一种活塞式直流电动机的制作方法

本实用新型涉及旋转动力演示器材领域，具体涉及一种活塞式直流电动机。

背景技术：

发动机及将其他形式的能量转换成机械能的装置，其发展最早可追溯至公元1世纪古希腊力学家希罗发明的“汽转球”，它是以高温水蒸气作为工作介质产生动力的早起蒸汽机的雏形，直到1690年由法国物理学家帕平根据杠杆原理所发明的活塞式蒸汽机进而开始了发动机的外燃机阶段，在其后的数十年中蒸汽机的结构不断优化机械效率也不断提升，但受到各种参数的限制，最好的蒸汽机的效率不过20％。因此于1876年德国人奥托制造出第一台四冲程以燃烧气体推动活塞做功的煤气机进而开始了发动机的内燃机阶段，相比于蒸汽机一般的内燃机效率可达40％——60％，一些以高温陶瓷为材料的内燃机其效率甚至可达70％，但两种阶段的发动机都是以化学能转化成机械能的装置需要燃烧大量化学燃料提供动力随意的排放会导致环境污染等问题，与内燃机几乎同时发展的以电流产生动力的电动机其发展包括：直流电动机和交流电动机两个阶段，电动机因为无需化石燃料的燃烧提供动力所以并不会对环境照成危害，其次电动机是利用电能直接转换成机械能的装置其转化效率可达80％，因此电动机在生活生产中得到了越来越广泛的应用。

直流电动机作为最早发展的电动机以永磁铁或电磁铁驱动线圈装置转动提供动力具有输出稳定，受电磁干扰小、调速范围平滑、低功耗等优点，常见直流电动机通过直流电动机和蓄电池组合为动力，但在运行时会存在低电压工作效率低、起动转矩小、输出效率降低等缺陷，对此中国专利文献CN101860168A 公开了一种电力发动机，利用电磁铁和永磁铁为动力装置，利用电路控制电流方向从而控制磁铁在缸体内上下平动从而比较稳定对外输出动力，但所述专利文献的电动机的不足之处在于：频繁改变线圈的电流方向，来改变电磁铁磁性，从而控制磁铁活塞的运动，由于电磁线圈的电流方向不能瞬时改变因此在高速运转中导致了无法准确的保证电动机输出功率的稳定性和连续性。另外需要通过电子控制器进行检测，因此该装置的抗电子干扰能力较弱，不具有实用性。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种输出稳定、抗电子干扰能力强的活塞式直流电动机。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种活塞式直流电动机，其特征包括：永磁活塞、用于产生和输出动力，所述左右相同的两个永磁活塞分别置于底板上端面的限位孔中，其结构包括：活塞缸体、永磁铁、线圈，永磁铁置于活塞内并能在上下端自由滑动，线圈套在活塞缸体外侧，用于产生磁场。曲轴连杆机构、用于传递和转化动力，所述左右相同的两个曲轴连杆机构套接在转轴上，其结构主要包括：连杆和曲轴，其中连杆与曲轴通过活动轴连接固定。转轴、用于传递动力，所述转轴包括：左端转轴、中端转轴、右端转轴，其中左右两端转轴的一段分别连接两根相同的金属轴管并可在其上自由转动，其另一端通过曲轴连接着中端转轴。金属轴管、用于支撑转轴，所述左右相同的金属轴管其上端均设有两个水平轴孔用于固定转轴。飞轮、用于输出动力，所述飞轮中轴孔嵌套在右端转轴上并通过螺丝紧密不固定且不会发生相对滑动。底板、用于支撑装置，所述底板其上端面设有限位孔，用于固定永磁活塞、金属轴管、电刷架；底板侧面设有电池槽，用于安装电池槽装置。电池槽、用于提供电能驱动电路，所述电池槽7镶嵌在底板侧面。换向器、用于调节永磁活塞中线圈电流的交替变化，所述换向器包括两块金属薄片以及绝缘支撑柱，换向器套接在中端转轴上且与电刷架保持良好接触。按钮开关、用于控制装置电路电流输入，所述按钮开关置于底板侧面与电池槽共面。电刷架、用于电路电流的传递，所述电刷架固定在底板上端面中心处的限位孔内。

可选的，所述活塞缸体为空心圆柱体，其直径为3cm、高为8cm，由塑料材料或玻璃材料制成。

可选的，所述永磁铁为实心圆柱体，其直径2cm、高为2cm，可以是铷磁铁也可以是铁氧体磁铁、铝镍钴磁铁或铁铬钴磁铁。

可选的，所述线圈由直径0.1mm漆包线缠绕制成。

可选的，所述两端曲轴为金属材质构成，两轴端面处的轴孔分别连接左端转轴、中端转轴以及右端转轴。

可选的，所述左端转轴和右端转轴均为直径0.5cm、长为5cm实心不锈钢轴。

可选的，所述金属轴管其内部为空心圆柱体，其直径为1cm、高为16cm，可由不锈钢金属材料制成，其表面为绝缘塑胶套层。

可选的，所述底板为长方体结构，其长为20cm、宽为10cm、高为2.5cm，可由PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PVC(聚氯乙烯)、PS(聚苯乙烯)等塑胶材料制成。

可选的，所述电池槽内容纳4节5号电池，其正极为金属挡片，负极为金属弹簧。

可选的，所述换向器其上端绝缘支撑柱为圆柱环，其内径为0.5cm，外径 0.8cm，长为1cm，可由塑料材料构成。

可选的，所述电刷架由电刷和金属轴构成，金属轴高为14cm其顶端处焊有内径为1cm、外径为1.5cm、长为2cm的电刷。

具体的，所述不锈钢材质的中端转轴由直径为0.5cm,长为2cm的中端左转轴和中端右转轴套接换向器制成且两轴彼此不接触；所述换向器其上端左侧金属薄片和右侧金属薄片分别焊接在中端转轴的中端左转轴与中端右转轴上，左右侧金属薄片之间始终保持彼此绝缘；所述装置电路由左右两端的线圈、金属轴管、转轴分别与电池槽、换向器、按钮开关、电刷架通过导线串联构成两端工作回路。

具体的，本实用新型工作原理为：在线圈、金属轴管、转轴、电池槽、换向器、按钮开关、电刷架串联的工作电路中，旋钮开关闭合转动飞轮，使换向器在电刷架的电刷上转动，当换向器上连接中端左转轴的左侧金属薄片与电刷接触时，此时电池槽、左端转轴、左端线圈形成闭合回路，此时左端线圈产生磁场并给左端永磁铁向上的磁力使永磁铁带动所连接的连杆，连杆产生的竖直向上的推力通过曲轴给转轴提供一个力矩从而使转轴加速转动，当换向器左端金属薄片转过电刷，且位于左右金属薄片之间时，转轴在惯性的作用下减速转动；当换向器右侧金属薄片与电刷接触时，电池槽、中端右转轴、右端线圈形成闭合回路，同样会在右端线圈中激发磁场从而给右端永磁铁向上的磁力，通过右端曲轴连杆在右端转轴上产生力矩，从而使转轴加速转动，当左侧金属薄片再次回到初始位置时完成一个周期的运动，由电池槽提供稳定的直流电本装置就能实现周而复始的转动。

本实用新型的有益效果在于：

本装置通过永磁活塞提供动力可以较好解决传统直流电动机起动转矩小的缺点，本装置的无需电子控制电路而是通过一个简单的自动电路驱动，相对于传统电子控制电路具有较好的抗电子干扰效果，通过直接对电流的通断而不是该变电流的方向进行动力输出可以较好的解决由于现有活塞式电动机的电磁铁线圈无法瞬间换向所引起的稳定性和连续性问题。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本装置结构示意图

图2为本装置工作原理图

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1和图2，附图1、2中的元件标号分别表示：永磁活塞1(活塞缸体1-1、永磁铁1-2、线圈1-3)、曲轴连杆2(连杆2-1、曲轴2-2)、转轴3 【左端转轴3-1、中端转轴3-2(中端左转轴3-2-1、中端右转轴3-2-2)、右端转轴3-3】、金属轴管4、飞轮5、底板6、电池槽7、换向器8(左侧金属薄片 8-1、右侧金属薄片8-2)、按钮开关9、电刷架10(电刷10-1、金属轴10-2)。

一种活塞式直流电动机，其特征包括：永磁活塞1、用于产生和输出动力，所述左右相同的两个永磁活塞分别置于底板上端面的限位孔中，其结构包括：活塞缸体1-1、永磁铁1-2、线圈1-3，永磁铁1-2置于活塞1-1内并能在上下端自由滑动，线圈1-3套在活塞缸体1-1外侧用于产生磁场；曲轴连杆机构2、用于传递和转化动力，所述左右相同的两个曲轴连杆机构套接在转轴上，其结构主要包括：连杆2-1和曲轴2-2，其中连杆2-1与曲轴2-2通过活动轴连接固定；转轴3、用于传递动力，所述转轴3包括：左端转轴3-1、中端转轴3-2、右端转轴3-3，其中左右两端转轴的一段分别连接两根相同的金属轴管4并可在其上自由转动，其另一端通过曲轴连接着中端转轴；金属轴管4、用于支撑转轴，所述左右相同的金属轴管其上端均设有两个水平轴孔用于固定转轴；飞轮5、用于输出动力，所述飞轮中轴孔嵌套在右端转轴上并通过螺丝紧密不固定且不会发生相对滑动；底板6、用于支撑装置，所述底板其上端面设有限位孔，用于固定永磁活塞1、金属轴管4、电刷架10；底板侧面设有电池槽，用于安装电池槽装置；电池槽7、用于提供电能驱动电路，所述电池槽7镶嵌在底板侧面；换向器8、用于调节永磁活塞1中线圈1-1电流的交替变化，所述换向器8包括两块金属薄片以及绝缘支撑柱，换向器8套接在中端转轴3-2上且与电刷架10保持良好接触；按钮开关9、用于控制装置电路电流输入，所述按钮开关置于底板6侧面与电池槽7共面；电刷架10、用于电路电流的传递，所述电刷架10固定在底板6 上端面中心处的限位孔内。

可选的，所述活塞缸体1-1为空心圆柱体，其直径为3cm、高为8cm，由塑料材料或玻璃材料制成；所述永磁铁1-2为实心圆柱体，其直径2cm、高为2cm，可以是铷磁铁也可以是铁氧体磁铁、铝镍钴磁铁或铁铬钴磁；所述线圈1-3由直径0.1mm漆包线缠绕制成；所述两端曲轴2为金属材质构成，两轴端面处的轴孔分别连接左端转轴3-1、中端转轴3-2以及右端转轴3-3；所述左端转轴3-1 和右端转轴3-2均为直径0.5cm、长为5cm实心不锈钢轴；所述金属轴管4其内部为空心圆柱体，其直径为1cm、高为16cm，可由不锈钢金属材料制成，其表面为绝缘塑胶套层；所述底板6为长方体结构，其长为20cm、宽为10cm、高为2.5cm，可由PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PVC(聚氯乙烯)、PS(聚苯乙烯)等塑胶材料制成；所述电池槽7内容纳4节5号电池，其正极为金属挡片，负极为金属弹簧；所述换向器8其上端绝缘支撑柱为圆柱环，其内径为0.5cm，外径 0.8cm，长为1cm，可由塑料材料构成；所述电刷架10由电刷10-1和金属轴10-2 构成，金属轴高为14cm其顶端处焊有内径为1cm、外径为1.5cm电刷10-1。

具体的，所述不锈钢材质的中端转轴3-2由直径为0.5cm,长为2cm的中端左转轴3-2-1和中端右转轴3-2-2套接换向器制成且两轴彼此不接触；所述换向器8其上端左侧金属薄片8-1和右侧金属薄片8-2分别焊接在中端转轴3-2的中端左转轴3-2-1与中端右转轴3-2-2上，左右侧金属薄片之间始终保持彼此绝缘；所述装置电路由左右两端的线圈1-3、金属轴管4、转轴3分别与电池槽7、换向器8、按钮开关9、电刷架10通过导线串联构成两端工作回路。

在本实施案例中、本实用新型的工作原理为：在线圈1-3、金属轴管4、转轴3、电池槽7、换向器8、按钮开关9、电刷架10串联的工作电路中，旋钮开关闭合转动飞轮5，使换向器8在电刷架10的电刷10-1上转动，当换向器8上连接中端左转轴3-2-1的左侧金属薄片8-1与电刷10-1接触时，此时电池槽7、左端转轴3-1、左端线圈1-3形成闭合回路，此时左端线圈1-3产生磁场并给左端永磁铁1-2向上的磁力使永磁铁1-2带动所连接的连杆2-1，连杆2-1产生的竖直向上的推力通过曲轴2-2给转轴提供一个力矩从而使转轴3加速转动，当换向器8左端金属薄片8-1转过电刷10-1，且位于左右金属薄片之间时，转轴3 在惯性的作用下减速转动；当换向器8右侧金属薄片8-2与电刷10-1接触时，电池槽7、中端右转轴3-2-2、右端线圈1-3形成闭合回路，同样会在右端线圈 1-3中激发磁场从而给右端永磁铁1-2向上的磁力，通过右端曲轴连杆2在右端转轴3-3上产生力矩，从而使转轴3加速转动，当左侧金属薄片8-1再次回到初始位置时完成一个周期的运动，由电池槽提供稳定的直流电本装置就能实现周而复始的转动。

本装置通过永磁活塞提供动力可以较好解决传统直流电动机起动转矩小的缺点，本装置的无需电子控制电路而是通过一个简单的自动电路驱动，相对于传统电子控制电路具有较好的抗电子干扰效果，通过直接对电流的通断而不是该变电流的方向进行动力输出可以较好的解决由于现有活塞式电动机的电磁铁线圈无法瞬间换向所引起的稳定性和连续性问题。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。