Электромагнитный преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное Советский патент 1993 года по МПК H02K7/06 H02K41/25 

Изобретение относится к области порш невых машин и может быть использовано для преобразования возвратно-поступа- тельногб движения поршня во вращательное движение выходного вала, например, в транспортных средствах,;-.: ;;:;;;

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей путем осуществления реверсивных режимов.

На фиг. 1 представлена принципиальная конструктивная схема ЭМП; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З г- конструкция ротора; на фиг.4 - вид Б на фиКЗ; нафиг.б- - схема включения обмоток электромагнитов; на фиг.6 - вариант последовательного соединения дополнительных обмоток; на фиг.7 - вариант параллельного соединений Дб полнительных обмоток; на фиг.8 - графики колебательного движения магнитных Шунтов, связанных с поршневой системой; на

фиг.9-24 - положения магнитных шунтов относительно тела магнитопровода электромагнитов при различных фазах перемещения. ::M№: : VV:- i v.л..;:;.. , - ,

ЭМП выполнен следующим образом. ; ;j Электромагниты 1, 2, 3 и 4, составляющие неподвижный магнитопровод (на чертеже не обозначен),охватывают подвижный короткозамкнутый ротор 5 с двух сторон. Верхние части электромагнитов 1, 2, 3 и 4 имеют одну полярность, например N, нижние - другую полярность, например, S. Электромагниты 1-4 выполнены из электротехнической стали, снабжены обмотками 6, 7,8,9 и заключены в корпус 10 из немагнитного материала, например алюминия. Верхние части электромагнитов 1-4 имеют сквозные прорези (на чертеже не обозначены), в каждую из которых с зазором (на чертеже не обозначен) входит подвижный

00

Ј

V4 4 00

СО

магнитный элемент в виде магнитных шунтов 11-14, каждый из которых, в свою очередь, сочленен с поршневой системой (на чертеже не обозначена), состоящей из цилиндров 15-18. Минимальный зазор между каждым из шунтов 11-14 и соответствующей прорезью может быть получен при их выполнении со скосами, т.е. коническими. Цилиндры 15-18 крепятся к корпусу 10 скобами 19-22, соответственно, являющимися одновременно направляющими для магнитных шунтов 11-14. Ротор 5 имеет выходные валы 23, вращается в подшипниках 24 и 25 и выполнен в виде диска, корпус 26 которого может быть изготовлен, например, из навитой на вал 23 полосы из электротехнической стали. В радиальные пазы (на чертеже не обозначены), прорезанные в корпусе 26 на торцовых поверхностях ротора 5с двух сторон, заложены стержни 27 из тркопрбводя- щего материала. Стержни 27 с обоих концов механически и электрически, соединены с внутренними кольцами 28 и внешними кольцами 29. Кольца 28, 29 выполнены из того же материала, что и стержни 27. Число стержней 27 должно быть нечетным.

Обмотки 6, 7, 8 и 9 электромагнитов.1-4 соединены параллельно (фиг.5) и через выключатели 30-33, которые могут включаться по определенной программе, и общий выключатель 34 подключены к цепи постоянного тока, в которой имеется регулятор 35 тока..

Помимо основных обмоток 6-9 на сердечники (на чертеже не обозначены) электромагнитов 1-4 намотаны дополнительные обмотки 36, 37, 28 и 39, которые могут быть включены последовательно (фиг.6) или параллельно через выпрямительный мост 40 к цепи постоянного тока (фиг.7).

Графики движения магнитных шунтов 11-14, представленные на фиг,8, подчинены синусоидальным законам, а фазы движения соседних магнитных шунтов сдвинуты на 90°. При этом, график 41 соответствует движению магнитного шунта 11, задаваемого цилиндром 16, 42 - магнитного шунта 12, задаваемого цилиндром 16; 43 - магнитного шунта 13, задаваемого цилиндром 17, а 44- магнитного шунта 14, определяемого цилиндром 18. На графике выделены положения шунтов 11-14, соответствующие моментам времени ti, ta, ta и t4.

На фиг.9-12 показано, как магнитные шунты 11-14 в момент времени ц буду расположены относительно соответствующих электромагнитов 1-4. В частности, магнитный шунт 11 будет полностью перекрывать прорезь тела электромагнита 11 и его магнитный поток будет максимальным, в то время как остальные магнитные шунты 12, 13 и 14 будут расположены вне тел соответствующих электромагнитов 2-4 и, следовательно, магнитные потоки, создаваемые ими,

будут близки к нулю, поскольку зазор, определяемый прорезями, достаточно велик.

На фиг. 13-24 показана последовательная картина положения магнитных шунтов . 11-14 относительно прорезей электромагнитов 1-4 в очередные моменты времени t2, t3, t4. Стрелками показано направление движения магнитных шунтов 11-14 за интервал времени между моментами времени ti, tz, 13, 14 и сразу после t4.

5 - ЭМП работает следующим образом.

При работе поршневой системы в виде цилиндров 15-18 под действием рабочего тела будет происходить в соответствии с диаграммой движения, представленной на

0 фиг.8, перемещение магнитных шунтов 11- 14, которые будут последовательно перекрывать прорези электромагнитов 1-4. В теле каждого из электромагнитов 1-4, прорезь которого перекрыта соответствующим

5 магнитным шунтом 11-14, будет иметь место максимальный магнитный поток, уменьшающийся по мере выдвижения соответствующего магнитного шунта 11-14. Поочередное изменение величин магнитных

0 потоков в электромагнитах 1-4 приведет к формированию вращающегося магнитного поля, подобно вращающемуся магнитному полю асинхронной машины, пронизывающего тело ротора 5 и пересекающего стерж5 ни 27 (фиг.З, 4). В стержнях 27 возникают токи одного направления с обеих сторон ротора 5, замыкающиеся в кольцах 28 и 29. В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля, создаваемого

0 электромагнитами 1-4, и токов в стержнях 27 ротора 5 возникает вращающий момент, приводящий в движение ротор 6 в том же направлении, что и магнитное поле. Частота вращения будет зависеть от частоты колеба5 ний магнитных шунтов 11-14, момента нагрузки и величины тока намагничивания, создаваемого в обмотках 6-9. Ток может изменяться регулятором 35 (фиг.5) или выключаться вообще выключателем 34 для

0 обеспечения свободного выбега или пуска поршневой системы вхолостую.

Для изменения направления вращения ротора достаточно изменить чередование фаз движения двух соседних шунтов 11-14.

5 Выключатели 30-33, включаемые по определенной программе, могут обеспечить пуск системы цилиндров (взаимосвязанных механически или гидравлически). Так, если магнитные шунты 11-14 расположены в соответствии с фиг.9. то для пуска системы

необходимо выключить выключатели 30 и 33 в обмотках б и 9 электро магнитов 1и 4 и ч выключить выключатели 31 и 32 обмоток 7 и 8 электромагнитов 2 и 3. При этом шунт 12, а затем и шунт 13 (фиг.9-24) будут втяги- 5 ваться в прорези соответствующих электромагнитов 2 и 3. С момента гз времени (фиг. 17-20) выключится выключатель 30 и 31, а включатся выключатели 32 и 33. Иными словами каждые четверть периода будут вы- 10 ключаться и включаться два смежных выключателя в такой последовательности, которая соответствует направлению движения магнитного поля. .

Для обеспечения более полного эффек- 15 та вращения магнитного поля необходимо, чтобы магнитный поток изменялся по синусоидальному закону. Такую закономерность можно обеспечить путем придания магнитным шунтам 11-14 соответствующей $0

формы. . .:. : . .. . ;; :-; Щ5- При изменений магнитного потока в ; электромагнитах 1-4 за счет движения магнитных шунтов 11-14 в соответствующих дополнительных обмотках 36-39 будет на- 25 водиться переменная ЭДСЕ, значение кб торой зависит от значения частоты колебаний магнитных шунтов 11-14.

В соответствии с уравнением:.- ... : v -. :.-. : -. -. ---. ::--x. -U. .;-30 Е 4,44 WA Фт fm, v

где Л/Д - общее число витков допОлнитёль- .: ;, ных обмоток;- Фт - максимальное значение магнит- 35 ного потока; ; fm - частота колебаний магнитных шуитов. . . -. -..... . .:: - -:ч-;.,;.

При некоторой частоте выпрямленная ЭДС станет больше ЭДС источника. При 40 этом, если источник тока - аккумуляторная ;; батарея, то будет идти процесс подзарядки : источника постоянного тока. Значением вы- (. прямленной ЭДС можно варьировать, включая обмотки 36-39 - последовательно 45 (фиг.6) или параллельно на четырехфазный выпрямительный мост (фиг.7).{;

Предложенное конструктивное решё- ние обеспечивает возможность получений 50 тормозного момента на валу. Для этого необходимо остановить движение магнитных шунтов при сохранении тока подмагничива- ; ния в электромагнитах. В этом случае . здается тормозной момент за счет 55 взаимодействия токов ротора и неподвиж - ного магнитного поля.

В предложенном техническом решении количество немагнитных зазоров в сравнении с прототипом снижено. В частности, помимо технологически необходимого зазора между вращающимся ротором и неподвижной магнитной системой имеется зазор между магнитным шунтом, входящим в прорезь, электромагнита.

И этот зазор практически может быть сведен к минимуму, .если, например, прорезь и шунт выполнить со скосами. При этом в крайнем нижнем положении магнитный шунт будет практически полностью перекрывать прорезь.

В то же время в прототипе имеется несколько зазоров между подвижным магнитол роводом и неподвижными элементами магнитной системы, которые не могут быть устранены без изменения принципа действия. :. : . ... ..;;. . -- : ;

Уменьшение магнитных зазоров между каждым шунтом и телом электромагнита позволит уменьшить ток намагничивания, и следовательно, уменьшить электрические потери в цели возбуждения, что ведет к увеличению общего КПД системы.

Технико-экономическая эффективность предложенной поршневой машины заключается в следующем. ..; Повышена универсальность машины, т.к. обеспечена возможность реверсирования выходного вала, а также получение электрического торможения, подзарядки аккумулятора и пуска машины от источника постоянного тока.

Более высокий КПД, что связано с уменьшением магнитных зазоров между подвижными элементами и снижением подвижных масс, вовлеченных в колебательный процесс, кроме того не происходит перемагничивание полюсов электромагнитов. . ,.- . ,: . ; -; : , . : -..- . Снижена металлоемкость конструкции, так как подвижная система уже не несет функции передачи магнитного потока, а ротор выполнен в виде диска.

Формула изобретения

Электромагнитный преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное, содержащий подвижный магнитный элемент, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения, неподвижный магнитолровод, охватывающий короткозамкнутый ротор, о т- л и ч а ю Щ и и с я тем, что, с целью расширений эксплуатационных возможностей путем осуществления реверсивных режимов, магнитопровод выполнен в виде электромагнитов, каждый из которых снабжен обмоткой и выполнен со сквозными прорезями, подвижный магнитный элемент

выполнен в виде магнитных шунтов, установленных напротив прорезей в электромагнитах, при этом ротор выполнен из электропроводящего материала в виде дисповерхностях, причем дополнител мотки электромагнитов имеют кле подключения к источнику постоян через выпрямитель, а основные о

ка с радиальными стержнями на торцовых 5 через управляемые выключатели.

поверхностях, причем дополнительные обмотки электромагнитов имеют клеммы для подключения к источнику постоянного тока через выпрямитель, а основные обмотки через управляемые выключатели.

1814748

вид б

Использование: в транспортных средст1-: вах для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала. Сущность изобретения: поршневая машина содержит шунты, связанные со штоками соответству- ющих цилиндров, Шунты при возвратно-поступательном движении периодически перекрывают зазоры в магнитной системе индукторов. Последние, в свою очередь, своими полюсами охватывают плоский ротор, имеющий токопроводящие стержни, замкнутые с обеих сторон. При определенном чередовании движения шунтов в индуктивной системе образуется вращающееся магнитное поле, которое заставляет ротор вращаться. Обмотки, расположенные на индукторе, дают возможность осуществить питание вспомогательных цепей. Включая основную обмотку индуктора в определенной последовательности, можно обеспечить пуск в ход поршневой системы. 24 ил. Ё

.

Шштттш

, -. -w, - ... jt А. .-.- .-.- . . -

II1, I

т ht ht /л

- о

Ш5

фиг. 6

гщ

я-Ntf М

ff,

tf

/ff ff

8W.H81

+

о

&

-N-NФиг. If

Фиг.гг

Фиг.Ј3

Фиг. 24