电冲机制造技术

本发明专利技术采用机械电子组合技术，将一般电源如交流电网电源通过电子开关变成可使换能机构高效工作的方波电流，电冲机输出高频率（如五至五十赫）直线往复运动形式的机械能．其方波电流的占空比、幅值和频率可容易地引进各种控制，从而使许多需要高频直线往复运动或直线运动的机器（如缝纫机、电铲、电锯）得到结构紧凑、无中间传动环节、可方便调节和自动控制的动力源．并可在电冲机的基础上开发出许多新的产品．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术是一种将普通电源的电能转换为往复运动的机械能的装置。它涉及电磁铁工作原理、半导体变流技术、自动控制和机械基础知识。现有的各种电-机转换元件如旋转电机、直线电机或振荡电机作为某些需要高速直线往复运动的机器的动力源，存在着需要复杂的中间传动和变速机构、体积庞大、工作频率和转换效率低、成本高、不容易引进各种自动控制和调速等缺点。本专利技术的目的是要推出一种能克服上述缺点的电机换能装置，称作电冲机，下面结合附图分换能机构的工作原理及实施例，专用电源的执行和控制等部分来说明。由电磁学知，面积为S的气隙中，两磁铁的吸力F为4倍磁感应强度B的平方乘S，S为平方厘米，B为韦伯/米2时，F为公斤力。图1是电磁铁吸力作功示意图。线圈(9)得电后，固定导磁板(4)和只能作水平运动(由工艺实现)的衔铁(5)以及气隙(6)形成一个闭合磁回路。气隙附近的磁力线可用曲线(1)描述。衔铁(5)从开始时实线位置运动到最后的虚线位置，相应地磁力线(1)也从实线位置变到虚线位置。该电磁铁的吸力也可用曲线(1)来表示，为了使吸力(水平分量)更平稳、作用行程更长，可以从减小气隙中磁力线(1)与水平线交角着手，对气隙处的固定导磁板(4)和衔铁(5)的外形加以改进，如图2和图3示。图4描述了电磁力(1)可分解为垂直分量(2)和水平分量(3)，从图4可见夹角θ越小，水平分量越大。图5中衔铁(5)在前进中还受到其顶端的固定导磁板的吸力，这样衔铁所受水平吸力和行程就更大。图6采用两块固定导磁板(4)，这样可减小衔铁(5)的质量，有利提高工作频率和效率。图7为一个有三个固定的独立磁回路(7)(它们各自等价于图1中线圈(9)和固定导磁板(4)所组成的磁路部分)和5块由无磁性钢制成的隔离板(12)相联的衔铁(5)组成的长行程系统。带箭头的实线表示当前作用的磁力线虚线表示下一节拍可能产生的磁力线，当实线所指固定的独立磁回路失电后，如其左(右)边的磁回路得电，则多级衔铁向左(右)移动。这种方法使衔铁行程大大增加并可利用衔铁的惯性。此外，控制各固定磁回路作用的时间还可得到较平稳或脉动较明显的直线运动。图8是对图6中衔铁作改进的示意图，它由一条宽度渐增的导磁板弯成螺旋形而成，其内外固定导磁板未画，采用这种形状使衔铁在向前运动时其在气隙中的面积增长较慢(有增有减，增略大于减)从而在更长的行程中使磁感应保持一定量值以维持足够的吸力。这种衔铁有自旋作用，不需要时可用导轨或将固定衔铁表面制成相反螺旋状来克服。换能机构的衔铁返回工作起点的力可由外加永久磁铁的吸力、密封腔体的压缩空气的弹力、弹簧的弹力或再用一个线圈和磁回路，利用各自反向工作的力来充当，也可由以上几种力的组合或再加上重力来提供。当采用两个对称线圈和磁回路时就组成所谓推挽工作形式。也可采用如图7示的多节磁路形式轮流工作以增加往复距离。以后我们把使活塞往复运动的必需部分称为电冲机(要包括电源)。上面我们说明了电冲机是如何实现往复运动的。下面举实施例。实施例1是制造电动往复泵，图9为其半剖示图(电源和引线未画)，它采用图6所述的衔铁运动形式，当绕于线圈架(8)上的线圈(9)得电后，由内外固定导磁板(4)和泵壳(11)及气隙组成的导磁回路对衔铁(5)(其起始于虚线处)作用一个吸力使其运动同时推动活塞(18)至图示位置。这期间，出水阀(19)关闭，并将水泵出，装于端盖(14)上的进水阀(13)开启同时将水吸入;在衔铁由弹簧(16)拉回时，出水阀(19)打开，进水阀(13)关闭。通过通道(15)水可自由流动，密封圈(17)同时充当活塞(18)运动的约束体，(20)为散热板。这种泵的活塞也可以进行变动以适应工作需要。也可以制成双缸四阀形式。实施例2是电冲切割机，其衔铁或通过传动臂可联接锯片或刀片来对物体如布料、木板进行切割;也可联接铲刀来铲除铁锈油漆，或联接钻头来打孔。实施例3是制造微型电动缝纫机，缝纫机针和送布机构可用一台或两台电冲机带动。实施例4是直线传送机，如果我们将可通过柔性或刚性的圆条物体的棘爪装在衔铁内，由于棘爪单向作用电冲机可输出直线运动，这可用于电动拉窗帘。实施例5是两维传输设备。如果我们用两台电冲机正交安置并工作，则可在两维空间如直角座标平面实现曲线运动或传送物体。也可制成实现多维运动的传输设备。本专利技术的换能机构可简称电冲机，但严格讲电冲机还包括专用电源。下面介绍专用电源，从电路理论看，电冲机是一个大的时变电感器，其平均时间常数T(可在其工作过程中采样三点取平均值来求取)可达数秒电感值可达1亨，为使其输出力大须用大电流，如直接用交流电，由于频率太高，且磁通脉动太大而不能很好工作，又因电冲机工作需要方波电流，也不能直接用直流电，对此，本专利技术采用多段电压源来解决，以使线圈中获得边沿陡峭的接近于方波的电流，这里的接近于方波是指电流的升降时间都不得大于整个周期的20%，也不大于电感器平均时间常数T的十分之一，一般为10毫秒以下，这样电冲机工作频率可达20赫，接近于方波的另一个意义是允许电流在高电平期间变动，如因交流整流电流的纹波干扰以及用续流两极管时电流的下降(还有作功所消耗的)但以变动不超过40%为限相对于方波电流的上升、高电平、下降、低电平四个阶段，要求电源的电压也顺序分为四个阶段，其特征是第一阶段主要是正向大电压以使主线圈中电流迅速增大。第二阶段主要是绝对值小的电压包括用续流两极管作为一个数值为PN结正向压降的零电压。第三个阶段主要是数值大的负电压使线圈中电流迅速降到零。第四阶段也是一个绝对值小的电压。一般不得接入电压即处于关断状态并使线圈保持零电流状态。(允许流过电子开关漏电流)相应地衔铁(5)处于自由释放状态。电压分段由半导体无触点电子开关实现。叙述电压特征时用到“主要是”是因为照顾到实际电源和电路工作需要，通过具体介绍电路就会理解其意义，图10是一种向有两个线圈(共电阻约0.1欧)和磁路供电的电源示意图。两组直流电源(21)、(22)可以是任何一般直流电源，设它们是额定电压200伏的整流稳压电源，电冲机输入功率为100瓦，电流为0.5安，(23)、(26)、(27)、(29)是无触点电子开关，这里用可关断晶闸管。(24)(55)、(28)、(30)是两极管。先触发晶闸管(23)主线圈电流迅速上升，当达到额定电流时，触发晶闸管(26)关断晶闸管(23)，这时进入电流高电平时期，晶闸管(26)作续流两极管。然后再关断晶闸管(26)(进入电流下降时期)时线圈(9)中电流经两极管(30)和(25)对电源(22)充电直至电流为零。另一组线圈(10)工作过程相同，如果去掉两极管(24)(30)让两个线圈的电流不是对电源而是相互充电，可实现冲激响应而使电流边沿更陡，这个电源可无级变频，但成本高，功率也小，另外对于稳压作用不强的整流电源为了使电冲机工作精确，可令电流的上升时间由电流值来决定。图11所示的电路为向单个磁路的电冲机供电的电源，对照图12所示交流电压波形讨论，如在每个波形的点(34)处触发晶闸管(32)(电流上升)，并在电压过零时，触发晶闸管(33)，晶闸管(32)受反压关断(电流高电平)在所有交流电源(31)由正变负将过零处(35)可再次触发晶闸管(32)(电流下降)线圈(9)中电流对电源充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将普通电源的电能转换为往复运动机械能的装置，用作各种机器的动力，该装置由电－－机换能机构和专用电源两大部分组成，其专用电源分执行和控制两部分，执行部分含有若干个由定时电路或计算机控制的无触点电子开关，它向电机换能机构提供能量同时对它的工作状况进行控制，这个专用电源的执行部分的特征是：通过对换能机构的主线圈顺序施加不同的电压，使线圈在每个周期产生一个波形接近于方波的电流，电源的控制部分主要是指在电子开关的控制（触发）回路加入各种有关变量的闭环控制或加入人为设定的开环控制用以使换能机构的主线圈内产生幅值、频率和占空比可任意调节的边沿陡峭的波形接近于方波的电流；其换能机构用于实现将线圈内的方波电流变为衔铁的往复运动并输出机械能，其特征是：固定导磁板（４）、衔铁（５）和气隙（６）组成导磁回路由流过与磁回路交链的主线圈（９）、（１０）的方波电流作用于导磁回路使衔铁运动并直接或通过与其联接的活塞、联杆、棘爪使机器工作。

【技术特征摘要】
1.一种将普通电源的电能转换为往复运动机械能的装置，用作各种机器的动力。该装置由电-机换能机构和专用电源两大部分组成，其专用电源分执行和控制两部分，执行部分含有若干个由定时电路或计算机控制的无触点电子开关，它向电机换能机构提供能量同时对它的工作状况进行控制，这个专用电源的执行部分的特征是通过对换能机构的主线圈顺序施加不同的电压，使线圈在每个周期产生一个波形接近于方波的电流，电源的控制部分主要是指在电子开关的控制(触发)回路加入各种有关变量的闭环控制或加入人为设定的开环控制用以使换能机构的主线圈内产生幅值、频率和占空比可任意调节的边沿陡峭的波形接近于方波的电流；其换能机构用于实现将线圈内的方波电流变为衔铁的往复运动并输出机械能，其特征是固定导磁板(4)、衔铁(5)和气隙(6)组成导磁回路由流过与磁回路交链的主线圈(9)、(10)的方波电流作用于导磁回路使衔铁运动并直接或通过与其联接的活塞、联杆、棘爪使机器工作。2.一个按照权利要求1所述的电-机换能装置，由电源输送到换能机构主线圈的不同电压可顺序分为四个阶段来描述，其特征是第一阶段主要是正值大电压，以使主线圈中电流在其平均时间常数的十分之一或更短的时间内达到额...

【专利技术属性】
技术研发人员：施国梁，
申请(专利权)人：施国梁，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]