Способ обеспечения зазора в безподшипниковом колесе и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области физики магнетизма и может быть использовано в качестве колеса на магнитной подушке, вместо подшипника качения колеса, применительно к работе подвижного устройства на колесном ходу. В двух соосно расположенных цилиндрических магнитах цилиндрические основания расположены в двух плоскостях, перпендикулярных к их общей оси, а цилиндрические поверхности расположены с воздушным зазором между внешним диаметром центрального и внутренним диаметром периферийного магнитов, при этом магниты стремятся сохранять равномерность зазора при действии на них силы, перпендикулярной их оси при условии радиальных направлений их магнитных потоков. Устройство содержит неподвижный вал и обод колеса, при этом коаксиально неподвижному валу и механически с ним связан внутренний центральный цилиндрический электромагнит, имеющий проточку с расположенной там катушкой, обмотка которой выполнена из изолированного провода из электротехнической стали. Коаксиально центральному электромагниту через воздушный зазор расположен внешний цилиндрический электромагнит, механически связанный с внутренней поверхностью обода колеса. При этом внутренний электромагнит в верхней части имеет большую площадь боковой цилиндрической поверхности по отношению к нижней части его боковой цилиндрической поверхности. Дополнительно к валу колеса прикреплен конечный выключатель, подающий сигнал на включение дополнительной катушки, расположенной в верхней части внутреннего электромагнита. Технический результат – обеспечение устойчивого магнитного подвеса по всем трем координатам в пространстве. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области физики магнетизма и может быть использовано в качестве колеса на магнитной подушке, вместо подшипника качения колеса, применительно к работе подвижного устройства на колесном ходу.

Известно использование электростатической и магнитной подушки во вращающихся системах, например в гироскопах [1-6]. Так, в случае электростатического подвеса ротора гироскопа в форме шара поверхность шара выполняется из диэлектрика, и поддерживающее электрическое поле индуцирует на нем электрические заряды противоположного знака, в результате чего всегда возникает притягивающая сила. Для подвешивания тел это свойство непосредственно использовать нельзя, так как, согласно теореме Ирншоу, статическое равновесие тел, притягивающихся друг к другу по закону обратных квадратов, всегда неустойчиво. Для создания устойчивого подвеса используют регулируемое поле. То же самое имеет место и для магнитных подвесов, когда ротор выполняется из ферромагнетика. Если же ротор изготавливать из диамагнитного материала, то подвес может быть устойчивым и без дополнительного регулирования магнитного поля (пассивный подвес). Эта схема подвеса нашла применение в так называемом криогенном гироскопе, в котором в условиях сверхнизких температур материал шара - ниобий -переходит в сверхпроводящее состояние, при этом он становится идеальным диамагнетиком. Внутрь такого материала магнитное поле не проникает. Само поле создается токами, циркулирующими в сверхпроводнике без потерь.

Известен Российский патент №2431573 колесо на магнитной подушке, где само название отличает его от предлагаемого технического решения. Да и устройство колеса является сложным, а значит, при производстве обладающим значительной себестоимостью.

Это свойство магнитов используется в качестве прототипа заявляемому техническому решению, использующему свойство отталкивания или притяжения между обращенными друг к другу одноименными или разноименными магнитными полюсами двух магнитов.

Целью изобретения является обеспечение устойчивого магнитного подвеса колеса по всем трем координатам в пространстве.

Указанная цель достигается тем, что в двух соосно расположенных цилиндрических магнитах, цилиндрические основания которых расположены в двух плоскостях, перпендикулярных их общей оси, а цилиндрические поверхности расположены с воздушным зазором между внешним диаметром центрального и внутренним диаметром периферийного магнитов, при этом магниты стремятся сохранять равномерность зазора при действии на них силы, перпендикулярной их оси при условии радиальных направлений их магнитных потоков.

На фиг 1 и 2 изображены без подшипниковое колесо и совмещенное с ним устройство торможения колеса, осуществляемое необходимостью при превышении скорости транспортного средства от действия на него некоторой горизонтально действующей силы или при экстренной остановки транспортного средства. Они содержат неподвижный ступенчатый вал 1 с закрепленными на нем, например, неодимовым центральным цилиндрическим магнитом 2 во впадине которого намотана катушка индуктивности 4 и магнитопровод 6 выполненный из электротехнической стали с полюсными наконечниками во впадине которого так же содержится катушка 8, причем с целью повышения эффективности работы катушки 4 и 8 намотаны изолированным проводом из электротехнической стали. Коаксиально центральному магниту 2 с зазором 9 расположен периферийный магнит 3, а коаксиально магнитопровода 6 с этим же зазором 9 расположены выполненные из электротехнической стали пластины 7. Периферийный магнит и 3 и пластины 7 закреплены к внутренней поверхности обода 5 колеса. Если магниты 2 и 3 не намагничены, то после сборки устройства их намагничивают пропуская ток через катушку 4. При этом между магнитами образуется заданный воздушный зазор 9.

Работа устройства заключается в том, что при действии на вал колеса или на салон транспортного средства жестко механически связанный с валом колеса происходит передвижение транспортного средства в направлении действующей горизонтальной силы. При значительных вертикальных нагрузках превышающих силу удержания магнитами зазора произойдет верхнее контактирование периферийного и центрального магнитов. С целью исключения контактирования предусмотрен конечный включатель 11, который при уменьшении верхнего зазора включает дополнительное подмагничивание с помощью катушек 4 и 10, при этом для увеличения противодействующей весовой силе верхняя поверхность центрального магнита имеет увеличенную поверхность по отношению к нижней поверхности. В случае необходимости торможения транспортного средства подаем напряжение на катушку 8.

Возникающий магнитный поток в магнитопроводе 6-7 в отличии от вращающего магнитного поля электродвигателя противодействует вращению а потому происходит торможение транспортного средства эффективность которого зависит от мощности тормозного устройства при которой колесо прекращает вращение.

Заявляемое устройство может быть использовано в составе движущегося объекта. Для увеличения грузоподъемности объекта можно использовать несколько расположенных на одной оси колес. Применение таких колес не требует использования подшипников качения, смазка которых исключается при условии функционирования движущихся объектов как в воздушном так и в вакуумном пространстве, например при работе их на лунной поверхности. Одновременно следует отметить, что применение таких колес не связано с необходимостью использования амортизаторов подвижного устройства, двигающегося по неровной поверхности, поскольку сами такие колеса выполняют роль пружинных подвесок, смягчают тряску при езде по пересеченной местности. Это также создает дополнительно положительный эффект от использования заявляемого технического решения.

Литература

1. Булгаков Б.В. Прикладная теория гироскопов. 3 изд., М., 1976.

2. Николаи Е.Л. Гироскоп в кардановом подвесе. 2 изд., М., 1964.

3. Малеев П.П. Новые типы гироскопов. Л., 1971.

4. Магнус К. Гироскоп. Теория и применение, пер. с нем. М., 1974.

5. Ишлинский А.Ю. Ориентация, Гироскопы и инерциальная навигация. М., 1976.

6. Климов Д.М., Харламов С.А. Динамика гироскопа в кардановом подвесе. М., 1978.

7. Тормозная система см. сайт https://ru.wikipedia.orq/wiki/%D0%A2%D0%BE%Dl%80%D0%BC%D0%BE%D0%B7%D0%BD%D0%B0%D1%8F%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0

1. Способ обеспечения воздушного зазора в безподшипниковом колесе, заключающийся в том, что в двух соосно расположенных цилиндрических магнитах цилиндрические основания расположены в двух плоскостях, перпендикулярных к их общей оси, а цилиндрические поверхности расположены с воздушным зазором между внешним диаметром центрального и внутренним диаметром периферийного магнитов, при этом магниты стремятся сохранять равномерность зазора при действии на них силы, перпендикулярной их оси при условии радиальных направлений их магнитных потоков.

2. Устройство по п. 1, содержащее неподвижный вал и обод колеса, отличающееся тем, что коаксиально неподвижному валу и механически с ним связан внутренний центральный цилиндрический электромагнит, имеющий проточку с расположенной там катушкой, обмотка которой выполнена из изолированного провода из электротехнической стали, коаксиально центральному электромагниту через воздушный зазор расположен внешний цилиндрический электромагнит, механически связанный с внутренней поверхностью обода колеса.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что внутренний электромагнит в верхней части имеет большую площадь боковой цилиндрической поверхности по отношению к нижней части его боковой цилиндрической поверхности.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что к валу колеса прикреплен конечный выключатель, подающий сигнал на включение дополнительной катушки, расположенной в верхней части внутреннего электромагнита.