Постоянные магниты, их описание и принцип действия. Двигатель постоянный магнит


Двигатель на постоянных магнитах

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве привода. Двигатель на постоянных магнитах содержит сдвоенный статор с постоянными магнитами в виде соленоидов П-образного сечения, расположенными на внутренней поверхности статора, и два ротора, по одному в каждой секции с постоянными магнитами в виде дугообразных стержней, жестко связанных с осью вращения, муфту сцепления, маховик. При взаимодействии разноименных полюсов магнитов статора и ротора магнит ротора втягивается соленоидным магнитом статора, поворачивая ротор на определенный угол до момента совмещения одноименных полюсов магнитов статора и ротора. При выходе переднего по ходу конца магнита ротора за пределы “мертвой зоны” магнит ротора выталкивается из магнита статора и обеспечивает непрерывность вращения. При прохождении ротором “мертвой зоны” движение его поддерживается маховиком и машиной постоянного тока в режиме двигателя, питающегося от аккумулятора и помогающего ротору пройти “мертвую зону”. После прохода “мертвой зоны” нагрузка на валу ротора уменьшается и машина постоянного тока работает в режиме генератора. Происходит рекуперация электроэнергии, которая идет на подзарядку аккумулятора. Технический результат заключается в повышении мощности и КПД. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в других отраслях в качестве привода.

Известно устройство [1] - привод, содержащий статор с постоянными магнитами, ротор с постоянными магнитами, вал, подшипники и экраны.

Недостатком известного устройства является наличие тормозящего взаимодействия между магнитными полями постоянных магнитов статора и ротора, регулировка мощности привода производится изменением расстояния между магнитами статора и ротора, а торможение привода осуществляется путем поворота магнитов статора, что является не технологичным и не совершенным, снижает КПД и мощность привода.

Целью настоящего изобретения является увеличение мощности и КПД двигателя, упрощение управления им в процессе эксплуатации.

Указанная цель достигается тем, что двигатель содержит двухсекционный сдвоенный статор с постоянными магнитами, выполненными в виде соленоидов П-образного сечения, расположенными по внутренней поверхности статора, и два ротора с постоянными магнитами, выполненными в виде дугообразных стержней, жестко связанными с общей для них осью, и вспомогательный саморегулирующийся двигатель постоянного тока.

Известно, что постоянные магниты разноименными полюсами притягиваются, а одноименными полюсами отталкиваются. Постоянные магнитные соленоиды статора и дугообразные магниты ротора при встрече разноименными полюсами притягиваются один к другому, вследствие чего магниты ротора втягиваются в соленоидные магниты статора и ротор поворачивается вместе с осью на некоторый угол.

До момента, когда магниты статора и ротора поравняются одноименными полюсами, образуется "мертвая зона" и нагрузка на валу увеличится и дальнейшее вращение ротора будет происходить за счет энергии вращающегося маховика, расположенного на той же оси, что и ротор, и энергии якоря вспомогательного саморегулирующегося двигателя постоянного тока до момента, когда магнит ротора передним концом по ходу выйдет за пределы "мертвой зоны", в результате чего произойдет выталкивание магнита ротора из полости соленоиного магнита статора и вращение ротора усилится, а нагрузка на валу упадет.

При прохождении магнитом ротора "мертвой зоны" другие магниты, расположенные в роторе, либо втягиваются в соответствующие магнитные соленоиды статора, либо выталкиваются из них в зависимости от их расположения в соленоидах, что помогает поддерживать непрерывность вращения. Дальше цикл повторяется, чем обеспечивается бесперебойность работы двигателя. Что касается саморегулируещегося двигателя постоянного тока, то он перейдет в режим генератора, произойдет рекуперация э/энергии, которая пойдет на подзарядку аккумулятора. Магниты роторов смещены относительно друг друга на некоторый угол. Изменение угла смещения позволяет регулировать режим работы двигателя и его мощность.

На фиг.1 изображен двигатель на постоянных магнитах.

На фиг.2 - то же, вид сбоку в разрезе.

Двигатель на постоянных магнитах содержит двухсекционный статор 1 с постоянными соленоидными магнитами 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 (магниты 8 и 9 не показаны), расположенными в двух секциях, роторы с постоянными дугообразными магнитами 10, 11, 12, 13, 14, 15 (магниты 13, 14, 15 отмечены на втором роторе пунктиром), маховик 18, муфту сцепления 19, ось 16, подшипники 17, рукоять 20, саморегулирующийся двигатель постоянного тока 21, аккумулятор 22.

Двигатель работает следующим образом: при взаимодействии разноименных полюсов постоянных магнитов ротора и статора соленоидные магниты статора 2 первоначально втягивают дугообразные магниты ротора 12 (фиг.1) и ротор поворачивается на некоторый угол до момента, пока магниты статора одноименными полюсами поравняются с магнитами ротора и ротор войдет в "мертвую зону", нагрузка на валу двигателя увеличится и саморегулирующийся двигатель постоянного тока, питающийся от аккумулятора, вместе с маховиком будет помогать вращению до момента, когда магнит ротора передним по ходу концом выйдет за пределы "мертвой зоны", в результате чего произойдет выталкивание магнита ротора из магнита статора (фиг.1 магниты 4 и 10) и вращение ротора усилится, что обеспечит бесперебойное вращение ротора, а саморегулирующийся двигатель постоянного тока перейдет в режим генератора с рекуперацией э/энергии для подзарядки аккумулятора. Дальше цикл повторяется и происходит непрерывное вращение оси 16. Остановка, запуск и реверс двигателя осуществляются с помощью двигателя постоянного тока.

Источник информации

1. Патент РФ №2019901, Н 02 N 11/10, 1994 г.

Двигатель на постоянных магнитах, содержащий статор с постоянными магнитами, ротор с постоянными магнитами, отличающийся тем, что он снабжен машиной постоянного тока, питающейся от аккумулятора, и маховиком, расположенным на той же оси, что и два ротора, выполненные в виде жестко связанных с общей осью постоянных магнитов в форме дугообразных стержней с возможностью их втягивания в постоянные магниты П-образного поперечного сечения, содержащиеся на внутренней поверхности двух секций статора, при этом, указанные постоянные магниты ротора смещены относительно друг друга на некоторый угол, а указанная машина постоянного тока при вхождении магнитов ротора “в мертвую зону” работает в режиме двигателя, а при их выходе из нее - в режиме генератора.

www.findpatent.ru

двигатель на постоянных магнитах - патент РФ 2177201

Использование: для преобразования потенциальной энергии постоянного магнита в механическую и другие виды энергии, например, в паре с электрогенератором для получения электрической энергии. Технический результат заключается в преобразовании потенциальной энергии постоянного магнита в механическую. Двигатель содержит корпус из немагнитного материала, два постоянных магнита, выполненных в виде шаров, каждый из которых закреплен на валу, снабженном приводом для его поворота. Постоянные магниты размещены внутри корпуса на противоположных его концах. Двигатель содержит магнит-ползун, установленный в средней части корпуса, между двумя вращающимися магнитами, на направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения, от одного вращающегося магнита к другому. Магнит-ползун выполнен в виде куба с расположенными по бокам сферическими впадинами. К нему в средней части при помощи пальца прикреплен кривошипно-шатунный механизм. Магнит-ползун с помощью кривошипно-шатунного механизма приводит коленчатый вал во вращательное движение. 3 ил. Изобретение относится к области получения энергии и предназначено для преобразования потенциальной энергии постоянного магнита в механическую и другие виды энергии и может быть использовано в паре с электрогенератором для получения электрической энергии. Известно устройство для перемещения объектов, преимущественно игровых элементов игрушек (ЕР 0627248, МКИ 7 A 63 H 33/26, 1994). Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для перемещения объектов игрушек, содержащее корпус из немагнитного материала, два постоянных магнита, размещенных внутри корпуса на противоположных его концах и перемещаемый элемент - постоянный магнит - ползун, установленный в средней части корпуса между постоянными шаровыми магнитами (Патент РФ 2124379, МКИ 7 A 63 H 33/26, 1998). Недостатком известного устройства является невозможность преобразовывать потенциальную энергию постоянного магнита в механическую энергию и в другие виды энергии. Задачей предлагаемого изобретения является разработка двигателя, позволяющего преобразовывать потенциальную энергию постоянного магнита в механическую и в другие виды энергии. В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность преобразовывания потенциальной энергии постоянного магнита в механическую и в другие виды энергии. Вышеуказанный технический результат достигается тем, что двигатель, предназначенный для преобразования потенциальной энергии постоянного магнита во вращательное движение коленчатого вала, содержит корпус из немагнитного материала, два постоянных магнита, выполненных в виде шаров, каждый из которых закреплен на валу, снабженным приводом для его поворота. Эти два постоянных магнита размещены внутри корпуса на противоположных его концах. Двигатель содержит перемещаемый третий магнит, установленный в средней части корпуса, между двумя вращающимися магнитами, на направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения, от одного вращающегося магнита к другому. Третий перемещающийся магнит-ползун выполнен в виде куба с расположенными по бокам сферическими впадинами, для возможного вращения вращающихся магнитов в непосредственной близости к ним. Он также выполняет функцию ползуна, к нему в средней части при помощи пальца прикреплен кривошипно-шатунный механизм. Производя возвратно-поступательное движение между двумя вращающимися магнитами третий магнит-ползун с помощью кривошипно-шатунного механизма приводит коленчатый вал во вращательное движение. Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1, 2, 3. На фиг. 1 представлена общая схема двигателя с постоянными магнитами в продольном разрезе, вид спереди. На фиг. 2 представлен вариант выполнения управления двигателя автоматически, вид с обратной стороны. На фиг. 3 представлена диаграмма распределения сил, действующих на постоянные магниты в двигателе. Двигатель с постоянными магнитами содержит корпус из немагнитного материала, например, алюминия 1, внутри корпуса 1 установлены постоянные магниты 2 и 3, выполненные в виде шаров и установленные на валах 4 и 5 с возможностью вращения от приводов 6 и 7, в корпусе установлены направляющие 8 и 9, выполненные из титана в виде стержней, концы которых закреплены на боковых стенках корпуса 1. На направляющих 8 и 9 установлен между двумя вращающимися магнитами 2 и 3 ползун, перемещающийся постоянный магнит 10. Перемещающийся ползун 10 выполнен в виде куба, полюса которого обращены к полюсам вращающихся магнитов 2 и 3. Стороны-полюса ползуна 10 имеют сферические выемки 11 и 12 для свободного вращения вращающихся магнитов 2 и 3 в тот же момент, когда ползун 10 подходит вплотную к одному из них. К средней части ползуна 10 при помощи пальца 13 крепится толкатель 14, который в своем поступательном движении удерживается направляющей 17 и соединен через подшипник шатуна 18 с шатуном 15, который в свою очередь соединен с подшипником шейки 16 коленчатого вала 20. Таким образом осуществляется связь между ползуном 10 и коленчатым валом 21. Все вращающиеся элементы данного двигателя выполнены на шариковых подшипниках закрытого типа, что и осуществляет смазку двигателя. На коленвалу расположен блок с подвижными контактами 28 и блок 31 с неподвижными контактами 26, 27 и 32 и 33 для управления соленоидами 22, 23, 24, 25. В неработающем состоянии двигателя соленоиды управления 22, 23, 24 и 25 вращающимися магнитами 2 и 3 отключены и вращающиеся магниты 2 и 3 установлены к ползуну "нейтральными" сторонами, т.е. S/N соответственно, не оказывая на ползун 10 никакого воздействия, и все находится в покое. Двигатель на постоянных магнитах работает следующим образом. Включив тумблер 36 на пульте управления двигателем 34, мы подаем напряжение от независимого источника (аккумулятора) на пульт управления двигателя 34. Автоматика подает команду на соленоиды 22, 23, 24 и 25 управления поворотом вращающихся магнитов 2 и 3 в зависимости от положения ползуна 10 и коленчатого вала 21. Допустим ползун 10 движется вверх к ВМТ, тогда соленоид 22 включен, а соленоид 23 отключен, следовательно вращающийся магнит 2 повернут стороной-полюсом N к стороне S магнита ползуна 10. Разность полюсов образует силу притяжения. Одновременно подаются команда на включение соленоида 25 и отключения соленоида 24, следовательно вращающийся магнит 3 поворачивается стороной-полюсом N к стороне-полюсу N магнита ползуна 10, что создает отталкивающую силу. Под действием этих двух сил притягивающей и отталкивающей поршень движется к верхней мертвой точке (ВМТ) увлекая за собой кривошипно-шатунный механизм и раскручивая коленвал. Не доходя 45 по повороту коленвала до ВМТ замыкается подвижный контакт 28 с неподвижным контактом 27. Сигнал поступает в блок управления двигателя 34, а затем подается команда на отключения соленоида 22, что приводит к повороту вращающегося магнита 2 и он становится нейтральной стороной S/N к стороне-полюсу S ползуна 10, действие притягивающей силы прекращается, но продолжает действовать отталкивающая сила магнита 3 и ползун 10 продолжает двигаться. Как только ползун 10 подходит к ВМТ, замыкается подвижной контакт 28 с неподвижным контактом 26, сигнал через блок управления 34 попадает на соленоид 22 и он разворачивает вращающийся магнит 2 стороной-полюсом S к стороне-полюсу S ползуна 10, одноименные полюса отталкиваются, следовательно возникает отталкивающая сила. Одновременно с этим замыкаются подвижной контакт 31 с неподвижным 33, идет команда через блок управления 34 на отключение соленоида 25 и включение соленоида 24, вращающийся магнит 3 поворачивается стороной-полюсом S к стороне-полюсу N ползуна 10. Разноименные полюса образуют притягивающую силу. Под воздействием двух сил - отталкивающей и притягивающей - ползун 10 устремляется от ВМТ к нижней мертвой точке (НМТ), раскручивая коленвал. Не доходя ползуна 10 до НМТ 45o по повороту коленвала, замыкается подвижный контакт 28 с неподвижным контактом 32, сигнал поступает на блок управления 34, и отключается соленоид 24, вращающийся магнит 3 разворачивается стороной-полюсом. S/N к стороне-полюсу N ползуна 10, что приводит к прекращению действия силы притяжения, но продолжает действовать сила отталкивания и ползун 10 продолжает двигаться к НТМ. При подходе ползуна 10 к НМТ замыкается подвижной контакт 28 с неподвижным контактом 33, сигнал через блок управления 34 поступает на соленоид 24, который разворачивает вращающийся магнит 3 стороной-полюсом N к стороне-полюсу N ползуна 10, возникает отталкивающая сила. Одновременно подвижной контакт 31 замыкает с неподвижным контактом 26, сигнал через блок управления 34 поступает на отключение соленоида 22 и включение соленоида 23. Вращающийся магнит 2 разворачивается стороной-полюсом N к стороне-полюсу S ползуна 10, разноименные полюса образуют притягивающую силу. Таким образом, две силы - отталкивающая и притягивающая - заставляют двигаться от НМТ к ВМТ, а следовательно и вращается коленвал. Цикл замкнулся. Так повторяется до бесконечности. В случае отключения двигателя необходимо выключить тумблер 36 на блоке управления 34, на соленоиды подается команда на их отключение и они устанавливают вращающиеся магниты 2 и 3 в нейтральное положение по отношению к ползуну 10, на него перестают действовать силы и двигатель останавливается. Рассмотрим диаграмму сил, действующих на перемещающийся магнит-ползун (фиг. 3). При движении ползуна от НТМ к ВМТ и наоборот на него действуют постоянно две силы - сила притяжения, куда он двигается и сила отталкивания, откуда он движется и только в одном месте, когда поршень подходит к мертвой точке смены движения за 45o, прекращает действовать сила притяжения, но продолжает действовать сила отталкивания, это связано с тем, чтобы не терять лишнюю энергию на поворот магнита, если мы будем поворачивать магнит в непосредственной близости с поршнем, то потеряем мощность двигателя двигатель на постоянных магнитах, патент № 2177201 60%. Поворачивая магнит заранее, за 45o по повороту коленчатого вала мы теряем всего 10% мощности. На фиг. 3 (a) из графика силы взаимодействия двух магнитов в зависимости от расстояния эта зависимость параболическая при непосредственной близости двух магнитов сила взаимодействия (неважно притягивающая или отталкивающая) примем за 100%, а на определенном расстоянии L эта сила будет 10%. Данные параметры определяли практически на своей модели, практически определили расстояние L это расстояние приняли за величину хода ползуна и это расстояние стало базовым при дальнейшей разработке модели. На фиг. 3 (в) показано ход ползуна, расстояние L и разбивка по градусам поворота коленчатого вала. На фиг. 3 (c) показаны силы отталкивания в %, действующие на поршень, когда он движется к НМТ. На фиг. 3 (д) показаны силы притяжения в %, действующие на поршень, когда он движется к НМТ. На фиг. 3 (e) показана сумма сил, действующих на поршень, когда он движется к НМТ. На фиг. 3 (ж) показана сумма сил, действующих на ползун, когда он движется к ВМТ. По данным графикам мы можем определить величину сил, действующих на поршень в любой фазе его движения. Коэффициент полезной мощности данного двигателя, если брать за основу постоянные сверхмощные магниты, примерно 78,5%. В нашем случае были использованы магниты силой притяжения 1 г на 1 кг.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Двигатель на постоянных магнитах, содержащий корпус из немагнитного материала, два постоянных магнита в виде шаров, каждый из которых закреплен на валу с возможностью вращения от привода, постоянные магниты в виде шаров размещены внутри корпуса из немагнитного материала в противоположных его концах, постоянный магнит-ползун установлен в средней части корпуса из немагнитного материала на направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения от одного постоянного магнита в виде шара к другому, отличающийся тем, что постоянный магнит-ползун выполнен в виде куба и по бокам - со сферическими впадинами-полюсами N и S для вращения постоянных магнитов в виде шаров с полюсами N и S, к средней части постоянного магнита-ползуна при помощи пальца прикреплен кривошипно-шатунный механизм, приводящий во вращение коленчатый вал, на котором размещен блок с подвижными контактами с возможностью их замыкания с неподвижными контактами при подходе постоянного магнита-ползуна к одной мертвой точке для передачи сигнала на блок управления соленоидами приводов постоянных магнитов в виде шаров в зависимости от положения постоянного магнита-ползуна и коленчатого вала для такого поворота постоянных магнитов в виде шара, чтобы постоянный магнит-ползун устремлялся к другой мертвой точке.

www.freepatent.ru

двигатель на постоянных магнитах - патент РФ 2248084

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве привода. Двигатель на постоянных магнитах содержит сдвоенный статор с постоянными магнитами в виде соленоидов П-образного сечения, расположенными на внутренней поверхности статора, и два ротора, по одному в каждой секции с постоянными магнитами в виде дугообразных стержней, жестко связанных с осью вращения, муфту сцепления, маховик. При взаимодействии разноименных полюсов магнитов статора и ротора магнит ротора втягивается соленоидным магнитом статора, поворачивая ротор на определенный угол до момента совмещения одноименных полюсов магнитов статора и ротора. При выходе переднего по ходу конца магнита ротора за пределы “мертвой зоны” магнит ротора выталкивается из магнита статора и обеспечивает непрерывность вращения. При прохождении ротором “мертвой зоны” движение его поддерживается маховиком и машиной постоянного тока в режиме двигателя, питающегося от аккумулятора и помогающего ротору пройти “мертвую зону”. После прохода “мертвой зоны” нагрузка на валу ротора уменьшается и машина постоянного тока работает в режиме генератора. Происходит рекуперация электроэнергии, которая идет на подзарядку аккумулятора. Технический результат заключается в повышении мощности и КПД. 2 ил.

двигатель на постоянных магнитах, патент № 2248084

Рисунки к патенту РФ 2248084

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в других отраслях в качестве привода.

Известно устройство [1] - привод, содержащий статор с постоянными магнитами, ротор с постоянными магнитами, вал, подшипники и экраны.

Недостатком известного устройства является наличие тормозящего взаимодействия между магнитными полями постоянных магнитов статора и ротора, регулировка мощности привода производится изменением расстояния между магнитами статора и ротора, а торможение привода осуществляется путем поворота магнитов статора, что является не технологичным и не совершенным, снижает КПД и мощность привода.

Целью настоящего изобретения является увеличение мощности и КПД двигателя, упрощение управления им в процессе эксплуатации.

Указанная цель достигается тем, что двигатель содержит двухсекционный сдвоенный статор с постоянными магнитами, выполненными в виде соленоидов П-образного сечения, расположенными по внутренней поверхности статора, и два ротора с постоянными магнитами, выполненными в виде дугообразных стержней, жестко связанными с общей для них осью, и вспомогательный саморегулирующийся двигатель постоянного тока.

Известно, что постоянные магниты разноименными полюсами притягиваются, а одноименными полюсами отталкиваются. Постоянные магнитные соленоиды статора и дугообразные магниты ротора при встрече разноименными полюсами притягиваются один к другому, вследствие чего магниты ротора втягиваются в соленоидные магниты статора и ротор поворачивается вместе с осью на некоторый угол.

До момента, когда магниты статора и ротора поравняются одноименными полюсами, образуется "мертвая зона" и нагрузка на валу увеличится и дальнейшее вращение ротора будет происходить за счет энергии вращающегося маховика, расположенного на той же оси, что и ротор, и энергии якоря вспомогательного саморегулирующегося двигателя постоянного тока до момента, когда магнит ротора передним концом по ходу выйдет за пределы "мертвой зоны", в результате чего произойдет выталкивание магнита ротора из полости соленоиного магнита статора и вращение ротора усилится, а нагрузка на валу упадет.

При прохождении магнитом ротора "мертвой зоны" другие магниты, расположенные в роторе, либо втягиваются в соответствующие магнитные соленоиды статора, либо выталкиваются из них в зависимости от их расположения в соленоидах, что помогает поддерживать непрерывность вращения. Дальше цикл повторяется, чем обеспечивается бесперебойность работы двигателя. Что касается саморегулируещегося двигателя постоянного тока, то он перейдет в режим генератора, произойдет рекуперация э/энергии, которая пойдет на подзарядку аккумулятора. Магниты роторов смещены относительно друг друга на некоторый угол. Изменение угла смещения позволяет регулировать режим работы двигателя и его мощность.

На фиг.1 изображен двигатель на постоянных магнитах.

На фиг.2 - то же, вид сбоку в разрезе.

Двигатель на постоянных магнитах содержит двухсекционный статор 1 с постоянными соленоидными магнитами 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 (магниты 8 и 9 не показаны), расположенными в двух секциях, роторы с постоянными дугообразными магнитами 10, 11, 12, 13, 14, 15 (магниты 13, 14, 15 отмечены на втором роторе пунктиром), маховик 18, муфту сцепления 19, ось 16, подшипники 17, рукоять 20, саморегулирующийся двигатель постоянного тока 21, аккумулятор 22.

Двигатель работает следующим образом: при взаимодействии разноименных полюсов постоянных магнитов ротора и статора соленоидные магниты статора 2 первоначально втягивают дугообразные магниты ротора 12 (фиг.1) и ротор поворачивается на некоторый угол до момента, пока магниты статора одноименными полюсами поравняются с магнитами ротора и ротор войдет в "мертвую зону", нагрузка на валу двигателя увеличится и саморегулирующийся двигатель постоянного тока, питающийся от аккумулятора, вместе с маховиком будет помогать вращению до момента, когда магнит ротора передним по ходу концом выйдет за пределы "мертвой зоны", в результате чего произойдет выталкивание магнита ротора из магнита статора (фиг.1 магниты 4 и 10) и вращение ротора усилится, что обеспечит бесперебойное вращение ротора, а саморегулирующийся двигатель постоянного тока перейдет в режим генератора с рекуперацией э/энергии для подзарядки аккумулятора. Дальше цикл повторяется и происходит непрерывное вращение оси 16. Остановка, запуск и реверс двигателя осуществляются с помощью двигателя постоянного тока.

Источник информации

1. Патент РФ №2019901, Н 02 N 11/10, 1994 г.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Двигатель на постоянных магнитах, содержащий статор с постоянными магнитами, ротор с постоянными магнитами, отличающийся тем, что он снабжен машиной постоянного тока, питающейся от аккумулятора, и маховиком, расположенным на той же оси, что и два ротора, выполненные в виде жестко связанных с общей осью постоянных магнитов в форме дугообразных стержней с возможностью их втягивания в постоянные магниты П-образного поперечного сечения, содержащиеся на внутренней поверхности двух секций статора, при этом, указанные постоянные магниты ротора смещены относительно друг друга на некоторый угол, а указанная машина постоянного тока при вхождении магнитов ротора “в мертвую зону” работает в режиме двигателя, а при их выходе из нее - в режиме генератора.

www.freepatent.ru

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 90o 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 90o 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 90o. 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 45o 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 45o 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 45o 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 45o 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 45o 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 45o 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 BR - более 1,5 Т Коэрцитивная сила - Нс - 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 90o 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 90o 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

www.findpatent.ru

Постоянные магниты, их описание и принцип действия :: SYL.ru

Наряду с электризующимися трением кусочками янтаря постоянные магниты были для древних людей первым материальным свидетельством электромагнитных явлений (молнии на заре истории определенно относили к сфере проявления нематериальных сил). Объяснение природы ферромагнетизма всегда занимало пытливые умы ученых, однако и в настоящее время физическая природа постоянной намагниченности некоторых веществ, как природных, так и искусственно созданных, еще не до конца раскрыта, оставляя немалое поле деятельности для современных и будущих исследователей.

Традиционные материалы для постоянных магнитов

Они стали активно использоваться в промышленности, начиная с 1940 года с появления сплава алнико (AlNiCo). До этого постоянные магниты из различных сортов стали применялись лишь в компасах и магнето. Алнико сделал возможным замену на них электромагнитов и применение их в таких устройствах, как двигатели, генераторы и громкоговорители.

Это их проникновение в нашу повседневную жизнь получило новый импульс с созданием ферритовых магнитов, и с тех пор постоянные магниты стали обычным явлением.

Революция в магнитных материалах началась около 1970 года, с созданием самарий-кобальтового семейства жестких магнитных материалов с доселе невиданной плотностью магнитной энергии. Затем было открыто новое поколение редкоземельных магнитов на основе неодима, железа и бора с гораздо более высокой плотностью магнитной энергии, чем у самарий-кобальтовых (SmCo) и с ожидаемо низкой стоимостью. Эти две семьи редкоземельных магнитов имеют такие высокие плотности энергии, что они не только могут заменить электромагниты, но использоваться в областях, недоступных для них. Примерами могут служить крошечный шаговый двигатель на постоянных магнитах в наручных часах и звуковые преобразователи в наушниках типа Walkman.

Постепенное улучшение магнитных свойств материалов представлено на диаграмме ниже.

Неодимовые постоянные магниты

Они представляют новейшее и наиболее значительное достижение в этой области на протяжении последних десятилетий. Впервые об их открытии было объявлено почти одновременно в конце 1983 года специалистами по металлам компаний Sumitomo и General Motors. Они основаны на интерметаллическом соединении NdFeB: сплаве неодима, железа и бора. Из них неодим является редкоземельным элементом, добываемым из минерала моназита.

Огромный интерес, которые вызвали эти постоянные магниты, возникает потому, что в первый раз был получен новый магнитный материал, который не только сильнее, чем у предыдущего поколения, но является более экономичным. Он состоит в основном из железа, которое намного дешевле, чем кобальт, и из неодима, являющегося одним из наиболее распространенных редкоземельных материалов, запасы которого на Земле больше, чем свинца. В главных редкоземельных минералах моназите и бастанезите содержится в пять-десять раз больше неодима, чем самария.

Физический механизм постоянной намагниченности

Чтобы объяснить функционирование постоянного магнита, мы должны заглянуть внутрь его до атомных масштабов. Каждый атом имеет набор спинов своих электронов, которые вместе формируют его магнитный момент. Для наших целей мы можем рассматривать каждый атом как небольшой полосовой магнит. Когда постоянный магнит размагничен (либо путем нагрева его до высокой температуры, либо внешним магнитным полем), каждый атомный момент ориентирован случайным образом (см. рис. ниже) и никакой регулярности не наблюдается.

Когда же он намагничен в сильном магнитном поле, все атомные моменты ориентируются в направлении поля и как бы сцепляются «в замок» друг с другом (см. рис. ниже). Это сцепление позволяет сохранить поле постоянного магнита при удалении внешнего поля, а также сопротивляться размагничиванию при изменении его направления. Мерой силы сцепления атомных моментов является величина коэрцитивной силы магнита. Подробнее об этом позже.

При более глубоком изложении механизма намагничивания оперируют не понятиями атомных моментов, а используют представления о миниатюрных (порядка 0,001 см) областях внутри магнита, изначально обладающих постоянной намагниченностью, но ориентированных при отсутствии внешнего поля случайным образом, так что строгий читатель при желании может отнести вышеизложенный физический механизм не к магниту в целом. а к отдельному его домену.

Индукция и намагниченность

Атомные моменты суммируются и образуют магнитный момент всего постоянного магнита, а его намагниченность M показывает величину этого момента на единицу объема. Магнитная индукция B показывает, что постоянный магнит является результатом внешнего магнитного усилия (напряженности поля) H, прикладываемого при первичном намагничивании, а также внутренней намагниченности M, обусловленной ориентацией атомных (или доменных) моментов. Ее величина в общем случае задаётся формулой:

B = µ0 (H + M),

где µ0 является константой.

В постоянном кольцевом и однородном магните напряженность поля H внутри него (при отсутствии внешнего поля) равна нулю, так как по закону полного тока интеграл от нее вдоль любой окружности внутри такого кольцевого сердечника равен:

H∙2πR = iw=0 , откуда H=0.

Следовательно, намагниченность в кольцевом магните:

M= B/µ0.

В незамкнутом магните, например, в том же кольцевом, но с воздушным зазором шириной lзаз в сердечнике длиной lсер, при отсутствии внешнего поля и одинаковой индукции B внутри сердечника и в зазоре по закону полного тока получим:

Hсер l сер + (1/ µ0)Blзаз = iw=0.

Поскольку B = µ0(Hсер + Мсер), то, подставляя ее выражение в предыдущее, получим:

Hсер(l сер + lзаз) + Мсер lзаз=0,

или

Hсер = ─ Мсер lзаз(l сер + lзаз).

В воздушном зазоре:

Hзаз = B/µ0,

причем B определяется по заданной Мсер и найденной Hсер.

Кривая намагничивания

Начиная с ненамагниченного состояния, когда Н увеличивается от нуля, вследствие ориентации всех атомных моментов по направлению внешнего поля быстро увеличиваются М и B, изменяясь вдоль участка «а» основной кривой намагничивания (см. рисунок ниже).

Когда выровнены все атомные моменты, М приходит к своему значению насыщения, и дальнейшее увеличение В происходит исключительно из-за приложенного поля (участок b основной кривой на рис. ниже). При уменьшении внешнего поля до нуля индукция В уменьшается не по первоначальному пути, а по участку «c» из-за сцепления атомных моментов, стремящегося сохранить их в том же направлении. Кривая намагничивания начинает описывать так называемую петлю гистерезиса. Когда Н (внешнее поле) приближается к нулю, то индукция приближается к остаточной величине, определяемой только атомными моментами:

Вr = μ0 (0 + Мг).

После того как направление H изменяется, Н и М действуют в противоположных направлениях, и B уменьшается (участок кривой «d» на рис.). Значение поля, при котором В уменьшается до нуля, называется коэрцитивной силой магнита BHC. Когда величина приложенного поля является достаточно большой, чтобы сломать сцепление атомных моментов, они ориентируются в новом направлением поля, а направление M меняется на противоположное. Значение поля, при котором это происходит, называется внутренней коэрцитивной силой постоянного магнита МНC. Итак, есть две разных, но связанных коэрцитивных силы, связанных с постоянным магнитом.

На рисунке ниже показаны основные кривые размагничивания различных материалов для постоянных магнитов. Из него видно, что наибольшей остаточной индукцией Br и коэрцитивной силой (как полной, так и внутренней, т. е. определяемой без учета напряженности H, только по намагниченности M) обладают именно NdFeB-магниты.

Поверхностные (амперовские) токи

Магнитные поля постоянных магнитов можно рассматривать как поля некоторых связанных с ними токов, протекающих по их поверхностям. Эти токи называют амперовскими. В обычном смысле слова токи внутри постоянных магнитов отсутствуют. Однако, сравнивая магнитные поля постоянных магнитов и поля токов в катушках, французский физик Ампер предположил, что намагниченность вещества можно объяснить протеканием микроскопических токов, образующих микроскопические же замкнутые контуры. И действительно, ведь аналогия между полем соленоида и длинного цилиндрического магнита почти полная: имеется северный и южный полюс постоянного магнита и такие же полюсы у соленоида, а картины силовых линий их полей также очень похожи (см. рисунок ниже).

Есть ли токи внутри магнита?

Представим себе, что весь объем некоторого стержневого постоянного магнита (с произвольной формой поперечного сечения) заполнен микроскопическими амперовскими токами. Поперечный разрез магнита с такими токами показан на рисунке ниже. Каждый из них обладает магнитным моментом. При одинаковой ориентации их по направлению внешнего поля они образуют результирующий магнитный момент, отличный от нуля. Он и определяет существование магнитного поля при кажущемся отсутствии упорядоченного движения зарядов, при отсутствии тока через любое сечение магнита. Легко также понять, что внутри него токи смежных (соприкасающихся) контуров компенсируются. Нескомпенсированными оказываются только токи на поверхности тела, образующие поверхностный ток постоянного магнита. Плотность его оказывается равной намагниченности M.

Как избавиться от подвижных контактов

Известна проблема создания бесконтактной синхронной машины. Традиционная ее конструкция с электромагнитным возбуждением от полюсов ротора с катушками предполагает подвод тока к ним через подвижные контакты – контактные кольца со щетками. Недостатки такого технического решения общеизвестны: это и трудности в обслуживании, и низкая надежность, и большие потери в подвижных контактах, особенно если речь идет о мощных турбо- и гидрогенераторах, в цепях возбуждения которых расходуется немалая электрическая мощность.

Если сделать такой генератор на постоянных магнитах, то проблема контакта сразу же уходит. Правда, появляется проблема надежного крепления магнитов на вращающемся роторе. Здесь может пригодиться опыт, накопленный в тракторостроении. Там уже давно применяется индукторный генератор на постоянных магнитах, расположенных в пазах ротора, залитых легкоплавким сплавом.

Двигатель на постоянных магнитах

В последние десятилетия широкое распространение получили вентильные двигатели постоянного тока. Такой агрегат представляет собой собственно электродвигатель и электронный коммутатор его обмотки якоря, выполняющий функции коллектора. Электродвигатель представляет собой синхронный двигатель на постоянных магнитах, расположенных на роторе, как и на рис. выше, с неподвижной обмоткой якоря на статоре. Электронный коммутатор схемотехнически представляет собой инвертор постоянного напряжения (или тока) питающей сети.

Основным преимуществом такого двигателя является его бесконтактность. Специфическим его элементом является фото-, индукционный или холловский датчик положения ротора, управляющий работой инвертора.

www.syl.ru

Двигатель на постоянных магнитах | Банк патентов

Использование: для преобразования потенциальной энергии постоянного магнита в механическую и другие виды энергии, например, в паре с электрогенератором для получения электрической энергии. Технический результат заключается в преобразовании потенциальной энергии постоянного магнита в механическую. Двигатель содержит корпус из немагнитного материала, два постоянных магнита, выполненных в виде шаров, каждый из которых закреплен на валу, снабженном приводом для его поворота. Постоянные магниты размещены внутри корпуса на противоположных его концах. Двигатель содержит магнит-ползун, установленный в средней части корпуса, между двумя вращающимися магнитами, на направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения, от одного вращающегося магнита к другому. Магнит-ползун выполнен в виде куба с расположенными по бокам сферическими впадинами. К нему в средней части при помощи пальца прикреплен кривошипно-шатунный механизм. Магнит-ползун с помощью кривошипно-шатунного механизма приводит коленчатый вал во вращательное движение. 3 ил.

Изобретение относится к области получения энергии и предназначено для преобразования потенциальной энергии постоянного магнита в механическую и другие виды энергии и может быть использовано в паре с электрогенератором для получения электрической энергии. Известно устройство для перемещения объектов, преимущественно игровых элементов игрушек (ЕР 0627248, МКИ 7 A 63 H 33/26, 1994). Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для перемещения объектов игрушек, содержащее корпус из немагнитного материала, два постоянных магнита, размещенных внутри корпуса на противоположных его концах и перемещаемый элемент - постоянный магнит - ползун, установленный в средней части корпуса между постоянными шаровыми магнитами (Патент РФ 2124379, МКИ 7 A 63 H 33/26, 1998). Недостатком известного устройства является невозможность преобразовывать потенциальную энергию постоянного магнита в механическую энергию и в другие виды энергии. Задачей предлагаемого изобретения является разработка двигателя, позволяющего преобразовывать потенциальную энергию постоянного магнита в механическую и в другие виды энергии. В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность преобразовывания потенциальной энергии постоянного магнита в механическую и в другие виды энергии. Вышеуказанный технический результат достигается тем, что двигатель, предназначенный для преобразования потенциальной энергии постоянного магнита во вращательное движение коленчатого вала, содержит корпус из немагнитного материала, два постоянных магнита, выполненных в виде шаров, каждый из которых закреплен на валу, снабженным приводом для его поворота. Эти два постоянных магнита размещены внутри корпуса на противоположных его концах. Двигатель содержит перемещаемый третий магнит, установленный в средней части корпуса, между двумя вращающимися магнитами, на направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения, от одного вращающегося магнита к другому. Третий перемещающийся магнит-ползун выполнен в виде куба с расположенными по бокам сферическими впадинами, для возможного вращения вращающихся магнитов в непосредственной близости к ним. Он также выполняет функцию ползуна, к нему в средней части при помощи пальца прикреплен кривошипно-шатунный механизм. Производя возвратно-поступательное движение между двумя вращающимися магнитами третий магнит-ползун с помощью кривошипно-шатунного механизма приводит коленчатый вал во вращательное движение. Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1, 2, 3. На фиг. 1 представлена общая схема двигателя с постоянными магнитами в продольном разрезе, вид спереди. На фиг. 2 представлен вариант выполнения управления двигателя автоматически, вид с обратной стороны. На фиг. 3 представлена диаграмма распределения сил, действующих на постоянные магниты в двигателе. Двигатель с постоянными магнитами содержит корпус из немагнитного материала, например, алюминия 1, внутри корпуса 1 установлены постоянные магниты 2 и 3, выполненные в виде шаров и установленные на валах 4 и 5 с возможностью вращения от приводов 6 и 7, в корпусе установлены направляющие 8 и 9, выполненные из титана в виде стержней, концы которых закреплены на боковых стенках корпуса 1. На направляющих 8 и 9 установлен между двумя вращающимися магнитами 2 и 3 ползун, перемещающийся постоянный магнит 10. Перемещающийся ползун 10 выполнен в виде куба, полюса которого обращены к полюсам вращающихся магнитов 2 и 3. Стороны-полюса ползуна 10 имеют сферические выемки 11 и 12 для свободного вращения вращающихся магнитов 2 и 3 в тот же момент, когда ползун 10 подходит вплотную к одному из них. К средней части ползуна 10 при помощи пальца 13 крепится толкатель 14, который в своем поступательном движении удерживается направляющей 17 и соединен через подшипник шатуна 18 с шатуном 15, который в свою очередь соединен с подшипником шейки 16 коленчатого вала 20. Таким образом осуществляется связь между ползуном 10 и коленчатым валом 21. Все вращающиеся элементы данного двигателя выполнены на шариковых подшипниках закрытого типа, что и осуществляет смазку двигателя. На коленвалу расположен блок с подвижными контактами 28 и блок 31 с неподвижными контактами 26, 27 и 32 и 33 для управления соленоидами 22, 23, 24, 25. В неработающем состоянии двигателя соленоиды управления 22, 23, 24 и 25 вращающимися магнитами 2 и 3 отключены и вращающиеся магниты 2 и 3 установлены к ползуну "нейтральными" сторонами, т.е. S/N соответственно, не оказывая на ползун 10 никакого воздействия, и все находится в покое. Двигатель на постоянных магнитах работает следующим образом. Включив тумблер 36 на пульте управления двигателем 34, мы подаем напряжение от независимого источника (аккумулятора) на пульт управления двигателя 34. Автоматика подает команду на соленоиды 22, 23, 24 и 25 управления поворотом вращающихся магнитов 2 и 3 в зависимости от положения ползуна 10 и коленчатого вала 21. Допустим ползун 10 движется вверх к ВМТ, тогда соленоид 22 включен, а соленоид 23 отключен, следовательно вращающийся магнит 2 повернут стороной-полюсом N к стороне S магнита ползуна 10. Разность полюсов образует силу притяжения. Одновременно подаются команда на включение соленоида 25 и отключения соленоида 24, следовательно вращающийся магнит 3 поворачивается стороной-полюсом N к стороне-полюсу N магнита ползуна 10, что создает отталкивающую силу. Под действием этих двух сил притягивающей и отталкивающей поршень движется к верхней мертвой точке (ВМТ) увлекая за собой кривошипно-шатунный механизм и раскручивая коленвал. Не доходя 45 по повороту коленвала до ВМТ замыкается подвижный контакт 28 с неподвижным контактом 27. Сигнал поступает в блок управления двигателя 34, а затем подается команда на отключения соленоида 22, что приводит к повороту вращающегося магнита 2 и он становится нейтральной стороной S/N к стороне-полюсу S ползуна 10, действие притягивающей силы прекращается, но продолжает действовать отталкивающая сила магнита 3 и ползун 10 продолжает двигаться. Как только ползун 10 подходит к ВМТ, замыкается подвижной контакт 28 с неподвижным контактом 26, сигнал через блок управления 34 попадает на соленоид 22 и он разворачивает вращающийся магнит 2 стороной-полюсом S к стороне-полюсу S ползуна 10, одноименные полюса отталкиваются, следовательно возникает отталкивающая сила. Одновременно с этим замыкаются подвижной контакт 31 с неподвижным 33, идет команда через блок управления 34 на отключение соленоида 25 и включение соленоида 24, вращающийся магнит 3 поворачивается стороной-полюсом S к стороне-полюсу N ползуна 10. Разноименные полюса образуют притягивающую силу. Под воздействием двух сил - отталкивающей и притягивающей - ползун 10 устремляется от ВМТ к нижней мертвой точке (НМТ), раскручивая коленвал. Не доходя ползуна 10 до НМТ 45o по повороту коленвала, замыкается подвижный контакт 28 с неподвижным контактом 32, сигнал поступает на блок управления 34, и отключается соленоид 24, вращающийся магнит 3 разворачивается стороной-полюсом. S/N к стороне-полюсу N ползуна 10, что приводит к прекращению действия силы притяжения, но продолжает действовать сила отталкивания и ползун 10 продолжает двигаться к НТМ. При подходе ползуна 10 к НМТ замыкается подвижной контакт 28 с неподвижным контактом 33, сигнал через блок управления 34 поступает на соленоид 24, который разворачивает вращающийся магнит 3 стороной-полюсом N к стороне-полюсу N ползуна 10, возникает отталкивающая сила. Одновременно подвижной контакт 31 замыкает с неподвижным контактом 26, сигнал через блок управления 34 поступает на отключение соленоида 22 и включение соленоида 23. Вращающийся магнит 2 разворачивается стороной-полюсом N к стороне-полюсу S ползуна 10, разноименные полюса образуют притягивающую силу. Таким образом, две силы - отталкивающая и притягивающая - заставляют двигаться от НМТ к ВМТ, а следовательно и вращается коленвал. Цикл замкнулся. Так повторяется до бесконечности. В случае отключения двигателя необходимо выключить тумблер 36 на блоке управления 34, на соленоиды подается команда на их отключение и они устанавливают вращающиеся магниты 2 и 3 в нейтральное положение по отношению к ползуну 10, на него перестают действовать силы и двигатель останавливается. Рассмотрим диаграмму сил, действующих на перемещающийся магнит-ползун (фиг. 3). При движении ползуна от НТМ к ВМТ и наоборот на него действуют постоянно две силы - сила притяжения, куда он двигается и сила отталкивания, откуда он движется и только в одном месте, когда поршень подходит к мертвой точке смены движения за 45o, прекращает действовать сила притяжения, но продолжает действовать сила отталкивания, это связано с тем, чтобы не терять лишнюю энергию на поворот магнита, если мы будем поворачивать магнит в непосредственной близости с поршнем, то потеряем мощность двигателя ≈ 60%. Поворачивая магнит заранее, за 45o по повороту коленчатого вала мы теряем всего 10% мощности. На фиг. 3 (a) из графика силы взаимодействия двух магнитов в зависимости от расстояния эта зависимость параболическая при непосредственной близости двух магнитов сила взаимодействия (неважно притягивающая или отталкивающая) примем за 100%, а на определенном расстоянии L эта сила будет 10%. Данные параметры определяли практически на своей модели, практически определили расстояние L это расстояние приняли за величину хода ползуна и это расстояние стало базовым при дальнейшей разработке модели. На фиг. 3 (в) показано ход ползуна, расстояние L и разбивка по градусам поворота коленчатого вала. На фиг. 3 (c) показаны силы отталкивания в %, действующие на поршень, когда он движется к НМТ. На фиг. 3 (д) показаны силы притяжения в %, действующие на поршень, когда он движется к НМТ. На фиг. 3 (e) показана сумма сил, действующих на поршень, когда он движется к НМТ. На фиг. 3 (ж) показана сумма сил, действующих на ползун, когда он движется к ВМТ. По данным графикам мы можем определить величину сил, действующих на поршень в любой фазе его движения. Коэффициент полезной мощности данного двигателя, если брать за основу постоянные сверхмощные магниты, примерно 78,5%. В нашем случае были использованы магниты силой притяжения 1 г на 1 кг.

Формула изобретения

Двигатель на постоянных магнитах, содержащий корпус из немагнитного материала, два постоянных магнита в виде шаров, каждый из которых закреплен на валу с возможностью вращения от привода, постоянные магниты в виде шаров размещены внутри корпуса из немагнитного материала в противоположных его концах, постоянный магнит-ползун установлен в средней части корпуса из немагнитного материала на направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения от одного постоянного магнита в виде шара к другому, отличающийся тем, что постоянный магнит-ползун выполнен в виде куба и по бокам - со сферическими впадинами-полюсами N и S для вращения постоянных магнитов в виде шаров с полюсами N и S, к средней части постоянного магнита-ползуна при помощи пальца прикреплен кривошипно-шатунный механизм, приводящий во вращение коленчатый вал, на котором размещен блок с подвижными контактами с возможностью их замыкания с неподвижными контактами при подходе постоянного магнита-ползуна к одной мертвой точке для передачи сигнала на блок управления соленоидами приводов постоянных магнитов в виде шаров в зависимости от положения постоянного магнита-ползуна и коленчатого вала для такого поворота постоянных магнитов в виде шара, чтобы постоянный магнит-ползун устремлялся к другой мертвой точке.

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 22.12.2006

Извещение опубликовано: 20.01.2008        БИ: 02/2008

bankpatentov.ru