Полезная модель относится к отраслям машиностроения, транспортных средств, приборостроения, строительства и может быть использована в технике тушения механических колебаний.

Из уровня техники известна магнитная пружина (Авторское свидетельство SU 1188392, МПК F16F6/00, опубл. 30.10.1985 г.), содержащая соосно установленные неподвижную и подвижную части, каждая из которых имеет постоянные магниты, направленные одноименными полюсами друг к другу, которая отличается тем, что, с целью улучшения упругой характеристики, в ее неподвижной части выполнено отверстие, а она сама снабжена жестко связанной с подвижной частью и установленной с зазором в отверстии трубой из немагнитного материала и размещенным в ней магнитом, установленным одноименным полюсом навстречу аналогичному полюсу постоянного магнита подвижной части. Указанная пружина не обеспечивает равномерного гашения колебаний на всем участке демпфирования.

Известная магнитная пружина (Патент Украины NQ958, МПК F16F 6/00, опубл. 16.07.2001, Бюл. Ns6), содержащая расположенные соосно и установлены с возможностью поступательного взаимного перемещения и взаимодействия магнитные элементы, которые образуют магнитную цепь, один из магнитных элементов имеет форму стакана с дном из магнитомягкого материала и частично или полностью охватывает внутренний магнитный элемент, изготовленный из намагниченного магнитотвердого материала, в которой охватывающий элемент полностью выполнен из магнитомягкого материала и является магнитопроводом, а намагниченность внутреннего элемента осуществлена поперек направления его движения относительно охватывающего элемента. Недостатками данного технического решения является небольшая мощность и негибкая силовая характеристика.

Известная магнитная пружина (Авторское свидетельство SU МПК F16F6/00, опубл. 23.04.1983), содержащая кольцевой постоянный магнит, намагниченный таким образом, что он имеет три точки с экстремальным значением магнитной индукции вдоль продольной оси и ферромагнитное тело, установленное с помощью направляющих так, что его центр тяжести расположен на продольной оси в точке с экстремальным значением магнитной индукции. В пружине с целью расширения функциональных возможностей, внутренний радиус кольцевого постоянного магнита выполнен больше максимального размера ферромагнитного тела, центр тяжести которого расположен в одной из двух точек с экстремальным значением магнитной индукции, симметричной относительно точки с максимальным значением магнитной индукции. В такой конструкции очень ограниченный диапазон полезного перемещения, в результате чего КПД очень малый.

Известная магнитная пружина (Патент Украины Ns83234, МПК F16F 6/00, опубл. 27.08.2013, Бюл. N°16), содержащая расположенные соосно и установлены с возможностью поступательного взаимного перемещения и взаимодействия магнитные элементы в форме коаксиальных колец в поперечном разрезе, которые образуют магнитную цепь; один из магнитных элементов - внешний, имеет форму трубки, которая частично или полностью охватывает внутренний магнитный элемент, при его рабочем перемещении, в которой внешний и внутренний элементы являются постоянными магнитами, причем внутренний магнитный элемент выполнен из магнитотвердого материала в форме цилиндра с длиной больше или меньше длины внешнего элемента и имеет параллельную намагниченность вдоль направления его движения относительно внешнего магнитного элемента. Недостатками данного технического решения является небольшая мощность и негибкая силовая характеристика. Данное техническое решение избранное за прототип.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является разработка магнитной пружины, в которой благодаря новой предложенной конструкции достигается повышение рабочего усилия пружины (почти в два раза по сравнению с прототипом) и с более гибкой силовой характеристикой и возможность существенно влиять (изменять) на форму силовой характеристики пружины и длину хода.

Поставленная задача решается тем, что предложена магнитная пружина, содержащая внешний постоянный трубчатый магнит с намагничиванием вдоль оси симметрии, внутри которого расположен контейнер из немагнитного материала, в котором размещено одноименными полюсами друг к другу два постоянных внутренних магнита (первый и второй), в которой согласно полезной модели первый внутренний магнит, который частично или полностью находится в трубчатом магните, имеет намагниченность антипараллельную намагниченности трубчатого магнита, а второй внутренний магнит, который в исходном положении пружины находится за пределами трубчатого магнита, имеет намагниченность параллельную намагниченности трубчатого магнита, дополнительно между соприкасающимися торцами первого и второго внутренних магнитов расположена немагнитная прокладка толщиной от 0,01L до L (где L - длина трубчатого магнита), а на торце трубчатого магнита, где первый внутренний магнит в исходном положении не выходит из трубчатого магнита, установленный торцевой магнитоп овод.

Кроме того, внутрь контейнера из немагнитного материала установлен дополнительный третий постоянный внутренний магнит, имеющий намагниченность параллельную намагниченности трубчатого магнита, а между соприкасающимися торцами первого и третьего внутренних магнитов расположена немагнитная прокладка толщиной от з 0, OIL до L (где L - длина трубчатого магнита).

Кроме того, торцевой магнитопровод выполнен составным: одна его часть закреплена на торце первого внутреннего магнита, а вторая закреплена на торце трубчатого магнита.

Кроме того, между торцевым магнитопроводом и первым внутренним магнитом расположена немагнитная прокладка толщиной от 0,01L до 0,9 L (где L - длина трубчатого магнита).

Кроме того, между двумя частями магнитопровода выполнен зазор.

Кроме того, внешний трубчатый магнит выполнен в виде обычного или деформированного тела вращения или прямоугольной призмы или усеченной пирамиды или их комбинации.

Кроме того, трубчатый магнит выполнен с полостью с одинаковым поперечным сечением, причем направление полости совпадает с направлением намагничивания трубчатого магнита.

Кроме того, поперечное сечение полости трубчатого магнита является многоугольником или крутом или эллипсом.

Кроме того, поперечное сечение внутренних магнитов подобное по форме поперечного сечения полости трубчатого магнита и имеет меньшие размеры.

Кроме того, контейнер с внутренними магнитами установлен с возможностью движения вдоль оси симметрии внешнего магнита.

Кроме того, контейнер с внутренними магнитами неподвижно закреплено относительно внешнего магнита, а внутренние магниты дополнительного закреплены между собой.

Кроме того, внешний трубчатый магнит и внутренние магниты выполнены составными.

Кроме того, контейнер с внутренними магнитами выполнен с возможностью движения через неподвижные катушки или кольца с небольшим электрическим сопротивлением, которые расположенные по меньшей мере с одного торца внешнего магнита, для демпфирования механического движения пружины.

Конструктивное исполнение в предложенном техническом решении внутреннего магнита, который частично или полностью находится в трубчатом магните, с намагниченностью антипараллельной намагниченности трубчатого магнита, позволяет создать пружину, которая объединяет две пружины (на вталкивания и выталкивания) с использованием всего одного трубчатого магнита. Причем силовые характеристики такой объединенной пружины очень сильно зависят от толщины немагнитной прокладки между соприкасающимися торцами первого и второго, первого и третьего внутренних магнитов. Экспериментальные характеристики такой пружины будут приведены ниже.

Полезная модель поясняется чертежами, где на Фиг.1 схематично изображено конструкцию магнитной пружины с двумя внутренними магнитами, на Фиг.2 схематично изображено конструкцию магнитной пружины с тремя внутренними магнитами, на Фиг.З показано сечение по А-А Фиг.1, на Фиг.4-7 показаны силовые характеристики пружины при разной толщине немагнитной прокладки между первым и вторым внутренними магнитами.

Магнитная пружина (как показано на Фиг.1) содержит внешний постоянный трубчатый магнит 1 из намагничиванием вдоль оси симметрии, внутри которого расположен контейнер 2 из немагнитного материала, в котором размещено одноименными полюсами друг к другу первый внутренний магнит 3 и второй внутренний магнит 4. Первый внутренний магнит 3, который частично или полностью находится в трубчатом магните 1 имеет намагниченность антипараллельную намагниченности трубчатого магнита 1, а второй внутренний магнит 4, который в исходном положении пружины находиться за пределами трубчатого магнита 1 имеет намагниченность параллельную намагниченности трубчатого магнита 1. Дополнительно между соприкасающимися торцами первого 3 и второго 4 внутренних магнитов расположена немагнитная прокладка 5, толщиной от 0,01L до L (где L - длина трубчатого магнита). На торце трубчатого магнита 1, где первый внутренний магнит 3 в исходном положении не выходит из трубчатого магнита, установленный торцевой магнитопровод 6. Между торцевым магнитопроводом 6 и первым внутренним магнитом расположена немагнитная прокладка 7, толщиной от 0,01L до 0,9 L, (где L - длина трубчатого магнита).

Магнитная пружина (как показано на Фиг.2) имеет такую конструкцию: внутрь контейнера 2 из немагнитного материала установлен дополнительный третий постоянный внутренний магнит 8, который имеет намагниченность параллельную намагниченности трубчатого магнита 1, а между соприкасающимися торцами первого и третьего внутренних магнитов 8 расположена немагнитная прокладка 9, толщиной от 0,01L до L (где L - длина трубчатого магнита).

Немагнитная прокладка 9 и магнитопровод 6 нужны для изменения силовой характеристики магнитной пружины.

Торцевой магнитопровод может быть выполнен составным: одна его часть закреплена на торце первого внутреннего магнита 3, а вторая закреплена на торце трубчатого магнита 1. Кроме того, возможно выполнение зазора (не показан) между двумя частями магнитопровода.

Внешний трубчатый магнит 1 выполнен в виде обычного или деформированного тела вращения или прямоугольной призмы или усеченной пирамиды или их комбинации. Кроме того, трубчатый магнит 1 выполнен с полостью с одинаковым поперечным сечением, причем направление полости совпадает с направлением намагничивания трубчатого магнита. А поперечное сечение полости трубчатого магнита 1 б является многоугольником или кругом или эллипсом. Также поперечное сечение внутренних магнитов подобное по форме поперечного сечения полости трубчатого магнита и имеет меньшие размеры. На Фиг.З показаны различные варианты выполнения трубчатого магнита 1 и внутреннего магнита 3.

Оба постоянных магнита 3 и 4 расположены в немагнитном контейнере 2, который может свободно двигаться вдоль оси симметрии внешнего магнита 1 вместе с магнитопроводом 6 или его частью (как показано на Фиг.1). Также постоянные магниты 3, 4 и 8 расположены в немагнитном контейнере 2, который может свободно двигаться вдоль оси симметрии внешнего магнита 1 (как показано на Фиг.2).

Также в одном из вариантов реализации полезной модели контейнер с внутренними магнитами передвигается сквозь неподвижные катушки или кольца с небольшим электрическим сопротивлением, которые расположенные по меньшей мере с одного торца внешнего магнита, для демпфирования механического движения пружины.

Немагнитный контейнер 2 удерживает внутренние магниты от взаимного отталкивания, а также не допускает нежелательных сдвигов внутренних магнитов в направлениях перпендикулярных оси симметрии всей конструкции. Имеется возможным и другой вариант конструкции, когда контейнер 2 не может двигаться относительно трубчатого магнита 1, а внутренние магниты передвигаются внутри контейнера. В этом случае внутренние постоянные магниты требуют дополнительного крепления между собой для содержания соответствующего расстояния между их торцами (например с помощью немагнитной оси, проходящей через технологическое отверстие в центре внутренних магнитов и немагнитной прокладки).

Пружина (Фиг.1) лучше всего работает на сжатие. На растяжение ее усилия заметно меньше. Для того, чтобы она работала и на растяжение нужно или перевернуть ее на 180 градусов (сделать нижний конец верхним) или дополнить ее третьим внутренним постоянным магнитом вместо торцевого магнитопровода таким образом, чтобы сделать пружину симметричной относительно плоскости перпендикулярной к оси движения магнитов (как показано на Фиг.2). Намагниченность дополнительного постоянного магнита 8 имеет то же направление, что и намагниченность внешнего магнита 1. Длины всех внутренних магнитов могут быть разными, как и толщины немагнитных прокладок между внутренними магнитами.

Ниже приведены примеры работы предложенной пружины.

Пример 1.

В случае (как показано на Фиг.1), когда ко второму внутреннему магниту 4 приложено внешнее усилие F (в направлении вниз), то все внутренние магниты смещаются на некоторое расстояние. В новом положении второй внутренний магнит 4 выталкивается полем внешнего трубчатого магнита 1 в исходное положение, а первый внутренний магнит 3 втягивается у внешний трубчатый магнит 1. Эти две силы складываются в одну, которая пытается повернуть внутренние магниты 3 и 4 в исходное положение.

В случае (как показано на Фиг.2), когда ко второму внутреннему магниту 4 приложено внешнее усилие F (в направлении вверх), то все внутренние магниты смещаются вверх на некоторое расстояние. В новом положении третий внутренний магнит 8 выталкивается полем внешнего трубчатого магнита 1 в исходное положение, а первый внутренний магнит 3 втягивается у внешний трубчатый магнит 1. Эти две силы складываются в одну, которая пытается вернуть внутренние магниты в исходное положение.

В первом случае, пружина лучше работает на сжатие (полное усилие), а при растяжении работает только первый внутренний магнит 3 (второй 4 не работает, так как удаляется от внешнего, а третий внутренний магнит 8 вообще отсутствует). Поэтому усилие растяжения составляет только примерно половину полного усилия пружины.

Как было доказано на практике на смену вида силовых характеристик влияет соотношение длин внутренних магнитов 3 и 4, но это влияние значительно меньше, чем влияние, вызванное изменением толщины немагнитной прокладки 5 между ними. На макетах экспериментально определились длина хода и форма силовых характеристик пружин в зависимости от расстояния между внутренними постоянными магнитами (то есть толщиной немагнитной прокладки 5). Оказалось, что форма кривых очень сильно зависит от расстояния между внутренними магнитами.

Полученные характеристики приведены на Фиг.4-7. На Фиг.4 ход пружины максимальный, но усилие небольшое (высота немагнитной прокладки 60 мм). По мере уменьшения расстояния между внутренними магнитами появляется узкий центральный максимум (Фиг.5). Затем этот максимум становится шире (Фиг.6) и переходит в полочку (горизонтальную область) (Фиг.7) при расстоянии между магнитами 20 мм.

Предложенная конструкция магнитной пружины является наиболее перспективной для конкретных применений, так как при небольшом увеличении веса пружины (за счет использования второго внутреннего магнита) происходит значительное увеличение рабочего хода или величины силы втягивания-вытягивания. Можно значительно повысить усилия втягивания-вытягивания, убрав или сильно уменьшив немагнитную прокладку между внутренними магнитами.

Конструкция магнитной пружины предусматривает использование известных из уровня техники материалов и технологий производства и не препятствует получению технического результата, для осуществления которого направлена предложена полезная модель.