WO2016068744A1

WO2016068744A1 - Converter, two-cylinder engine and vehicle

Info

Publication number: WO2016068744A1
Application number: PCT/RU2014/000825
Authority: WO
Inventors: Владимир Владимирович СУХАРЕВСКИЙ
Original assignee: Владимир Владимирович СУХАРЕВСКИЙ
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2016-05-06

Abstract

A converter contains a rotating rotor (4) and two oppositely reciprocating rods (3) which are installed parallel to the axis of the rotor (4). Magnets are installed on the rods (3) and the rotor (4). Like poles or the only pole of a rotor magnet (7) facing the pole of a rod magnet (6) are positioned along a closed line (5) having at least one local maximum and one local minimum in the direction of the rotational axis of the rotor (4). The pole of a magnet (6) which is opposite to the poles of a magnet (7) does not exceed, in the size thereof along the axis of the rotor (4), the distance from the minimum to the maximum, and has an opposite polarity. The line (5) is such that when the poles of the magnets (6) of one rod (3) reach areas of local maxima at an extreme point of motion thereof, the poles of the magnets (6) of the other rod reach the extreme point of motion thereof in areas of local minima. The converter can be used in engines, and engines based thereon can be used in vehicles.

Description

Описание изобретения Description of the invention

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, ДВУХЦИЛИНДРОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ CONVERTER, TWO CYLINDER ENGINE

И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО Область техники AND VEHICLE

Предложенное изобретение относится к машиностроению, в частности, к преобразователям механического движения, основанным на них двигателям и транспортным средствам. Может применяться в двигателестроении и других областях. The proposed invention relates to mechanical engineering, in particular, to converters of mechanical motion, engines and vehicles based on them. It can be used in engine building and other fields.

Уровень техники State of the art

Известен бесконтактный магнитный преобразователь возвратно- поступательного движения во вращательное [1], содержащий вращающийся ротор и двигающийся возвратно-поступательно шток. На штоке установлены магниты штока с круглыми полюсами, обращенными к ротору, а на роторе - магниты ротора с волнообразными полюсами, обращенными к полюсам штока. Недостатком указанного решения является то, что использовать несколько преобразователей, штоки которых должны двигаться в противофазе, как например, в двухцилиндровом двигателе с противоположно движущимися поршнями, затруднительно из-за необходимости синхронизации как штоков, так и роторов двух преобразователей, раскрытых в [1]. Known non-contact magnetic transducer reciprocating to rotary [1], containing a rotating rotor and a moving reciprocating rod. The rod magnets with round poles facing the rotor are mounted on the rod, and the rotor magnets with wave-shaped poles facing the rod poles are mounted on the rotor. The disadvantage of this solution is that it is difficult to use several converters whose rods must move in antiphase, such as in a two-cylinder engine with oppositely moving pistons, because of the need to synchronize both the rods and rotors of the two converters disclosed in [1].

Раскрытие изобретения Disclosure of invention

Технический результат изобретения заключается в создании бесконтактного преобразователя возвратно-поступательного движения во вращательное, с двумя движущимися в противофазе штоками и вращающимся ротором, который используется в двухцилиндровом двигателе с противоположно движущимися поршнями, который в свою очередь используется в транспортном средстве. Предлагаемый преобразователь содержит: The technical result of the invention is to create a non-contact transverse-to-rotational converter with two rods moving in antiphase and a rotating rotor, which is used in a two-cylinder engine with oppositely moving pistons, which in turn is used in a vehicle. The proposed Converter contains:

- ротор, не имеющий возможности перемещаться вдоль оси вращения, с закрепленным на указанном роторе магнитом ротора, - a rotor that does not have the ability to move along the axis of rotation, with the rotor magnet fixed to the indicated rotor,

- пару штоков, движущихся возвратно-поступательно противоположно друг другу параллельно оси вращения ротора, без возможности вращения вокруг своих осей, с закрепленными на указанных штоках магнитами штоков, - a pair of rods moving reciprocally opposite to each other parallel to the axis of rotation of the rotor, without the possibility of rotation around their axes, with the rod magnets fixed to these rods,

- корпус и подшипники, - housing and bearings,

- одноименные полюса или единственный полюс магнита ротора, обращенные к штокам, расположены вдоль замкнутой линии, имеющей в направлении оси вращения ротора, по крайней мере, один локальный максимум и один локальный минимум, - poles of the same name or a single pole of the rotor magnet facing the rods are located along a closed line having in the direction of the axis of rotation of the rotor at least one local maximum and one local minimum,

- указанная замкнутая линия такова, что когда полюса магнитов одного штока достигают в крайней точке своего движения области локального максимума указанной линии, полюса магнитов другого штока также достигают крайней точки своего движения, но в области локального минимума указанной линии, - the specified closed line is such that when the poles of the magnets of one rod reach at the extreme point of their movement the region of the local maximum of the specified line, the poles of the magnets of the other rod also reach the extreme point of their movement, but in the region of the local minimum of the specified line,

- противолежащие указанным полюсам магнита ротора, полюса магнитов штоков, размером вдоль оси ротора не превышают расстояния от локального минимума до локального максимума указанной замкнутой линии вдоль оси ротора и имеют противоположную полярность. - opposite to the indicated poles of the magnet of the rotor, the poles of the magnets of the rods, the size along the axis of the rotor do not exceed the distance from the local minimum to the local maximum of the specified closed line along the axis of the rotor and have the opposite polarity.

Указанная замкнутая линия может представлять собой непрерывную кривую, ломаную или их комбинацию. Линия является воображаемой и отражает зону действия полюсов магнита ротора. The specified closed line may be a continuous curve, a polyline, or a combination thereof. The line is imaginary and reflects the range of the poles of the rotor magnet.

Штоки движутся всегда с одинаковой амплитудой в противофазе, т.е. в противоположных направлениях, одновременно достигая крайних положений своего движения, что должно обеспечиваться внешним к преобразователю синхронизатором. Амплитуда может немного отличаться, но отклонение должно быть в пределах зоны действия притяжения полюсов, чтобы магнитная связь не нарушалась. The rods always move with the same amplitude in antiphase, i.e. in opposite directions, at the same time reaching the extreme positions of its movement, which should be provided by an external synchronizer to the converter. Amplitude may vary slightly, but the deviation should be within the range of the attraction of the poles, so that the magnetic coupling is not broken.

Указанная линия должна быть такой формы, чтобы, когда полюса магнитов одного штока достигают локальных максимумов линии полюсов ротора, полюса магнитов другого штока - локальных минимумов указанной линии. В таком случае при движении штоков будет создаваться вращающий момент на роторе. The specified line must be of such a shape that, when the poles of the magnets of one rod reach the local maximums of the line of poles of the rotor, the poles of the magnets of the other rod - local minima of the specified line. In this case, when the rods move, torque will be created on the rotor.

Полюс магнита штока, противолежащего полюсу или полюсам магнитов ротора, расположенным вдоль указанной замкнутой линии, должен быть, по крайней мере, не больше размером, чем расстояние между локальными минимумами и локальными максимумами этой линии в проекции на ось ротора (или, что то же самое, расстояние вдоль оси ротора). В противном случае при возвратно-поступательном движении штока практически не будет создаваться вращающего момента на роторе. Оптимально, чтобы размер полюсов магнитов штока и магнитов ротора вдоль оси ротора был одинаковым. The pole of the rod magnet opposite to the pole or poles of the rotor magnets located along the specified closed line should be at least no larger than the distance between the local minima and local maxima of this line in projection onto the rotor axis (or, which is the same , distance along the axis of the rotor). Otherwise, during the reciprocating movement of the rod, practically no torque will be created on the rotor. It is optimal that the size of the poles of the rod magnets and the rotor magnets along the rotor axis is the same.

Под штоками здесь понимаются элементы, совершающие возвратно- поступательные движения, без вращения вокруг своей оси, в противофазе, т.е. противоположно друг другу, под ротором - элемент, вращающийся вокруг своей оси, но без перемещений вдоль своей оси. Простейший, но не единственный, вариант штоков - стержни, а ротора - кольцо, охватывающее эти стержни. Here, rods are understood as elements that perform reciprocating movements, without rotation around its axis, in antiphase, i.e. opposite each other, under the rotor - an element that rotates around its axis, but without moving along its axis. The simplest, but not the only, version of the rods is rods, and the rotor is a ring covering these rods.

Под локальным минимумом и локальным максимумом понимаются соответственно локальный минимум и локальный максимум по оси Z, совпадающей с осью ротора трехмерной функции, во всех точках совпадающей с указанной замкнутой линии. Шток и ротор могут содержать элементы из материалов с высокой магнитной проницаемостью - магнитопроводы - для оптимального распределения магнитного потока магнитов. The local minimum and local maximum are respectively the local minimum and local maximum along the Z axis, which coincides with the rotor axis of the three-dimensional function, at all points coinciding with the indicated closed line. The stem and rotor may contain elements of materials with high magnetic permeability - magnetic cores - for optimal distribution of the magnetic flux of magnets.

Преобразователь предпочтительно проектировать таким образом, чтобы доля магнитов в объеме преобразователя была максимальной, т.к. передаваемый вращающий момент напрямую зависит от объема магнитов. It is preferable to design the converter in such a way that the proportion of magnets in the volume of the converter is maximum, since The transmitted torque directly depends on the volume of the magnets.

Магнит в предлагаемом решении понимается в широком смысле— это может быть как постоянный, так и электромагнит, например, сверхпроводящий, а также их комбинация. Экономически выгодны редкоземельные постоянные магниты, например, железо-неодим-бор или самарий-кобальт, т.к. они практически не подвержены размагничиванию [2]. The magnet in the proposed solution is understood in a broad sense — it can be either a constant or an electromagnet, for example, a superconducting one, as well as their combination. Rare-earth permanent magnets, for example, iron-neodymium-boron or samarium-cobalt, are economically beneficial, since they are practically not subject to demagnetization [2].

Использование комбинации «постоянный магнит - электромагнит» позволяет усиливать магнитную связь магнитов штока и магнитов ротора при высокой внешней нагрузке на преобразователь путем дополнительного подмагничивания полюсов, или наоборот, отключать магнитную связь (электромагнитное сцепление). Электромагнит может представлять собой обмотки вокруг магнитов штоков, подключенные к источнику питания через скользящий контакт. Using the combination “permanent magnet - electromagnet” allows you to strengthen the magnetic coupling of the rod magnets and rotor magnets at high external load on the converter by additional magnetization of the poles, or vice versa, to disconnect the magnetic coupling (electromagnetic coupling). The electromagnet can be a winding around the magnets of the rods connected to the power source through a sliding contact.

Подшипники, в том числе направляющие, могут быть использованы любые - качения, скольжения, магнитные и т.д. В отдельных случаях роль подшипника могут играть части других узлов, например, корпуса. Штоки должны двигаться на направляющих, не дающих им возможности вращаться вокруг своей оси относительно неподвижного корпуса, а ротор - вращаться на подшипниках, не дающих ему возможности перемещаться поступательно вдоль оси движения штока. Ось вращения ротора и оси возвратно- поступательного движения штоков предпочтительно должны быть параллельны, но могут иметь небольшой угол расхождения. Корпус преобразователя может быть закрытым или открытым. Предпочтение отдается закрытому корпусу из материала с высокой магнитной проницаемостью, тогда все магнитные поля экранируются внутри преобразователя и не создают помех внешним устройствам. Bearings, including guides, can be used any - rolling, sliding, magnetic, etc. In some cases, parts of other components, for example, housings, can play the role of a bearing. The rods should move on guides that do not allow them to rotate around their axis relative to the stationary body, and the rotor should rotate on bearings that do not allow it to move progressively along the axis of movement of the rod. The axis of rotation of the rotor and the axis of reciprocating motion of the rods should preferably be parallel, but may have a small angle of divergence. The transmitter housing can be closed or open. Preference is given to a closed housing made of a material with high magnetic permeability, then all magnetic fields are shielded inside the converter and do not interfere with external devices.

Раскрытое выше изобретение может быть изготовлено в различных модификациях, укажем особенности одной из них. The invention disclosed above can be made in various modifications, we indicate the features of one of them.

Модификация. Раскрытый выше преобразователь, у которого Modification. The transducer disclosed above, in which

- полюса магнитов штоков имеют круглую форму одного размера, - the poles of the magnets of the rods are round in the form of one size,

- ширина полюса магнита ротора вдоль оси ротора равна диаметру круглого полюса магнита штока, - the width of the pole of the rotor magnet along the axis of the rotor is equal to the diameter of the circular pole of the rod magnet,

- указанные замкнутые линии имеют одинаковое количество локальных минимумов и локальных максимумов, с расстояниями от локальных минимумов до локальных максимумов вдоль оси ротора, равными длине возвратно-поступательного хода штоков, - these closed lines have the same number of local minima and local maxima, with distances from local minima to local maxima along the axis of the rotor equal to the length of the reciprocating stroke of the rods,

- полярность полюсов магнитов штока чередуется в направлении оси штока, - the polarity of the poles of the rod magnets alternates in the direction of the axis of the rod,

- штоки имеют одинаковое четное количество рядов полюсов магнитов штоков в направлении оси штока, - the rods have the same even number of rows of poles of the magnets of the rods in the direction of the axis of the rod,

- количество максимумов указанных замкнутых линий полюсов магнитов ротора на единицу больше общего количества рядов полюсов магнитов штоков в угловом направлении вокруг оси ротора. - the number of maxima of the indicated closed lines of the poles of the rotor magnets is one more than the total number of rows of poles of the rod magnets in the angular direction around the axis of the rotor.

В свою очередь, указанная замкнутая линия может иметь различную форму: In turn, the specified closed line can have a different shape:

указанные замкнутые линии имеют форму синусоид, спроецированных на цилиндрическую поверхность, и смещенных друг от друга на равное расстояние вдоль оси ротора, these closed lines are in the form of sinusoids projected onto a cylindrical surface and offset from each other by an equal distance along the axis of the rotor,

или указанные замкнутые линии имеют форму волнообразных эквидистантных линий на цилиндрической поверхности. or these closed lines are in the form of wavy equidistant lines on a cylindrical surface.

Синусоида, спроецированная на цилиндр, в цилиндрических координатах имеет вид: The sinusoid projected onto the cylinder in cylindrical coordinates has the form:

z = Asin(kxp), г = const, z = Asin (kxp), r = const,

где А - амплитуда синусоиды, соответствующая половине хода штока, к - целое число, количество локальных максимумов или минимумов, φ - угловая координата. where A is the amplitude of the sinusoid corresponding to half the stroke of the rod, k is an integer, the number of local maxima or minima, φ is the angular coordinate.

Угловое направление и осевое направление вдоль оси штока понимаются соответственно как угол φ и координата ζ в цилиндрических координатах, где ось Ζ направлена вдоль оси ротора. The angular direction and axial direction along the axis of the rod are understood respectively as the angle φ and coordinate ζ in cylindrical coordinates, where the axis Ζ is directed along the axis of the rotor.

Эквидистантные волнообразные линии на цилиндрической поверхности определяются как линии, у которых расстояния между каждыми точками соседних линий вдоль оси ротора одинаковы, и все точки этих линий лежат на некоей цилиндрической поверхности. В данном решении ось этого цилиндра направлена вдоль оси ротора, а его радиус равен расстоянию от оси ротора до полюсов магнитов ротора. Equidistant wave-like lines on a cylindrical surface are defined as lines for which the distances between each points of adjacent lines along the axis of the rotor are the same, and all points of these lines lie on a certain cylindrical surface. In this solution, the axis of this cylinder is directed along the axis of the rotor, and its radius is equal to the distance from the axis of the rotor to the poles of the rotor magnets.

Для увеличения плотности магнитной системы, можно использовать количество магнитов одного штока, равное количеству максимумов указанных линий, уменьшенное на единицу и деленное пополам. Магниты штока располагаются перпендикулярно оси штока в одной полуплоскости относительно оси ротора, при этом если полюса магнитов одного штока направлены на локальные максимумы указанной линии, то полюса магнитов другого - на минимумы. Это увеличивает плотность магнитной системы преобразователя и увеличивает его эффективность. To increase the density of the magnetic system, you can use the number of magnets of one rod, equal to the number of maxima of these lines, reduced by one and divided in half. The magnets of the rod are located perpendicular to the axis of the rod in one half-plane relative to the axis of the rotor, while if the poles of the magnets of one rod are directed to the local maxima of the specified line, then the poles of the magnets of the other are to the minima. This increases the density of the magnetic system of the transducer and increases its efficiency.

Для увеличения передаваемого усилия количество магнитов штоков и магнитов ротора может быть увеличено в осевом направлении. Наиболее эффективно увеличивать количество парами магнитов с чередующейся полярностью полюсов, т.к. при этом можно замкнуть магнитные потоки через магнитопроводы штока, а магнитное притяжение полюсов магнитов ротора и магнитов штока будет усилено магнитным отталкиванием от соседних полюсов. To increase the transmitted force, the number of rod magnets and rotor magnets can be increased in the axial direction. The most effective way to increase the number of pairs of magnets with alternating polarity of poles, as in this case, magnetic fluxes can be closed through the rod magnetic cores, and the magnetic attraction of the poles of the rotor magnets and the rod magnets will be enhanced by magnetic repulsion from neighboring poles.

В Модификации магниты ротора также чередуются полярностью, поэтому магнитный поток от них может быть замкнут через магнитопроводы ротора. In the Modification, the rotor magnets are also alternated with polarity, so the magnetic flux from them can be closed through the rotor cores.

Если шток и ротор изготовлены из электротехнической стали, они целиком могут выполнять роль магнитопроводов. If the stem and rotor are made of electrical steel, they can entirely serve as magnetic circuits.

Поршневой двухцилиндровый двигатель, использующий описанный преобразователь, может быть как тепловым внутреннего или внешнего сгорания, так и, например, пневматическим. На штоки устанавливаются поршни, цикл сгорания - двухтактный. Более эффективно использовать два преобразователя по Модификации, с вращением роторов в противоположных направлениях и жесткой связью штоков движущихся синхронно. При этом противоположно движущиеся штоки удобно синхронизировать синхронизатором типа шестерня-рейка, а роторы - валами с выходом на конические шестерни. A two-cylinder piston engine using the described converter can be either internal or external combustion thermal, or, for example, pneumatic. Pistons are installed on the rods, the combustion cycle is push-pull. It is more efficient to use two converters according to the Modification, with the rotation of the rotors in opposite directions and the rigid connection of the rods moving synchronously. In this case, the opposing moving rods are conveniently synchronized by a gear-rack type synchronizer, and the rotors - by shafts with access to bevel gears.

Использование именно двух цилиндров обусловлено тем, что при меньшем количестве цилиндров не удается добиться устойчивой работы двигателя, а при большем количестве - повышается сложность конструкции и потери на силы трения. Однако, возможно использовать в качестве силового агрегата несколько установленных на одном выходном валу двухцилиндровых двигателей по настоящему изобретению. The use of just two cylinders is due to the fact that with a smaller number of cylinders it is not possible to achieve stable operation of the engine, and with a larger number it increases the complexity of the design and the loss of friction forces. However, it is possible to use several twin-cylinder engines of the present invention mounted on the same output shaft as a power unit.

Транспортное средство, использующее двигатель с преобразователями по настоящему изобретению, может быть воздушным, водным, сухопутным. Краткое описание чертежей ФИГ.1 Преобразователь с ротором 4 с магнитом ротора 1, полюса магнита ротора 7 расположены вдоль линии 5, имеющей один минимум и один максимум в направлении осей штоков 3. Показаны линии 5 по верхнему и нижнему краю магнитных полюсов 7, с минимумом и максимумом по оси Z, параллельной осям штоков 3 и ротора 4. Магниты штока 2 расположены под утлом 180 градусов. A vehicle using an engine with inverters of the present invention may be air, water, land. Brief Description of the Drawings FIG. 1 A converter with a rotor 4 with a magnet of the rotor 1, the poles of the magnet of the rotor 7 are located along line 5, which has one minimum and one maximum in the direction of the axes of the rods 3. Line 5 is shown along the upper and lower edges of the magnetic poles 7, with a minimum and a maximum of axis Z, parallel to the axes of the rods 3 and rotor 4. The magnets of the rod 2 are located under the angle of 180 degrees.

ФИГ.2 Схема действия магнитов штока 2 по линии 5. Эта линия развернута на плоскость, перпендикулярную оси ротора, поэтому ось Z в каждой точке этой линии направлена радиально от оси ротора. FIG.2 The action diagram of the magnets of the rod 2 along line 5. This line is unfolded on a plane perpendicular to the axis of the rotor, so the Z axis at each point of this line is directed radially from the axis of the rotor.

ФИГ Штоки 3 с магнитами 2 и магниты (один магнит) ротора 1 с семью максимумами и минимумами. FIG Rods 3 with magnets 2 and magnets (one magnet) of the rotor 1 with seven highs and lows.

ФИГ.4 Схема действия магнитов штока 2 по линии 5 для конфигурации, изображенной на Фиг.З. Видно, что при достижении полюсами магнитов одного штока минимумов линии 5, полюса магнитов другого штока достигают максимумов линии 5. FIG. 4 Scheme of the action of the magnets of the rod 2 along line 5 for the configuration depicted in FIG. It is seen that when the poles of the magnets of one rod reach the minima of line 5, the poles of the magnets of the other rod reach the maxima of line 5.

ФИГ.5 Внутренняя часть двухцилиндрового двигателя с противоположным движением поршней 11. Показана система синхронизации, состоящая из жестко соединенных с направляющими 8 штанг 10, шевронных шестеренок 12 и шевронных реек 13. Направляющие 8 двигаются по роликовым подшипникам 9. FIG. 5 The inner part of a two-cylinder engine with the opposite movement of the pistons 11. Shows a synchronization system, consisting of rigidly connected to the guides 8 rods 10, chevron gears 12 and chevron racks 13. The guides 8 move on roller bearings 9.

ФИГ.6 Один из возможных вариантов двухцилиндрового двигателя с преобразователем в разрезе. Вспомогательные системы двигателя, такие как стартер, продувочный насос, система управления впрыском, не показаны. Осуществление изобретения. FIG.6 One of the possible variants of a two-cylinder engine with a transducer in section. Auxiliary engine systems such as starter, purge pump, injection control system are not shown. The implementation of the invention.

На Фиг. 1 представлен один из самых простых вариантов предложенного преобразователя. In FIG. 1 presents one of the simplest versions of the proposed Converter.

Для пуска преобразователя желательно придать ротору 4 начальное вращение в необходимом направлении, на тот случай, если штоки 3 находятся в мертвых точках и направление движения ротора 4 при начале их движения не определено. To start the converter, it is desirable to give the rotor 4 initial rotation in the necessary direction, in case the rods 3 are in dead spots and the direction of motion of the rotor 4 at the beginning of their movement is not defined.

Во время хода штоков 3 в противоположных направлениях ротор 4 под действием магнитной силы взаимодействия магнитов штоков 2 и магнита ротора 1 вращается. Взаимодействие происходит по типу «винт-гайка», т.к. полюс магнита ротора 7 имеет наклон. Удерживающие подшипники, корпус и внешняя к преобразователю система синхронизации штоков на Фиг.1 не показаны. During the stroke of the rods 3 in opposite directions, the rotor 4 under the influence of the magnetic force of interaction of the magnets of the rods 2 and the magnet of the rotor 1 rotates. The interaction takes place on the type of "screw-nut", because the pole of the magnet of the rotor 7 has a slope. The holding bearings, the housing and the rod synchronization system external to the converter are not shown in FIG. 1.

В момент прохождения минимума и максимума указанной линии полюсов 5 вращающего момента не создается (мертвые точки), для их прохождения необходимо, чтобы ротор 4 вращался в нужную сторону. Это достигается при запуске преобразователя начальным вращающим моментом ротора 4 в нужном направлении, далее мертвые точки проходятся за счет инерции вращения ротора 4. At the moment of passing the minimum and maximum of the specified line of poles 5 of the torque is not created (blind spots), for their passage it is necessary that the rotor 4 rotates in the right direction. This is achieved by starting the converter with the initial torque of the rotor 4 in the desired direction, then the dead points are passed due to the inertia of rotation of the rotor 4.

Минимум и/или максимум линии полюсов 5 может быть определенной продолжительности, типа "плато". Это может дать возможность увеличить время нахождения штока 3 вблизи мертвой точки, например, для улучшения процессов газообмена в двигателе, использующем предлагаемый преобразователь. The minimum and / or maximum of the line of poles 5 may be of a certain duration, such as a "plateau". This may make it possible to increase the residence time of the rod 3 near the dead point, for example, to improve gas exchange processes in an engine using the proposed converter.

Вращающий момент только одного направления на роторе 4, заданный начальным импульсом вращения при запуске создается за счет притяжения разноименных полюсов магнита штоков 6 и полюса магнита ротора 7. Магнит ротора 1 изображен наборным из множества магнитов. Поскольку любой магнит состоит из большого количества элементарных магнитов, можно равноценно считать, что магнит ротора 1 один, или их несколько. Прохождение минимума и максимума линии полюсов 5 совпадает с крайним положением штока 3 при возвратно-поступательном движении. Таким образом, амплитуда движения штоков 3 определяет, какое необходимо расстояние между локальным минимумом и локальным максимумом линии полюсов 5 вдоль оси ротора 4. Это расстояние показано на Фиг Л размерной линией. The torque of only one direction on the rotor 4, set by the initial rotation pulse at start-up, is created due to the attraction of the opposite poles of the magnet of the rods 6 and the pole of the magnet of the rotor 7. The magnet of the rotor 1 is depicted as a set of many magnets. Since any magnet consists of a large number of elementary magnets, it can be considered equally that the magnet of the rotor 1 is one, or several. The passage of the minimum and maximum of the line of poles 5 coincides with the extreme position of the rod 3 during reciprocating motion. Thus, the amplitude of the movement of the rods 3 determines which the distance between the local minimum and the local maximum of the pole line 5 along the axis of the rotor 4 is necessary. This distance is shown in Fig. A by a dimension line.

Передача мощности от движущихся поступательно штоков 3 к вращающемуся ротору 4 происходит, когда полюса магнитов штока 6 и ротора 7 находятся в устойчивой окрестности друг друга, когда притяжение полюсов магнитов ротора 7 и штока 6 не разрывается. Магнитный поток в зазоре между полюсами магнитов штока 6 и ротора 7 при этом практически не меняется. Power transmission from translationally moving rods 3 to a rotating rotor 4 occurs when the poles of the magnets of the rod 6 and rotor 7 are in a stable neighborhood of each other, when the attraction of the poles of the magnets of the rotor 7 and the rod 6 is not broken. The magnetic flux in the gap between the poles of the magnets of the rod 6 and the rotor 7 is practically unchanged.

Максимальная сила удержания магнитов ротора 1 и магнитов штока 2 должна быть больше внешней силы, тормозящей ротор 4 (нагрузки), иначе будет происходить проворачивание магнитов ротора 1 относительно магнитов штока 2 в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора 4, т.е. будет происходить срыв режима передачи мощности. The maximum holding force of the magnets of the rotor 1 and the magnets of the rod 2 must be greater than the external force that inhibits the rotor 4 (load), otherwise the magnets of the rotor 1 will rotate relative to the magnets of the rod 2 in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor 4, i.e. there will be a disruption in the power transmission mode.

Во время срыва режима передачи мощности передача мощности от штока 3 к ротору 4 равна передаче мощности от ротора 4 к штоку 3, поэтому итогового преобразования движения не происходит. При этом магнитный поток в зазоре испытывает сильные колебания, что может повлечь появление мощных наведенных токов. Однако если использовать материалы с высоким омическим сопротивлением, шихтованные и т.д., то потери энергии будут невелики. Кроме того, режим срыва передачи мощности является аварийным, т.е. не должен использоваться постоянно. During the failure of the power transfer mode, the power transfer from the rod 3 to the rotor 4 is equal to the power transfer from the rotor 4 to the rod 3, therefore, the final motion conversion does not occur. In this case, the magnetic flux in the gap experiences strong fluctuations, which can lead to the appearance of powerful induced currents. However, if you use materials with high ohmic resistance, burdened, etc., then the energy loss will be small. In addition, the power transfer interruption mode is emergency, i.e. should not be used constantly.

Изображенный на Фиг.1 вариант преобразователя наглядно демонстрирует принцип работы предлагаемого преобразователя, но имеет низкую эффективность. На Фиг. 2 показана схема взаимодействия магнитов штоков 2 преобразователя с магнитом ротора 1 по линии полюсов 5, которая имеет один минимум и один максимум. Схематическое изображение наглядно показывает взаимодействие полюсов магнитов штока 6 и ротора 7 в плоском отображении. В реальности взаимодействие происходит в трехмерном пространстве. The variant of the converter depicted in FIG. 1 clearly demonstrates the principle of operation of the proposed converter, but has low efficiency. In FIG. 2 shows a diagram of the interaction of the magnets of the rods of the transducer 2 with the magnet of the rotor 1 along the line of poles 5, which has one minimum and one maximum. The schematic image clearly shows the interaction of the poles of the magnets of the rod 6 and the rotor 7 in a flat display. In reality, the interaction takes place in three-dimensional space.

На Фиг.З показан магнит ротора 1 с семью максимумами и минимумами линии 5 в направлении осей штоков 3. Такая конструкция позволяет уменьшить количество оборотов ротора 4 при той же частоте колебаний штока 3, а также увеличить объем магнитов ротора 1. Figure 3 shows the magnet of the rotor 1 with seven maxima and minima of the line 5 in the direction of the axes of the rods 3. This design allows to reduce the number of revolutions of the rotor 4 at the same oscillation frequency of the rod 3, as well as to increase the volume of the magnets of the rotor 1.

Полюса магнитов штока 6 располагаются вдоль линии 5. Эта линия 5 может определяться, например, уравнением синусоиды, спроецированной на цилиндрическую поверхность. The poles of the magnets of the rod 6 are located along line 5. This line 5 can be determined, for example, by the equation of a sinusoid projected onto a cylindrical surface.

Наклон и количество максимумов и минимумов линии полюсов 5 определяет кинематическую характеристику преобразователя - соотношение скоростей штока 3 и ротора 4 в режиме передачи мощности. The slope and the number of maxima and minima of the pole line 5 determines the kinematic characteristic of the converter - the ratio of the speeds of the rod 3 and rotor 4 in the power transfer mode.

На Фиг. 4 показана схема действия магнитов штока 2 по линии 5 для конфигурации магнитов ротора 1 и штоков 2, изображенной на Фиг.З. Видно, что при достижении полюсами магнитов 6 одного штока 3 локальных минимумов линии 5, полюса магнитов другого штока достигают локальных максимумов линии 5. Количество локальных максимумов или локальных минимумов линии 5 на единицу больше количества магнитов штоков 2 в угловом направлении, что позволяет уплотнить магнитную систему. In FIG. 4 shows a diagram of the action of the magnets of the rod 2 along line 5 for the configuration of the magnets of the rotor 1 and the rods 2, shown in Fig.Z. It is seen that when the poles of magnets 6 of one rod 3 reach the local minima of line 5, the poles of the magnets of the other rod reach local maxima of line 5. The number of local maxima or local minima of line 5 is one more than the number of rod magnets 2 in the angular direction, which allows the magnetic system to be densified .

На Фиг.5 показана внутренняя часть двухцилиндрового двигателя с противоположным движением поршней 11. Система синхронизации состоит из жестко соединенных с направляющими 8 штанг 10, шевронных шестеренок 12 и шевронных реек 13. Направляющие 8 двигаются по роликовым подшипникам 9. Видно, что соседние поршни 11 движутся в противофазе, что обеспечивается шевронными шестеренками 12 с рейками 13, а поршни 11, расположенные по диагонали относительно центра двигателя движутся синхронно, что обеспечивают жесткие штоки 10. Такая синхронизация позволяет минимизировать количество направляющих подшипников 9, а при противоположно вращающихся роторах 4 - минимизировать также и нагрузку на направляющие подшипники 9 и шевронные шестеренки 12. Figure 5 shows the inner part of a two-cylinder engine with the opposite movement of the pistons 11. The synchronization system consists of 8 rods 10, chevron gears 12 and chevron racks 13 rigidly connected to the guides. The guides 8 move along the roller bearings 9. It is seen that the adjacent pistons 11 are moving in antiphase, which is provided by chevron gears 12 with rails 13, and pistons 11 located diagonally relative to the center of the engine move synchronously, which provides rigid rods 10. This synchronization allows you to minimize the number of guide bearings 9, and with oppositely rotating rotors 4 to minimize the load on the guide bearings 9 and chevron gears 12.

На Фиг. 6 показан двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания в разрезе с преобразователем с шестью слоями магнитов ротора 1, шестью группами по три магнита штока 2, установленных в корпусе 19 посредством направляющих 8, жестко связанных со штоками 3 и подшипников 9. In FIG. 6 shows a two-cylinder internal combustion engine in section with a converter with six layers of rotor magnets 1, six groups of three rod magnets 2 installed in the housing 19 by means of guides 8, rigidly connected to rods 3 and bearings 9.

Высокая эффективность работы магнитной системы достигается при минимальных воздушных зазорах. Все потоки должны быть по возможности замкнуты магнитопроводами. Это можно реализовать в данном преобразователе, используя несколько рядов магнитов штока 2 и магнитов ротора 1 с чередующейся полярностью, как показано на Фиг.6. Замыкание потоков происходит через штоки 3 и ротор 4, изготовленные из материалов с высокой магнитной проницаемостью. High efficiency of the magnetic system is achieved with minimal air gaps. All flows should be closed as far as possible with magnetic cores. This can be implemented in this converter using several rows of rod magnets 2 and rotor magnets 1 with alternating polarity, as shown in Fig.6. The closure of the flows occurs through the rods 3 and the rotor 4, made of materials with high magnetic permeability.

Кроме того, что повышается магнитный поток в рабочих зазорах, эффективность преобразователя возрастает за счет отталкивания одноименных полюсов магнитов штока 6 и ротора 7 при смещении полюсов относительно положения равновесия. На Фиг.6 рабочие полюса магнитов ротора 7 не видны, т.к. обращены к штоку 3. In addition, that increases the magnetic flux in the working gaps, the efficiency of the Converter increases due to the repulsion of the same poles of the magnets of the rod 6 and the rotor 7 when the poles are displaced relative to the equilibrium position. 6, the working poles of the magnets of the rotor 7 are not visible, because facing the stem 3.

Предложенный преобразователь может также работать в режиме преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, благодаря взаимодействию магнитных полюсов ротора 7 и штока 6. The proposed Converter can also work in the mode of converting rotational motion into reciprocating, due to the interaction of the magnetic poles of the rotor 7 and the rod 6.

Двигатель работает по двухтактной дизельной схеме с прямоточной продувкой от компрессора (на Фиг. 6 компрессор не показан). Воздух от компрессора через продувочный ресивер (ресивер на Фиг. 6 не показан), впускной патрубок 25 и продувочное окно 18 попадает в цилиндр 16, сжимается поршнями 11, и при достижении поршнями внутренней мертвой точки, через форсунки 17 в цилиндр 16 подается топливо. Момент времени подачи топлива регулируется автоматизированной системой управления впрыском, учитывающей данные с датчика положения поршня (на Фиг. 6 система управления и датчик не показаны). После взрыва и такта расширения продукты сгорания удаляются через выпускное окно 15 и далее в выхлопной патрубок 14. При этом во время расширения в одном цилиндре 16, в другом происходит сжатие свежего заряда воздуха. Таким образом, в любой момент времени в двигателе совершается работа - по крайней мере, в одном из цилиндров 16 происходит такт расширения. The engine operates on a two-stroke diesel circuit with a once-through purge from the compressor (the compressor is not shown in Fig. 6). Air from the compressor through the purge receiver (the receiver in FIG. 6 is not shown), the inlet pipe 25 and the purge window 18 enters the cylinder 16, is compressed by the pistons 11, and when the pistons reach the internal dead points, fuel is supplied through nozzles 17 to cylinder 16. The time of fuel supply is regulated by an automated injection control system that takes into account data from the piston position sensor (in Fig. 6 the control system and the sensor are not shown). After the explosion and the expansion stroke, the combustion products are removed through the exhaust window 15 and further into the exhaust pipe 14. At the same time, during the expansion in one cylinder 16, the other compresses the fresh air charge. Thus, at any moment in time, work is performed in the engine - at least in one of the cylinders 16 an expansion stroke occurs.

Поступательное движение штоков 3 передается жестко связанным с ними магнитам штоков 2, которые, взаимодействуя с магнитами ротора 1, приводят ротор 4 во вращение. Ротор 4 вращается на шарикоподшипнике 27, установленном на корпусе 19. The translational movement of the rods 3 is transmitted rigidly connected to them by the magnets of the rods 2, which, interacting with the magnets of the rotor 1, cause the rotor 4 to rotate. The rotor 4 rotates on a ball bearing 27 mounted on the housing 19.

Крутящий момент передается на выходные валы 26 посредством зубчатой ременной передачи, состоящей из шестерней 21 и ремней 20. Может быть использован также любой подходящий способ передачи - шестеренчатая, цепная, непосредственная и т.д. Torque is transmitted to the output shafts 26 by means of a toothed belt drive consisting of gears 21 and belts 20. Any suitable transmission method can also be used - gear, chain, direct, etc.

Выходные валы 26 должны вращаться в противоположные стороны, что обеспечивается коническими шестернями 22 и шестерней 23 вала отбора мощности 24. Шестерни 22 и 23 предпочтительно помещать в кожух с трансмиссионным маслом (на Фиг.6 кожух не показан). The output shafts 26 must rotate in opposite directions, which is provided by the bevel gears 22 and the gear 23 of the power take-off shaft 24. The gears 22 and 23 are preferably placed in a casing with gear oil (the casing is not shown in FIG. 6).

Конструкция с противоположно вращающимися роторами 4 позволяет снизить нагрузку с подшипников 9, т.к. противоположные моменты реакции вращения будут компенсироваться благодаря жестким штангам 10. The design with oppositely rotating rotors 4 allows to reduce the load from the bearings 9, because opposite moments of the rotation reaction will be compensated by the rigid rods 10.

Пуск двигателя осуществляется стартером, подключаемым на время пуска к валу 24 (на Фиг. 6 стартер не показан). В режиме пуска преобразователи используются как преобразователи вращательного движения в возвратно-поступательное. Ротор 4 раскручивается, поршни 1 1 сжимают воздух в цилиндрах 16, в которые при достижении внутренней мертвой точки подается топливо. The engine is started by a starter connected at the time of starting to the shaft 24 (the starter is not shown in Fig. 6). In start-up mode, the transducers are used as transducers of rotational motion to reciprocating. The rotor 4 spins, the pistons 1 1 compress the air in the cylinders 16, into which fuel is supplied when the internal dead center is reached.

Регулировка мощности производится регулировкой количества топлива, подаваемого в цилиндр 16 через форсунки 17. Это может определяться как продолжительностью впрыска, так и количеством задействованных форсунок 17. The power is adjusted by adjusting the amount of fuel supplied to the cylinder 16 through the nozzles 17. This can be determined both by the duration of the injection and the number of injectors 17 involved.

Предотвращение ударов поршней 11 друг об друга происходит благодаря сопротивлению сжатого воздуха в цилиндрах 16. The prevention of impacts of the pistons 11 against each other is due to the resistance of compressed air in the cylinders 16.

Двигатель может быть выполнен на керамических подшипниках и с воздушным охлаждением. Это возможно благодаря тому, что вектор вращающего момента параллелен оси цилиндра 16, и поршень 11 не создает боковой нагрузки на стенку цилиндра 16, а также благодаря возможности использовать высокие степени сжатия, обеспечивающие высокий КПД и относительно низкую температуру выхлопных газов. The engine can be made on ceramic bearings and air-cooled. This is possible due to the fact that the torque vector is parallel to the axis of the cylinder 16, and the piston 11 does not create a lateral load on the wall of the cylinder 16, and also due to the ability to use high compression ratios, providing high efficiency and relatively low temperature of the exhaust gases.

Двигатель на базе предлагаемого преобразователя может выполняться и по четырехтактному циклу. The engine based on the proposed converter can be performed on a four-cycle cycle.

Для увеличения мощности несколько двигателей можно размещать на одном выходном валу 24. To increase power, several motors can be placed on one output shaft 24.

Транспортное средство, использующее двигатель с предложенным преобразователем, может быть любым - сухопутным, водным, воздушным. Наилучший вариант выполнения изобретения A vehicle using an engine with the proposed converter can be anything - land, water, air. Best Mode for Carrying Out the Invention

Наилучшим вариантом выполнения преобразователя возвратно- поступательного движения во вращательное и наоборот, является Модификация, т.к. объем магнитной системы при тех же габаритах преобразователя выше. Внутренние части двигателя с преобразователями по Модификации представлена на Фиг. 3, 5 и 6. The best option for performing a converter of reciprocating motion into rotational and vice versa is Modification, as the volume of the magnetic system with the same dimensions of the transducer is higher. The internal parts of the engine with inverters according to the Modification are shown in FIG. 3, 5 and 6.

Наилучшим вариантом двигателя будет соответственно двигатель на основе этого варианта преобразователя, изображенный на Фиг.6, а наилучший вариант транспортного средства - на базе наилучшего варианта двигателя. The best engine option will be, respectively, the engine based on this variant of the Converter, shown in Fig.6, and the best option for the vehicle is based on the best option for the engine.

Промышленная применимость Industrial applicability

Модель, аналогичная Модификации была подвергнута расчету максимального передаваемого момента [1] в программе FEMM [4]. Оказалось, что при внешнем диаметре магнитов штока 2, равном 150 мм, внешнем диаметре магнита ротора 1, равном 300 мм и ходе штока 3, равном 40 мм, максимальный вращающий момент от каждого преобразователя составляет около 250 Η·Μ, а для двигателя в целом 500 Н-м. Этой величины достаточно для работы двигателя и транспортного средства, использующих двигатель с преобразователем указанных размеров. A model similar to Modification was subjected to calculation of the maximum transmitted moment [1] in the FEMM program [4]. It turned out that with the outer diameter of the magnets of the rod 2 equal to 150 mm, the outer diameter of the magnet of the rotor 1 equal to 300 mm and the stroke of the rod 3 equal to 40 mm, the maximum torque from each converter is about 250 Η · Μ, and for the engine as a whole 500 N.m This value is sufficient for the operation of the engine and the vehicle using an engine with a converter of the indicated dimensions.

Вращающий момент при необходимости может быть увеличен наращиванием как радиальных, так и осевых габаритов преобразователя, например, количеством магнитов штоков 2 в осевом направлении. Выбор определяется требованиями к компоновке двигателя в транспортном средстве. If necessary, the torque can be increased by increasing both the radial and axial dimensions of the converter, for example, by the number of rod magnets 2 in the axial direction. The choice is determined by the requirements for the layout of the engine in the vehicle.

Литература и ссылки Literature and references

1. Сухаревский В.В. Модель преобразователя возвратно-поступательного движения во вращательное // Современные научные исследования и инновации. 2014 7 [Электронный ресурс]. URL: 1. Sukharevsky V.V. The model of the converter reciprocating motion into rotational // Modern scientific research and innovation. 2014 7 [Electronic resource]. URL:

http://web.snauka.ru/issues/2014/07/36455 (дата обращения: 31.07.2014) http://web.snauka.ru/issues/2014/07/36455 (accessed date: 07/31/2014)

2. Альтман А.Б., Герберг А.Н. и др. Постоянные магниты. Справочник. - М.: Энергия, 1980, с. 389 - 433 2. Altman A.B., Gerberg A.N. etc. Permanent magnets. Directory. - M .: Energy, 1980, p. 389 - 433

3. Буль О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов: 3. Bull O. B. Calculation methods for magnetic systems of electrical apparatus:

Магнитные цепи, поля и программа FEMM. - М.: Издательский центр Magnetic circuits, fields and the FEMM program. - M.: Publishing Center

"Академия", 2005, с. 191-226 "Academy", 2005, p. 191-226

Claims

Формула изобретения ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВОЗВРАтаО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ, ДВУХЦИЛИНДРОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО SUMMARY OF THE INVENTION RETURN TO SENSITIVE MOTION TO A ROTARY, TWO-CYLINDER ENGINE AND VEHICLE

1. Преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное движение и наоборот, содержащий: 1. The Converter reciprocating motion into rotational motion and vice versa, containing:

- корпус и подшипники, - housing and bearings,

- указанная замкнутая линия такова, что когда полюса магнитов одного штока достигают в крайней точке своего движения областей локальных максимумов указанной линии, полюса магнитов другого штока также достигают крайней точки своего движения, но в областях локальных минимумов указанной линии, - the specified closed line is such that when the poles of the magnets of one rod reach at the extreme point of their motion the regions of local maxima of the specified line, the poles of the magnets of the other rod also reach the extreme points of their motion, but in the regions of the local minima of the specified line,

- противолежащие указанным полюсам магнита ротора, полюса - opposite to the indicated poles of the magnet of the rotor, the pole

магнитов штоков, размером вдоль оси ротора не превышают расстояния от локального минимума до локального максимума указанной замкнутой линии вдоль оси ротора и имеют противоположную полярность. the magnets of the rods, the size along the axis of the rotor do not exceed the distance from the local minimum to the local maximum of the specified closed line along the axis of the rotor and have the opposite polarity.

2. Преобразователь по п.1, у которого: 2. The Converter according to claim 1, in which:

- полюса магнитов штоков имеют круглую форму одного размера, - ширина полюса магнита ротора в направлении оси ротора равна диаметру круглого полюса магнита штока, - the poles of the magnets of the rods are round in the form of one size, - the width of the pole of the rotor magnet in the direction of the axis of the rotor is equal to the diameter of the circular pole of the rod magnet,

3. Преобразователь по пп. 1 или 2, у которого: 3. The converter according to paragraphs. 1 or 2, in which:

- указанная замкнутая линия имеет форму синусоиды, спроецированной на цилиндр, - the specified closed line has the shape of a sinusoid projected onto the cylinder,

4. Преобразователь по пп. 1 или 2, у которого: 4. The converter according to paragraphs. 1 or 2, in which:

- указанные замкнутые линии имеют форму волнообразных эквидистантных линий на цилиндрической поверхности. - these closed lines are in the form of wavy equidistant lines on a cylindrical surface.

5. Двигатель, использующий преобразователь по пп.1-4. 5. An engine using a converter according to claims 1 to 4.

6. Транспортное средство, использующее двигатель по п. 5 6. A vehicle using an engine according to claim 5