RU2198460C1 - Electromagnetic motor - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering; automatic regulating, monitoring and control facilities with unlimited angle of turn of working element. SUBSTANCE: electromagnetic motor has two twisted components mounted in electromagnet frames with cylindrical coils secured on movable plate and working element having unlimited angle of turn that contacts movable plate and also made in the form of round plate mounted in revolution supports. Shock-absorbing springs made of magnetic rubber are mounted on opposing butt-ends of electromagnets; twisted members are made in the form of two cable lengths twisted in opposite directions and secured at one end in center of movable plate on its different sides, their other end being fixed to respective shock-absorbing springs. Both plates are made of ferromagnetic material and mounted in gap between butt-ends of electromagnets in parallel to the latter; movable plate is disposed concentrically in a spaced relation within axial hole of working element plate. EFFECT: enlarged functional capabilities; enhanced power output. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электромеханике и может быть использовано в устройствах с неограниченным углом поворота рабочего органа, в частности в устройствах автоматического регулирования, контроля и управления. The invention relates to electromechanics and can be used in devices with an unlimited rotation angle of the working body, in particular in devices for automatic regulation, control and management.

Известны электромагнитные устройства вращения, содержащие электромагниты и механизм преобразования колебательного движения якоря во вращательное движение выходного вала /см. а.с. СССР 450292, кл. Н 02 K 33/04, 1974 [1]; а.с. СССР 408427, кл. H 02 K 33/02, 1973 [2]/. Known electromagnetic rotation devices containing electromagnets and a mechanism for converting the oscillatory motion of the armature into the rotational motion of the output shaft / see A.S. USSR 450292, class H 02 K 33/04, 1974 [1]; A.S. USSR 408427, class H 02 K 33/02, 1973 [2] /.

Недостатками данных устройств являются сравнительная сложность конструкции, и главное - ограниченный диапазон и малая скорость вращательного движения на выходе. The disadvantages of these devices are the comparative complexity of the design, and most importantly - the limited range and low speed of the rotational movement at the output.

Известен также электромагнитный двигатель, содержащий цилиндрические ферромагнитные якорь и статор с винтовыми системами зубцов одного шага с левой и правой нарезкой /см. а.с. СССР 1377975, кл. Н 02 К 33/18, 1984 [3]/. Also known is an electromagnetic motor containing a cylindrical ferromagnetic armature and a stator with screw systems of teeth of one step with left and right thread / cm. A.S. USSR 1377975, class H 02 K 33/18, 1984 [3] /.

Недостатками данного двигателя являются значительная сложность конструкции, а также ограниченность поворотного движения якоря. The disadvantages of this engine are the significant design complexity, as well as the limited rotary movement of the armature.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является электродинамический элемент, содержащий подвижную часть в виде двух гибких изолированных скрученных проводников, одни концы которых размещены на неподвижном основании, а другие соединены между собой и размещены на круглой подвижной пластине, контактирующей с рабочим органом в виде также круглой пластины, установленной в опорах вращения /см. а.с. СССР 1092673, кл. H 02 K 33/00, 1984 [4], принятый за прототип. The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is an electrodynamic element containing a movable part in the form of two flexible insulated twisted conductors, one end of which is placed on a fixed base, while the other is interconnected and placed on a round movable plate in contact with the worker body in the form of also a round plate installed in the bearings of rotation / cm. A.S. USSR 1092673, class H 02 K 33/00, 1984 [4], adopted as a prototype.

Недостатками устройства - прототипа являются ограниченные функциональные возможности вследствие обеспечения предельного поворота выходного звена только на заданный, причем, очень малый угол, а также предельно малый вращающий момент на выходном валу, и, соответственно, нестабильность поворота, малая скорость вращения и т.д. The disadvantages of the prototype device are limited functionality due to the maximum rotation of the output link only at a given, and very small angle, as well as extremely small torque on the output shaft, and, accordingly, the instability of rotation, low rotation speed, etc.

Сущность изобретения заключается в создании электромеханического двигателя вращения, обеспечивающего непрерывное однонаправленное вращение выходного вала за счет преобразования импульсной энергии электромагнитного поля при управляющих воздействиях той же природы и того же источника в однонаправленный вращающий момент на выходном валу. The essence of the invention is to create an electromechanical rotation motor that provides continuous unidirectional rotation of the output shaft by converting the pulsed energy of the electromagnetic field under control actions of the same nature and the same source into unidirectional torque on the output shaft.

Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства и увеличение мощности на выходном валу. The technical result is an extension of the functionality of the device and an increase in power on the output shaft.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном электромагнитном двигателе, включающем два установленных в корпусах электромагнита с цилиндрическими катушками, закрепленные на круглой подвижной пластине скрученные элементы, и контактирующий с подвижной пластиной рабочий орган в виде также круглой пластины, установленной в опорах вращения, особенность заключается в том, что на обращенных друг к другу торцах электромагнитов установлены амортизационные пружины из магнитной резины, скрученные элементы выполнены в виде двух отрезков троса, закрученных в противоположные стороны и закрепленных одними концами в центре подвижной пластины на разных ее сторонах, а другими - на соответствующей амортизационной пружине, обе пластины выполнены из ферромагнитного материала и установлены в промежутке между торцами электромагнитов, параллельно последним, при этом подвижная пластина размещена концентрично с зазором в осевом отверстии пластины рабочего органа. The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known electromagnetic motor, including two electromagnets installed in the housings with cylindrical coils, twisted elements mounted on a round movable plate, and a working member in contact with the movable plate in the form of a round plate mounted in rotation supports , the peculiarity lies in the fact that on the ends of the electromagnets facing each other, damping springs made of magnetic rubber are installed, These elements are made in the form of two pieces of cable twisted in opposite directions and fixed at one end in the center of the movable plate on its different sides, and the other on the corresponding spring, both plates are made of ferromagnetic material and are installed in the gap between the ends of the electromagnets, parallel to the last while the movable plate is placed concentrically with a gap in the axial hole of the plate of the working body.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен предлагаемый электромагнитный двигатель, общий вид с поперечным разрезом; на фиг.2 - вид А на фиг.1. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows the proposed electromagnetic motor, a General view with a cross section; figure 2 - a view of figure 1.

Электромагнитный двигатель содержит два установленных в корпусах 1 электромагнита с цилиндрическими катушками 2, закрепленные на круглой подвижной пластине 3 скрученные элементы 4, 5 и контактирующий с подвижной пластиной 3 рабочий орган 6 в виде также круглой пластины, установленной в опоре вращения, выполненной в виде подшипника качения, внутренняя подвижная обойма 7 которого закреплена по контуру рабочего органа 6, а наружная неподвижная обойма 8 установлена на неподвижном основании /основание не показано/. При этом на обращенных друг к другу торцах электромагнитов 1, 2 установлены /зажаты/ между резьбовыми кольцами 9, 10 амортизационные пружины 11 из магнитной резины, скрученные элементы 4, 5 выполнены в виде двух отрезков троса, закрученных в противоположные стороны и закрепленных /припаенных/ одними концами в центре подвижной пластины 3 на разных ее сторонах, а другими концами - на соответствующей близрасположенной амортизационной пружине 11 с помощью металлических крепежных пластинок 12. Обе круглые пластины 3 и 6 выполнены из ферромагнитного материала и установлены в промежутке между торцами электромагнитов 1, 2, параллельно последним, при этом подвижная пластина 3 размещена концентрично с зазором 13 в осевом отверстии пластины 6 рабочего органа 6. The electromagnetic motor contains two electromagnets installed in the casings 1 with cylindrical coils 2, twisted elements 4, 5 fixed on a circular movable plate 3 and a working element 6 in contact with the movable plate 3 in the form of a round plate mounted in a rotation support made in the form of a rolling bearing , the inner movable cage 7 of which is fixed along the contour of the working body 6, and the outer stationary cage 8 is mounted on a fixed base / base not shown /. In this case, on the ends of the electromagnets 1, 2 facing each other, there are installed / clamped / between the threaded rings 9, 10 depreciation springs 11 made of magnetic rubber, twisted elements 4, 5 are made in the form of two pieces of cable twisted in opposite directions and fixed / soldered / with one end in the center of the movable plate 3 on its different sides, and with the other ends on the corresponding nearby damping spring 11 using metal mounting plates 12. Both round plates 3 and 6 are made of ferromagnetic material Methods and material and installed in the gap between the ends of the electromagnets 1, 2, parallel to the latter, the movable plate 3 arranged concentrically with the working body clearance 13 in the axial bore of the plate 6 June.

Работа электромагнитного двигателя осуществляется следующим образом. The operation of the electromagnetic motor is as follows.

В начальный момент времени при обесточенных катушках 2 электромагнита подвижная пластина 3 на скрученных в противоположные стороны элементах 4, 5 и амортизационных пружинах 11 находится в равновесном состоянии неподвижно и концентрично рабочему органу 6 при постоянстве радиального зазора 13 в любом месте. При включении электромагнитов, то есть при подаче в катушки 2 импульсов тока, происходит втягивание амортизационных пружин 11 из магнитной резины внутрь электромагнитов. В результате такого втягивания происходит линейное растяжение закрепленных на пружинах 11 внешних концов скрученных отрезков троса 4, 5, преобразующееся в поворот подвижной пластины 3. Как известно, даже минимальное линейное смещение концов скрученных в противоположных направлениях отрезков 4, 5 вызывает поворот пластины 3 на значительное число оборотов /данный эффект известен: например, палка зажимается в центре скрученной в разные стороны веревки, и растяжение концов скрученной веревки приводит к интенсивному вращению палки/. Одновременно с этим при включении электромагнитов 1, 2 за счет полей выпучивания в промежутке между электромагнитами /с этих сторон корпуса электромагнитов не замкнуты/ подвижная пластина 3 и пластина 6 рабочего органа намагничиваются, и пластина 3 в каком-либо месте по своей периферии/ в данном случае это место не имеет значения/ выбирает радиальный зазор 13 и притягивается к пластине 6. Поэтому, вращение пластины 3 будет происходить совместно с пластиной 6 рабочего органа, закрепленной во внутреннем кольце 7 подшипника качения. При выключении катушек 2 амортизационные пружины 11 опять смещаются в исходное состояние внутрь электромагнита, внешние концы скрученных элементов 4, 5 теперь линейно смещаются в обратных направлениях, то есть сжимаются, и пластина 3 раскручивается в обратную сторону. Однако при выключенных электромагнитах связь /магнитная/ между пластинами 3 и 6 устраняется, опять пластина 3 занимает концентричное положение в осевом отверстии пластины 6 с равномерным радиальным зазором 13. Поэтому, в данный полупериод работы двигателя пластина 6 рабочего органа не вращается в обратном направлении, а наоборот продолжает за счет сил инерции вращаться в том же направлении, что и в первый полупериод. Очевидно, что такое периодическое включение-выключение электромагнитов 1, 2 приводит к интенсивному однонаправленному вращению рабочего органа 6 в подшипнике качения 7, 8, причем вращение характеризуется значительной скоростью и неограниченным углом поворота. При достаточной мощности электромагнитов и соответствующих жесткостных характеристиках амортизационных пружин и скрученных элементов вращающий момент и мощность на выходном валу предлагаемого электромагнитного двигателя могут достигать больших значений. Устройство сравнительно просто по конструкции, практически не критично к разбросу электромеханических параметров отдельных элементов, не предъявляет никаких особых требований к сборке и регулировке. Устройство отличается широкими функциональными возможностями и позволяет получать неограниченные углы поворота на выходе при сравнительно больших скоростях вращения. At the initial moment of time, when the electromagnet coils 2 are de-energized, the movable plate 3 on the elements 4, 5 twisted in opposite directions and the damping springs 11 is in an equilibrium state stationary and concentric to the working body 6 with a constant radial clearance 13 in any place. When electromagnets are turned on, that is, when 2 current pulses are supplied to the coils, the shock absorbing springs 11 are drawn from the magnetic rubber into the electromagnets. As a result of such a retraction, the linear ends of the outer ends of the twisted segments of the cable 4, 5, fixed on the springs 11, are converted into the rotation of the movable plate 3. As is known, even the minimal linear displacement of the ends of the segments 4, 5 twisted in opposite directions causes the plate 3 to turn by a significant number revolutions / this effect is known: for example, a stick is clamped in the center of a rope twisted in different directions, and stretching of the ends of a twisted rope leads to intensive rotation of the stick /. At the same time, when electromagnets 1, 2 are turned on due to buckling fields between the electromagnets / on these sides of the electromagnet housing, they are not closed / the movable plate 3 and the plate 6 of the working body are magnetized, and the plate 3 in some place along its periphery / in this In this case, this place does not matter / selects the radial clearance 13 and is attracted to the plate 6. Therefore, the rotation of the plate 3 will occur together with the plate 6 of the working body, fixed in the inner ring 7 of the rolling bearing. When the coils 2 are turned off, the depreciation springs 11 are again displaced to the initial state inside the electromagnet, the outer ends of the twisted elements 4, 5 are now linearly displaced in the opposite directions, that is, compressed, and the plate 3 is untwisted in the opposite direction. However, when the electromagnets are off, the connection / magnetic / between the plates 3 and 6 is eliminated, again the plate 3 occupies a concentric position in the axial hole of the plate 6 with a uniform radial clearance 13. Therefore, during this half-cycle of the engine, the plate 6 of the working body does not rotate in the opposite direction, but on the contrary, it continues to rotate in the same direction due to inertia forces as in the first half-cycle. Obviously, such a periodic on-off of the electromagnets 1, 2 leads to an intense unidirectional rotation of the working body 6 in the rolling bearing 7, 8, and the rotation is characterized by significant speed and unlimited rotation angle. With sufficient power of the electromagnets and the corresponding stiffness characteristics of the damping springs and twisted elements, the torque and power on the output shaft of the proposed electromagnetic motor can reach large values. The device is relatively simple in design, practically not critical to the scatter of the electromechanical parameters of individual elements, and does not present any special requirements for assembly and adjustment. The device has wide functional capabilities and allows you to get unlimited angles of rotation at the output at relatively high speeds.

Claims (1)

Электромагнитный двигатель, содержащий два установленных в корпусах электромагнита с цилиндрическими катушками, закрепленные на круглой подвижной пластине скрученные элементы и контактирующий с подвижной пластиной рабочий орган в виде также круглой пластины, установленной в опорах вращения, отличающийся тем, что на обращенных друг к другу торцах электромагнитов установлены амортизационные пружины из магнитной резины, скрученные элементы выполнены в виде двух отрезков троса, закрученных в противоположные стороны и закрепленных одними концами в центре подвижной пластины на разных ее сторонах, а другими концами - на соответствующей амортизационной пружине, обе пластины выполнены из ферромагнитного материала и установлены в промежутке между торцами электромагнитов, параллельно последним, при этом подвижная пластина размещена концентрично с зазором в осевом отверстии пластины рабочего органа. An electromagnetic motor containing two electromagnets installed in the housings with cylindrical coils, twisted elements fixed to a round movable plate and a working element in contact with the movable plate, also in the form of a round plate mounted in rotation bearings, characterized in that electromagnets are facing each other magnetic rubber damping springs, twisted elements made in the form of two pieces of cable twisted in opposite directions and secured by one with the ends in the center of the movable plate on its different sides, and with the other ends on the corresponding damping spring, both plates are made of ferromagnetic material and are installed in the gap between the ends of the electromagnets parallel to the latter, while the movable plate is placed concentrically with a gap in the axial hole of the working plate body.

Images