Изобретение относится к устройствам для преобразования энергии, в частности к электромагнитным двигателям для поступательного перемещения.

Во многих электромагнитных устройствах энергия магнитного поля используется для создания электромагнитных сил, вызывающих перемещение подвижных частей и совершающих механическую работу. Такие электромагнитные устройства называются электромагнитными двигателями (ЭМД) и используются они в электромашиностроении.

Известен ЭМД, состоящий из подвижных электромагнитов с обмоткой, расположенных параллельным образом внутри полукольцевого корпуса и из системы замыкающих и размыкающих контактов, установленных на средней стене корпуса. Электромагниты размещены с возможностью перемещения и кинематические не связаны между собой и корпусом двигателя [1]

Недостатком описанного ЭМД является то, что магнитные силы создаваемые электромагнитами выполненными по горшкообразной конструкции не являются эффективными для перемещения электромагнитов по определенной траектории, а сплошное соприкосновение поверхностей электромагнитов к внутренним частям корпуса уменьшает скорость перемещения электромагнитов и, в итоге, понижается коэффициент преобразования электромагнитной энергии двигателя в механическую. Кроме того, при перемещениях, контакты электромагнитов обтачивают лентообразные контакты, которые установлены на средней стене корпуса и наносят удары непосредственно контактам двухпозиционного ключа, а при разрывах между ними появляются самоиндукционные токи, порождающие искры. Так как механическая прочность контактов, выполненных из материалов с высокой электропроводностью, невысока, то они быстро разрушаются. А наполовину выполненная передняя стена значительно уменьшает конструктивную прочность корпуса. Все это снижает надежность двигателя в целом.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в снижении сложности конструкции, а также повышении коэффициента полезного действия и надежности электромагнитного двигателя.

Эта задача, согласно изобретению, решается тем, что в электромагнитном двигателе, содержащем два подвижных электромагнита, выполненных в виде сегментов кольца, имеющих одинаковые размеры и вес и параллельно расположенные в полукольцевом корпусе, согласно изобретению, электромагниты выполнены в дугообразной конструкции и удерживаются в исходном состоянии посредством упругих элементов, которые зафиксированы на средней и задней стене корпуса, при этом к крайним поверхностям электромагнитов закреплены криволинейные ребра и в передней стене корпуса установлены амортизаторы, а к местам электрических выходов электромагнитов закреплены трубки и соединяющие провода, проходящие через эти трубки; связывают обмотки электромагнитов с системой управления, которая размещена в перегородке, находящейся между передними и средними стенами корпуса, причем провода верхнего электромагнита непосредственно соединены к релейному механизму, а провода нижнего электромагнита с середины жестко зафиксированы к стержню, который установлен на головной части контроллера, смонтированного над основанием.

Конструкция электромагнитов во многом определяют их направления взаимодействии и длину свободных пробегов при перемещениях, поэтому для электромагнитов данного типа двигателя наиболее подходящим является дугообразная конструкция. Выполнение электромагнитов одного размера и веса обусловлено тем, чтобы их удары по передней стене корпуса осуществлялись с равнодействующей силой.

Технический результат заключается в следующем:

- Выполнение подвижных электромагнитов в дугообразной конструкции позволяет получить магнитные силы, направления которых совпадает с направлением передвижения электромагнитов.

- Связывание электромагнитов к средней и задней стене корпуса с помощью упругих элементов позволяет поддерживать электромагниты в исходном состоянии и обеспечивает их возвращение в начальное положение после выключения двигателя.

- Размещение системы управления и релейного механизма в перегородке, находящейся между передними и средними стенами корпуса обеспечивает компактность двигателя.

- Выполнение передней стены в целом форме обеспечивает конструктивную прочность корпуса.

- Использование в качестве управляющего устройства контроллера обеспечивает достаточно простое и четкое регулирование работы двигателя.

- Установка трубки к местам электрических выходов электромагнитов позволяет исключить повреждения соединительных проводов при вращении электромагнитов и обеспечивает их поддерживание прямолинейно для осуществления работы контроллера.

- Размещение ребра на крайней поверхности электромагнитов позволяет максимально уменьшить площади соприкасающихся поверхностей внутри двигателя.

- Установка амортизаторов на передней стене корпуса обеспечивает повышение значения модуля упругости силы ударов и дополнительно способствуют возвращению электромагнитов в исходное состояние, а также уменьшает шумы, появляющихся при ударах.

з На фиг.1 - дано схематическое изображение ЭМД предлагаемой конструкции, вид сверху.

На фиг.2 - то же, вид сбоку.

На фиг.З - показан контроллер, вид снизу.

ЭМД содержит замкнутый корпус 1, выполненный в виде полукольца и двух подвижных электромагнитов 2 и 3 выполненных в виде сегментов кольца. Электромагниты 2 и 3 имеют одинаковые размеры и вес и расположены параллельно боковым поверхностям между средней 4 и задней 5 стенами корпуса, с возможностью перемещения. Передняя стена 6 корпуса выполнена в полнотелом форме, а внутренняя строения электромагнитов 2 и 3 выполнены в дугообразной конструкции. Электрические выходы электромагнитов выполнены в их передних частях и к этим выходам закреплены трубки 7. В средней стене 4 корпуса выполнены две широкие прорези 8 и трубки 7 проходя через эти прорези 8 выходят в перегородку, находящуюся между передней 6 и средней 4 стенами корпуса. Соединительные провода электромагнитов 2 и 3 переходя через трубки 7, связаны к релейному механизму 9. Релейный механизм 9 состоит из обычного реле (не показано) любой известной конструкции и его функцией является включение и выключение рабочих токов к обмоткам электромагнитов. При этом, провода нижнего электромагнита 3 с середины зафиксированы к стержню 10, который установлен над головкой 11 контроллера 12. Контроллер 12 прослеживает за изменениями в угловых перемещениях электромагнитов и в соответствии с этим изменениям формирует электрические сигналы для управления работой релейного механизма 9, так как эти устройства электрически связаны. Контроллер 12 содержит поворотоспособный U-образный контакт 13, который зафиксирован в кожухе 14 устройства и два лентообразных контакта 15, симметрично установленные относительно друг-друга на нижнем конце головки 11. U-образный контакт 13 имеет две позиции перехода, а головка 11 контроллера 12 выполнена в виде полого цилиндра из диэлектрического материала и в конце имеет выступ 16, который размещен между лентообразными контактами 15. Стержень 10 и выступ 16 головки 11 установлены на одной линии и таким образом, чтобы при исходном состоянии электромагнитов, эти элементы становились перпендикулярно к передней стене 6 корпуса. Лентообразные контакты 15 выполнены от краёв выступа 16 до точки соприкосновения сторон U-образного контакта 13 с головкой 11, в исходном состоянии электромагнитов 2 и 3. Кожух 14 контроллера 12 смонтирован над основанием 17 и установлен в центральной части перегородки. Электромагниты 2 и 3 поддерживаются в исходном состоянии посредством упругих элементов 18, при этом последние зафиксированы с одной стороны на задней части электромагнитов 2 и 3, а с другой стороны - на средней 4 и задней стене 5 корпуса. Для повышения значений модуля силы упругости ударов, на передней стене 6 корпуса установлены амортизаторы 19 и внутренность корпуса 1 заполнена некоторым количеством технического масла. Для уменьшения площадей соприкосающися поверхностей электромагнитов 2 и 3 с внутренними частями корпуса 1, над крайними поверхностями электромагнитов 2 и 3 закреплены криволинейные ребра 20, а их профиль выполнен сходным с формой средней 4 и задней 5 стены корпуса 1 и для еще большего уменьшения поверхностей рёбер 20, над ними выполнены последовательные и длинные прорези. Габариты электромагнитов 2 и 3 занимают до 60% внутреннего объема корпуса 1, остальная свободная часть которого предназначена для перемещения электромагнитов 2 и 3. Двигатель питается постоянным током и провода внешнего источника тока (не показаны) соединены к релейнему механизму 9, а к цепи контроллера 12 подается маломощный ток от релейного механизма 9. Обмотки электромагнитов подключены к источнику тока в том направлении, чтобы при исходном состоянии электромагнитов 2 и 3, между их противоположно стоящими полюсами возникли одноименные магнитные силы.

Работа ЭМД осуществляется следующим образом.

В нерабочем состоянии двигателя, электромагниты 2 и 3 находятся в центральной части корпуса 1 под упором упругих элементов 18 и в этом положении провода нижнего электромагнита 3 придерживают стержень 10 контроллера 12 перпендикулярно к передней стене 6 корпуса. При таком состоянии контроллера 12, его U-образный контакт 13 в той или иной позиции находится в соприкосновении с одним из лентообразных контактов 15 и таким образом, контакты контроллера 12 являются замкнутыми. Поэтому, при подключении двигателя к источнику тока, контроллер. 12 сразу замыкает релейный механизм 9 и последний, в свою очередь, включает рабочий ток к обмоткам электромагнитов. При этом, между электромагнитами 2 и 3 возникают магнитные силы, так как между противоположно стоящими полюсами электромагнитов 2 и 3 появляются одноименные магнитные силы, а между удаленными полюсами - разноименные магнитные силы. В результате, противоположно стоящие полюса начинают отталкиваться друг от друга и притягиваться к отдаленно стоящим полюсам, так эти силы приводят электромагниты 2 и 3 в криволинейно поступательное движение в противоположные стороны. Таким образом, электромагниты 2 и 3 : начинают совершать поворотные перемещения в направлении передней стены 6 корпуса и при приближении к стене, выступ 16 находящийся на головке 11 контроллера 12 раньше достигает U-образного контакта 13 и толчком переводит его в другую позицию. Из-за поворачивания головки 11 на 45° градусов, лентообразный контакт 15 находящийся в ее противоположной стороне, уходит от своей прежней позиции. Поэтому же, несмотря на соприкосновение U-образного контакта 13 с противоположной стороной головки 11, между этим контактом и лентообразным контактом 15 соприкосновение не происходит и в этом случае, управляющий сигнал, идущий от контроллера 12 к релейному

б механизму 9 прерывается. В результате, обмотка электромагнитов становится разъединенной от источника тока и магнитные силы исчезают, но получившие большие инерционные силы, электромагниты 2 и 3, продолжая свои угловые движения наносят удары по передней стене 6 корпуса. Причем удары электромагнитов получаются с равнодействующей силой, так как они были выполнены одного размера и веса. Отдавая стене корпуса 1 равные импульсы, электромагниты 2 и 3 отталкиваются назад амортизаторами 20 и при возвращении в исходное состояние после совершения рабочего хода, они достигают центральной части корпуса. При достижении точки равностояния, электромагниты 2 и 3 по инерции проходят и это состояние, теперь начиная отдалятся друг от друга в обратном направлении. В это время, в контроллере 12 из-за поворачивания головки 11 обратно, лентообразный контакт 15 находящийся в ее противоположной стороне, возвращается на свою прежнюю позицию и приходит в соприкосновение с U-образным контактом 13. При этом, контроллер 12 замыкает релейный механизм 9 и последний, в свою очередь, включает рабочий ток к обмоткам электромагнитов. Таким образом, между электромагнитами 2 и 3 снова создаются магнитные силы и эти силы теперь увеличивают расхождение электромагнитов 2 и 3 друг от друга в обратные стороны. Электромагниты 2 и 3 заново совершают поворотные перемещения в направлении передней стены 6 корпуса и при приближении к стене, выступ 16 находящийся на головке И контроллера 12 раньше достигает U-образного контакта 13 и толчком переводит его в другую позицию. В результате, обмотки электромагнитов становятся разъединенными от источника тока и магнитные силы исчезают, но электромагниты 2 и 3 продолжают свои угловые перемещения и наносят удары по передней стене 6 корпуса. После ударов они возвращаются в исходное состояние под воздействием упругих элементов 18 и так, после каждого удара выше изложенные процессы снова начинают повторятся в той же последовательности. В результате сложения этих равнодействующих от двух подвижных электромагнитов получают результирующую силу, равную геометрической сумме импульсов инерционных сил, обеспечивая количество движения, необходимое для осуществления перемещения в заданном направлении. Посредством изменения напряжения и силы тока, подаваемого на обмотку электромагнитов задается закон перемещения ЭМД.

Значительным преимуществом предлагаемой констукции является более эффективные преобразования электромагнитной энергии двигателя в механическую, а также повышенная надежность и простота элементов по сравнению с известным устройством.

Источник информации

1. Международная заявка под номером WO 2009/039593

опубликованы в 14.05.2009 (прототип).