МАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2000 года по МПК H02K21/04 H02K21/14 H02K21/24 B66C1/04 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности двигателестроения, и может найти применение в различных областях промышленности и в быту.

Известен двигатель, содержащий магнитные блоки статора и ротор с валом отбора мощности (см. Ю.М.Борисов и др. Электротехника. Москва Энергоиздат 1985 г. с. 457), в котором в магнитных полях магнитов размещены обмотки ротора, жестко связанные с валом. При пропускании по обмоткам электрического тока вырабатывается вращающийся момент, приводящий во вращение ротор с валом.

Для этих двигателей характерны затраты энергии на преодоление трения, на нагрев окружающей среды и преодоление противодействия от самоиндукции. Третья составляющая затрат является наибольшей и это в данном случае рассматривается как недостаток, характерный для данного типа двигателей.

Известен магнитный двигатель, который содержит корпус, неподвижный (НМБ) и подвижный (ПМБ) магнитные блоки, в которых магниты размещены с интервалами и чередованием расположения полюсов, а также привод, соединенный с ПМБ, и механизм отбора мощности (МОМ) (см., например, А.С. СССР N 304811).

Данное техническое решение принято здесь за прототип.

В этом техническом решении магнитные блоки имеют линейную форму конструкции с возможностью возвратно-поступательного характера движения ПМБ. МОМ включает в себя магниты и металлические изделия, которые должны быть притянуты с помощью магнитного поля. НМБ и ПМБ в зависимости от того, совпадают намагниченности (полярности) их магнитов или не совпадают, то соответственно удваивается общий магнитный поток (и тогда изделия притягиваются) или обнуляется путем замыкания его на самого себя (и тогда изделия освобождаются от магнитного блока), при этом магнитный поток при движении ПМБ изменяется от нуля до удвоенного значения.

Важным достоинством прототипа является то, что двигатель в принципе может работать без потребления электроэнергии и, следовательно, он свободен от отмеченного выше недостатка, характерного для прототипа (электродвигателя). Основной недостаток прототипа заключается в ограниченности его возможностей при функционировании - он может работать только в режиме притягивания и освобождения металлоизделий при их транспортировке.

В изобретении ставится задача расширить функциональные возможности магнитного двигателя. Эта задача решается путем усовершенствования конструктивной схемы двигателя.

Сущность данного изобретения заключается в том, что магнитные блоки выполнены в форме колец, а механизм отбора мощности включает в себя вал отбора мощности, установленный в корпусе, и ферромагнитные элементы, выполненные с возможностью силового взаимодействия с магнитами и валом отбора мощности.

Дополнительный вариант исполнения двигателя включает два НМБ - наружный и внутренний относительно ПМБ, размещенные концентрически с ним и с валом отбора мощности, при этом противолежащие магниты каждого НМБ имеют разные полярности, а ферромагнитные элементы МОМа размещены снаружи от наружного НМБ и внутри внутреннего НМБ, причем наружные и внутренние ферромагнитные элементы скреплены боковыми щечками из немагнитного материала.

Помимо этого, ПМБ содержит кольцо из немагнитного материала, а на нем снаружи и внутри попарно размещены магниты, число n которых с каждой стороны определено по формуле n = NK + 1, где N и K - соответственно количество МОМ и число магнитов, взаимодействующих с одним МОМ.

Кроме того, корпус имеет радиальные выточки, в которых размещены щечки МОМа с возможностью совершения в них возвратно-поступательных движений.

Магниты НМБ и ПМБ имеют одинаковые объемы, причем магниты НМБ, взаимодействующие с МОМами, и сами МОМы размещены под углом 120 градусов.

Для пояснения сущности изобретения к описанию прилагаются чертежи.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема магнитного двигателя с видом на торцы магнитных блоков и вала отбора мощности.

На фиг. 2 та же конструктивная схема представлена с видом - по диаметральному сечению.

Основные характерные особенности предлагаемого магнитного двигателя заключаются в том, что он, во-первых, как и прототип, мало потребляет энергии, которая в основном необходима лишь для преодоления сил трения, и во-вторых, он может быть применен, как и аналог (электродвигатель), для выполнения широкого спектра функций, то есть обладает достоинствами аналога и прототипа. Возможность получения на валу отбора мощности энергии, большей затрачиваемой на входе, объясняется тем, что при этом используется энергия постоянных магнитов. Обычно считается, что энергия постоянных магнитов невелика. Да это действительно так, поскольку даже при использовании сильных магнитов их сила проявляется на довольно малых расстояниях. Тем не менее, благодаря использованию принципа интегрирования (суммирования) большого количества малоэнергосодержащих составляющих (благодаря возвратно-поступательному характеру перемещений МОМа) достигается эффект получения повышенной энергетики.

Предлагаемый магнитный двигатель содержит корпус 1, НМБ2 и ПМБ3, выполненные в виде концентрических колец. В этих блоках магниты размещены с интервалами, равновеликими размеру магнита. Магниты в блоке размещены так, что их полюса N (северный) и S (южный) чередуются от магнита к магниту. С ПМБ соединен привод 4. В состав магнитного двигателя входят также МОМ, который включает в себя вал 5 отбора мощности, который установлен в корпусе 1 и ферромагнитные элементы - наружные 6 и внутренние 7. Элементы 6 и 7 скреплены между собой боковыми щечками 8 из немагнитного материала. Ферромагнитные элементы 6 и 7 выполнены с возможностью силового взаимодействия с магнитами и валом отбора мощности. В корпусе 1 двигателя размещены два НМБ - наружный 2 и внутренний 9 относительно ПМБ 3. Наружный НМБ 2 имеет три выточки, расположенные по кольцу под углом 120 градусов, в них частично утоплены три электромагнитных привода 4 ПМБ. НМБ 2 и 9 через магнитопроводные участки 10 закреплены к корпусу 1 (фиг. 2). Магниты НМБ и ПМБ имеют одинаковые объемы. На фиг. 1 ПМБ также, как и НМБ, разбит на две части - наружную и внутреннюю. Магниты обеих частей ПМБ крепятся к немагнитному кольцу 11, которое благодаря шарикоподшипникам (на фиг. не показаны) вместе с ПМБ имеет возможность свободного вращения относительно НМБ.

Число магнитов n ПМБ определено в соответствии с формулой
n = NK + 1,
где N - количество МОМ, K - количество магнитов НМБ, взаимодействующих с одним МОМ. МОМ включает в себя ферромагнитные элементы 6 и 7, которые соединены между собой немагнитными щечками 8, собачки 12 и 13 и вал отбора мощности 5, установленный в шарикоподшипниках 15 и 16 в корпусе 1. Корпус 1 имеет радиальные выточки, в которых размещены немагнитные боковые щечки 8, благодаря чему ферромагнитные элементы имеют возможность вместе с собачками 12 и 13 совершать в них возвратно-поступательные движения. Количество МОМ равно или кратно трем. На фиг. 1 их три, все они задействованы на один общий храповик 14 и вал отбора мощности 5.

Привод 4 включает в себя обоймы 17 и обмотки 18, при этом обоймы 17 имеют возможность периодического замыкания магнитных полей магнитов ПМБ. Количество приводов равно или кратно трем. На фиг. 1 их три и размещены они под углом 120 градусов относительно друг друга. Обмотки 18 благодаря углублению в наружном НМБ (поскольку вне сектора МОМа магниты не установлены) компактно вписываются в конструкцию двигателя, они включают в себя сигнальные витки и витки с управляемым током.

Принцип действия магнитного двигателя заключается в следующем.

Для того чтобы магнитный двигатель зафункционировал, на силовые витки одной из обмоток 18 подают импульс тока. Электрический ток вырабатывает магнитный поток, который через магнитопроводные участки 19 и 20 замыкается на магнит и обойму 17, взаимодействуя с магнитом ПМБ, вырабатывает вращающий момент и поворачивает на определенный угол ПМБ. Далее сигнальные витки второй обмотки, когда к ней подойдет передний край магнита, вырабатывает импульс электрического тока, который после преобразования будет подан на силовые витки этой же второй обмотки. Аналогично действует и третья обмотка. Таким образом, процесс поворота ПМБ приобретает непрерывный характер.

В процессе вращения ПМБ магниты НМБ и ПМБ занимают положения, при которых их сближаемые полюса могут быть как одинаковой, так и разной полярности. К примеру, для нижнего механизма отбора мощности (фиг. 1) полярность магнитов наружных НМБ и ПМБ разная. В этом случае магнитные потоки взаимодействующих магнитов замыкаются сами на себя, а с наружным ферромагнитным элементом 6 они не взаимодействуют (их притяжение отсутствует). Для магнитов внутренних НМБ и ПМБ картина обратная - полярность взаимодействующих магнитов одинаковая. Оба поля складываются, в результате чего они через магнитопроводы 10 замыкаются на внутренний ферромагнитный элемент 7 и притягивают его вплотную к магниту внутреннего НМБ и внутренней поверхности магнитопроводов 10. Собачка 12, закрепленная на нижнем ферромагнитном элементе, находящаяся в зацеплении с храповиком 14, повернет его на один зуб, при этом вторая собачка 13 после скольжения по своему зубу храповика войдет в зацепление со смежным зубом, с тем чтобы при смене полярности магнитов повернуть храповик на следующий угол.

Процесс поворота вала отбора мощности двумя другими механизмами отбора мощности аналогичен, но во времени действие каждого из них смещено на 120 градусов, вследствие чего он приобретает непрерывный, достаточно плавный характер, несмотря на то, что для каждого в отдельности механизма отбора мощности этот процесс носит импульсный характер.

В процессе вращения ПМБ при сближении однополярных магнитов возникают силы (моменты) торможения, а при сближении разнополярных магнитов - ускорение. При удалении означенных магнитов силовые взаимодействия аналогичны, но противоположны по знаку. В конструкции двигателя предусмотрено такое расположение магнитов, при котором, если в наружных НМБ и ПМБ сближающиеся магниты однополярные и они при этом отталкиваются и тормозят движение, то во внутренних НМБ и ПМБ сближающиеся магниты разнополярные (которые при этом притягиваются и ускоряют движение). Поскольку объемы магнитов одинаковые, то и силы, тормозящие и ускоряющие - одинаковые, вследствие чего эти силы компенсируют друг друга. При этом на вращение ПМБ требуется энергия лишь на преодоление трения независимо от выдаваемой выходной мощности, лишь бы соответствующей мощностью располагали постоянные магниты.

В прототипе указанные силовые взаимодействия не компенсируются и их при перемещении ПМБ приходится преодолевать.

Функционирование привода 4 ПМБ обеспечивается тем, что сигнальные витки одной из обмоток в виде импульсов электрического тока фиксируют подход передней кромки магнита, а после необходимых преобразований этот импульс соответствующей величины и фазы подается в силовые витки той же обмотки. Магнитное поле силовых витков катушки взаимодействует с полем магнита, образуя крутящий момент. Задний фронт импульса, синхронизированный с задней кромкой магнита, отключает ток. Благодаря тому, что предусмотрены три обмотки, расположенные под углом 120 градусов, процесс поворота ПМБ происходит непрерывно с возможностью управления величиной тока, а следовательно, с возможностью управления скоростью вращения вала отбора мощности. Поскольку величина хода собачек согласована с углом поворота газа, то скорость его вращения равна скорости вращения ПМБ.

По своим функциональным возможностям предлагаемый магнитный двигатель по сути дела не отличается от возможностей электродвигателя, а следовательно, эти возможности можно считать расширенными по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение в различных областях промышленности и в быту. Технический результат - уменьшение энергетических потерь. Предлагаемый магнитный двигатель содержит корпус, неподвижный и подвижный магнитные блоки, выполненные в виде колец. Магниты в блоках размещены с интервалами и чередованием расположения их полюсов. Магнитный двигатель содержит привод, соединенный с подвижным магнитным блоком, а также механизм отбора мощности, включающий вал отбора мощности, установленный в корпусе, и ферромагнитные элементы. При этом ферромагнитные элементы механизма отбора мощности выполнены с возможностью силового взаимодействия с магнитами подвижного и неподвижного блоков и с валом отбора мощности. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Магнитный двигатель, содержащий корпус, неподвижный и подвижный магнитные блоки, в которых магниты размещены с интервалами и чередованием расположения полюсов, а также привод, соединенный с подвижным магнитным блоком, и механизм отбора мощности, отличающийся тем, что магнитные блоки выполнены в форме колец, а механизм отбора мощности включает в себя вал отбора мощности, установленный в корпусе, и ферромагнитные элементы, выполненные с возможностью силового взаимодействия с магнитами подвижного и неподвижного блоков и с валом отбора мощности. 2. Магнитный двигатель по п.1, отличающийся тем, что он содержит два неподвижных магнитных блока - наружный и внутренний относительно подвижного магнитного блока, размещенные концентрически с ним и с валом отбора мощности, причем противолежащие магниты каждого неподвижного магнитного блока имеют разные полярности, а ферромагнитные элементы механизма отбора мощности размещены снаружи от наружного неподвижного магнитного блока, при этом наружные и внутренние ферромагнитные элементы скреплены боковыми щечками из немагнитного материала. 3. Магнитный двигатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что подвижный магнитный блок содержит кольцо из немагнитного материала, а на нем снаружи и внутри попарно размещены магниты, число n которых равно n = N • K + 1, где N и K - соответственно, количество механизмов отбора мощности и число магнитов, взаимодействующих с одним механизмом отбора мощности. 4. Магнитный двигатель по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что корпус имеет радиальные выточки, в которых размещены боковые щечки механизма отбора мощности с возможностью совершения в них возвратно-поступательных движений. 5. Магнитный двигатель по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что магниты неподвижного и подвижного магнитных блоков имеют одинаковые объемы, причем магниты неподвижных магнитных блоков, взаимодействующие с механизмом отбора мощности, размещены под углом 120^o.