Четырехсекционный двигатель на постоянных магнитах

 

Изобретение относится к получению альтернативной энергии с помощью преобразования энергии постоянного магнита в механическую для использования его в паре с электрогенератором для получения электрической энергии. Технический результат заключается в расширении области использования и получении дешевой электроэнергии. Двигатель содержит корпус из немагнитного материала, состоящий из четырех секций. Каждая секция представляют собой два постоянных магнита, выполненных в виде шаров, каждый из которых закреплен на валу, снабженным приводом для его поворота. Эти два постоянных магнита размещены внутри секции на противоположных его концах. Секция содержит перемещающийся третий магнит-ползун, установленный в средней части секции между двумя вращающимися магнитами на направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения, от одного вращающегося магнита к другому. Он выполнен в виде куба с выполненными в передней и задней части выпуклостями. К его средней части при помощи пальца прикреплен кривошипно-шатунный механизм. Производя возвратно-поступательное движение, магнит-ползун с помощью кривошипно-шатунного механизма приводит коленчатый вал во вращательное движение. Изобретение обеспечивает равномерное распределение нагрузки по всему коленчатому валу через каждые 90^o его поворота без маховика. 2 ил.

Изобретение относится к области получения альтернативной энергии с помощью серийного четырехсекционного двигателя, преобразующего энергию постоянных магнитов в механическую для использования его в паре с электрогенератором для получения альтернативной электрической энергии.

Известно устройство для перемещения объектов преимущественно игровых элементов, игрушек (ЕР 0627248 МКИ 7 А 63 Н 33/26,1994).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является односекционный двигатель на постоянных магнитах, содержащий корпус из немагнитного материала, два постоянных магнита, выполненных в виде шаров, каждый из которых закреплен на валу, снабженном приводом для его поворота, и размещенных внутри корпуса на противоположных его концах, перемещающийся с возможностью возвратно-поступательного перемещения от одного вращающегося магнита к другому (патент РФ 2124379, МКИ 7 А 63 Н 33/26, 1998).

Недостатком известного двигателя является нецелесообразность его серийного производства для народного хозяйства, невозможность получения дешевой электроэнергии.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка двигателя, позволяющего его использование в различных сферах народного хозяйства, а также, используя его в паре с электрогенератором, для получения сравнительно дешевой электроэнергии.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность наладить серийный выпуск промышленных двигателей, преобразующих энергию постоянных магнитов в механическую и другие виды энергии.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что четырехсекционный двигатель на постоянных магнитах, содержащий корпус из немагнитного материала из четырех идентичных секций, внутри каждой секции на противоположных ее концах установлены на валах два вращающихся от приводов в виде соленоидов постоянных магнита в виде шаров, между указанными вращающимися постоянными магнитами установлен на направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения между ними постоянный магнит-ползун в виде куба с выпуклостями в передней и задней части, полюса которого направлены к полюсам вращающихся постоянных магнитов, к средней части постоянного магнита-ползуна прикреплен шатун, соединенный с подшипником коленчатого вала, на котором расположены блоки с подвижными и неподвижными контактами для управления соленоидами приводов вращающихся постоянных магнитов, причем постоянные магниты-ползуны секций распределены на коленчатом валу под углом 90^o так, что когда постоянный магнит-ползун первой секции находится в верхней мертвой точке, постоянный магнит-ползун второй секции находится в середине пути из верхней мертвой точки к верхней мертвой точке, ползун третьей секции находится на середине хода из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, а постоянный магнит-ползун - в нижней мертвой точке, при этом система управления соленоидами приводов вращающихся постоянных магнитов обеспечивает в каждой секции замыкание указанных подвижных контактов с указанными неподвижными контактами при подходе постоянного магнита-ползуна к одной из указанных мертвых точек для передачи сигнала на систему управления указанных приводов вращающихся постоянных магнитов в зависимости от положения постоянного магнита-ползуна для такого поворота вращающихся постоянных магнитов, чтобы постоянный магнит-ползун устремлялся к другой из указанных мертвых точек.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на фиг.1 и фиг.2.

На фиг. 1 представлена общая схема четырехсекционного двигателя РОА-3 с постоянными магнитами в поперечном разрезе, вид спереди. На фиг.2 представлена общая схема четырехсекционного двигателя РОА-3 с постоянными магнитами в продольном разрезе, вид сбоку.

Промышленный четырехсекционный двигатель РОА-3 содержит корпус 1 из немагнитного материала, например алюминия, корпус 1 состоит из четырех секций А, В, С, Д. Все четыре секции идентичны. Внутри каждой секции установлены постоянные магниты 2 и 3, выполненные в виде шаров и установлены на валах 4 и 5 с возможностью вращения от приводов 6 и 7, в секции установлены четыре направляющие 8, 9 и 8¹ и 9¹, выполненные из титана, в виде стержней, концы которых закреплены на боковых стенках каждой секции корпуса 1. На направляющих 8, 9 и 8¹ и 9¹ установлен между двумя вращающимися магнитами 2 и 3 ползун 10, перемещающийся постоянный магнит. Перемещающийся постоянный магнит-ползун 10 выполнен в виде куба, с расположенными в передней и задней части сферическими выпуклостями, полюса которого обращены к полюсам вращающихся магнитов 2 и 3. Стороны полюса ползуна 10 имеют сферические выпуклости 11 и 12 для возможности свободного вращения вращающихся магнитов 2 и 3 в тот момент, когда ползун 10 подходит вплотную к одному из них. К средней части ползуна 10 при помощи пальца 13 крепится шатун 14, который в свою очередь соединяется с подшипником шейки 16 коленчатого вала 21. Таким образом осуществляется связь между ползуном 10 и коленчатым валом 21.

Все вращающиеся элементы данного двигателя выполнены на шариковых подшипниках закрытого типа, что осуществляет смазку двигателя. На носке коленчатого вала 21 расположен блок 29 с подвижными контактами 26 и 33 и блок 31 с неподвижными контактами 27, 28 и 31, 32 для управления соленоидами 22, 23, 24, 25, которые разворачивают магниты 2 и 3 в каждой секции. Ползуны 10 каждой секции соединены шатунами 14, 15 и распределены по коленчатому валу 21 под углом 90^o.

Таким образом, если ползун 10 секции А находится в ВМТ, то ползун 10 секции В в это же время находится посередине по пути из ВМТ к НМТ, ползун 10 секции С находится тоже посередине хода ползуна на пути из НМТ к ВМТ, а ползун 10 секции Д находится в НМТ, что и показано на фиг.2. При неработающем двигателе все соленоиды управления вращающимися магнитами 2 и 3 каждой секции отключены и находятся в нейтральном положении, соответственно все вращающиеся магниты 2 и 3 каждой секции находятся в нейтральном положении, т. е. S/N по отношению к сторонам S и N магнита ползуна 10 всех секций, следовательно силы отталкивания и притяжения, заставляющие ползуны совершать возвратно-поступательное движение, отсутствуют и двигатель находится в покое.

Промышленный четырехсекционный двигатель на постоянных магнитах РОА-3 работает следующим образом.

Включая тумблер 36 на пульте управления двигателем 34, мы подаем напряжение от независимого источника 35 (аккумулятора) на пульт управления двигателем 34. Автоматика одновременно подает команды на все соленоиды управления вращающимися магнитами, причем каждому соленоиду свою в зависимости от положения коленчатого вала 21, а следовательно, и нахождения ползунов по отношению к вращающимся магнитам. Рассмотрим начало работы двигателя с момента, указанного на фиг.2. Секция А, соленоид 22 выключен, соленоид 23 включается и поворачивает вращающийся магнит 2 из положения нейтрального N/S в положение N к стороне N ползуна 10, возникает сила отталкивания, одновременно включается соленоид 24, который поворачивает вращающийся магнит 3 из нейтрального положения N/S в положение N по отношению к стороне S ползуна 10, возникает сила притяжения, обе эти силы в секции А направляют ползун 10 от ВМТ к НМТ. Одновременно в секции В включается соленоид 23 и поворачивает магнит 2 из нейтрального положения N/S в положение N к стороне N ползуна 10, образуя силу отталкивания. Одновременно включается соленоид 24, поворачивающий магнит 3 из нейтрального положения N/S стороной N к стороне S ползуна 10, создается сила притягивания. Под действием этих двух сил ползун 10 движется от ВМТ к НМТ, вращая коленчатый вал 21 в том же направлении, что и ползун 10 секции А. Одновременно в секции С включается соленоид 22, поворачивающий магнит 2 из нейтрального положения N/S в положение S к стороне N ползуна 10, образуя силу притяжения. Одновременно включается соленоид 25, поворачивающий магнит 3 из нейтрального положения N/S в положение S к стороне S ползуна 10, образуется отталкивающая сила. Под действием этих двух сил ползун 10 движется от НМТ к ВМТ, вращая коленчатый вал 21 в том же направлении, что и ползун 10 секций А и С. Одновременно в секции Д включается соленоид 22, поворачивающий магнит 2 из нейтрального положения N/S в положение S к стороне N ползуна 10, образуется притягивающая сила. Одновременно включается соленоид 24, поворачивающий магнит 3 из нейтрального положения N/S в положение N к стороне S ползуна 10, образуется отталкивающая сила. Под действием этих двух сил ползун 10 движется от НМТ к ВМТ, вращая коленчатый вал 21 в том же направлении, что и ползун 10 секций А, С и В. Двигатель начинает работу. Провернувшись на угол в 45^o поворота коленчатого вала 21, ползун 10 секции В подошел к низшей точке коммутации, а ползун 10 секции С подошел к верхней точке коммутации.

Не доходя 45^o до НМТ по повороту коленчатого вала 21 ползуна 10 секции В, подается команда на отключение соленоида 24 секции В и он поворачивает магнит 3 из положения N в нейтральное положение N/S к стороне S ползуна 10, что приводит к исчезновению притягивающей силы магнита 3, но продолжает действовать отталкивающая сила магнита 2. Одновременно подается команда на соленоид 22 секции С и он поворачивает магнит 2 из положения S в нейтральное положение N/S к стороне N ползуна 10, что приводит к исчезновению притягивающей силы магнита 2, но продолжает действовать отталкивающая сила магнита 3. Под действием этих сил ползуны 10 доходят до НМТ в секции В и к ВМТ в секции С, а ползуны 10 в секции А и секции Д подходят к середине хода ползуна 10. В секции А под действием отталкивающей силы магнита 2 и притягивающей силы магнита 3 от ВМТ к НМТ. В секции Д под действием отталкивающей силы магнита 3 и притягивающей силы магнита 2 от НМТ к ВМТ.

В момент нахождения ползуна 10 секции В в НМТ включается соленоид 25 и поворачивает магнит 3 из нейтрального положения N/S в положение S к стороне S ползуна 10, возникает отталкивающая сила. Одновременно отключается соленоид 23 и включается соленоид 22 и поворачивает магнит 2 из положения N в положение S к стороне N ползуна 10, возникает притягивающая сила. Эти две силы движут ползун 10 от НМТ к ВМТ. Одновременно в момент нахождения ползуна 10 секции С в ВМТ включается соленоид 23 и поворачивает магнит 2 из нейтрального положения N/S в положение N к стороне N ползуна 10, возникает отталкивающая сила. Одновременно в этой же секции С отключается соленоид 25 и включается соленоид 24, поворачивает магнит 3 из положения S в положение N к стороне S ползуна 10, возникает притягивающая сила. Эти две силы движут ползун 10 от ВМТ к НМТ. Под действием сил вращающихся магнитов 2 и 3 во всех секциях ползуны 10 движутся, вращая коленчатый вал 21. Не доходя 45^o до НМТ по повороту коленчатого вала 21 ползуна 10 секции А, отключается соленоид 25, поворачивая магнит 3 из положения N в нейтральное положение N/S к стороне S ползуна 10, исчезает притягивающая сила магнита 3, но продолжает действовать отталкивающая сила магнита 2. Одновременно не доходя 45^o до ВМТ по повороту коленчатого вала 21 ползуна 10 секции Д, отключается соленоид 23, поворачивает магнит 2 из положения S в нейтральное положение N/S к стороне N ползуна 10, исчезает притягивающая сила магнита 2, но продолжает действовать отталкивающая сила магнита 3. Эти силы продолжают двигать ползун 10 от ВМТ к НМТ в секции А и от НМТ к ВМТ секции Д. Коленчатый вал 21 вращается. В секции А ползун 10 подходит к НМТ в секции В и С ползуны 10 подходят к средней линии хода ползуна, а в секции Д подошел к ВМТ. В это время в секции А при нахождении ползуна 10 в НМТ включается соленоид 25 и поворачивает магнит 3 из нейтрального положения N/S, стороной S к стороне S ползуна 10, возникает отталкивающая сила, одновременно отключается соленоид 23 и включается соленоид 22, поворачивая магнит 2 из положения N стороной S к стороне N ползуна 10, возникает притягивающая сила. Одновременно в секции Д при нахождении ползуна 10 в ВМТ включается соленоид 22 и поворачивает магнит 2 из нейтрального положения N/S, стороной N к стороне N ползуна 10, возникает отталкивающая сила, одновременно отключается соленоид 25 и включается соленоид 24, поворачивает магнит 3 из положения S стороной N к стороне S ползуна 10, возникает притягивающая сила. Под действием этих сил ползун 10 в секции А движется от НМТ к ВМТ, а ползун 10 в секции Д движется от ВМТ к НМТ вращая вместе с ползунами 10 секций В и С коленчатый вал 21.

Не доходя 45^o до ВМТ по повороту коленчатого вала 21 ползуна 10 секции В, отключается соленоид 22, поворачивая магнит 2 из положения S в нейтральное положение N/S к стороне N ползуна 10, исчезает притягивающая сила магнита 2, но продолжает действовать отталкивающая сила магнита 3. Эта сила продолжает двигать ползун 10. Одновременно не доходя 45^o до НМТ по повороту коленчатого вала 21 ползуна 10 секции С, отключается соленоид 24 и поворачивает магнит 3 из положения N в нейтральное положение N/S к стороне S ползуна 10, исчезает притягивающая сила магнита 3, но продолжает действовать отталкивающая сила магнита 2. Эта сила продолжает двигать ползун 10. Под действием этих сил ползун 10 в секции В подходит к ВМТ, а ползун 10 в секции С к НМТ. При нахождении ползуна 10 секции В в ВМТ включается соленоид 23, поворачивает магнит 2 из положения N/S, стороной N к стороне N ползуна 10, возникает отталкивающая сила, одновременно отключается соленоид 25 и включается соленоид 24, поворачивая магнит 3 из положения S стороной N к стороне S ползуна 10, возникает притягивающая сила. Одновременно в секции С при нахождении ползуна 10 в НМТ включается соленоид 25 и поворачивает магнит 2 из положения N/S, стороной S к стороне S ползуна 10, возникает отталкивающая сила. Одновременно отключается соленоид 23 и включается соленоид 22, поворачивает магнит 2 из положения N стороной S к стороне N ползуна 10, возникает притягивающая сила. Под действием этих сил ползун 10 секции В движется от ВМТ к НМТ, ползун 10 секции С движется от НМТ к ВМТ, ползун 10 секции А подходит к ВМТ, а ползун 10 секции Д подходит к НМТ. Цикл завершен. В дальнейшем циклы повторяются. Двигатель работает. В случае отключения двигателя, необходимо выключить тумблер 36 на блоке управления 34, на все соленоиды, независимо от места нахождения ползунов и положения коленчатого вала 21, подается команда на их отключение и они устанавливают вращающиеся магниты 2 и 3 во всех секциях в нейтральное положение N/S по отношению к ползунам 10. На них перестают действовать силы притяжения и отталкивания, двигатель останавливается.

Предлагаемая характеристика двигателя.

Модель - РОА-3 Тип - 4-х секционный на постоянных магнитах Характеристика магнитов: Шаровых ⊘60 Кубических с выпуклыми сферами - 90х90х30, сфера ⊘60 Материал - Nd-Fe-B Свойства. Остаточная индукция B_R - более 1,5 Т Коэрцитивная сила - Н_с - более 1500 кА/м Магнитная энергия - В.М.макс - более 360 кДж/м³ Сила, действующая на коленчатый вал в каждом такте - 50 кг
Число оборотов в минуту - 900
Направление вращения коленчатого вала (со стороны носка вала) - Правое
Мощность двигателя кВт (л.с.) - 100 (136)
Габаритные размеры двигателя, мм
длина 730
ширина 300
высота 660
Вес двигателя, кг 63
Таких секций в двигателе четыре, что позволяет избежать принудительного начала вращения движения при остановке его в ВМТ или НМТ, а также равномерно распределять нагрузки по всему коленчатому валу через каждые 90^o поворота коленчатого вала. В данной конструкции двигателя маховик не нужен.

Формула изобретения

Четырехсекционный двигатель на постоянных магнитах, содержащий корпус из немагнитного материала из четырех идентичных секций, внутри каждой секции на противоположных ее концах установлены на валах два вращающихся от приводов в виде соленоидов постоянных магнита в виде шаров, между указанными вращающимися постоянными магнитами установлен на направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения между ними постоянный магнит-ползун в виде куба с выпуклостями в передней и задней части, полюса которого направлены к полюсам вращающихся постоянных магнитов, к средней части постоянного магнита-ползуна прикреплен шатун, соединенный с подшипником коленчатого вала, на котором расположены блоки с подвижными и неподвижными контактами для управления соленоидами приводов вращающихся постоянных магнитов, причем постоянные магниты-ползуны секций распределены на коленчатом валу под углом 90^o так, что когда постоянный магнит-ползун первой секции находится в верхней мертвой точке, постоянный магнит-ползун второй секции находится в середине пути из верхней мертвой точки к верхней мертвой точке, ползун третьей секции находится на середине хода из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, а постоянный магнит-ползун - в нижней мертвой точке, при этом система управления соленоидами приводов вращающихся постоянных магнитов обеспечивает в каждой секции замыкание указанных подвижных контактов с указанными неподвижными контактами при подходе постоянного магнита-ползуна к одной из указанных мертвых точек для передачи сигнала на систему управления указанных приводов вращающихся постоянных магнитов в зависимости от положения постоянного магнита-ползуна для такого поворота вращающихся постоянных магнитов, чтобы постоянный магнит-ползун устремлялся к другой из указанных мертвых точек.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2