МАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК H02N11/00 F03G3/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено, например, в автомобилестроении, космической технике.

Известны двигатели внутреннего сгорания, недостатками которых являются применение дефицитного жидкого топлива и загрязнение окружающей среды выхлопными газами.

Известно устройство, использующее для получения вращательного движения постоянные магниты и неподвижные магнитные экраны (патент США N 3895245, H 02 K 37/00, 1975 г.). Недостатками его являются сложность конструкции, а также необходимость электрической энергии для приведения в действие.

Для устранения указанных недостатков в магнитном двигателе, содержащем корпус, постоянные магниты, ферромагнитный экран и вал, установленный в подшипниках, предлагается выполнение двух жестко соединенных немагнитных цилиндрических корпусов, каждый из которых выполнен с торцевыми отверстиями для одного регулировочного и силовых ферромагнитных поршней, валы установлены в центральных отверстиях каждого корпуса и на них закреплены ферромагнитные экраны, выполненные с чередованием выступов и пазов, суммарное количество которых равно количеству всех поршней в корпусе, и снабжены регулировочным механизмом с выше указанными регулировочными поршнями, обеспечивающими то, что когда ферромагнитный экран одного корпуса закрывает регулировочный поршень от закрепленного на этом корпусе магнита, ферромагнитный экран другого корпуса открывает регулировочный поршень закрепленному на этом корпусе магниту, обеспечивая поворот ферромагнитного экрана одного корпуса при притяжении регулировочного корпуса другого корпуса к магниту или при его опускании, причем ферромагнитные экраны уравновешены от притяжения к магнитам.

Устройство состоит из двух жестко соединенных немагнитных цилиндрических корпусов 1 и 2 /фиг.1-2/ с торцевыми отверстиями для двух ферромагнитных регулировочных поршней 3 и 4 /по одному на каждый корпус/ и силовых ферромагнитных поршней - 5 и 6 /в данном случае по 10 силовых поршней на корпус; одна позиция в корпусе занята установленным в нем регулировочным механизмом/. Силовой поршень жестко соединен с кронштейном 7, к которому прикреплена зубчатая рейка 8 для передачи механической энергии на энергоприемник. Вставленные в выфрезерованные в корпусах пазы, кронштейны 7 вместе с подпружиненными валиками 9 одновременно выполняют роль направляющих для силовых поршней и ограничителей их хода в крайнее верхнее и крайнее нижнее положение.

В центральное отверстие каждого корпуса вставлены валы 10 и 11 с подшипниками 12 и 13, коническими зубчатыми колесами 14 и 15 и с ферромагнитными экранами 16 и 17, закрепленными гайками 18 и 19. На каждый корпус с помощью колец 20 и 21 установлены постоянные магниты 22 и 23 /из магнитотвердых материалов или электромагниты/. На нижний конец валов 10 и 11 одеты диски-противовесы 24 и 25, предназначенные для уравновешивания экранов 16 и 17 от притяжения магнитов и приведения их в положение с нулевым значением момента инерции. Для этой же цели вместо дисков-противовесов 24 и 25 могут быть применены ферромагнитные экраны 26 и 27 /фиг.7/, одеваемые на нижний конец валов 10 и 11 и закрепляемые гайками 28 и 29. Экраны 26 и 27 притягиваются магнитами 30 и 31, прикрепленными к корпусам 1 и 2 через кольца 32 и 33. Таким образом, на вал 10 действует сила притяжения магнитом 22 экрана 16, направленная вверх, и противоположно направленные ей сила притяжения экрана 26 к магниту 30 и сила тяжести обоих этих экранов, вала 10 и всех деталей, закрепленных на валу - конического колеса, колец подшипников с коническими роликами, гайками, шпонками. Экраны 26 и 16 устанавливаются так, чтобы результирующая этих трех сил была равна нулю, т.е. момент инерции всей этой системы деталей, подвешенной в магнитном поле магнитов 22 и 30, должен быть равен нулю. По аналогичной схеме устанавливаются экран 17 и 27. Геометрические и магнитные характеристики экранов 16 и 26, 17 и 27, постоянных магнитов 22 и 30, 23 и 31 идентичны. Экраны 26 и 27 устанавливаются сдвинутыми на полцикла относительно экранов 16 и 17, т.е. напротив экранирующих выступов последних должны находиться их пазы /впадины/.

Для исключения самопроизвольной остановки устройства из-за возникновения положения "мертвой точки" экраны 16 и 17 снабжены регулировочным механизмом, представленным на фиг.3-6, состоящем из трех конических зубчатых колес, двух вспомогательных валов, двух зубчатых колес, двух вспомогательных валов, двух зубчатых колес, двух зубчатых реек и двух регулировочных поршней.

Конические колеса 14 и 15 сцеплены с коническими колесами 34 и 35 /фиг. 3/. Все цифровые обозначения в первой строке полок выносных линий относятся к разрезам по "В-Г" и "И-К", а во второй строке - к разрезам по "Д-Е" и "Ж-З" /закрепленными на валах 36 и 37 с подшипниками 38 и 39 и вставленными в выточку в корпусах 1 и 2. На другой конец валов 36 и 37 одеты зубчатые колеса 40 и 41, находящиеся в зацеплении с зубчатыми рейками 42 и 43 /фиг.4/ регулировочных поршней 3 и 4, к которым рейки прикреплены кронштейнами 44 и 45, имеющими подпружиненные валики 46 и 47.

Регулировочные поршни 3 и 4 управляют вращением экранов с помощью переключающих рычагов 48, 49, 50, 51 /фиг.5, фиг.6/, соединенных с фиксаторами 52, 53, 54, 55, подпружиненными пружинами 56, 57, 58, 59. Переключающие рычаги 48, 49, 50, 51 установлены в пазах корпусов 1 и 2 на осях 60, 61, 62, 63 и фиксируют /или освобождают от фиксации/ регулировочные поршни 3 и 4 в их крайних положениях соответственно установленному циклу. Фиксаторы 52, 53, 54, 55 перемешиваются в кронштейнах 64 и 65, прикрепленных к корпусам 1 и 2.

Все детали устройства, кроме экранов и поршней, выполнены из немагнитной стали /или металлов с низким значением магнитной проницаемости/. Экраны имеют прерывистую поверхность экранирования, т.е. чередование экранирующих выступов и пазов, суммарное количество которых равно количеству поршней в корпусе /учитывая позицию, занятую регулировочным механизмом/.

Ферромагнитные поршни выполняются из пермаллоя или его тонкой проволоки, помещенной в тонкостенной дюралевой /или из немагнитной стали/ полый цилиндр и залитой изолирующей, затвердевающей при невысокой температуре связкой.

В силу особой роли - экранирования от магнитного потока ферромагнитных тел, замкнув его на себе, очевидно, к прочностным характеристикам и экранирующим свойствам ферромагнитного экрана предъявляются повышенные требования. Особенно в тяжелых условиях экран работает при применении электромагнитов. Наиболее простой здесь выход из положения - увеличить его толщину. Но это приводит к увеличению воздушного зазора между магнитом и ферромагнитным телом, уменьшению магнитной индукции в нем и, следовательно, к уменьшению силы тяги поршня и его амплитуды. Поэтому улучшение экранирующих его свойств и прочностных характеристик должно идти по тем направлениям, которые позволяют толщину воздушного зазора сохранить самой минимальной, например, снижением погрешностей механической обработки и сборки, установлением в нижней части экрана вне рабочей зоны ребер жесткости и т.д. Кроме того, допустимо выполнить диск из прочной немагнитной стали, прикрепив к нему в несколько слоев фольгу из пермаллоя только в экранируемых местах - напротив поршней. Внесение небольших конструктивных изменений, например, закрепляя магнит за его нерабочий полюс и смещая зубчатые рейки соседних силовых поршней в их верхнюю и нижнюю части дает возможность применить S-образные ребра жесткости, соединяющие периферийные, с наибольшим изгибающим моментом области верхнего и нижнего экранов.

Устройство с одним верхним экраном отличается простотой, но наряду с этим имеет ряд недостатков:
1. Неравномерную тягу зубчатых реек в верхнее и нижнее положение, так как усилие на поршне при его движении вниз определяется массой поршня, которая не может быть большой, поскольку с ее увеличением уменьшается его амплитуда.

2. Необходимость строго вертикального положения для нормальной работы.

Устройство с двумя экранами - верхним и нижним не только упрощает подвешивание экранов в магнитном поле и приведение их в состояние с нулевым моментом инерции, но и устраняет указанные недостатки одноэкранного устройства. Напротив, здесь большая масса поршня нежелательна. В этом случае могут быть применены и легкие поршни /фиг.8/ с ферромагнитными торцовыми насадками 66 и 67 на магнитный стержень 68 или полый дюралевый цилиндр с укрепленными на нем ферромагнитными торцами.

Работа устройства заключается в следующем. Необходимое и непрерывное чередование операций в одном цикле работы устройства обуславливается заданной конструктивной взаимосвязью узлов механизма регулирования, которая достигается при сборке устройства. Например, сборка должна быть выполнена так, чтобы экран 17 закрывал регулировочный поршень 4, а экран 16 открывал регулировочный поршень 3, который должен при этом находиться в своем нижнем положении. Так как поршень 4 закрыт экраном, то он под действием силы собственной тяжести находится в своем крайнем нижнем положении и зафиксирован фиксатором 52, а рычагом 51 освобождает поршень 3 от фиксатора 55, который под действием притяжения магнита 22 поднимается вверх, вращая при этом через рейку 42, зубчатое колесо 41, вал 37, конические колеса 35 и 15 экран 17 так, что к концу его движения в верхнее положение поршень 4 полностью открывается для магнита 23. Но он зафиксирован фиксатором 52 и начнет подниматься вверх под действием магнитного притяжения только после того, как поршень 3, достигнув своего крайнего верхнего положения, рычагом 48 освободит его от фиксатора 52, фиксируясь сам в верхнем положении фиксатором 54. Поршень 4, поднимаясь вверх, через рейку 43, зубчатое колесо 40, вал 36, конические колеса 34 и 14, поворачивает экран 16 так, чтобы он закрывал от магнита 22 поршень 3, который зафиксирован фиксатором 54, и начнет опускаться под действием силы тяжести только после того, как поршень 4 его расфиксирует, поднявшись в свое крайнее верхнее положение. Достигнув своего верхнего положения, поршень 4 через рычаг 50 и фиксатор 54 освободит поршень 3 от фиксации, а сам зафиксируется в верхнем положении фиксатором 53. Расфиксировавшись, поршень 3 под действием силы тяжести опускается в свое нижнее положение, поворачивая через зубчатую рейку 46, зубчатое колесо 41, вал 37, конические колеса 35 и 15 экран 17 так, чтобы он закрыл полностью от магнита 23 поршень 4, освобождая его через рычаг 49 от фиксатора 53, и сам фиксируется фиксатором 55 в нижнем положении.

Под действием силы тяжести поршень 4 опускается в нижнее положение, одновременно через рейку 43, зубчатое колесо 40, вал 36, конические колеса 34 и 14, поворачивая экран 16 так, чтобы он полностью открыл поршень 3 от магнита 16, освобождает поршень 3 от фиксатора 55, а сам фиксируется фиксатором 52 в нижнем положении. Под действием магнитного притяжения поршень 3 поднимается в верхнее положение. Далее цикл повторяется.

В отличие от регулирующих поршней, фиксирующих и освобождающих друг друга от фиксации, силовые поршни поднимаются и опускаются независимо от них, но соответственно циклу - вверх при открытом верхнем магните, вниз - при его экранировании.

Поршни 3 и 4 по образующей контакта с фиксаторами 52, 53, 54, 55 снабжены стальной закаленной полоской, имеющей две сферические выточки /гнезда/, фиксирующие поршни в верхнем и нижнем положении - в них входят сферическими торцами подпружиненные фиксаторы.

Таким образом, цикл работы устройства с использованием силы тяжести поршней для их возвращения в исходное нижнее положение заключается в следующем:
1. Экранирование регулировочного поршня второго корпуса. Отвод экрана от регулировочного поршня первого поршня и притягивание его магнитом в верхнее положение. Фиксирование регулировочного поршня первого корпуса в верхнем положении. Отвод экрана от регулировочного поршня второго корпуса и освобождение его от фиксации.

2. Притягивание магнитом в верхнее положение регулировочного поршня второго корпуса, экранирование регулировочного поршня первого корпуса. Фиксирование регулировочного поршня второго корпуса в верхнем положении, освобождение от фиксации регулировочного поршня первого корпуса.

3. Возвращение в исходное положение регулировочного поршня первого корпуса, экранирование регулировочного поршня второго корпуса, фиксирование в нижнем положении регулировочного поршня первого корпуса, освобождение от фиксации регулировочного поршня второго корпуса.

4. Опускание под действием силы тяжести в исходное нижнее положение регулировочного поршня второго корпуса, отвод экрана от регулировочного поршня первого корпуса. Фиксирование в нижнем положении регулировочного поршня второго корпуса, освобождение от фиксации регулировочного поршня первого корпуса. Далее цикл повторяется.

Такая же последовательность операций в цикле у двухэкранного устройства с той лишь разницей, что возвращение поршней в нижнее положение совершается под действием магнитного притяжения нижних магнитов 30 и 31. /Примечание: в данном случае выражение "нижние магниты" применено чисто условно, для сравнения цикла этой схемы устройства с одноэкранной. На самом деле для двухэкранного устройства понятия "верхний магнит", "нижний магнит" равнозначны, так как оно может работать в любом положении/.

Использование: в машиностроении, автомобилестроении, космической технике. Сущность изобретения: устройство содержит два жестко соединенных немагнитных цилиндрических корпуса и 2 с торцевыми отверстиями для регулировочного 3 и силовых 5 ферромагнитных поршней. В центральное отверстие каждого корпуса вставлены валы 10 и 11 с ферромагнитными экранами 16 и 17 с прерывистой поверхностью экранирования, установленными между ферромагнитными поршнями 3 и 5 и постоянными магнитами 22 и 23. Регулировочный поршень каждого цилиндрического корпуса 1 через регулировочный механизм соединен с валом 11 ферромагнитного экрана 17 второго корпуса, обеспечивая периодический его поворот при притяжении регулировочного поршня 3 к магниту 22 или при его опускании. 8 ил.

Магнитный двигатель, содержащий постоянные магниты, ферромагнитный экран и валы в подшипниках, отличающийся тем, что он снабжен двумя жестко соединенными немагнитными цилиндрическими корпусами, каждый из которых выполнен с торцевыми отверстиями для одного регулировочного и остальных силовых ферромагнитных поршней, валы установлены в центральных отверстиях каждого корпуса и на них закреплены ферромагнитные экраны, выполненные с чередованием экранирующих выступов и пазов, суммарное количество которых равно количеству поршней в корпусе, и снабжены регулировочным механизмом с указанными регулировочными поршнями, обеспечивающим то, что, когда ферромагнитный экран одного корпуса закрывает регулировочный поршень от закрепленного на этом корпусе магнита, ферромагнитный экран другого корпуса открывает регулировочный поршень закрепленному на этом корпусе магниту, обеспечивая поворот ферромагнитного экрана одного корпуса при притяжении регулировочного поршня другого корпуса к магниту или при его опускании, причем ферромагнитные экраны уравновешены от притяжения к магнитам.