專利名稱：自動對中線性電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一般往復(fù)式永磁交流電動機和發(fā)電機。更具體地說，涉及一種產(chǎn)生磁性對中力的裝置，以把往復(fù)磁鐵限制在這種機器的空氣間隙內(nèi)。
背景技術(shù)：
對比文件1(美國專利4,602,174)公開了一種交流電機，其既可用作發(fā)電機，將永磁環(huán)的往復(fù)運動轉(zhuǎn)換成交流電壓，也可用作電動機，使交流電壓轉(zhuǎn)換成永磁環(huán)的往復(fù)運動。參照對比文件1的圖4，永久磁鐵50左右方向作往復(fù)運動和如果電機以傳統(tǒng)設(shè)計，電樞線圈56未通電，若磁鐵未從空氣間隙中脫出，則永久磁鐵不會產(chǎn)生磁力。如果磁鐵脫出，將會產(chǎn)生強大的磁力接著把磁鐵排出。為防止磁鐵上升和隨后從空隙排出，現(xiàn)有技術(shù)中采用機械的和/或磁性的對中彈簧。后者在對比交件2(disclosure document No.172295)中公開。對中彈簧導(dǎo)致復(fù)雜化和增加成本。本發(fā)明的目的在于在往復(fù)磁鐵上提供由磁性產(chǎn)生的對中力而不用增加成本或復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中，鐵磁性構(gòu)件(對比文件1的圖6中的60，62，64，68)以非常規(guī)設(shè)計，當對比文件1中的永久磁鐵50在空氣間隙中往復(fù)運動接近該間隙的左右兩端位置時使所有或部分的鐵磁性構(gòu)件得以磁飽和。理論顯示和實驗證明，磁飽和在往復(fù)磁鐵上使一力在一方向上作用，以致于把磁鐵限制在空氣間隙中。傳統(tǒng)的設(shè)計會避免磁飽和，因為磁飽和會因效率降低而使性能度差和在發(fā)電機的情況下，使輸出的電壓波形畸變。在對比文件1中公開但經(jīng)本發(fā)明改進的一種線性運動交流電動機發(fā)電機組中，可以得出，在性能不會出現(xiàn)大的度差情況下能夠產(chǎn)生有用的對中力。


圖1A為根據(jù)先有技術(shù)的線性永磁電動機或發(fā)動機的截面圖。在圖1A中，本發(fā)明所改變的尺寸和磁量由符號識別。
圖1B為線性永磁電動機或發(fā)動機的截面圖，其中本發(fā)明與先有技術(shù)不同的尺寸和磁量由符號識別。
圖2所示為根據(jù)先有技術(shù)和本發(fā)明的鐵構(gòu)件中的磁量曲線圖。這些磁量依據(jù)磁鐵從其中心位置的位移上繪制。所繪制的磁量是磁場強度H’(先有技術(shù))、磁通密度B’(先有技術(shù))、磁場強度H(本發(fā)明)和磁通密度B(本發(fā)明)。
圖3所示為先有技術(shù)和本發(fā)明的電動機磁鐵上的磁力曲線圖，磁力是依據(jù)磁鐵從其中心位置的位移所繪制。
具體實施例圖1A是美國專利4,602,174中公開的往復(fù)式永磁電動機或發(fā)動機的一實施例的截面圖。所述機械相對于軸A-A大體上是軸對稱的。永磁環(huán)1以徑向被磁化并具有磁化強度M還以與軸A-A平行地在由外鐵磁構(gòu)件2和內(nèi)鐵磁構(gòu)件3所限制的空隙中往復(fù)運動。X代表環(huán)形磁鐵離在空隙內(nèi)軸向中心位置的軸向位移。因為線圈4未通電，內(nèi)外鐵磁構(gòu)件中的磁通密度B’和磁場強度H’是X的函數(shù)和尺寸y和Y’的函數(shù)并在圖1A中分別由常規(guī)的函數(shù)符號B’(X)，H’(X)表示。
圖2所示為通常用于避免磁鐵飽和的一先有技術(shù)機械中的H’(X)和B’(X)曲線圖。B’(X)大體上是X的線性函數(shù)，最大值一般小于13000高斯和任何X的H’(X)一般低于10奧斯特。
圖1B為根據(jù)本發(fā)明的線性永磁電動機或發(fā)動機的截面圖。圖1B和圖1A相同，除了y和Y的尺寸之一或兩者足以比先有技術(shù)的對應(yīng)部分y’和Y’小之外，因此磁飽和會在X＝L/2和X＝-L/2附近出現(xiàn)，這分別為磁鐵1開始從鐵磁構(gòu)件2和3之間的空隙脫離下的X的數(shù)值。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電機或發(fā)動機中H(X)和B(X)的曲線圖?？拷鼃X|＝L/2時，H(X)上升超過20奧斯特并超越電工鋼的一般磁飽和，其大約是10奧斯特?？拷鼃X|＝L/2時，B(X)值會降到小X時的線性投影水平之下和最高值超越15000高斯。
在環(huán)形磁鐵1接近空隙任何一端時使部分鐵磁構(gòu)件2和3飽和的目的是為了阻止環(huán)形磁鐵離開空隙的磁力。電磁能的理論預(yù)測所述磁力的存在，其教導(dǎo)為使磁通密度B在微分容積dV里增加一微分量dB，所需的能量等于(H×dB×dV)。在本發(fā)明中，這樣的能源是在環(huán)形磁鐵由一通過距離dX移動的軸向力所做的機械功，由此可以推定，環(huán)形磁鐵上的力F可用以下的方程式得出；F＝-∫H×dB/dX×dV方程式(1)方程式(1)中的減號表示F的方向是與dX相反。原則上，積分一定要采用整個空間，但是在先有技術(shù)和本發(fā)明中，倘若環(huán)形磁鐵沒有離開空隙，對其起最重要的作用是由圖1A和1B的鐵磁構(gòu)件2和3所占的體積。在先有技術(shù)中，通過把鐵磁構(gòu)件加工成所需要的尺寸來避免磁飽和，以致于對所有X來說，H’大大地少于10奧斯特(一般是5奧斯特)和F太小以致于不能在實際用途中限制環(huán)形磁鐵。然而，本發(fā)明中，磁飽和一般使H(L/2)提升到20奧斯特，結(jié)果產(chǎn)生相當大的F，這將防止環(huán)形磁鐵1脫離空隙。
圖3所示為先有技術(shù)和本發(fā)明中F的曲線圖。在所述兩種情形下，正如|X|≥L/2中的力迅速地增大所示，如果|X|≥L/2，磁鐵會自空隙中排出，在本發(fā)明中，但不在先有技術(shù)中，有一較大的抑制力，以阻止環(huán)形磁鐵抵達X＝L/2并隨后從空隙中排出。
只要不脫離本發(fā)明的精神，可作出多種改型。例如，磁飽和可限制在外鐵磁構(gòu)件2或內(nèi)鐵磁構(gòu)件3，而不用兩者同時存在。
權(quán)利要求
1.一種使往復(fù)運動轉(zhuǎn)換成為交流電壓或使交流電壓轉(zhuǎn)換成往復(fù)運動的機電換能器，其特征在于所述換能器包括下列各項a)到d)的組合a)一環(huán)狀永久磁鐵，由兩圓柱體和兩平行面所限制，所述兩圓柱體和軸A-A同軸，兩平面和軸A-A垂直，被磁化的永久磁鐵大體上與圓柱體的表面垂直，永久磁鐵的長度(S+L)是在與軸A-A平行的方向量度，其中S和L按如下定義；b)多個固定且大體上具有相同的磁通量環(huán)形件，它們由鐵磁材料構(gòu)成，磁通量環(huán)形件一般從軸A-A徑向向外延伸，每一磁通量環(huán)形件均具有一對由與軸A-A平行量度的距離S分開的空氣間隙，所述全部成對的空隙由兩個圓柱表面限制，所述兩個表面與軸A-A同軸，每一空隙均具有與軸A-A平行地量度的長度L，所述永磁環(huán)位于多個成對的空隙中并能在和軸A-A平行的方向移動，所移動的距離以X表示，由在空隙中使環(huán)形磁鐵軸向?qū)χ械奈恢昧慷龋籧)一電樞線圈，其圍繞全部磁通量環(huán)形件的中央部分；以及d)一個或多個所述磁通量環(huán)形件的區(qū)域，在該區(qū)域為要使所述環(huán)形磁鐵上產(chǎn)生軸向?qū)χ写帕?，包括所述區(qū)域的鐵磁材料會在|X|＝L/2和電樞線圈里的電流等于零時被磁飽和，所述磁飽和被定義為磁場強度H超過20奧斯特。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使一往復(fù)式永磁電動機或發(fā)動機的永久磁鐵上產(chǎn)生磁性對中力的方法，當永久磁鐵接近其移動兩端時使機械的鐵磁構(gòu)件磁飽和。
文檔編號H02K35/00GK1511368SQ02810518
公開日2004年7月7日 申請日期2002年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月23日
發(fā)明者羅伯特·W·萊德里克, 羅伯特 W 萊德里克 申請人:羅伯特·W·萊德里克, 羅伯特 W 萊德里克