其中所述转换装置进一步包括具有第一端部和第二端部的连接杆和限定所述第一输出轴和第二输出轴的曲轴，所述连接杆的所述第一端部枢转地附接到所述磁致动器，所述连接杆的所述第二端部附接到所述曲轴并配置为使所述曲轴旋转，所述第二输出轴连接到所述工作对象以使所述工作对象旋转。
8.根据权利要求1所述的往复式马达，其中所述控制装置是凸轮。
9.根据权利要求1所述的往复式马达，其中所述控制装置是换向器。
10.根据权利要求9所述的往复式马达，其中所述换向器包括一对开缝盘、一对实心盘和将所述开缝盘和所述实心盘的每一个分离的盘绝缘体。
11.根据权利要求1所述的往复式马达，其中所述控制装置是电子驱动装置。
12.一种磁致往复式马达，其包括: 框架； 由所述框架固定地支撑的螺线管，所述螺线管具有第一端部、相对定向的第二端部、在所述第一端部和所述第二端部之间的中心部件和缠绕在所述中心部件上的线圈，所述中心部件具有贯穿的基本的开口中心，所述螺线管配置为处于第一激励状态时在所述第一端部具有第一极性并且在所述第二端部具有第二极性，并且处于第二激励状态时在所述第一端部具有所述第二极性并且在所述第二端部具有所述第一极性； 设置为往复地穿过所述螺线管的磁致动器，所述磁致动器具有细长的管状轴，其采用一个或者多个壁在所述轴的第一端部和第二端部之间限定了管状腔体，设置在所述管状腔体内部并且在所述轴的所述第一端部处的第一永磁体，设置在所述管状腔体内部并且在所述轴的所述第二端部处的第二永磁体，所述轴往复地接收在所述中心部件的所述开口中心内，所述第一永磁体具有朝向所述螺线管的所述第一端部设置的端部，所述螺线管的所述第一端部以所述第一极性和所述第二极性中的一个的致动器极性进行磁充电，所述第二永磁体具有朝向所述螺线管的所述第二端部设置的端部，所述螺线管的所述第二端部以所述致动器极性进行磁充电； 可操作地互相连接所述磁致动器和工作对象的转换装置，用于将所述磁致动器的往复运动转变为旋转运动，从而使所述工作对象旋转，所述转换装置至少包括可操作地连接到所述磁致动器的第一输出轴，以作为所述磁致动器的往复运动的结果进行旋转； 电磁激励所述螺线管的电源； 电互相连接所述电源和所述螺线管的切换装置，用于在所述第一激励状态和所述第二激励状态之间可选地切换所述螺线管；和 连接到所述第一输出轴并可操作地接合所述切换装置的控制装置，用于控制所述切换装置的操作和定时，以在所述第一激励状态和所述第二激励状态之间切换所述螺线管，用于相对于所述螺线管往复地驱动所述磁致动器并且使所述工作对象旋转。
13.根据权利要求12所述的往复式马达，其中所述螺线管包括线轴，所述线轴在所述第一端部具有第一终端段 并且在第二端部具有第二终端段，所述中心部件设置在所述第一终端段和所述第二终端段之间，所述第一终端段和所述第二终端段的每一个由所述框架固定地支撑。
14.根据权利要求13所述的往复式马达，其中所述螺线管的所述线轴采用一种或多种不具有铁磁芯的非铁磁性材料制造。
15.根据权利要求12所述的往复式马达，其中所述转换装置进一步包括具有第一端部和第二端部的连接杆和限定所述第一输出轴和第二输出轴的曲轴，所述连接杆的所述第一端部枢转地附接到所述磁致动器，所述连接杆的所述第二端部附接到所述曲轴并配置为使所述曲轴旋转，所述第二输出轴连接到所述工作对象并且构成为使所述工作对象旋转。
16.根据权利要求12所述的往复式马达，其中所述控制装置是凸轮。
17.根据权利要求12所述的往复式马达，其中所述控制装置是换向器。
18.根据权利要求17所述的复式马达，其中所述换向器包括一对开缝盘、一对实心盘和将所述开缝盘和所述实心盘的每一个分离的盘绝缘体。
19.根据权利要求12所述的往复式马达，其中所述控制装置是电子驱动装置。
20.一种磁致往复式马达，其包括: 框架； 由所述框架固定地支撑的螺线管，所述螺线管具有第一端部、相对定向的第二端部、具有设置在所述螺线管的所述第一端部和第二端部之间的管状中心部件的线轴和缠绕在所述中心部件上的线圈，所述中心部件具有贯穿的基本的开口中心，所述线轴由一种或多种不具有铁磁芯的非铁磁性材料制造，所述螺线管配置为处于第一激励状态时在所述第一端部具有第一极性并且在所述第二端部具有第二极性，并且，处于第二激励状态时在所述第一端部具有所述第二极性并且在所述第二端部具有所述第一极性； 设置为往复地穿过所述螺线管的磁致动器，所述磁致动器具有细长的管状轴，采用一个或者多个壁在所述轴的第一端部和第二端部之间限定管状腔体，设置在所述管状腔体的内部在所述轴的所述第一端部处的第一永磁体，设置在所述管状腔体的内部在所述轴的所述第二端部处的第二永磁体，所述轴往复地接收在所述中心部件的所述开口中心内，所述第一永磁体具有朝向所述螺线管的所述第一端部设置的端部，所述螺线管的所述第一端部以所述第一极性和所述第二极性中的一个的致动器极性进行磁充电，所述第二永磁体具有朝向所述螺线管的所述第二端部设置的端部，所述螺线管的所述第二端部以所述致动器极性进行磁充电； 可操作地互相连接所述磁致动器和工作对象的转换装置，用于将所述磁致动器的往复运动转换为旋转运动，以使所述工作对象旋转，所述转换装置包括具有第一端部和第二端部的连接杆和限定第一输出轴和第二输出轴的曲轴，所述连接杆的所述第一端部附接到所述磁致动器，所述连接杆的所述第二端部附接到所述曲轴，以使所述曲轴在所述磁致动器的往复运动时进行旋转，所述第一输出轴和所述第二输出轴的每一个配置为作为所述曲轴的旋转运动的结果而进行旋转，所述`第二输出轴连接到所述工作对象，以使所述工作对象旋转； 电磁激励所述螺线管的电源； 电互相连接所述电源和所述螺线管的切换装置，用于在所述第一激励状态和所述第二激励状态之间可选地切换所述螺线管；和 控制装置，其连接到所述第一输出轴并且可操作地接合所述切换装置，用于控制所述切换装置的操作和定时，以根据所述第一输出轴的旋转在所述第一激励状态和所述第二激励状态之间切换所述螺线管，从而相对于所述螺线管往复驱动所述磁致动器并且使所述工作对象旋转；所述控制装置包括凸轮、换向器和电驱动装置中的至少一个。
全文摘要
一种磁致往复式马达使用永磁体和电磁场存储的能量来往复地驱动磁致动器。转换机构将磁致动器的往复运动转换为旋转运动来驱动工作对象。螺线管包括具有管状中心部件的非铁磁线轴，线圈缠绕在中心部件上，螺线管与电源和切换机构连接。磁致动器具有设置在管状转轴内部的位于其每一端上的永磁体。切换机构切换螺线管的端部的磁极性来可选择地排斥和吸引永磁体。轴往复地通过螺线管的中心部件被接收。控制机构互相连接被磁致动器旋转驱动的输出轴和切换机构来切换螺线管的极性以驱动磁致动器。
文档编号H02K7/06GK103155373SQ201180040462
公开日2013年6月12日 申请日期2011年7月6日 优先权日2010年7月8日
发明者肯德尔·C·戈斯维纳 申请人:肯德尔·C·戈斯维纳