專利名稱：高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動(dòng)力機(jī)械制造領(lǐng)域，尤其是開發(fā)應(yīng)用新能源的直線往復(fù)式動(dòng)力機(jī)械。
背景技術(shù)：
本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域的已有技術(shù)是將電能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)動(dòng)力的各種交、直流電動(dòng)機(jī)和電磁式壓縮機(jī)。其中電磁式壓縮機(jī)，早因頻率響應(yīng)與功耗的致命矛盾而淘汰。最常用的交流電動(dòng)機(jī)本身沒有任何能源，不但全靠電能驅(qū)動(dòng)，而且因感性負(fù)載的功率因數(shù)低而大打折扣。加上交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子不通電，全靠定子通電后給轉(zhuǎn)子鋁條上感應(yīng)電流，因而起動(dòng)力矩小，軸功率差，工作效率低，能耗較高。直流電動(dòng)機(jī)雖有永磁能量參與，卻因電刷的致命弱點(diǎn)而用量很少。另外，電動(dòng)機(jī)只能輸出高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，這對(duì)油田抽油機(jī)活塞等需要直線往復(fù)式動(dòng)力的機(jī)械(如壓縮機(jī)活塞、活塞泵等)來(lái)說(shuō)，必須通過減速機(jī)來(lái)減速增矩，并通過曲柄、連桿、游梁、井架等轉(zhuǎn)換裝置，將圓周動(dòng)力轉(zhuǎn)變成直線往復(fù)式動(dòng)力后，才能驅(qū)動(dòng)做工機(jī)械進(jìn)行作業(yè)。由于減速機(jī)、井架等裝置體積龐大，因而，原材料成本高，各級(jí)傳動(dòng)摩擦功耗也高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了開辟既無(wú)污染，又能反復(fù)多次使用的物理能源，來(lái)替代部分電能，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理能源的開發(fā)利用的目的，發(fā)明一種能直接輸出直線往復(fù)式動(dòng)力的“高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)”，來(lái)開發(fā)應(yīng)用高效磁性材料的內(nèi)存‘物理能源’，取代動(dòng)子勵(lì)磁電能。同時(shí)應(yīng)用變頻脈沖電流對(duì)定子勵(lì)磁，以提高軸功率和功率因數(shù)，達(dá)到高效率的動(dòng)力輸出。另外，在需要直線往復(fù)式動(dòng)力的機(jī)械上，應(yīng)用其直線往復(fù)式動(dòng)力取代電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能和機(jī)電一體化，尤其是作成油田采油泵，不但取代電動(dòng)機(jī)節(jié)能，而且省略傳動(dòng)輪、減速機(jī)、曲軸、連桿等中間轉(zhuǎn)換裝置，縮小體積，大量節(jié)約原材料，降低成本80％以上，減少工藝難度，延長(zhǎng)壽命。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案是利用高效永磁材料作動(dòng)子，定子部分是可以控制的電磁場(chǎng)，只要讓定子電流按照動(dòng)子運(yùn)動(dòng)的需要而有序的交替變化，定子磁極性必然跟著交替變化，結(jié)果必然使定子與動(dòng)子的受力關(guān)系也同樣交替變化。從而使動(dòng)子與定子處于吸引與推斥的交替受力中。由于定子被固定，動(dòng)子必然在吸引與推斥交替進(jìn)行過程中，得到與定子的反作用力而進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
附圖1所示的高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)，分為定子和動(dòng)子以及變頻脈沖電源三大部分。其中定子部分由附圖1中的后繞組6、前繞組10和后鐵心4、中鐵心8、前鐵心13和外鐵心12按圖1所示結(jié)構(gòu)組合而成，并由后端蓋20和前端蓋16將定子固定在機(jī)殼7的內(nèi)部。
動(dòng)子部分由高能永磁材料加工而成的后磁體5、前磁體11按附圖1所示的結(jié)構(gòu)裝在動(dòng)子鐵心9的前、后兩個(gè)外圓槽中，動(dòng)子在心軸1和銅套17的扶正支撐中，與定子鐵心保持懸浮狀態(tài)，并可前后滑動(dòng)。
電源部分是根據(jù)電子復(fù)動(dòng)機(jī)的工作需要而設(shè)計(jì)配套的。具有變頻，合成脈沖和自控?fù)Q向三項(xiàng)功能。根據(jù)本人提出的“往復(fù)式高能電子動(dòng)力學(xué)”理論(未發(fā)表)，動(dòng)子功率與動(dòng)子重量成正比，并與慣性和惰性也成正比，而與頻率響應(yīng)成反比。即功率越大動(dòng)子越重，其慣性和惰性的功耗也越大，因而要求工作頻率越低越好。所以要用專用變頻電源來(lái)為定子繞組提供比電源的50HZ頻率低得多的交變脈沖電源。同時(shí)，動(dòng)子在往復(fù)運(yùn)動(dòng)每到達(dá)上、下止點(diǎn)時(shí)，需要轉(zhuǎn)換定子電流方向。因而，采用H器件作為動(dòng)子位置傳感器來(lái)及時(shí)提供動(dòng)子位置信號(hào)，并通過集成電路IC1和IC2來(lái)給定子繞組轉(zhuǎn)換電流方向。
附圖2是電子復(fù)動(dòng)機(jī)的專用變頻脈沖電源部分的電路原理圖。工作時(shí)，A、B、C三個(gè)輸入端不分相位，可任意接入三相或二相交流電。通電后交變電流經(jīng)IC1(相橋模塊BM850)進(jìn)行整流，并產(chǎn)生交變脈沖后，直接供給復(fù)動(dòng)機(jī)(FDJ)定子繞組，對(duì)定子進(jìn)行交變勵(lì)磁。其控制部分由H1、H2和IC2以及外圍電路組成。工作時(shí)，由IC1輸出低壓電流，經(jīng)保護(hù)電阻R1降壓后，由D1穩(wěn)壓，C1濾波，輸出24V電壓，供給H1、H2。并經(jīng)R5再次降壓，C3濾波，D8穩(wěn)壓，向IC2供電。再由IC2對(duì)相橋模塊IC1進(jìn)行換向控制。設(shè)在定子兩端的H傳感器負(fù)責(zé)提供動(dòng)子位置信號(hào)。當(dāng)定子每次接近止點(diǎn)時(shí)，該磁極正好與該點(diǎn)的H器件的工作面重合，H器件立即輸出信號(hào)，經(jīng)IC2進(jìn)行處理延時(shí)后，先輸出關(guān)斷信號(hào)，經(jīng)適當(dāng)延時(shí)后，控制相橋模塊BM850對(duì)定子繞組進(jìn)行換向供電。由于電流方向的改變，定子磁極性也同樣跟著改變。
由于動(dòng)子磁場(chǎng)懸在定子中，當(dāng)定子的中鐵心8被后繞組6和前繞組10勵(lì)磁為S極時(shí)，后鐵心4和前鐵心13必然為N極。這時(shí)，動(dòng)子后磁體5的外圓N極與定子后鐵心4相推斥，而與定子中鐵心8的S極相吸引，動(dòng)子受力向前運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，動(dòng)子前磁體11的外圓是S極，與定子中鐵心8的S極相推斥，而與前鐵心13的N極相吸引，動(dòng)子也是向前運(yùn)動(dòng)。這與后部的N極磁體受力方向完全一致。于是動(dòng)子通過軸桿15輸出“向前推力”。當(dāng)動(dòng)子向前運(yùn)動(dòng)到接近止點(diǎn)時(shí)，動(dòng)子前磁體11與前端的H器件14重合，前H器件輸出換向信號(hào)。經(jīng)IC1放大、延時(shí)處理后，控制IC2對(duì)定子繞組的電流方向進(jìn)行轉(zhuǎn)換。結(jié)果，使定子電流方向變?yōu)榉捶较?，定子所有鐵心被反向勵(lì)磁，動(dòng)子向前推動(dòng)力也變成向后拉動(dòng)力。當(dāng)動(dòng)子向后運(yùn)動(dòng)到接近止點(diǎn)時(shí)，動(dòng)子后磁體5與后端的H器件3重合，后H器件也輸出換向信號(hào)，同樣經(jīng)IC2心片處理后控制IC1再次換向，動(dòng)子開始重復(fù)前一次運(yùn)動(dòng)過程。如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)下去；通過軸桿輸出直線往復(fù)式動(dòng)力。關(guān)鍵是設(shè)在定子上的兩個(gè)H器件必須在動(dòng)子運(yùn)動(dòng)每接近前、后止點(diǎn)時(shí)，能及時(shí)發(fā)出換向信號(hào)，使IC1準(zhǔn)確控制IC2及時(shí)切斷電流，并延時(shí)轉(zhuǎn)換電流方向，確保動(dòng)子往復(fù)運(yùn)動(dòng)的程序，從而達(dá)到讓動(dòng)子有序的進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并通過軸桿輸出直線往復(fù)式動(dòng)力。在起動(dòng)時(shí)，定子處在中間位置，H無(wú)信號(hào)輸出時(shí)，則由R4向IC2提供50HZ任意方向的起動(dòng)電流，使動(dòng)子起動(dòng)，以后靠H控制。但在H無(wú)信號(hào)時(shí)，IC1也會(huì)自動(dòng)換向，但頻率只有正常運(yùn)行的1/3，作為自動(dòng)保護(hù)性輸出。當(dāng)然，在空載運(yùn)行時(shí)，動(dòng)子往復(fù)動(dòng)作頻率將會(huì)增高，但I(xiàn)C1會(huì)控制電流，使動(dòng)子保持適當(dāng)動(dòng)作頻率。
本發(fā)明的有益效果是1、高效節(jié)能高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)只給定子通電勵(lì)磁，動(dòng)子利用高效磁體的內(nèi)存物理能源，非但不用電能勵(lì)磁，卻比電勵(lì)磁的強(qiáng)度大的多。這不但節(jié)省了動(dòng)子勵(lì)磁電能，還使軸功率大幅度提高。作為物理能源開發(fā)機(jī)械，實(shí)現(xiàn)了一勞永逸，長(zhǎng)期高效節(jié)能的目的。另外，定子和動(dòng)子磁力屬性明確，磁場(chǎng)相互作用更加強(qiáng)烈。因而起動(dòng)力矩大、效率高。在功率因數(shù)方面，高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)采用超低頻交變脈沖電流供電，電流波形滯后因素極小，功率因數(shù)接近1。與普通交流電動(dòng)機(jī)相比，總節(jié)能效率高達(dá)70％以上。
2、降低整機(jī)成本高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)輸出直線往復(fù)式動(dòng)力，若用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)活塞，組成機(jī)電一體化的新型采油泵，不但取代電動(dòng)機(jī)，還可省略傳動(dòng)部分和減速機(jī)、曲柄、連桿以及游梁、井架等較大的中間轉(zhuǎn)換和傳動(dòng)裝置。整機(jī)成本只有15％，并大量節(jié)約原材料，縮小體積，減少工藝難度。
3、方便、可靠高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)不但應(yīng)用了高能永磁材料的永久性能源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了減速增矩和直線往復(fù)式直接驅(qū)動(dòng)。與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)比，高效節(jié)能。與直流電機(jī)比，不但省略了轉(zhuǎn)子繞組和碳刷，而且沒有電火花和雜波干擾。由于定子電流方向的轉(zhuǎn)換是在交流電的波形過0時(shí)進(jìn)行，安全可靠，沒有電源諧波干擾。而且，不分相位，兩相、三相均可運(yùn)行，沒有缺相故障。
4、開發(fā)磁能、保護(hù)環(huán)境由于煤碳、石油天然氣等“化學(xué)能源”的儲(chǔ)量畢竟有限，這些化學(xué)能源又都是一次性的，而且在使用時(shí)，都有環(huán)境污染。隨著開采量的進(jìn)一步大量增加，必然引發(fā)能源危機(jī)。近年來(lái)電力供應(yīng)不足，節(jié)能技術(shù)得到重示。高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用高能永磁材料的永久性“物理能源”，它與“化學(xué)能源”不同，首先沒有任何環(huán)境污染，還可一次投入，一勞永逸，長(zhǎng)期重復(fù)使用。早日開發(fā)可重復(fù)利用的清潔能源對(duì)人類長(zhǎng)遠(yuǎn)利益意義重大。


圖1是高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)總體接構(gòu)圖。
圖2是高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)電路原理圖。
其中圖3是高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)心蓋。
圖4是高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)心軸。
圖5是高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)外鐵心。
圖6是高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)定子鐵心。(3件)圖7是高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)繞組。(2件)圖8是高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)機(jī)殼。
圖9是高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)前端蓋。
圖10是高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)后端蓋。
圖11是高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)動(dòng)子鐵心。
圖12是高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)高能磁體。
圖13是高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)軸桿。
圖14是高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)銅套。
圖15是高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)接線盒。
圖16是高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)電路板。
實(shí)施例圖1-16是高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)的一種實(shí)施例。
實(shí)施先按圖3-15的要求加工各零部件，并按圖16定制引刷電路板。再按圖1、圖2所示，外購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件和下列電子元器件R1/1K、R2/4.7K、R3/4.7K、R4/10K、R5/2K、R6/7.5K、R7/3K、R8/5.1K、R9/10K、R10/10K；C1/100微法25V、C2/0.01微法/63V、C3/100/16V；D1/24V/穩(wěn)壓管、D2-5/1N4007、D6/12V穩(wěn)壓管，H1、H2/磁控器件，IC1/BM850/專用換向模塊，IC2/BM8525/專用變頻處理電路，F(xiàn)DJ/復(fù)動(dòng)機(jī)。同時(shí)，參照?qǐng)D7所示，在繞組骨架上繞線線號(hào)1.12，分層密繞800匝，層間玻纖漆布絕緣。再參照?qǐng)D1的總體結(jié)構(gòu)關(guān)系，按下列步驟進(jìn)行裝配。
1、專用電源部分先將附圖16所示的印制電路板通過流水生產(chǎn)線插裝圖2上的各個(gè)電子元器件；錫焊后，選用三只10A的接線柱，作為電源接線端子將IC1的A、B、C三個(gè)輸入端與電路板緊固。并選用兩套三芯接插件，將兩個(gè)3針插座分別焊接在電路板上標(biāo)有H字樣的兩組端點(diǎn)上。再給2只H器件上分別焊接3根20cm長(zhǎng)的引出線，并按圖2中的H器件管腳順序分別與兩個(gè)插件相接后備用。
2、定子部分先在圖8的機(jī)殼上按圖1所示位置裝上圖15的接線盒19，用M6標(biāo)準(zhǔn)件緊固。再將圖6所示的定子鐵心和圖7所示的定子繞組按附圖1中的前后順序，將后鐵心4、后繞組6、中鐵心8、前繞組10、前鐵心13按圖1所示位置裝入圖5所示的外鐵心12以內(nèi)，再將外鐵心12及定子組件入圖8所示的機(jī)殼7之中，并通過出線孔將定子繞組出線穿到接線盒中。然后，再將兩個(gè)H器件3、14按圖1所示位置面向軸心的固定在定子前后兩個(gè)端面上，并將引出線和插頭通過機(jī)殼上的線孔穿入接線盒中。最后裝上前后兩個(gè)端蓋，加以固定。
3、動(dòng)子部分先將圖12所示的高能磁體按圖1中后磁體5和前磁體11所示位置裝在圖11所示的動(dòng)子鐵心9的前后兩個(gè)外圓槽中，用沉頭M6緊固，再將圖13所示的軸桿15通過螺紋裝上在定子鐵心9的前端，并緊固。
4、總裝A、機(jī)械部分為了防止動(dòng)子猛然吸入永磁定子，引起事故，先在前端蓋上裝上頂絲桿，再將動(dòng)子軸桿穿過定子，并插入前端蓋的銅套中后，將動(dòng)子再向前推至頂絲限位點(diǎn)，在退出頂絲的同時(shí)，讓動(dòng)子跟著吸入定子中。再拆下頂絲桿，換上封堵螺絲。然后，再將圖4所示的心軸2裝在圖3所示的心蓋1的鏍孔上，再將心軸插入動(dòng)子中心孔，全部推入后，用M6將心蓋與后端蓋緊固。
B、電源部分先將裝好的電路板18安裝在接線盒19之內(nèi)，用4只M5緊固。再將圖7所示的定子后繞組6和前繞組10的4根引出線中2與4聯(lián)接，再將1、3兩線加裝線鼻子，并用M6緊固在IC1上端的兩個(gè)輸出端鏍孔上。再將前后兩個(gè)H器件的插頭分別插在電路板上前后兩個(gè)插座上。裝上電源盒蓋。
5、調(diào)試與安全打開電源盒蓋，在A、B、C三個(gè)接線端子上分別接上三相電源線。若用兩相供電時(shí)，只接任意兩個(gè)接線柱，空一個(gè)接線柱即可。通電后動(dòng)子即可輸出往復(fù)式動(dòng)力。由于直線運(yùn)動(dòng)反作用力較大，機(jī)座必須固定。另外，人體離開動(dòng)子軸向50厘米，以防動(dòng)子軸沖出碰人。
權(quán)利要求
1.高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)是一種開發(fā)“物理能源”的新型動(dòng)力機(jī)械。其特征是利用高效永磁材料的內(nèi)存“物理能源”作為動(dòng)子磁場(chǎng)，而使用較少的電能去激勵(lì)設(shè)在動(dòng)子磁場(chǎng)外圍的定子，從而取得比輸入電能大得多的直線往復(fù)式動(dòng)力輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)，其特征是電流沿圓周方向流動(dòng)，而動(dòng)子沿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)，其特征是定子前后兩端，各裝有一個(gè)用來(lái)監(jiān)測(cè)動(dòng)子位置的H傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)，其特征是動(dòng)子磁場(chǎng)由高能永磁材料按不同要求組合而成。每組外圓(或內(nèi)圓)磁極性完全一致。動(dòng)子前、后相鄰兩組磁體的的極性相反。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)，其特征是定子由圓形螺線管式電磁繞組、圓形鐵心按不同要求組合而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能電子復(fù)動(dòng)機(jī)，其特征是定子所用勵(lì)磁電流為組合式交變脈沖電流。
全文摘要
一種開發(fā)磁能，替代和節(jié)約電能的高效直線往復(fù)式動(dòng)力機(jī)械，適用于直線往復(fù)式做工機(jī)械的直接驅(qū)動(dòng)。其實(shí)質(zhì)是應(yīng)用高效永磁材料的內(nèi)存“物理能源”作為動(dòng)子，僅用少量變頻脈沖電流給定子勵(lì)磁，以獲得比輸入電能大得多的直線往復(fù)式動(dòng)力。在能源日趨緊張，污染嚴(yán)重之際，開發(fā)既無(wú)污染又能重復(fù)使用的新能源機(jī)械。不但實(shí)現(xiàn)一勞永逸，長(zhǎng)期高效節(jié)能，而且能利用其直線往復(fù)式動(dòng)力，直接推動(dòng)油田采油泵活塞之類直線往復(fù)式做功機(jī)械，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，省略減速機(jī)、曲柄、連桿、游梁、井架和抽油桿，大幅度削減成本，縮小體積，減輕重量，消除中間裝置的磨損與功耗。該機(jī)采用脈沖供電，提高了功率因數(shù)和軸功率，使兩相三相均可運(yùn)行，沒有缺相故障，方便可靠。
文檔編號(hào)H02K33/18GK1694337SQ200410038898
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2004年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月8日
發(fā)明者鄧建輝 申請(qǐng)人:鄧建輝