Двигатель

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в различных областях промышленности и в быту. Сущность изобретения: двигатель содержит корпус, магнитный блок, включающий магнитное кольцо, ферромагнитный элемент и вал отбора мощности. Согласно изобретению магнитный блок включает примыкающую к одной из поверхностей магнитного кольца дугу с противоположной намагниченностью, при этом дуга и кольцо имеют возможность перемещения относительно друг друга, магнитное кольцо закреплено на втулке, внутри которой размещен вал отбора мощности, и имеет контакт с ферромагнитным элементом с возможностью прокатки одного относительно другого, а дуга имеет возможность углового перемещения с помощью ручки. Технический результат состоит в упрощении конструкции двигателя. 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности двигателестроению, и может найти применение в различных областях промышленности и в быту. Известен магнитный двигатель, который содержит корпус, неподвижный и подвижный магнитные блоки, в которых магниты размещены с интервалами и чередованием расположения полюсов, а также привод, соединенный с подвижным магнитным блоком, и механизм отбора мощности (авт.св. СССР № 304811).

В этом техническом решении магнитные блоки имеют линейную форму конструкции с возможностью возвратно поступательного движения подвижного магнитного блока. Механизм отбора мощности включает в себя магниты и металлические изделия (или металлолом), подлежащие переносу с одного места на другое. Подвижные магнитные блоки по отношению к неподвижным могут устанавливаться так, что их намагниченности совпадают (и тогда они притягивают металлоизделия), или не совпадают - в этом случае их магнитные поля замыкаются друг на друга, а наружное поле отсутствует, вследствие чего ранее притянутые металлоизделия освобождаются от магнитных блоков.

Основной недостаток данного технического решения заключается в ограниченности его возможностей при функционировании.

Известен также магнитный двигатель, в котором помимо магнитных блоков, выполненных в кольцевой форме, содержится привод для перемещения магнитных блоков и ферромагнитные (взаимные) элементы, на которых закреплены собачки для вращения храпового колеса и вала отбора мощности. Взаимные элементы взаимодействуют с полями магнитных блоков (патент № 2145764).

Данное техническое решение принято здесь за прототип.

Магнитный двигатель функционирует, пока существует магнитное поле в постоянных магнитах магнитных блоков. Со временем магнитное поле уменьшается. Для продления работоспособности двигателя требуется периодическая подзарядка. Таким образом, аналогично электрическому аккумулятору магнитный двигатель является аккумулятором определенного количества магнитно-механической энергии.

Основным недостатком рассматриваемого прототипа является значительная сложность его конструкции (много блоков и магнитов, наличие вспомогательного привода, храпового механизма).

В изобретении ставится задача упрощения конструктивной схемы магнитного двигателя.

Сущность изобретения заключается в том, что магнитный блок включает в себя магнитное кольцо, закрепленное на втулке с валом отбора мощности, примыкающую к одной из поверхностей магнитного кольца дугу с противоположной намагниченностью и с возможностью их перемещения относительно друг друга, при этом магнитное кольцо имеет контакт с ферромагнитным элементом с возможностью прокатки одного относительно другого, а дуга размещена симметрично относительно упомянутого контакта.

Кроме того, во втором дополнении магнитное кольцо и дуга снабжены кольцевыми магнитопроводными наконечниками, а магнитное кольцо и ферромагнитный элемент снабжены немагнитными элементами зубчатого зацепления.

В третьем дополнительном конструктивном решении предусмотрено выполнение ферромагнитного элемента в виде одной из выбираемых форм: произвольно плоской поверхности; формы кольца, диаметр которого больше диаметра магнитного кольца, и в этом случае дуга расположена у внутренней поверхности магнитного кольца; формы кольца, диаметр которого меньше диаметра магнитного кольца, и в этом случае дуга расположена снаружи магнитного кольца; формы усеченного конуса.

Четвертое дополнительное конструктивное решение предусматривает агрегатирование магнитного двигателя по конструктивной схеме, в которой ферромагнитный элемент выполнен в виде неподвижного кольца, снабженного центральным валом отбора мощности, а с одной из его поверхностей контактируют не менее двух магнитных колец, валы отбора мощности которых соединены с центральным валом отбора мощности.

В пятом дополнительном конструктивном решении содержится хотя бы одна дополнительная сопряженная пара “магнитное кольцо - дуга” при радиальном расположении магнитных колец с интервалом и при неподвижном одном из магнитных колец, а в интервале между ними размещен кольцевой ферромагнитный элемент с возможностью его обкатки по неподвижному магнитному кольцу и придания вращения другому магнитному кольцу.

В шестом дополнительном решении предусматривается хотя бы один комплект элементов, включающий два разнесенных по радиусу ферромагнитного элемента, одно из которых неподвижное, а между ними расположено магнитное кольцо с двумя дугами с возможностью обкатки магнитного кольца по неподвижному ферромагнитному элементу и приведения во вращение другого ферромагнитного элемента с валом отбора мощности.

Применение противоположно намагниченной дуги у магнитного кольца позволяет создать асимметрию магнитного поля между магнитным кольцом и ферромагнитного элементом, приводящую к вращению и движению кольца по ферромагнитному элементу. Энергия магнитного поля без промежуточных преобразований непосредственно передается исполнительному органу - кольцу (колесу). Эта энергия действует или до износа элементов конструкции, или до разрядки намагниченности магнитного кольца. В этом случае кольцо может быть снова намагничено и снова продолжать свое функционирование. Таким образом, предлагаемый двигатель является аккумулирующим магнитомеханическую энергию.

На фиг.1 показана конструктивная схема магнитного двигателя. На фиг.2 показан вид этой схемы в разрезе. На фиг.3 приведена конструктивная схема с агрегатированием магнитных двигателей с видом в плане. На фиг.4 изображена та же схема с видом в разрезе. На фиг.5 приведена конструктивная схема двигателя с ферромагнитным элементом, имеющим форму усеченного конуса. На фиг.6 показана та же схема с видом в плане. На фиг.7 изображена двухъярусная схема агрегатирования двигателя с конусной формой ферромагнитного элемента и магнитных колец. На фиг.8 приведена схема магнитного двигателя с дополнительной парой “магнитное кольцо - дуга”. На фиг.9 приведена та же схема в разрезе. На фиг.10 изображена схема с двумя ферромагнитными элементами и одним магнитным кольцом.

Предлагаемый в изобретении магнитный двигатель содержит корпус 1, магнитный блок, который включает в себя магнитное кольцо 2 (фиг.1 и 2), закрепленное вместе с кольцевыми магнитными наконечниками 3 на втулке 4. Внутри втулки 4 размещен вал 5 отбора мощности, установленный в подшипниках 6, закрепленных в корпусе 1. На валу 5 со свободной посадкой надета дуга 7, примыкающая с небольшим зазором к внутренней поверхности магнитного кольца 2 и к кольцевым магнитным наконечникам 3. Дуга 7 имеет противоположное направление намагниченности по отношению к намагниченности кольца 2, магнитное кольцо в точке 8 контактирует с ферромагнитным элементом 9 (на фиг.1 и 2 – это ферромагнитная плата 9, на фиг.4 - это кольцо 9, на фиг.5-7 - это усеченный конус 20). Дуга 7 с помощью ручки 10 имеет возможность углового перемещения как вперед (фиг.1), так и назад на половину размера дуги. В таких случаях один из торцов устанавливается над местом контакта 8 магнитного кольца 2. Дуговое расстояние между торцами дуги может составлять от 1/8 до 7/8 частей длины окружности. В конструкции двигателя тело дуги может иметь протяженность как 1/8 часть (переднее колесо на фиг.1), так и 7/8 частей (заднее колесо). Управление расположением дуг осуществляется с помощью ручки 10 и соединительной тяги 11.

Магнитные кольца 2 с наконечниками 3 имеют возможность относительной прокатки с ферромагнитным элементом 9. Для устранения возможных проскальзываний между кольцами (магнитным и ферромагнитным элементом), они снабжены расположенными зубчатыми зацеплениями (шестернями). Конструктивная форма ферромагнитного элемента выбрана из следующего целесообразного перечня: произвольно плоской поверхности, это ферромагнитная плата или плоское кольцо; форма кольца, диаметр которого больше диаметра магнитного кольца (фиг.3), в этом случае дуга расположена у внутренней поверхности магнитного кольца; форма кольца, диаметр которого меньше чем у магнитного кольца (см. фиг.3, поз. 12), в этом случае дуга расположена у наружной поверхности магнитного кольца, форма усеченного конуса.

В конструкции схемы предусматривается возможность переключения взаимодействия магнитных колец то с одним ферромагнитным элементом (например, большого диаметра), то с другим 12 (меньшего диаметра). В случае указанного взаимодействия магнитного кольца с ферромагнитным элементом меньшего диаметра дуга располагается снаружи магнитного кольца. Для этого она переводится механизмами 16 перемещения дуг с ранее занимаемого места на новое с помощью собачек 17 и храповиков 18. Операции такого рода особенно значимы в случае агрегатирования магнитного двигателя с центральным валом 13 отбора мощности (фиг.3-7).

Агрегатирование в данном случае предусматривает наличие в конструкции двигателя нескольких магнитных блоков, оси 5 которых размещены в подшипниках 6 (фиг.4), а подшипники закреплены в двух платформах 14 и 15. Платформы 14 и 15 жестко соединены с центральным валом 13 отбора мощности.

По такому же принципу сконструированы агрегатированные магнитные двигатели с коническими формами магнитных блоков (колец) 19 и кольцевых ферромагнитных магнитных элементов 9 (фиг.5-7) в одноярусном исполнении (фиг.6) и двухъярусном (фиг.7). Оба яруса 20 соединены с центральным валом 21 отбора мощности. Соединение наружного яруса осуществлено через соединительное кольцо 22.

В конструктивной схеме на фиг.8 и 9 содержится, как минимум, одна дополнительная сопряженная пара “магнитное кольцо 23 - дуга 24", которая по отношению к первой сопряженной паре “магнитное кольцо 2 - дуга 7” расположена радиально с некоторым интервалом, в этом интервале размещен кольцевой ферромагнитный элемент 9. Этот элемент 9 имеет возможность обкатывания по неподвижному дополнительному магнитному кольцу 23 и приводит во вращение другое магнитное кольцо 2 с валом 5 отбора мощности. Самым удаленным элементом по радиусу в полости корпуса 1 является дуга 24. По протяженности она, как и другая дуга 2, занимает половину окружности и крепится к пристеночному диску 25. Диски 25 и 30 размещены со свободной посадкой. Одновременно на двух валах 5 и 26 соответственно магнитного кольца 2, дуг 24, 7 и кольцевого ферромагнитного элемента 9 размещены диски 28, 25, 30 и 31, что создает возможность дугам 24 и 7 вращаться синхронно с планетарным движением кольцевого ферромагнитного элемента 9 и находиться в определенном угловом положении относительно места контакта 8 подвижного магнитного кольца 2 и ферромагнитного элемента 9.

Необходимое угловое положение дут 24 и 7 относительно упомянутого места контакта обеспечивается особым механизмом (на фиг. 8 и 9 не показан), аналогичным механизму 16, приведенному на фиг.3. Неподвижное магнитное кольцо 23 крепится к корпусной крышке 27, а подвижное через диск 28 - к валу 5 отбора мощности. Вал 5 установлен в подшипниках 6, которые с одной стороны установлены в корпусе 1, а с другой - в крышке 27.

Аналогичное изображенной на фиг.8 и 9 конструкции построение имеет конструкция магнитного двигателя, приведенная на фиг.10. Разница в том, что это обращенная схема. Если на фиг.8 и 9 применены два магнитных кольца, а между ними ферромагнитный элемент, то на фиг 10 – два кольцевых 9 и 29 ферромагнитных элемента и одно - между ними – магнитное кольцо 2. В конструкции две дуги - одна внутренняя 7, другая наружная 24.

Наружный кольцевой ферромагнитный элемент 9 - неподвижный. По нему имеет возможность обкатки магнитное кольцо 2. Одновременно оно имеет возможность приводить во вращение внутренний ферромагнитный элемент 29.

Валы 5 и 26 установлены аналогично тому, как и в конструкции по фиг.8 и 9. То же самое и в отношении дуг 7 и 24.

Принцип действия магнитного двигателя заключается в следующем. В состоянии покоя дуга 7 у поверхности магнитного кольца 2 располагается симметрично относительно места контакта 8 (фиг.1) и магнитное поле между магнитным кольцом 2 и ферромагнитным элементом 9 как слева (спереди) относительно места контакта 8, так и справа (сзади) от него распределено одинаково, т.е. симметрично. Следовательно, одинаковы и силовые притяжения магнитного кольца (колеса) 2 по обе стороны от места контакта 2. В том месте магнитного кольца, у которого располагается дуга 7, магнитное поле кольца замыкается на дугу. Если ручку (рычаг) 10 отклонить вперед, то дуга 7 переместится назад относительно места контакта 8. В результате передняя часть колеса будет испытывать притяжение к ферромагнитному элементу, а задняя часть получит еще большую нейтрализацию. В результате появится крутящий момент, действующий на магнитное кольцо (колесо) и оно покатится влево по ферромагнитному элементу. При условии полной нейтрализации магнитного поля позади места контакта крутящий момент будет максимальным, максимальной будет и скорость перемещения магнитного кольца.

В заднем кольце (фиг.1) реализован обращенный принцип манипуляции с магнитным полем. Здесь при перемещении ручки 10 вперед дуга 7 будет поворачиваться против часовой стрелки, освобождая от нейтрализации магнитный поток спереди и, наоборот, увеличивая перекрытие магнитного потока сзади, то есть эффект будет тот же, что и в переднем кольце.

Магнитные наконечники 3 позволяют полнее (с наименьшими потерями) использовать магнитное поле магнитного кольца.

Описанный принцип действует и в том случае, если ферромагнитный элемент выполнен в виде замкнутого кольца (фиг.3 и остальные). В различных вариантах сочетаний, форм исполнения и взаимодействий магнитных колец и ферромагнитных элементов при агрегатировании результат сводится к тому, что силовые факторы отдельных магнитных блоков передают крутящий момент на центральный вал отбора мощности, а с него механическая энергия может быть отдана потребителю.

Для регулирования положения дуг на магнитных кольцах применяются механизмы 16 перемещения дуг (фиг.3), команды на которые передаются дистанционно.

Прокатка четырех магнитных блоков на фиг. 3 и 4 приводит во вращение платы 14 и 15, в которых установлены их подшипники. Платы 14 и 15 приводят во вращение центральный вал 13 отбора мощности. Переключение магнитных колец к внутреннему кольцевому ферромагнитному элементу 12 (изображен пунктиром) позволит получить вдвое большую скорость вращения центрального вала отбора мощности.

Аналогичная работа происходит и в агрегатированном магнитном двигателе с коническими поверхностями элементов магнитных блоков (фиг.5, 6 и 7). Здесь также подключение вала отбора мощности 13 к коническому элементу 21 (также изображен пунктиром на фиг.5) приводит к удвоению скорости вращения вала.

Увеличение числа подключаемых магнитных блоков, например, путем введения второго яруса, позволит соответственно увеличить снимаемую с вала мощность.

Агрегатирование магнитных двигателей путем введения дополнительных магнитных колец в паре с дугами и (или) ферромагнитных элементов (фиг.8, 9 и 10) позволяет также увеличить снимаемую с вала механическую мощность. Это происходит за счет появления дополнительной зоны магнитного взаимодействия магнитного кольца и ферромагнитного элемента. На фиг.8 и 9 это происходит за счет взаимодействия одного ферромагнитного элемента 9 с двумя (по разные стороны) магнитными (23 и 2) кольцами, а на фиг.10 - двух ферромагнитных элементов 9 и 29 с магнитным кольцом 2. В конструктивной схеме по фиг.8 и 9 представляется возможным дуги выполнить длиной в половину окружности, что предпочтительнее с точки зрения возможности увеличения межзарядного периода при эксплуатации.

Конструктивная схема по фиг.10, позволяющая получить также увеличенную мощность, представляется все же проще (меньше магнитных элементов). На фиг.8 и 9 дуги выставлены в положения, при которых выдается максимальная мощность, а на фиг.10 положение дуг соответствует выключенному состоянию магнитного двигателя.

Таким образом задача упрощения конструкции магнитного двигателя решена. В отличие от прототипа в предложенном магнитном двигателе отсутствует вспомогательный привод, отсутствует храповой механизм, многократно уменьшено количество постоянных магнитов.

Формула изобретения

1. Двигатель, содержащий корпус, магнитный блок, включающий магнитное кольцо, ферромагнитный элемент и вал отбора мощности, отличающийся тем, что магнитный блок включает примыкающую к одной из поверхностей магнитного кольца дугу с противоположной намагниченностью, при этом дуга и кольцо имеют возможность перемещения относительно друг друга, магнитное кольцо закреплено на втулке, внутри которой размещен вал отбора мощности, и имеет контакт с ферромагнитным элементом с возможностью прокатки одного относительно другого, а дуга имеет возможность углового перемещения с помощью ручки.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что магнитное кольцо и дуга снабжены магнитопроводными наконечниками, а магнитное кольцо и взаимный элемент снабжены немагнитными элементами зубчатого зацепления.

3. Двигатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что ферромагнитный элемент выполнен в форме кольца, диаметр которого больше диаметра магнитного кольца при расположении дуги у внутренней поверхности магнитного кольца, либо в форме кольца, диаметр которого меньше диаметра магнитного кольца в случае расположения дуги снаружи магнитного кольца либо в форме усеченного конуса, либо имеет плоскую поверхность.

4. Двигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что он агрегатирован по конструктивной схеме, в которой ферромагнитный элемент выполнен в виде неподвижного кольца, снабженного центральным валом отбора мощности, а с одной из его поверхностей контактируют не менее двух магнитных колец, валы отбора мощности которых соединены с центральным валом отбора мощности.

5. Двигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что он содержит хотя бы одну дополнительную сопряженную пару "магнитное кольцо - дуга" при радиальном расположении магнитных колец с интервалом и при неподвижном одном из магнитных колец, а в интервале между ними размещен кольцевой ферромагнитный элемент с возможностью его обкатки по неподвижному магнитному кольцу и придания вращения другому магнитному кольцу.

6. Двигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что он содержит хотя бы один комплект элементов, включающий два разнесенных по радиусу ферромагнитных элемента, один из которых неподвижен, а между ними расположено магнитное кольцо с двумя дугами с возможностью обкатки магнитного кольца по неподвижному взаимному элементу и приведения во вращение другого взаимного элемента с валом отбора мощности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10