RU2763617C1

RU2763617C1 - Shock absorber based on a linear electric motor

Info

Publication number: RU2763617C1
Application number: RU2021120847A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Владимирович Никитенко; Евгений Викторович Коноплев; Александр Александрович Лысаков; Игорь Николаевич Воротников
Priority date: 2021-07-15
Filing date: 2021-07-15
Publication date: 2021-12-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: shock absorber based on a linear electric motor contains a cylindrical ferromagnetic housing with a magnetic circuit and an inductor. An annular support is fixed on the outer surface of the housing, on which the lower edge of the coil spring rests. The magnetic circuit consists of upper, lower and intermediate magnetic poles, sleeve bearings in the form of non-magnetic bushings and a magnetizing coil. Attached to the lower magnetic pole is a round bar with a cylindrical cavity at the top and an attachment head at the bottom. An inlaid armature made of a non-magnetic rod, magnetic bushings and non-magnetic rings is installed inside the magnetic circuit. One end of the type-setting armature is connected to the upper support.

EFFECT: simplified design, increased reliability and improved weight and dimensions.

1 cl, 3 dwg

Description

Область, к которой относится изобретениеThe field to which the invention relates

Изобретение относится к машиностроению, в частности касается усовершенствования и упрощения конструкции амортизатора.The invention relates to mechanical engineering, in particular for the improvement and simplification of the design of the shock absorber.

Уровень техникиState of the art

Известен «Амортизатор», содержащий корпус с основанием и коаксиально размещенным в корпусе цилиндром, в котором установлен с возможностью перемещения поршень со штоком, внутренние полости цилиндра разделены поршнем на надпоршневую и подпоршневую полости и заполнены рабочей жидкостью, кольцевая полость между цилиндром и корпусом заполнена рабочей жидкостью частично, цилиндр снизу закрыт днищем, а сверху закрыт направляющей втулкой, при этом шток пропущен через центральное отверстие в направляющей втулке, вся цилиндропоршневая группа деталей зафиксирована в корпусе круглой гайкой, корпус и шток снабжены проушинами, в поршне и днище смонтированы впускные клапаны, при этом в направляющей втулке выполнено отверстие, соединяющее надпоршневую полость цилиндра с радиальным каналом в направляющей втулке, имеющим торцевой выход в промежуточную полость, которая соединена с переливной трубкой, размещенной в кольцевой полости между цилиндром и корпусом, отличающийся тем, что в направляющей втулке соосно радиальному каналу размещен сердечник, установленный в электромагнитной катушке, при этом конец сердечника напротив торца радиального канала выполнен конусным, а другой конец соединен с возвратной пружиной, при этом электромагнитная катушка соединена с другой электромагнитной катушкой, которая установлена на круглой гайке корпуса и охватывает шток с минимальным зазором, при этом шток состоит из колец постоянного магнита и колец из немагнитного материала, соединенных между собой поочередно стягивающим стержнем из немагнитного материала с резьбовым креплением (патент RU 147995 F16F 9/18, F16F 9/508).A shock absorber is known, containing a housing with a base and a cylinder coaxially placed in the housing, in which a piston with a rod is installed for movement, the internal cavities of the cylinder are divided by the piston into over-piston and under-piston cavities and filled with working fluid, the annular cavity between the cylinder and the body is filled with working fluid partially, the cylinder is closed from below by the bottom, and closed from above by the guide sleeve, while the rod is passed through the central hole in the guide sleeve, the entire cylinder-piston group of parts is fixed in the body with a round nut, the body and rod are equipped with lugs, inlet valves are mounted in the piston and the bottom, while a hole is made in the guide bushing connecting the over-piston cavity of the cylinder with a radial channel in the guide bushing having an end outlet into the intermediate cavity, which is connected to the overflow pipe placed in the annular cavity between the cylinder and the housing, characterized in that in the guide bushing coaxial to the radial channel there is a core installed in an electromagnetic coil, while the end of the core opposite the end of the radial channel is made conical, and the other end is connected to a return spring, while the electromagnetic coil is connected to another electromagnetic coil, which is installed on the round nut of the housing and covers the rod with minimum clearance, while the rod consists of rings of a permanent magnet and rings of non-magnetic material, interconnected alternately by a tightening rod of non-magnetic material with threaded fastening (patent RU 147995 F16F 9/18, F16F 9/508).

Ее недостаток – сложность и дороговизна конструкции, требующего сложного технического решения, связанного с использованием двух электромагнитных катушек, требующих сложную систему управления, колец постоянного магнита на штоке, не отличающихся высокими прочностными характеристиками, высокой стоимостью в связи с необходимостью применения большого количества колец постоянного магнита, относительно малой эффективностью за счет малой рабочей области электромагнитной системы «электромагнитная катушка – шток с кольцами постоянного магнита».Its disadvantage is the complexity and high cost of the design, which requires a complex technical solution associated with the use of two electromagnetic coils that require a complex control system, permanent magnet rings on the rod, which do not differ in high strength characteristics, high cost due to the need to use a large number of permanent magnet rings, relatively low efficiency due to the small working area of the electromagnetic system "electromagnetic coil - rod with permanent magnet rings".

Известен «Электромагнитный амортизатор с рекуперативным эффектом», содержащий электрогенератор, снабженный корпусом, на внутренней стороне которого закреплены обмотки статора. На внешней стороне ротора закреплены постоянные магниты. Корпус состоит из верхнего цилиндра и трубки с соединительным элементом. Вал ротора выполнен в виде длинного торсиона, нижняя часть которого соосно установлена внутри полого винтового стрежня шарико-винтовой пары. На нижнем торце винтового стержня закреплена вспомогательная опора, включающая в себя скользящую втулку с подшипником. Винтовой стержень имеет наружную резьбу и введен в зацепление с гайкой. Гайка шарико-винтовой пары закреплена на верхнем торце трубки корпуса амортизатора. Между винтовым стержнем и гайкой удерживаются несущие шарики (патент RU 2714331 B60G 13/14, F16F 15/03, F03G 7/08, B60G 13/14, F16F 15/03, F03G 7/08).Known "Electromagnetic shock absorber with a regenerative effect", containing an electric generator, equipped with a housing, on the inside of which the stator windings are fixed. Permanent magnets are fixed on the outer side of the rotor. The housing consists of an upper cylinder and a tube with a connecting element. The rotor shaft is made in the form of a long torsion bar, the lower part of which is coaxially installed inside the hollow screw rod of the ball screw pair. An auxiliary support is fixed on the lower end of the screw rod, which includes a sliding sleeve with a bearing. The screw rod has an external thread and is engaged with a nut. The ball screw nut is fixed on the upper end of the shock absorber body tube. Bearing balls are held between the screw rod and the nut (patent RU 2714331 B60G 13/14, F16F 15/03, F03G 7/08, B60G 13/14, F16F 15/03, F03G 7/08).

Ее недостаток – сложность и дороговизна конструкции, требующего сложного технического решения, связанного с использованием электрогенератора, на ротор которого подается вращающий крутящий момент от длинного торсиона, что снижает надежность его работы при ударных нагрузках, использование постоянных магнитов повышают стоимость конструкции, так же постоянные магниты являются хрупким материалом, что приводит к недолговечности амортизатора в целом.Its disadvantage is the complexity and high cost of the design, which requires a complex technical solution associated with the use of an electric generator, the rotor of which is supplied with torque from a long torsion bar, which reduces the reliability of its operation under shock loads, the use of permanent magnets increases the cost of the structure, as permanent magnets are brittle material, which leads to the fragility of the shock absorber as a whole.

Известен «Электромагнетический амортизатор», содержащий верхнюю крышку с подвижным штоком, на котором закреплен подвижный магнит, нижнюю крышку с неподвижным магнитом, левитирующие магниты, размещенные между подвижным и неподвижным магнитами, головки крепления. Шток выполнен полым. Магниты установлены на кассетах с центральным и периферийными сквозными отверстиями. Левитирующие кассеты с магнитами нанизаны на стержень, закрепленный на нижней крышке. Кассеты с магнитами концентрично размещены внутри каркаса из немагнитного материала, на который намотана катушка индуктивности. Катушка индуктивности снаружи закрыта электромагнитным экраном (патент RU 2610849 F16F 6/00, F16F 15/03, B60G 13/14).Known "Electromagnetic shock absorber", containing a top cover with a movable rod on which a movable magnet is fixed, a bottom cover with a fixed magnet, levitating magnets placed between the movable and fixed magnets, attachment heads. The stem is made hollow. The magnets are mounted on cassettes with central and peripheral through holes. Levitating cassettes with magnets are strung on a rod attached to the bottom cover. Cassettes with magnets are concentrically placed inside a frame made of non-magnetic material, on which an inductor is wound. The inductor is closed from the outside by an electromagnetic shield (patent RU 2610849 F16F 6/00, F16F 15/03, B60G 13/14).

Ее недостаток – сложность и дороговизна конструкции, требующего сложного технического решения, связанного с использованием подвижных магнитов, левитирующих магнитов, так же необходимо отметить низкую надежность амортизатора в связи с хрупкостью магнитов при работе амортизатора на ударную нагрузку.Its disadvantage is the complexity and high cost of the design, which requires a complex technical solution associated with the use of movable magnets, levitating magnets, it is also necessary to note the low reliability of the shock absorber due to the fragility of the magnets when the shock absorber is under shock load.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту, принятый авторами за прототип является «Электромагнитный амортизатор», состоящий из цилиндрического корпуса, заполненного магнитореологической жидкостью. В корпусе установлен шток с магнитным поршнем. Канал в штоке соединяет между собой штоковую и бесштоковую полости цилиндра. Крышка с уплотнителем содержит магнитный элемент. В крышке и магнитном элементе выполнены каналы, соединяющие полость корпуса со штоковой полостью. Катушки индуктивности охватывают корпус. Одна из катушек индуктивности выполнена из блока полых проводников с возможностью их заполнения магнитореологической жидкостью и выполняет функции концентрации магнитного потока в замкнутом контуре (патент RU 2496035 F16F 9/53, F16F 15/03).The closest in technical essence and achieved positive effect, adopted by the authors for the prototype is "Electromagnetic shock absorber", consisting of a cylindrical body filled with a magnetorheological fluid. A rod with a magnetic piston is installed in the body. The channel in the rod connects the rod and rodless cavities of the cylinder. The lid with seal contains a magnetic element. The cover and the magnetic element have channels connecting the housing cavity with the rod cavity. The inductors cover the case. One of the inductors is made of a block of hollow conductors with the possibility of filling them with a magnetorheological fluid and performs the functions of concentrating the magnetic flux in a closed circuit (patent RU 2496035 F16F 9/53, F16F 15/03).

Недостатком данного устройства является сложность и дороговизна конструкции, требующего сложного технического решения, связанного с использованием большого количества магнитов и катушек индуктивности, необходимостью использования магнитореологической жидкости.The disadvantage of this device is the complexity and high cost of the design, which requires a complex technical solution associated with the use of a large number of magnets and inductors, the need to use a magnetorheological fluid.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей предполагаемого изобретения является разработка амортизатора основными частями, которого являются элементы конструкции линейного электродвигателя, позволяющие с высокой степенью надежности выполнять гашение механических колебаний и существенно упрощающие компоновочную схему, и улучающие массогабаритные показатели.The objective of the proposed invention is to develop a shock absorber with the main parts, which are structural elements of a linear electric motor, allowing with a high degree of reliability to dampen mechanical vibrations and greatly simplify the layout, and improve weight and size.

Технический результат заключается в гашении колебаний, поглощении толчков и ударов подвижных элементов колёс, корпуса транспортного средства, а также в упрощении устройства, повышении его надежности и улучшении массогабаритных показателей. The technical result consists in damping vibrations, absorbing shocks and shocks of the moving elements of the wheels, the body of the vehicle, as well as simplifying the device, increasing its reliability and improving the weight and size indicators.

Технический результат достигается при помощи амортизатора на основе линейного электродвигателя, содержащего цилиндрический корпус, катушку индуктивности, причем внутрь цилиндрического ферромагнитного корпуса, на внешней поверхности которого закреплена кольцевая опора, на которую опирается нижний край цилиндрической пружины, установлен магнитопровод, состоящий из верхнего магнитного полюса и нижнего, к которому прикреплен круглый стержень с цилиндрической полостью в верхней части и головкой крепления в нижней, подшипников скольжения в виде немагнитных втулок, промежуточных магнитных полюсов и намагничивающей катушки; внутри магнитопровода установлен наборный якорь, выполненный из немагнитного стержня, магнитных втулок и немагнитных колец, один конец наборного якоря соединен с верхней опорой.The technical result is achieved using a shock absorber based on a linear electric motor containing a cylindrical body, an inductor, and inside the cylindrical ferromagnetic body, on the outer surface of which an annular support is fixed, on which the lower edge of the cylindrical spring rests, a magnetic circuit is installed, consisting of an upper magnetic pole and a lower , to which is attached a round rod with a cylindrical cavity in the upper part and a mounting head in the lower part, plain bearings in the form of non-magnetic bushings, intermediate magnetic poles and a magnetizing coil; inside the magnetic circuit there is a stacked anchor made of a non-magnetic rod, magnetic bushings and non-magnetic rings, one end of the stacked anchor is connected to the upper support.

Новизна технического решения обусловлена тем, тем, что внутрь цилиндрического ферромагнитного корпуса, на внешней поверхности которого закреплена кольцевая опора, на которую опирается нижний край цилиндрической пружины, установлен магнитопровод, состоящий из верхнего магнитного полюса и нижнего, к которому прикреплен круглый стержень с цилиндрической полостью в верхней части и головкой крепления в нижней, немагнитных подшипников скольжения, промежуточных магнитных полюсов и намагничивающей катушки; внутри магнитопровода установлен наборный якорь, выполненный из немагнитного стержня, магнитных втулок и немагнитных колец, один конец якоря соединен с верхней опорой.The novelty of the technical solution is due to the fact that inside a cylindrical ferromagnetic body, on the outer surface of which an annular support is fixed, on which the lower edge of the cylindrical spring rests, a magnetic circuit is installed, consisting of an upper magnetic pole and a lower one, to which a round rod with a cylindrical cavity is attached. top and mounting head at the bottom, non-magnetic plain bearings, intermediate magnetic poles and magnetizing coil; inside the magnetic circuit there is a stacked anchor made of a non-magnetic rod, magnetic bushings and non-magnetic rings, one end of the armature is connected to the upper support.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фиг. 1 представлен чертеж амортизатора на основе линейного электродвигателя в исходном положении с вертикальным фронтальным разрезом одной половины конструкции. In FIG. 1 shows a drawing of a shock absorber based on a linear electric motor in the initial position with a vertical frontal section of one half of the structure.

На фиг. 2 представлен сборочный чертеж амортизатора на основе линейного электродвигателя с вертикальным фронтальным разрезом одной половины конструкции и перемещенным корпусом вверх.In FIG. 2 shows an assembly drawing of a shock absorber based on a linear electric motor with a vertical frontal section of one half of the structure and the housing moved upwards.

На фиг. 3 представлен сборочный чертеж амортизатора на основе линейного электродвигателя с вертикальным фронтальным разрезом одной половины конструкции и нанесением усредненных магнитных потоков.In FIG. Figure 3 shows an assembly drawing of a shock absorber based on a linear electric motor with a vertical frontal section of one half of the structure and the application of averaged magnetic fluxes.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Амортизатор на основе линейного электродвигателя (фиг.1) содержит ферромагнитный корпус 1, на внешней поверхности которого закреплена кольцевая опора 2, на которую опирается нижний конец цилиндрической пружины 3, противоположный конец пружины упирается в верхнюю опору 4, которая соединяется с концом наборного якоря 5, состоящего из, немагнитных колец 6, магнитных втулок 7, соединенных при помощи резьбы с немагнитным стержнем 8. Внешняя поверхность наборного якоря передвигается по немагнитным подшипникам скольжения 9, которые служат одновременно элементами крепежа для промежуточных магнитных полюсов 10, верхнего 11 и нижнего 12 магнитных полюсов, образующих в совокупности магнитопровод статора 13, на внешнюю поверхность магнитопровода наматывается намагничивающая катушка 14, а к нижнему магнитному полюсу крепится круглый стержень 15, с цилиндрической полостью в верхней части 16 и головкой крепления 17, которая соединена со стержнем резьбовым соединением на торцевом конце.The shock absorber based on a linear electric motor (figure 1) contains a ferromagnetic housing 1, on the outer surface of which an annular support 2 is fixed, on which the lower end of the cylindrical spring 3 rests, the opposite end of the spring abuts against the upper support 4, which is connected to the end of the stacked anchor 5, consisting of non-magnetic rings 6, magnetic bushings 7, connected by means of a thread to a non-magnetic rod 8. The outer surface of the stacked anchor moves along non-magnetic plain bearings 9, which simultaneously serve as fasteners for intermediate magnetic poles 10, upper 11 and lower 12 magnetic poles, collectively forming the stator magnetic circuit 13, a magnetizing coil 14 is wound on the outer surface of the magnetic circuit, and a round rod 15 is attached to the lower magnetic pole, with a cylindrical cavity in the upper part 16 and a fastening head 17, which is connected to the rod by a threaded connection at the end end.

Амортизатор на основе линейного электродвигателя работает следующим образом (фиг. 2, 3). При наезде колеса на кочку под действием возникшего усилия, направленного вверх, головка крепления 17 давит на круглый стержень 15 и нижний полюс 12, при этом статор линейного электродвигателя 13 перемещается наверх, сжимая – деформируя цилиндрическую пружину 3, в результате наборный якорь 5 остается неподвижным и входит в цилиндрическую полость 16 круглого стержня 15. Далее цилиндрическая пружина 3, под действие силы упругости, начинает разжиматься и перемещать статор 13 вниз. Как только верхние торцы магнитных втулок 7, наборного якоря 5, займут положение посередине немагнитных подшипников скольжения 9, на намагничивающую катушку 14 подается напряжение от источника питания. По обмотке намагничивающей катушки 14 начинает протекать электрический ток, который вызывает, появление суммарного магнитного потока Ф. Суммарный магнитный поток Ф, замыкаясь по элементам магнитопровода статора 13, и встречая на своем пути немагнитные подшипники скольжения 9, разделяется на три магнитных потока: Ф1 – поток, проходящий по элементам статора 13; Ф2 – поток, в рабочем зазоре, создающий тяговое усилие, направленное вверх, на наборном якоре 5; Ф3 – поток, пересекающий воздушный зазор и проходящий по элементам наборного якоря 5. Возникающее тяговое усилие, созданное магнитным потоком Ф2, компенсирует силу упругости, возникающую при деформации цилиндрической пружины 3 и препятствует дальнейшему продвижению статора вниз, тем самым гася колебания цилиндрической пружины 3. Как только тяговое усилие, возникающее на наборном якоре 5, и сила упругой деформации цилиндрической пружины 3 уравновешиваются, напряжение на намагничивающей катушке 14 отключается, и амортизатор на основе линейного электродвигателя переходит в исходное состояние.The shock absorber based on a linear electric motor works as follows (Fig. 2, 3). When the wheel hits a bump under the action of an upward force, the mounting head 17 presses on the round rod 15 and the lower pole 12, while the stator of the linear electric motor 13 moves upward, compressing - deforming the cylindrical spring 3, as a result, the stacked anchor 5 remains stationary and enters the cylindrical cavity 16 of the round rod 15. Further, the cylindrical spring 3, under the action of the elastic force, begins to expand and move the stator 13 down. As soon as the upper ends of the magnetic bushings 7, the stacked anchor 5, take a position in the middle of the non-magnetic plain bearings 9, the magnetizing coil 14 is energized from the power source. An electric current begins to flow through the winding of the magnetizing coil 14, which causes the appearance of a total magnetic flux Ф. The total magnetic flux Ф, closing along the elements of the stator magnetic circuit 13, and meeting non-magnetic plain bearings 9 on its way, is divided into three magnetic fluxes: Ф1 - flux passing through the elements of the stator 13; F2 - flow, in the working gap, creating a pulling force directed upwards, on a type-setting anchor 5; F3 is the flow crossing the air gap and passing through the elements of the stacked anchor 5. The resulting traction force created by the magnetic flux F2 compensates for the elastic force arising from the deformation of the cylindrical spring 3 and prevents the stator from further moving down, thereby damping the vibrations of the cylindrical spring 3. As only the traction force arising on the stacked anchor 5 and the force of elastic deformation of the cylindrical spring 3 are balanced, the voltage on the magnetizing coil 14 is turned off, and the shock absorber based on the linear electric motor goes into its original state.

Эффективность функционирования амортизатора на основе линейного электродвигателя зависит от правильного подбора разнообразных датчиков и режима работы электрической схемы управления.The performance of a shock absorber based on a linear electric motor depends on the correct selection of various sensors and the operating mode of the electrical control circuit.

Таким образом, технический результат изобретения позволяет гасить колебания, поглощать толчки и удары подвижных элементов колеса, упростить конструкцию, повысить её надежность и улучшить массогабаритные показатели.Thus, the technical result of the invention makes it possible to dampen vibrations, absorb shocks and impacts of the moving elements of the wheel, simplify the design, increase its reliability and improve weight and size.

Claims

Амортизатор на основе линейного электродвигателя, содержащий цилиндрический корпус, катушку индуктивности, отличающийся тем, что внутрь цилиндрического ферромагнитного корпуса, на внешней поверхности которого закреплена кольцевая опора, на которую опирается нижний край цилиндрической пружины, установлен магнитопровод, состоящий из верхнего магнитного полюса и нижнего, к которому прикреплен круглый стержень с цилиндрической полостью в верхней части и головкой крепления в нижней, подшипников скольжения в виде немагнитных втулок, промежуточных магнитных полюсов и намагничивающей катушки; внутри магнитопровода установлен наборный якорь, выполненный из немагнитного стержня, магнитных втулок и немагнитных колец, один конец наборного якоря соединен с верхней опорой.A shock absorber based on a linear electric motor containing a cylindrical body, an inductor, characterized in that inside the cylindrical ferromagnetic body, on the outer surface of which an annular support is fixed, on which the lower edge of the cylindrical spring rests, a magnetic circuit is installed, consisting of an upper magnetic pole and a lower one, to to which is attached a round rod with a cylindrical cavity in the upper part and a mounting head in the lower part, plain bearings in the form of non-magnetic bushings, intermediate magnetic poles and a magnetizing coil; inside the magnetic circuit there is a stacked anchor made of a non-magnetic rod, magnetic bushings and non-magnetic rings, one end of the stacked anchor is connected to the upper support.