МАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК H02N11/00 

Изобретение относится к базовым элементам машиностроения и может быть использовано в качестве привода машин и механизмов с широким диапазоном мощности, для экологически чистых движетелей, электрогенераторов, транспортеров, совокупности транспортных средств, в качестве исполнительного элемента в устройствах автоматики.

Известен магнитный двигатель, содержащий бескатушечные постоянно намагниченные части для создания момента вращения, экран определенной толщины из материала, сильно уменьшающего действия сил магнитного поля, с выемкой и расположенный с асимметричным смещением относительно магнитных частей таким образом, что при своем движении он находится в основном на большом расстоянии от полюсов этих частей и экранирует их только в области определенного угла поворота, а также привод для вращения экрана [1].

Недостатком известного магнитного двигателя является сложность его конструкции и необходимость в приводе для вращения экрана.

Известен магнитный двигатель, содержащий статор с постоянным магнитом и ротор с двумя постоянными магнитами, поверхность которых охвачена одним полюсом постоянного магнита статора, при этом ротор постоянно вращается [2].

Недостатком известного магнитного двигателя является сложность управления им и невозможность получения на выходном валу большого крутящего момента.

Известен магнитный двигатель, содержащий установленные жестко и последовательно, как минимум в два ряда, на двух относительно друг друга подвижных немагнитных элементах постоянные магниты и магнитные экраны при этом большие постоянные магниты с вертикальной намагниченностью первого элемента обращены своими одноименными полюсами в сторону постоянных с горизонтальной намагниченностью магнитов второго элемента, разноименные полюса каждого постоянного магнита с горизонтальной намагниченностью упомянутого второго элемента расположены в один ряд параллельно ряду одноименных полюсов обращенных к ним больших постоянных магнитов с вертикальной намагниченностью первого элемента, магнитные экраны расположены м между магнитами обоих элементов параллельно ряду одноименных полюсов магнитов с вертикальной намагниченностью первого элемента, а связь магнитных полей постоянных магнитов обоих элементов выполнена через воздушный зазор с возможностью деформации магнитных полей и поворота на определенный угол нейтральных сечений постоянных магнитов [3].

Недостатком наиболее близкого к изобретению магнитного двигателя является наличие магнитных экранов, что не позволяет получить необходимый большой крутящий момент на выходном валу двигателя с вращением ротора или необходимое большое усилие прямолинейного перемещения подвижного элемента.

Задачей изобретения является увеличение мощности магнитного двигателя и получение большого крутящего момента на выходном валу магнитного двигателя с вращением ротора, а также повышение коэффициента полезного действия магнитного двигателя.

Сущность изобретения заключается в том, что в магнитный двигатель, содержащий установленные жестко и последовательно по крайней мере в два ряда на двух относительно друг друга подвижных немагнитных элементах постоянные магниты, при этом большие постоянные магниты с вертикальной намагниченностью первого элемента обращены своими одноименными полюсами в сторону постоянных магнитов с горизонтальной намагниченностью второго элемента, разноименные полюса каждого постоянного магнита с горизонтальной намагниченностью упомянутого второго элемента расположены в один ряд параллельно ряду одноименных полюсов обращенных к ним больших постоянных магнитов с вертикальной намагниченностью первого элемента, а связь магнитных полей постоянных магнитов обоих элементов выполнена через воздушный зазор с возможностью деформации магнитных полей и поворота на определенный угол нейтральных сечений постоянных магнитов, введены малые постоянные магниты с вертикальной намагниченностью, по направлению одинаковой с намагниченностью больших постоянных магнитов, причем они установлены на первом элементе между большими постоянными магнитами с равномерным их чередованием через один, с воздушными зазорами между ними и с возможностью их перемещения в пределах высоты больших постоянных магнитов.

Соотношение массы малого постоянного магнита с вертикальной намагниченностью к массе большого постоянного магнита с вертикальной намагниченностью равно 1 : 1,5 - 5,0.

Соотношение высоты малого постоянного магнита с вертикальной намагниченностью к массе большого постоянного магнита с вертикальной намагниченностью равно 1 : 2 - 4.

Связь магнитных полей постоянных магнитов обоих элементов выполнена через воздушный зазор, величина которого составляет 0,5 - 5,0 мм.

Количество больших и малых постоянных магнитов с вертикальной намагниченностью может быть равным между собой.

Двигатель может отличаться тем, что в него может быть введен второй дополнительный ряд постоянных магнитов с горизонтальной намагниченностью, который установлен жестко на втором элементе, с противоположной стороны больших постоянных магнитов с вертикальной намагниченностью первого элемента, с воздушным зазором между ними и со смещением по горизонтали относительно постоянных магнитов с горизонтальной намагниченностью первого ряда второго элемента на один шаг.

Количество больших или малых постоянных магнитов с вертикальной намагниченностью и количество постоянных магнитов с горизонтальной намагниченностью может быть равным между собой.

В двигателе первый и второй элементы могут быть выполнены в виде двух дисков, один из которых жестко соединен с неподвижным корпусом, а другой жестко соединен с выходным валом.

В двигателе первый и второй элементы могут быть выполнены в виде нескольких дисков, и двигатель содержит при этом по крайней мере один диск первого элемента, соединенный жестко с неподвижным корпусом, и два диска второго элемента, которые смещены относительно друг друга и их постоянных магнитов с горизонтальной намагниченностью на угол 5 - 90^o и жестко соединены с выходным валом.

При этом большие и малые постоянные магниты с вертикальной намагниченностью, а также постоянные магниты с горизонтальной намагниченностью могут быть выполнены секторными.

Каждый секторный малый постоянный магнит с вертикальной намагниченностью может быть жестко соединен с серединой цилиндрической пружины, ось которой параллельна оси выходного вала, а на дисках второго элемента установлены кулачки, которые имеют возможность контакта с концами цилиндрических пружин.

Такое конструктивное выполнение магнитного двигателя согласно изобретения позволяет увеличить его мощность и получить сравнительно с прототипом больший крутящий момент на выходном валу магнитного двигателя с вращением ротора, а также повысить коэффициент полезного действия магнитного двигателя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема магнитного двигателя; на фиг. 2 и 3 - первый пример конструкции магнитного двигателя, вид сбоку в сечении и сечение А-А; на фиг. 4, 5 и 6 - второй пример конструкции магнитного двигателя, вид сбоку в сечении, сечение А-А, и сечение Б-Б; на фиг.7 и 8 - то же, сечение В-В и Г-Г.

Магнитный двигатель содержит установленные жестко и последовательно по крайней мере в два ряда на двух относительно друг друга подвижных немагнитных элементах 1 и 2 постоянные магниты 3 и 4, при этом большие постоянные магниты 3 с вертикальной намагниченностью первого элемента 1 обращены своими одноименными полюсами в сторону постоянных магнитов 4 с горизонтальной намагниченностью второго элемента 2, разноименные полюса каждого постоянного магнита 4 с горизонтальной намагниченностью упомянутого второго элемента 2 расположены в один ряд, параллельно ряду одноименных полюсов обращенных к ним больших постоянных магнитов 3 с вертикальной намагниченностью первого элемента 1, а связь магнитных полей постоянных магнитов 3 и 4 обоих элементов 1 и 2 выполнена через воздушный зазор 5 с возможностью деформации магнитных полей и поворота на определенный угол нейтральных сечений постоянных магнитов 3 и 4. В двигатель введены малые постоянные магниты 6 с вертикальной намагниченностью, по направлению одинаковой с намагниченностью больших постоянных магнитов 3, причем они установлены на первом элементе 1 между большими постоянными магнитами 3 с равномерным их чередованием через один, с воздушными зазорами 7 и 8 между ними и с возможностью их перемещения в пределах высоты больших постоянных магнитов.

Соотношение массы малого постоянного магнита 6 с вертикальной намагниченностью к массе большого постоянного магнита 3 с вертикальной намагниченностью равно 1 : 1,5 - 5,0.

Соотношение высоты малого постоянного магнита 6 с вертикальной намагниченностью к массе большого постоянного магнита 3 с вертикальной намагниченностью равно 1 : 2 - 4.

Связь магнитных полей постоянных магнитов 3, 4 и 6 обоих элементов 1 и 2 выполнена через воздушный зазор 5, величина которого составляет 0,5 - 5,0 мм.

В двигатель введен второй ряд 9 постоянных магнитов 10 с горизонтальной намагниченностью, который установлен жестко на втором элементе 2, с противоположной стороны больших постоянных магнитов 3 с вертикальной намагниченностью первого элемента 1, с воздушным зазором 11 между ними со смещением по горизонтали относительно постоянных магнитов 4 с горизонтальной намагниченностью первого ряда второго элемента 2 на один шаг 12.

Количество больших и малых постоянных магнитов 3 и 6 с вертикальной намагниченностью второго элемента 2 равно между собой и равно количеству постоянных магнитов 4 и 10 с горизонтальной намагниченностью.

В двигателе первый и второй элементы 1 и 2 могут быть выполнены в виде двух дисков (не показаны), один из которых жестко соединен с неподвижным корпусом, а другой жестко соединен с выходным валом.

На фиг. 2 - 6 показаны примеры конструкции предлагаемого магнитного двигателя, у которого первый и второй элементы 1 и 2 выполнены в виде нескольких дисков, и двигатель содержит по крайней мере один диск 18 первого элемента 1, соединенный жестко с неподвижным корпусом 14, и два диска 15 и 16 второго элемента 2, которые смещены относительно друг друга и их постоянных магнитов 4 и 10 с горизонтальной намагниченностью на угол 5 - 90^o и жестко соединены с выходным валом 17.

Большие и малые постоянные магниты 3 и 6 с вертикальной намагниченностью, а также постоянные магниты 4 и 10 с горизонтальной намагниченностью выполнены секторными (на плане в виде секторов).

Каждый секторный малый постоянный магнит 6 с вертикальной намагниченностью жестко соединен с серединой 18 цилиндрической пружины 19, ось 20 которой параллельна оси выходного вала 17, а на дисках 15 и 16 второго элемента 2 установлены кулачки 21, которые имеют возможность контакта с концами цилиндрических пружин 19.

Магнитный двигатель работает следующим образом.

В исходном положении малые постоянные магниты 6 с вертикальной намагниченностью находятся на середине высоты больших постоянных магнитов 3 с вертикальной намагниченностью в заторможенном состоянии. При их освобождении они занимают соответственно крайние положения по высоте под действием магнитных сил отталкивания взаимодействующих магнитных полей и в результате этого поворота на определенный угол нейтральных сечений всех постоянных магнитов 3, 4, 6 и 10 создается крутящий момент на выходном валу 17. При одновременном повороте постоянных магнитов 4 и 10 на один шаг, равный углу смещения 5 - 90^o, под действием цилиндрических пружин 19 и кулачков 21 малые постоянные магниты 6 перемещаются и занимают противоположные предыдущим положения. Это повторяется через каждый шаг при вращении выходного вала 17 и дисков 15 и 16. При этом малые постоянные магниты 6 совершают возвратно-поступательные движения в пределах высоты больших постоянных магнитов 3. Для гашения их кинетической энергии при смене направления от сил выталкивания служат цилиндрические пружины 19.

Для остановки магнитного двигателя необходимо затормозить малые постоянные магниты 6 на середине высоты больших постоянных магнитов 3, т.е. в неустойчивом нейтральном положении. Это осуществляется специальным устройством, которое на фиг. 1 - 8 не показано.

Магнитный двигатель согласно изобретения позволяет увеличить мощность и получить большой крутящий момент на выходном валу по сравнению с прототипом за счет более полного использования потенциальной энергии магнитных полей, а также повысить коэффициент полезного действия магнитного двигателя за счет исключения магнитных экранов.

Магнитный двигатель содержит установленные жестко и последовательно по крайней мере в два ряда на двух относительно друг друга подвижных элементах 1 и 2 постоянные магниты 3 и 4. Большие постоянные магниты 3 с вертикальной намагниченностью первого элемента 1 обращены своими одноименными полюсами в сторону постоянных магнитов 4 с горизонтальной намагниченностью второго элемента 2. Разноименные полюса каждого постоянного магнита 4 с горизонтальной намагниченностью второго элемента 2 расположены в один ряд параллельно ряду одноименных полюсов обращенных к ним больших постоянных магнитов 3 с вертикальной намагниченностью первого элемента 1. Связь магнитных полей постоянных магнитов 3 и 4 обоих элементов 1 и 2 выполнена через воздушный зазор с возможностью деформации магнитных полей и поворота на определенный угол нейтральных сечений постоянных магнитов 3 и 4. В двигатель введены малые постоянные магниты 6 с вертикальной намагниченностью. Они установлены на первом элементе 1 между большими постоянными магнитами 3 с равномерным их чередованием, с воздушными зазорами между ними и с возможностью их перемещения в пределах высоты больших постоянных магнитов 3. Это позволяет повысить коэффициент полезного действия магнитного двигателя. 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Магнитный двигатель, содержащий установленные жестко и последовательно по крайней мере в два ряда на двух относительно друг друга подвижных немагнитных элементах постоянные магниты, при этом большие постоянные магниты с вертикальной намагниченностью первого элемента обращены своими одноименным полюсами в сторону постоянных магнитов с горизонтальной намагниченностью второго элемента, разноименные полюса каждого постоянного магнита с горизонтальной намагниченностью упомянутого второго элемента расположены в один ряд параллельно ряду одноименных полюсов обращенных к ним больших постоянных магнитов с вертикальной намагниченностью первого элемента, а связь магнитных полей постоянных магнитов обоих элементов выполнена через воздушный зазор с возможностью деформации магнитных полей и поворота на определенный угол нейтральных сечений постоянных магнитов, отличающийся тем, что в него введены малые постоянные магниты с вертикальной намагниченностью, по направлению одинаковой с намагниченностью больших постоянных магнитов, причем они установлены на первом элементе между большими постоянными магнитами с равномерным их чередованием через один, с воздушными зазорами между ними и с возможностью их перемещения в пределах высоты больших постоянных магнитов. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что соотношение массы малого постоянного магнита с вертикальной намагниченностью к массе большого постоянного магнита с вертикальной намагниченностью равно 1 : 1,5 - 5,0. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что соотношение высоты малого постоянного магнита с вертикальной намагниченностью к высоте большого постоянного магнита с вертикальной намагниченностью равно 1 : 2 - 5. 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что связь магнитных полей постоянных магнитов обоих элементов выполнена через воздушный зазор, величина которого составляет 0,5 - 5,0 мм. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что количество больших и малых магнитов с вертикальной намагниченностью второго элемента равно между собой. 6. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в него введены второй ряд постоянных магнитов с горизонтальной намагниченностью, который установлен жестко на втором элементе, с противоположной стороны больших постоянных магнитов с вертикальной намагниченностью первого элемента, с воздушным зазором между ними и со смещением по горизонтали относительно постоянных магнитов с горизонтальной намагниченностью первого ряда второго элемента на один шаг. 7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что количество больших или малых постоянных магнитов с вертикальной намагниченностью и количество постоянных магнитов с горизонтальной намагниченностью равно между собой. 8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что первый и второй элементы выполнены в виде двух дисков, один из которых жестко соединен с неподвижным корпусом, а другой жестко соединен с выходным валом. 9. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что первый и второй элементы выполнены в виде нескольких дисков и двигатель содержит по крайней мере один диск первого элемента, соединенный жестко с неподвижным корпусом, и два диска второго элемента, которые смещены относительно друг друга и их постоянных магнитов с горизонтальной намагниченностью на угол 5 - 90^o и жестко соединены с выходным валом. 10. Двигатель по п.8 или 9, отличающийся тем, что большие и малые постоянные магниты с вертикальной намагниченностью, а также постоянные магниты с горизонтальной намагниченностью выполнены секторными. 11. Двигатель по п.10, отличающийся тем, что каждый секторный малый постоянный магнит с вертикальной намагниченностью жестко соединен с серединой цилиндрической пружины, ось которой параллельна оси выходного вала, а на дисках второго элемента установлены кулачки, которые имеют возможность контакта с концами цилиндрических пружин.