Маховик переменного момента инерции

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкции автомобилей и в системах ориентации искусственных спутников Земли. Сущность изобретения заключается в том, что маховик переменного момента инерции содержит полую камеру в виде усеченного конуса, заполненную рабочим телом. В устройство дополнительно введены первый и второй управляющие электромагниты переменного тока, блок управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими электромагнитами переменного тока, и датчик положения рабочего тела, выход которого соединен обратной связью с блоком управления. Внутренняя поверхность полой камеры выполнена в виде системы чередующихся соосных усеченных конусов, попеременно направленных вершинами в сторону меньшего или большего основания камеры. Первый конус у меньшего основания камеры направлен вершиной к большему основанию, а первый конус у большего основания - к меньшему. По направлению от меньшего основания к большему диаметры конусов увеличиваются, а высота уменьшается. Техническим результатом является управление моментом инерции маховика в широком диапазоне независимо от скорости его вращения и экономия электроэнергии при его использовании. 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкции автомобилей и в системах ориентации искусственных спутников Земли.

Известен "Маховик переменного момента инерции с вертикальной осью вращения" (А.С. СССР №1499005, МКИ F 16 F 15/30, 1989), содержащий вал, установленные на нем концентрично камеры в форме усеченного конуса, закрепленные на их больших основаниях, и соединенные посредством отверстий в последних камеры в виде полых цилиндров, установленные изнутри на стенках цилиндрических камер кольца из материала, обеспечивающего переменную вместимость полостей, причем кольца выполнены из недеформируемого открытопористого материала.

Недостатком данной конструкции является малая скорость изменения момента инерции из-за малой скорости вытекания жидкости из пор колец открытопористого материала под действием силы тяжести при уменьшении скорости вращения маховика.

Известен также "Маховик переменного момента инерции с вертикальной осью вращения" (А.С. СССР №1221405, МКИ F 16 F 15/30, 1986), содержащий вал с закрепленными на нем внешней, имеющей радиальные перегородки, и внутренней концентрическими секциями, сообщающимися в нижней части трубкой с гидравлическим диодом и частично заполненными рабочим телом, причем во внутренней секции уровень рабочего тела выше, чем во внешней.

Недостатками данной конструкции являются сложность конструкции, содержащей труднодоступный для ремонта гидравлический диод внутри замкнутой емкости, а также малый диапазон изменения момента инерции из-за небольшого отношения масс рабочего тела и корпуса устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является "Маховик переменного момента инерции" (Патент РФ №2147700, МПК F 16 F 15/30, 2000), содержащий полую камеру в виде усеченного конуса, заполненную намагничивающимся рабочим телом, и закрепленный на меньшем основании конуса постоянный магнит. При вращении маховика рабочее тело под действием центробежных сил, превышающих магнитные, устремляется к большему основанию камеры, увеличивая момент инерции устройства. При уменьшении оборотов маховика, когда магнитные силы окажутся меньше центробежных, рабочее тело притягивается к меньшему основанию камеры, уменьшая момент инерции устройства.

Недостатком прототипа является управление моментом инерции маховика только посредством изменения скорости его вращения, что сужает сферу применения маховиков этого типа, ограничивая скорость изменения момента инерции из-за нерегулируемой силы притяжения постоянного магнита, ослабевающей с увеличением расстояния и не обеспечивая высокой точности изменения из-за управления моментом инерции путем торможения или разгона маховика.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленного изобретения, является возможность управления моментом инерции маховика в широком диапазоне независимо от скорости вращения маховика и экономия электроэнергии при его использовании, что позволит существенно расширить сферу его применения, увеличить скорость и точность изменения момента инерции.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является возможность управления моментом инерции маховика независимо от его скорости вращения, что позволит увеличить скорость изменения момента инерции устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее полую камеру в виде усеченного конуса, заполненную рабочим телом, дополнительно введены: первый и второй управляющие электромагниты переменного тока, блок управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими электромагнитами переменного тока, и датчик положения рабочего тела, выход которого соединен обратной связью с блоком управления, а внутренняя поверхность полой камеры выполнена в виде системы чередующихся соосных усеченных конусов, попеременно направленных вершинами в сторону меньшего или большего основания камеры, при том, что первый конус у меньшего основания камеры направлен вершиной к большему основанию, а первый конус у большего основания - к меньшему.

Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает возможность управления моментом инерции маховика в широком диапазоне независимо от скорости вращения маховика и экономии электроэнергии при его использовании, что позволяет расширить сферу применения устройств данного типа за счет расширения диапазона и повышения скорости и точности изменения момента инерции маховика, а также отключать питание управляющих электромагнитов переменного тока при отсутствии команд на изменение момента инерции, экономя электроэнергию при эксплуатации устройства.

Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам заявленного устройства маховика переменного момента инерции, отсутствуют; следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата и изобретение не основано на:

- дополнении известного устройства-аналога какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно этого дополнения;

- замене какой-либо части устройства-аналога другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения;

- исключении какой-либо части устройства-аналога с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением обычного для такого исключения результата;

- увеличении количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в устройстве именно таких элементов;

- выполнении известного устройства-аналога или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;

- создании устройства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого устройства и связей между ними;

- изменении количественного признака (признаков) устройства и предоставлении таких признаков во взаимосвязи либо изменение вида взаимосвязи, если известен факт влияния каждого из них на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, - следовательно, заявленное изобретение соответствует "изобретательскому уровню".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображена функциональная схема устройства;

на фиг.2 изображено осевое сечение предлагаемого маховика переменного момента инерции.

Устройство содержит полую камеру в виде системы соосных усеченных конусов 1, заполненную рабочим телом 2 (например, магнитной жидкостью или ферромагнитными шариками), и закрепленные на обоих основаниях камеры 1 управляющие электромагниты переменного тока 3, 4. Внутри камеры на большем основании закреплен датчик положения рабочего тела 5. Вне камеры расположен блок управления 6.

Рабочее тело 2 частично заполняет камеру 1, управляющие электромагниты 3 и 4 установлены вне камеры 1 и электрически соединены с выходами блока управления 6, датчик положения рабочего тела 5 установлен внутри камеры и соединен со входом блока управления 6.

Блок управления 6 состоит из измерителя-преобразователя 6.1 (например, переменного резистора), со шкалой, проградуированной в единицах момента инерции, сумматора 6.2 с двумя входами и усилителя 6.3 с выходами по количеству управляющих электромагнитов 3, 4.

Устройство работает следующим образом.

Перед запуском устройства включают управляющий электромагнит 3 на меньшем основании камеры 1, при этом рабочее тело 2 собирается у меньшего основания камеры 1, облегчая раскрутку маховика. Момент инерции устройства при этом минимален. После раскрутки управляющий электромагнит 3 выключают. Рабочее тело 2 под действием центробежной силы прижимается к стенке первого конусного участка камеры 1 и стремится к меньшему основанию камеры 1.

При изменении момента инерции маховика на шкале измерителя-преобразователя 6.1 устанавливается требуемое значение момента инерции устройства. С измерителя-преобразователя 6.1 на первый вход сумматора 6.2 поступает сигнал, соответствующий показанию датчика положения рабочего тела 5, соответствующему требуемому положению рабочего тела 2 при заданном значении момента инерции. В сумматоре 6.2 этот сигнал складывается с показаниями датчика положения рабочего тела 5, поступающими на второй вход сумматора 6.2, и, при наличии разницы, через выход сумматора сигнал поступает на вход усилителя, включающего соответствующий управляющий электромагнит. При совпадении показаний на первом и втором входах сумматора 6.2 управляющие электромагниты 3, 4 выключаются.

После отключения управляющих электромагнитов 3 и 4 рабочее тело 2 распределяется кольцами в окрестностях стыков больших оснований конических участков.

При получении команды на увеличение момента инерции маховика блок управления 6 включает управляющий электромагнит 4. При этом рабочее тело 2 под действием магнитного поля управляющего электромагнита 4 вытягивается из первого конусного участка камеры 1 и, под действием центробежной силы прижимаясь к стенкам второго конического участка, стремится к большему основанию камеры 1.

Для уменьшения ранее увеличенного момента инерции блок управления 6 включает управляющий электромагнит 3. При этом рабочее тело 2 под действием магнитного поля управляющего электромагнита 3 перемещается в сторону меньшего основания.

Как следует из вышеизложенного, достижение управления моментом инерции обеспечивается совместным применением управляющих электромагнитов 3 и 4, датчика положения рабочего тела 5 и блока управления 6 для перемещения рабочего тела 2 по внутренней поверхности камеры 1.

Сопоставление параметров, характеризующих заявленное изобретение и прототип, таких как диапазон изменения момента инерции при постоянной скорости вращения (этот параметр у прототипа отсутствует) и скорость изменения момента инерции (скорость изменения момента инерции определяется отношением между силой притяжения магнитного поля и центробежной силой, и отсутствие возможности регулирования силы притяжения магнитного поля у прототипа не позволяет быстро уменьшить момент инерции устройства при больших оборотах, так как это требует быстрого торможения устройства, или быстро увеличить момент инерции, так как это требует быстрого разгона при постоянно действующем магнитном поле), позволяет сделать вывод, что в заявленном изобретении достигается управление моментом инерции при постоянной скорости вращения маховика.

Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного изобретения выполняются следующие условия:

- средство, воплощающее устройство-изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в машиностроении и космонавтике, а именно в системах ориентации ИСЗ,

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных или других известных до даты подачи заявки средств;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Маховик переменного момента инерции, содержащий полую камеру в виде усеченного конуса, заполненную рабочим телом, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены первый и второй управляющие электромагниты переменного тока, блок управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими электромагнитами переменного тока, и датчик положения рабочего тела, выход которого соединен обратной связью с блоком управления, внутренняя поверхность полой камеры выполнена в виде системы чередующихся соосных усеченных конусов, попеременно направленных вершинами в сторону меньшего или большего основания камеры, первый конус у меньшего основания камеры направлен вершиной к большему основанию, а первый конус у большего основания - к меньшему, причем по направлению от меньшего основания к большему диаметры конусов увеличиваются, а высота уменьшается.