專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)邊緣場(chǎng)且增加功率輸出的、具有磁性彈簧的多電樞線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載或者被原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電磁-機(jī)械換能器，更具體地，涉及往復(fù)式線性電動(dòng)機(jī)和往復(fù)式線性發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
往復(fù)式線性發(fā)電機(jī)用于在被各種原動(dòng)機(jī)(包括斯特林發(fā)動(dòng)機(jī))驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電力， 而線性電動(dòng)機(jī)用于在被交流電源供電時(shí)驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械負(fù)載。類(lèi)似于旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和發(fā)電機(jī)，這種線性電動(dòng)機(jī)和線性發(fā)電機(jī)的基本相同之處在于它們都具有相同的基本元件， 而不同之處在于它們的連接和工作方式。因此，它們統(tǒng)稱(chēng)為線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)?，F(xiàn)有技術(shù)包括圖3所示類(lèi)型的基本線性電機(jī)/發(fā)電機(jī)，其也在美國(guó)專(zhuān)利US4602174 以及美國(guó)專(zhuān)利US4623808中有描述，它們?cè)谶@里引入作為參考。雖然線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)可按現(xiàn)有技術(shù)中已知的多種配置構(gòu)造，優(yōu)選的配置是一種軸對(duì)稱(chēng)配置，其中一個(gè)帶有永久磁體的致動(dòng)器在一個(gè)電樞內(nèi)沿往復(fù)軸線執(zhí)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。永久磁體以一個(gè)與所述軸線同心的圓筒形結(jié)構(gòu)安裝在所述往復(fù)的致動(dòng)器上。電樞芯的主要部分與電樞線圈或繞組也安裝在一個(gè)圍繞所述磁體的同心的圓筒形結(jié)構(gòu)中，并安裝在一個(gè)框架上，使它們保持靜止。所述芯的其余部分完成由所述芯形成的磁通環(huán)路，并且也以圓筒形結(jié)構(gòu)安裝在所述靜止的框架上。 所述芯的上述其余部分與所述芯的上述主要部分向內(nèi)隔開(kāi)，以在所述芯的高磁阻的磁通量路徑中形成線性對(duì)準(zhǔn)的間隙。所述線性對(duì)準(zhǔn)的間隙平行于所述軸線。所述磁體(或環(huán)形磁體)在所述芯內(nèi)形成的所述間隙中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所述電樞可以是圍繞所述圓筒形結(jié)構(gòu)的一個(gè)圓隔開(kāi)布置的一系列單獨(dú)的電樞，它也可以是具有在圓形槽中的圓形線圈的一個(gè)圓形電樞。類(lèi)似地，所述磁體可以是并排放置在圓筒形結(jié)構(gòu)中的離散的磁體或一個(gè)圓環(huán)形的磁體。 作為現(xiàn)有技術(shù)中的另一種選擇，所述線圈可以繞所述芯的一個(gè)腿纏繞。在所有這些替換的配置中，在所述芯中的時(shí)變磁通量會(huì)在所述線圈中感應(yīng)出電流，所述線圈中的電流會(huì)在所述芯中感應(yīng)出磁通量。這些結(jié)構(gòu)配置被圖示和描述在上述的兩個(gè)專(zhuān)利和美國(guó)專(zhuān)利US 5 148 066中，其在這里引入作為參考。圖3顯示現(xiàn)有技術(shù)的線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的基本元件。對(duì)于軸對(duì)稱(chēng)線性電動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)，圖3是在往復(fù)軸線10所在的一個(gè)平面中且沿來(lái)自所述軸的一個(gè)徑向的剖視圖。沿相反的徑向且在同一平面上的這些基本元件的剖視圖是圖3的鏡像，因此沒(méi)有重復(fù)畫(huà)出。參照?qǐng)D3，電樞12具有相關(guān)的電樞線圈14和相關(guān)的芯16。電樞線圈14纏繞在與所述軸線10同心的一個(gè)圓形構(gòu)型中。所述芯16形成低磁阻的磁通回路，其由U型的主要部分18和其余部分20組成，所述兩個(gè)部分都由鐵或本領(lǐng)域中公知的其它高磁導(dǎo)率材料的疊層構(gòu)成。所述芯的回路具有一對(duì)隔開(kāi)的間隙22和M，它們平行于所述往復(fù)軸線10、且彼此被電樞繞組槽26分開(kāi)。所述間隙22和M的每一個(gè)間隙通過(guò)兩個(gè)相對(duì)的極面限定，其中極面28和30限定間隙22，且極面32和34限定間隙24。間隙22和M沿著平行于所述軸線的一個(gè)間隙線性對(duì)齊，使得與所述電樞12相關(guān)的場(chǎng)磁體36可以在所述間隙22和M內(nèi)在一個(gè)軸線方向中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。場(chǎng)磁體36安裝在可往復(fù)運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器38上，其中所述致動(dòng)器38承載所有磁體，使得所述磁體在間隙22和M 的間隙路徑內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。場(chǎng)磁體36被極化跨過(guò)間隙22和M，優(yōu)選地垂直于極面觀-34，如在磁體36的中心所畫(huà)的箭頭所示。致動(dòng)器38驅(qū)動(dòng)連接到原動(dòng)機(jī)或負(fù)載40，這取決于圖3 的線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)是用作線性發(fā)電機(jī)還是用作線性電動(dòng)機(jī)。由于磁體36往復(fù)運(yùn)動(dòng)以交替地在間隙22和M之間進(jìn)入，在所述芯中由磁體36產(chǎn)生的磁通量交替地反轉(zhuǎn)。由于穿過(guò)所述芯的磁通路徑延伸通過(guò)所述電樞線圈且隨時(shí)間變化，以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式，在所述線圈中會(huì)感應(yīng)出一個(gè)EMF，且所述線圈中的電流會(huì)在所述芯中產(chǎn)生一個(gè)磁通量， 所述磁通量向所述磁體施加一個(gè)力。上述的線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)向許多線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)應(yīng)用提供了合適的性能。然而，對(duì)于某些應(yīng)用，期望可以將彈簧力施加到往復(fù)運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器。例如，如果線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)是由自由活塞斯特林電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的或者是用于驅(qū)動(dòng)自由活塞斯特林制冷機(jī)， 在朝著定心所述致動(dòng)器的方向中施加的彈簧力是期望的，以將這種自由活塞機(jī)器的軸向平均位置維持在一個(gè)選定的中心位置，因?yàn)檫@種斯特林機(jī)具有使它們的平均位置漂移離開(kāi)額定的中心位置的趨勢(shì)。作為另一個(gè)例子，有時(shí)候期望一個(gè)線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的致動(dòng)器和其負(fù)荷或原動(dòng)機(jī)在一個(gè)諧振系統(tǒng)中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這就需要一個(gè)彈簧。作為另一個(gè)例子，如果致動(dòng)器及其負(fù)載或原動(dòng)機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)具有一個(gè)垂直的分量，則有時(shí)需要在所述致動(dòng)器上提供一個(gè)定心的彈簧力，以抵抗重力和防止所述致動(dòng)器從它的平均位置移動(dòng)到其行程的最低極限。機(jī)械彈簧可以和已被用于這一目的。然而，機(jī)械彈簧有一些有害的特點(diǎn)。上述的美國(guó)專(zhuān)利US5148066公開(kāi)了在線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)中引入磁性彈簧力的方式。如該專(zhuān)利所描述的，一對(duì)較小的輔助磁體被放置在主要磁體的相對(duì)兩側(cè)并且與主要磁體相反地極化。 這些輔助磁體導(dǎo)致，每當(dāng)所述次級(jí)磁體之一從限定所述兩個(gè)間隙之一的所述極面之間向外延伸時(shí)，一個(gè)定心力將被施加在所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器上。由于所述定心的彈簧力只在一個(gè)輔助磁體移出一個(gè)間隙時(shí)才施加在所述致動(dòng)器上，所述輔助磁體從所述主要磁體一直延伸到它們的相應(yīng)間隙的外邊緣。這樣，在平均的中心位置周?chē)鷽](méi)有死區(qū)，其中沒(méi)有彈簧力施加致動(dòng)器以使所述致動(dòng)器趨于返回到其平均位置。在美國(guó)專(zhuān)利US5148066中圖示和描述的這三個(gè)磁體的組合從一個(gè)間隙的外邊緣延伸到另一個(gè)間隙的相反的外邊緣。當(dāng)致動(dòng)器移動(dòng)時(shí)，一個(gè)輔助磁體移出在所述極面之間的間隙，造成在朝著定心所述磁體的一個(gè)方向中施加的力，該力的幅值與所述磁體移出所述間隙的位移成正比。然而，從以下事實(shí)會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題所述輔助磁體之一基本上總是移出所述間隙之外，使得彈簧力將施加在所述致動(dòng)器上而沒(méi)有功率產(chǎn)生。本發(fā)明的目的、目標(biāo)和特點(diǎn)是消除這些問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題是所述輔助磁體延伸離開(kāi)所述間隙進(jìn)入到空氣中越遠(yuǎn)，所述輔助磁體對(duì)在發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生電能或在電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用中在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)能量的貢獻(xiàn)就減少得越多。其原因是，空氣的磁導(dǎo)率非常低，因此在所述芯中來(lái)自輔助磁體的磁通量較小。第二個(gè)問(wèn)題的產(chǎn)生是因?yàn)?，所述輔助磁體的從在所述間隙中到延伸離開(kāi)其間隙的一個(gè)位置的交替的往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了一個(gè)在所述極面以外的隨時(shí)間變化的磁邊緣場(chǎng)。這個(gè)交變的磁邊緣場(chǎng)與周?chē)蔫F磁材料耦合，并且在所述鐵磁材料中感應(yīng)出產(chǎn)生電阻性電力損耗的渦流。此外，所述相同的交變邊緣場(chǎng)耦合到附近的導(dǎo)體，這會(huì)干擾這些導(dǎo)體中的電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種電磁式往復(fù)式線性電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，具有至少兩個(gè)沿往復(fù)軸線相鄰的電樞。安裝在致動(dòng)器上的場(chǎng)磁體不僅包括多個(gè)主要的場(chǎng)磁體，其中每個(gè)主要的場(chǎng)磁體與一個(gè)電樞有關(guān)，還包括插在所述主要的磁體之間的輔助磁體，所述輔助磁體沿著軸線方向從在一個(gè)電樞芯的間隙之內(nèi)延伸到在相鄰的電樞芯的鄰近間隙之內(nèi)。每個(gè)輔助磁體在與所述主要磁體的極化相反的方向中被磁性極化。沒(méi)有產(chǎn)生邊緣場(chǎng)，因?yàn)樵谕鶑?fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中沒(méi)有磁體被移動(dòng)得足以延伸出所述間隙之外進(jìn)入到空氣中；并且所述輔助磁體對(duì)所述線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的功率有貢獻(xiàn)，因?yàn)樗鲚o助磁體總是在相鄰的電樞芯的間隙中往復(fù)地移入移出。


圖1是沿往復(fù)軸線的任何徑向的、本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案在徑向截面的示意圖。圖2顯示應(yīng)用于本發(fā)明的、作為致動(dòng)器位移的函數(shù)的定心力的示意圖。圖3是現(xiàn)有技術(shù)的線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的徑向截面的示意圖。圖4顯示應(yīng)用于本發(fā)明的、作為致動(dòng)器位移的函數(shù)的定心力的一個(gè)實(shí)際例子的示意圖。圖5是沿往復(fù)軸線的任何徑向的、本發(fā)明的替換實(shí)施方案在徑向截面的示意圖。在描述附圖所示的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，為清晰起見(jiàn)，將采用特定的術(shù)語(yǔ)。然而， 其目的不是將發(fā)明限制在所選用的特定術(shù)語(yǔ)，可以理解的是，每一個(gè)具體的術(shù)語(yǔ)都包括以類(lèi)似的方式操作來(lái)完成類(lèi)似的目標(biāo)的所有技術(shù)等同物。例如，詞語(yǔ)“連接的”或類(lèi)似的術(shù)語(yǔ)是經(jīng)常使用的。它們不限于直接連接，而是包括通過(guò)其它電路元件的連接，其中這種連接可以被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員認(rèn)為是等同的。
具體實(shí)施例方式圖1顯示與本發(fā)明的實(shí)施例相關(guān)的一個(gè)電磁式往復(fù)式線性電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的各個(gè)元件。至少兩個(gè)電樞42和44彼此相鄰地按照?qǐng)D3所示的單個(gè)電樞的方式沿一個(gè)往復(fù)軸線安裝。每個(gè)電樞類(lèi)似于圖3所示的單個(gè)電樞，但是在發(fā)明中，有兩個(gè)或更多個(gè)電樞彼此相鄰地安裝。每一個(gè)電樞分別具有相關(guān)的電樞繞組46和48和相關(guān)的芯50和52，分別形成低磁阻的磁通量回路。每個(gè)芯的磁通量回路具有一對(duì)分開(kāi)的間隙，它們平行于所述軸線對(duì)齊和被一個(gè)電樞繞組槽分開(kāi)。電樞42具有間隙M和56，電樞44具有間隙58和60，其中每個(gè)間隙按照?qǐng)D3所示的方式由兩個(gè)相對(duì)置的極面限定。相鄰電樞的間隙沿著一個(gè)平行于所述軸線的間隙路徑是線性排列的，使得場(chǎng)磁體可以沿所述間隙路徑往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖1的實(shí)施例也具有可往復(fù)運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器，其按照如圖3所示的相同方式常規(guī)地連接到原動(dòng)機(jī)或負(fù)載，并沿一個(gè)往復(fù)軸線進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所述致動(dòng)器及其負(fù)載或原動(dòng)機(jī)沒(méi)有顯示在圖1中，以避免減小圖1的尺寸。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，圖1的線性電機(jī)/發(fā)電機(jī)具有一個(gè)額定設(shè)計(jì)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)沖程和一個(gè)平均位置。沖程是指致動(dòng)器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的幅值(長(zhǎng)度)，類(lèi)似于從活塞的上死區(qū)中心到下死區(qū)中心的位移。致動(dòng)器的平均位置以及因此它的場(chǎng)磁體是指在致動(dòng)器往復(fù)運(yùn)動(dòng)的極限位置之間的中心。
兩個(gè)電樞42和44被描述為相鄰的，這意味著它們是并排的和靠近的。優(yōu)選地，電樞和它們的芯不能接觸它們的極面，而是具有在它們的極面之間的狹小空間。由于鐵的磁導(dǎo)率比空氣的磁導(dǎo)率大三個(gè)數(shù)量級(jí)，所述電樞可以(并且優(yōu)選地)被非常接近地定位，不會(huì)有從一個(gè)電樞到另一個(gè)電樞的很多磁耦合。但是，它們可以相互接觸，但這樣會(huì)因?yàn)閺囊粋€(gè)芯到另一個(gè)芯的磁耦合而導(dǎo)致在性能上的小的劣化。它們也可以分開(kāi)更遠(yuǎn)，但這不必要地?cái)U(kuò)大了線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的長(zhǎng)度。因此，它們之間的首選距離是在使磁耦合的劣化最小化和使線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)長(zhǎng)度最小化且具有緊湊性之間的一種工程上的折衷判斷。圖1的線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)也具有場(chǎng)磁體，所述場(chǎng)磁體安裝在致動(dòng)器上以在所述間隙路徑的內(nèi)部、按照?qǐng)D3的磁體36往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖1的場(chǎng)磁體包括多個(gè)主要場(chǎng)磁體62和64，其中每個(gè)主要場(chǎng)磁體都與一個(gè)電樞相關(guān)聯(lián)。每個(gè)主要場(chǎng)磁體62和 64在一個(gè)軸線方向中延伸，所述軸線方向?yàn)閺脑谂c其相關(guān)的芯的一個(gè)間隙內(nèi)到與其相關(guān)的芯的另一個(gè)間隙內(nèi)。主要場(chǎng)磁體62和64具有跨過(guò)所述間隙路徑的同一個(gè)方向中的磁性極化，如在所述場(chǎng)磁體62和64的所述中心處畫(huà)出的箭頭方向所示。對(duì)于本發(fā)明極為重要的是，在主要磁體62和64之間的輔助磁體66的位置。像主要磁體62和64 —樣，輔助磁體66也在一個(gè)軸向方向中延伸，且被機(jī)械安裝在致動(dòng)器上以與主要磁體一起在所述間隙路徑內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所述輔助磁體66插在所述主要磁體62 和64之間，并且從在一個(gè)芯的間隙56內(nèi)延伸到在鄰近的芯的相鄰間隙58內(nèi)。重要的是， 所述輔助磁體66在與主要磁體62和64的極化相反的方向被磁性極化。為了使本發(fā)明的效果最大，優(yōu)選的是在所述軸向方向中設(shè)計(jì)所述磁體的長(zhǎng)度，使得它們與額定設(shè)計(jì)行程以及與到間隙邊緣的距離具有需要的關(guān)系。當(dāng)致動(dòng)器在其平均位置中時(shí)，從各個(gè)主要磁體的每個(gè)軸向相對(duì)置的邊緣到與之相關(guān)的間隙的最近外邊緣之間的距離最好是略少于額定設(shè)計(jì)行程的一半。這確保了當(dāng)所述致動(dòng)器在其設(shè)計(jì)行程的極限之內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述主要磁體不會(huì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)到它們的相關(guān)間隙之外。這種關(guān)系可防止在所述間隙的外邊緣處的邊緣場(chǎng)和限制所述磁通量從主要磁體到所述芯，其中磁通量可耦合到所述電樞線圈。另外期望的是，每個(gè)輔助磁體的軸向長(zhǎng)度大于所述額定設(shè)計(jì)行程。這種關(guān)系確保了輔助磁體的邊緣也不會(huì)移出一個(gè)間隙，并造成在所述間隙邊緣的邊緣場(chǎng)。這種關(guān)系也可以保證從所述輔助磁體產(chǎn)生的彈簧力維持為與所述致動(dòng)器的位移成線性關(guān)系。如果輔助磁體的一個(gè)邊緣移動(dòng)到在所述極面之間的一個(gè)間隙之外，則所述彈簧力會(huì)顯著地和非線性地減小。雖然如上所述是非優(yōu)選的，相鄰電樞的芯可以被分開(kāi)一段很長(zhǎng)的距離。為了防止所述輔助磁體的內(nèi)邊緣移動(dòng)到一個(gè)間隙之外，每個(gè)輔助磁體的軸向長(zhǎng)度應(yīng)略大于所述額定設(shè)計(jì)行程和所述芯被隔開(kāi)的距離之和，即，所述芯之間的距離和它們的間隙之和。為了使所述芯中的磁通量隨時(shí)間變化最大，優(yōu)選的是，當(dāng)致動(dòng)器在其平均位置時(shí)， 每個(gè)主要磁體在軸向方向中從基本上在其相關(guān)的芯的一個(gè)間隙的中間延伸到在其相關(guān)的芯的另一個(gè)間隙的中間。為了使由所述輔助磁體施加的定心力的幅值最大，優(yōu)選的是，每個(gè)輔助磁體在一個(gè)軸向方向中基本上延伸到其間插入所述輔助磁體的主要磁體。通過(guò)使限定所述間隙的所述極面的長(zhǎng)度稍微大于所述設(shè)計(jì)額定行程，可以最佳地實(shí)現(xiàn)這些關(guān)系。通常情況下，最優(yōu)選的是使所述極面加長(zhǎng)10%。
如在工程領(lǐng)域和在本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的，不遵守這些優(yōu)選的關(guān)系可以造成性能的劣化或下降。略微背離將只有輕微的影響，而明顯的背離將有重大的影響。圖2是顯示施加到本發(fā)明實(shí)施例中的致動(dòng)器上的定心磁性彈簧力的圖。當(dāng)磁體和致動(dòng)器以它們的平均位置為中心時(shí)，所述彈簧力為零。在任一往復(fù)方向中的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生與所述致動(dòng)器和它攜帶的磁體的位移成正比的定心彈簧力。圖4是用于具有代表性的位移、的線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的彈簧力的類(lèi)似圖形。只畫(huà)出了該圖的一半，因?yàn)榱硪话刖哂邢嗤臄?shù)值、但在相反的方向(總是朝著定心所述磁體)。本發(fā)明的線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的應(yīng)用不限于如圖1所示的具有一個(gè)輔助磁體的兩個(gè)電樞。例如，圖5顯示了沿往復(fù)軸線78堆疊的四個(gè)電樞70、72、74和76。每個(gè)這些電樞分別具有一個(gè)關(guān)聯(lián)的具有上述特特征的主要磁體80、82、84和86。輔助磁體90、92和94插在主要磁體80、82、84和86之間。本發(fā)明可以實(shí)施為按上述結(jié)構(gòu)布置的兩個(gè)或兩個(gè)以上的相鄰電樞。在每一種情況下，輔助磁體的數(shù)量比主要磁體的數(shù)量少一個(gè)。本發(fā)明沒(méi)有末端磁體，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)到間隙之外到空氣中，以在所述相鄰電樞組的端部產(chǎn)生不希望的邊緣場(chǎng)， 因?yàn)檩o助磁體只會(huì)處于主要磁體之間。本發(fā)明的重要特征是，所述輔助磁體(或者在三個(gè)或更多個(gè)電樞的情況中的多個(gè)磁體)不僅提供了一個(gè)朝著定心所述磁體和致動(dòng)器的彈簧力，而且還有助于在發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生功率或者向電動(dòng)機(jī)提供功率。如在本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的，在一個(gè)線圈產(chǎn)生的EMF與鏈接到該線圈的磁通量的變化率成正比。由于輔助磁體的磁極性與主要磁體的磁極性相反，所述輔助磁體總是導(dǎo)致在與相鄰的主要磁體相同的方向中的磁通量變化。例如，當(dāng)輔助磁體移動(dòng)進(jìn)入一個(gè)間隙中時(shí)，相鄰的主要磁體則是移出這個(gè)間隙。因此，來(lái)自離開(kāi)的主要磁體的磁通量變化的方向與由進(jìn)入的輔助磁體產(chǎn)生的磁通量變化的方向相同。在主要磁體的方向中磁通量不斷下降，且在輔助磁體的相反方向中磁通量不斷增加，它們都在同一時(shí)間發(fā)生。在本發(fā)明實(shí)施例中的定心彈簧力不如在美國(guó)專(zhuān)利US 5 148 066中的線性電動(dòng)機(jī) /發(fā)電機(jī)(其中定心磁體往復(fù)運(yùn)動(dòng)到所述間隙之外和進(jìn)入空氣中)的定心彈簧力那樣強(qiáng)。 但是，由于本發(fā)明的輔助磁體對(duì)功率產(chǎn)生作出了重大和實(shí)質(zhì)性的貢獻(xiàn)，本發(fā)明提供了更多的發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)功率。本發(fā)明特別適用于較大的、高功率電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，其中需要大量的功率。兩個(gè)較小電樞的使用允許發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的構(gòu)造比使用單個(gè)大型的電樞的小得多。因此，本發(fā)明還提供了一個(gè)機(jī)會(huì)以設(shè)計(jì)一個(gè)具有改進(jìn)的高寬比的線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)， 即可以使電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)沒(méi)有那么庸腫的一個(gè)高寬比，并允許附加的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的原動(dòng)機(jī)的壓力容器具有較小的直徑，這減少了在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力容器上的壓力。上述與附圖相結(jié)合的詳細(xì)說(shuō)明原則上作為本發(fā)明的目前首選的實(shí)施例的說(shuō)明，并無(wú)意代表其中本發(fā)明可以建造或使用的唯一形式。上述說(shuō)明與所示的實(shí)施例結(jié)合描述了實(shí)施本發(fā)明的設(shè)計(jì)、功能、裝置和方法。但是，可以理解的是，提供不同的實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)相同或等同的功能和特征，所述不同的實(shí)施例也傾向于包含在本發(fā)明的精神和范圍中，且在不背離本發(fā)明或下列權(quán)利要求的范圍的情況下，可以采納各種修改。
權(quán)利要求
1.一種電磁式往復(fù)式線性電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，包括具有往復(fù)軸線、額定設(shè)計(jì)行程和平均位置的、可往復(fù)運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器，所述線性發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)包括(a)沿所述軸線相鄰的至少兩個(gè)電樞，每個(gè)電樞具有相關(guān)的電樞繞組和相關(guān)的芯以形成低磁阻的磁通量回路，每個(gè)芯的回路具有一對(duì)分開(kāi)的間隙，所述間隙被對(duì)齊為平行于所述軸線和被一個(gè)電樞繞組槽隔開(kāi)，每個(gè)間隙被兩個(gè)相對(duì)置的極面限定，所述電樞的間隙沿著平行于所述軸線的一個(gè)間隙路徑線性地對(duì)齊；和(b)安裝在所述致動(dòng)器上用于在所述間隙路徑中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)磁體，包括(i)多個(gè)主要場(chǎng)磁體，每個(gè)主要場(chǎng)磁體均與電樞關(guān)聯(lián)，每個(gè)主要場(chǎng)磁體在軸向方向中從在與其相關(guān)的芯的一個(gè)間隙內(nèi)延伸到在與其相關(guān)的芯的另一個(gè)間隙內(nèi)，所述主要磁體具有在跨過(guò)所述間隙路徑的相同方向中的磁性極化；( )在軸向方向中延伸并被機(jī)械安裝以與所述主要磁體一起在所述間隙路徑內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的的至少一個(gè)輔助磁體，所述輔助磁體被插在所述主要磁體之間，且在軸向方向中從在一個(gè)芯的間隙內(nèi)延伸到在相鄰芯的相鄰間隙內(nèi)，每個(gè)輔助磁體在與所述主要磁體的極化相反的方向中被磁性極化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的線性發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)，特征在于，當(dāng)所述致動(dòng)器在其平均位置時(shí)， 從每個(gè)主要磁體的每個(gè)軸向相對(duì)置的邊緣到其相關(guān)的間隙的最近的邊緣的距離小于所述額定設(shè)計(jì)行程的一半，使得所述主要磁體不會(huì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)到它們的相關(guān)間隙之外。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的線性發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)，特征在于每個(gè)輔助磁體的軸向長(zhǎng)度大于所述額定設(shè)計(jì)行程。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的線性發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)，特征在于相鄰電樞的芯被分開(kāi)，每個(gè)輔助磁體的軸向長(zhǎng)度大于所述額定設(shè)計(jì)行程和所述芯被分開(kāi)的距離之和。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的線性發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)，特征在于，當(dāng)所述致動(dòng)器在其平均位置時(shí)， 每個(gè)主要磁體在軸向方向中從基本上在其相關(guān)的芯的一個(gè)間隙的中間延伸到基本上在其相關(guān)的芯的另一個(gè)間隙的中間，且每個(gè)輔助磁體在軸向方向中基本上延伸到其間插入所述輔助磁體的主要磁體處。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的線性發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)，特征在于所述輔助磁體的數(shù)量比所述主要磁體的數(shù)量少一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的線性發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)，特征在于具有沿所述軸線堆疊的多于兩個(gè)的主要磁體和電樞。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的線性發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)，特征在于所述輔助磁體的數(shù)量比所述主要磁體的數(shù)量少一個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的線性發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)，特征在于，當(dāng)所述致動(dòng)器在其平均位置時(shí)， 每個(gè)主要磁體在軸向方向中從基本上在與其相關(guān)的芯的一個(gè)間隙的中間延伸到基本上在與其相關(guān)的芯的另一個(gè)間隙的中間，且每個(gè)輔助磁體在軸向方向中基本上延伸到其間插入所述輔助磁體的主要磁體處。
全文摘要
一種電磁式往復(fù)式線性電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，具有沿往復(fù)軸線相鄰的至少兩個(gè)電樞。所述電樞具有的間隙沿平行于所述軸線的一個(gè)間隙路徑線性對(duì)齊。場(chǎng)磁體在所述間隙路徑內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所述場(chǎng)磁體包括與每個(gè)電樞關(guān)聯(lián)的主要磁體，各主要磁體具有在跨過(guò)所述間隙路徑的相同方向中的磁極化。輔助磁體提供了定心彈簧力且插在所述主要磁體之間。上述輔助磁體在一個(gè)軸向方向中從一個(gè)電樞芯的間隙之內(nèi)延伸到在相鄰電樞芯的相鄰間隙之內(nèi)。所述輔助磁體在與所述主要磁體的極化相反的方向被磁性極化。
文檔編號(hào)H02K35/02GK102265489SQ200980153136
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月4日
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