ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
RECIPROCATING ENGINE WITH ELECTRIC DRIVE

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к электродвигателю, более конкретно - к электродвигателю для общего применения.
Предпосылки изобретения
Имеющийся уровень техники применяет использование электродвигателя для различных целей в таких отраслях, как транспорт, производство, строительство и любая другая отрасль, применяющая подобное использование.
На имеющемся уровне техники электродвигатели, в особенности электромагнитно активируемые устройства, были дорогими, тяжеловесными, сложными и легко подвергающимися усталостным нагрузкам. Также имеются прототипы, в которых обычные поршневые двигатели внутреннего сгорания применяются в качестве электродвигателя. Патент США №5276372 раскрывает электродвигатели, имеющие роторы, несимметрично приводимые в действие линейно возвратно-поступательно движущимися элементами, которые приводятся в действие суперпроводящими электромагнитами, и в частности те, в которых электромагниты являются соленоидами, которые охлаждаются с помощью низких температур.
Патент США №7579722 B1 раскрывает электродвигатель, имеющий несущий крутящий момент коленвал, который вращается с приращением 90 градусов, чтобы выравниваться с и активировать поршни через 90 градусов, где в момент времени активируется только один поршень и использует энергию от следующего активируемого поршня, чтобы возвращаться в свое положение покоя. Патент США №4317058 раскрывает электромагнитный возвратно-поступательный двигатель и способ для преобразования двигателя внутреннего сгорания в электромагнитный возвратно-поступательный двигатель, причем цилиндры замещаются неферромагнитным материалом, а поршни, противоположно расположенные в нем, замещаются поршнями из постоянного магнита.
Этим описаниям имеющегося уровня техники не удается устранить недостатки стоимости, переносимости и эффективности их элементов силовой передачи. В дальнейшем изобретатель намерен устранить эти недостатки настоящим изобретением исполнительного устройства для силовой передачи, где устройство имеет простую структуру и предоставляет эффективный, легковесный и эффективно приводимый в действие электричеством возвратно-поступательный двигатель для различных применений.
Суть изобретения
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить возвратно-поступательный двигатель с электроприводом, который приводится в действие электромагнитно, причем устройство в основном содержит двигательное устройство и средство для подачи тока на двигательное устройство, работающее на принципах электродвигателя.
Цель настоящего изобретения - предоставить двигательное устройство, отличающееся тем, что имеет двигательный элемент. Двигательный элемент в данном изобретении предпочтительно снабжается магнитным элементом, изолятором или их сочетанием, так что двигательный элемент может быть изготовлен из в основном изолирующих элементов, что значительно способствует снижению тепловыделения. Двигательный элемент также осуществляет возвратно-поступательные движения.
Другая цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить то же двигательное устройство, отличающееся кожухом для принятия и приведения в действие двигательного элемента, имеющего пару первых направляющих, которые магнитно скреплены с противоположными поперечинами, и множество вторых направляющих, которые являются проводниками, расположенными по поверхности указанного кожуха, работающее на принципах электромагнетизма, тем самым устанавливая принципы работы электродвигателя.
Еще одна цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить по меньшей мере один ведущий диск, сцепляющийся с двигательным элементом для передачи энергии, и по меньшей мере один вал отвода мощности, расположенный возле ведущего диска параллельно оси вращения ведущего диска.
Далее настоящее изобретение предназначено для реализации дружественного к окружающей среде возвратно-поступательного двигателя с электроприводом, который приводится в действие электромагнитным способом для силовой передачи устройства или системы, которая требует механического источника потребляемой энергии.
Краткое описание графических материалов
Фиг. 1 представляет собой общий вид двигательного устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 2 представляет собой узкий вид в поперечном сечении двигательного устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 3 представляет собой общий вид двигательного устройства, сцепляющегося с ведущим диском в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 4 представляет собой вид сверху механического привода, имеющего более одного двигательного устройства в предпочтительном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 5 представляет собой аксиальную проекцию двух противолежащих двигательных устройств и ведущего диска в предпочтительном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 6 представляет собой аксиальную проекцию двух противолежащих двигательных устройств и ведущего диска в предпочтительном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание вариантов осуществления
Ниже описываются предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопутствующие графические материалы. Каждый из следующих предпочтительных вариантов осуществления описывает не ограничивающий ни в какой особенности пример.
Обращаясь к фиг. 1, фигура представляет собой общий вид двигательного устройства (101) в соответствии с настоящим изобретением, где двигательное устройство (101) может состоять из одного двигательного устройства (101) или множества таких устройств.
Двигательное устройство (101) в соответствии с настоящим изобретением в сущности содержит двигательный элемент (11) и снабжается электричеством для обеспечения линейного возвратно-поступательного движения двигательного элемента (11). Настоящее изобретение также содержит кожух (12), пару первых направляющих (13), множество вторых направляющих (14) и устройство для подачи тока на двигательное устройство (101).
Для приведения в действие указанного двигательного элемента (11) двигательный элемент (11) хорошо принимается в кожух (12), имеющий пару первых направляющих (13), закрепленных на противоположных поперечинах, и множество вторых направляющих (14), расположенных по поверхности указанного кожуха (12). Источник питания от средства для подачи тока на двигательное устройство (101) может быть любым источником питания, который подает электроэнергию, чтобы перемещать двигательный элемент (11) в соответствии с настоящим изобретением, включая такие источники питания как батарейки, элементы питания, генераторы, генераторы переменного тока или солнечные элементы.
В качестве примера изображение представляет двигательное устройство (101), имеющее четыре полосы вторых направляющих (14), оборачивающих переднюю поверхность кожуха (12), предпочтительно параллельно друг другу. Однако двигательное устройство (101) предпочтительно работает с по меньшей мере парой вторых направляющих (14), причем один вариант осуществления пары вторых направляющих (14) оборачивается на каждой из передней и задней поверхностей.
Затем пара первых направляющих (13) с предопределенным направлением магнитного поля, чтобы обеспечивать работу настоящего изобретения, располагается на основании и верхней части кожуха (12). Пара первых направляющих (13) также может возбуждаться в одном варианте осуществления, чтобы обеспечивать левитацию двигательному элементу (11), причем двигательный элемент (11) и пара первых направляющих (13) намагничиваются с одинаковой полярностью, чтобы создавать противодействующую силу, так что трение между двигательным элементом (11) и двигательным устройством (101) сводится к минимуму во время работы настоящего изобретения.
Однако выбор смазки пары первых направляющих (13) и двигательного элемента (11), чтобы сводить к минимуму трение во время работы настоящего изобретения, также должен быть предпочтительным, когда пара первых направляющих (13) не является магнитной. В том же контексте пара первых направляющих (13) заменяется любыми твердыми и смазывается без какой-либо подачи электричества на пару первых направляющих (13).
Кожух (12) предпочтительно изготавливается из недорогих и легковесных материалов, таких как углеволокно, стекловолокно, пластмасса, пеноаллюминий или любые другие подходящие композитные материалы, которые облегчают реализацию настоящего изобретения. Указанный кожух (12) представлен как тонкая прямоугольная коробка, которая хорошо принимает двигательный элемент (11) и может быть спроектирована и сконструирована в любой подходящей форме для работы настоящего изобретения.
Двигательный элемент (11) здесь предпочтительно снабжен магнитными элементами, причем магнитные элементы двигательного элемента (11) сцепляются со вторыми направляющими (14), которые являются проводящими, таким образом обеспечивая распространяющуюся силу двигательному элементу (11). Аналогично, двигательный элемент (11) может быть изготовлен из любых подходящих композитных материалов, но сохраняя магнитные части для сцепления с множеством вторых направляющих (14).
Настоящее изобретение может применять использование изоляторов или любых подходящих материалов в двигательном элементе (11) и кожухе (12), которые являются легковесными, для работы настоящего изобретения, тем самым составляя устройство, которое обеспечивает эффективный источник механической или кинетической энергии с минимальной потерей мощности, поскольку настоящее изобретение требует минимум энергии, чтобы обеспечивать силу, когда используются легковесные материалы.
Двигательный элемент (11), предпочитаемый в настоящем изобретении, представляет собой твердый продолговатый блок элементов, описанных выше, или Н-образный блок аналогичных элементов для приема другого компонента в среднюю секцию Н-образного блока, или любых надлежащих форм, которые могли бы выполнять функциональные особенности двигательного элемента (11), раскрытого в настоящем изобретении.
Из основ электромагнетизма, принимая во внимание изучение силу Лоренца, электромагнитная сила может быть использована из представления магнитной силы и электрической силы.
Из этого следует, что настоящее изобретение реализуется так, что множество вторых направляющих (14), которые являются проводящими, при снабжении электрическим полем, т.е. током, должно позволять двигательному элементу (11) с магнитными элементами электромагнитным образом перемещаться в линейном движении. Пара первых направляющих (13), которые являются магнитными, обеспечивают более гладкое продвижение.
Множество вторых направляющих (14), которые являются проводящими, фактически соленоидом, и двигательный элемент (11) с магнитными элементами, а также опора, получаемая от пары первых направляющих (13), которые являются магнитными, в соответствии с настоящим изобретением, как правило, образуют линейный двигатель, причем двигательный элемент (11) продвигается силой, которая линейно пропорциональна току и магнитному полю.
Также следует отметить, что электромагнитно перемещаемый двигательный элемент (11) имеет и обратный ход, поэтому устанавливает линейное возвратно-поступательное движение двигательного элемента (11), когда двигательный элемент (11) перемещается вперед и назад.
Обращаясь теперь к фиг. 2, представляется изображение в узком поперечном сечении двигательного устройства (101) в соответствии с настоящим изобретением, где двигательный элемент (11) располагается в средней точке кожуха (12), и причем кожух (12) обрамлен сверху и снизу парой первых направляющих (13), которые являются магнитными.
Изображение в узком поперечном сечении также представляет вертикальный левый и вертикальный правый края кожуха (12), имеющие сегменты из параллельных вторых направляющих (14), которые предпочтительно обрамляют заднюю и переднюю поверхности двигательного устройства (101), соответственно, как представлено на фиг. 1. Количество сегментов параллельных вторых направляющих (14) манипулятивно зависит от требуемой выходной мощности двигательного элемента (11), а площадь проводящей поверхности вторых направляющих (14) обычно увеличивается для обеспечения большей электромагнитной силы, чтобы приводить в движение двигательный элемент (11).
Как упомянуто ранее, настоящее изобретение работает на основе принципов электромагнетизма, так что настоящее изобретение предоставляет линейный двигатель, чтобы приводить в движение двигательный элемент (11).
По существу, когда двигательное устройство (101) снабжается энергией от источника питания, указанный двигательный элемент (11) подвешивается внутри кожуха вспомогательной парой первых направляющих (13), таким образом испытывая псевдо-левитацию. Это показано двумя неизменными промежутками, образованными между двигательным элементом (11) и парой первых направляющих (13) на фиг. 2.
Обращаясь теперь к фиг. 3, представляется общий вид двигательного устройства (101), сцепляющегося с парой ведущих дисков (300) в соответствии с настоящим изобретением для передачи энергии.
На фигуре также представлен неподвижный двигательный элемент (11), причем как только представленный двигательный элемент (11) снабжается энергией, двигательный элемент (11) приводится в действие линейным движением, и это движение затем преобразуется во вращательное движение пары ведущих дисков (300) с помощью соединительного устройства (18).
Соединительное устройство (18) выполняется так, чтобы позволять поворачивание, причем конец соединительного устройства (18), который соединяется с двигательным элементом (11), поворачивается на первой оси (41), а другой конец соединительного устройства (18), который соединяется с парой ведущих дисков, поворачивается на второй оси (42), которая располагается посередине возле внешней границы пары ведущих дисков (300) на расстоянии от оси вращения, которая удерживает пару ведущих дисков (300) вместе.
Поскольку первая и вторая оси (41, 42) соединительного устройства (18) позволяют поворачивание, преобразование линейного возвратно-поступательного движения двигательного элемента (11) во вращательное движение пары ведущих дисков (300), таким образом, облегчается.
Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления, настоящее изобретение снабжается по меньшей мере одним валом (200) отвода мощности, расположенным возле ведущего диска (300) параллельно оси вращения ведущего диска (300). Для стабильности должно быть минимум три вала (200) отвода мощности, расположенных по кругу на равных углах друг от друга.
Ведущий диск (300) фактически представляет собой зубчатое колесо или круглый диск с выступами по всему своему краю, очень напоминающий звездочку, которое должно сцепляться с соответствующим зубчатым колесом (51) на валу (200) отвода мощности.
В зависимости от предпочтительного варианта осуществления край ведущего диска (300) и соответствующее зубчатое колесо (51) на валу (200) отвода мощности могут иметь форму вогнутых выступов, сцепленных с выпуклыми зубчатыми колесами (51) на валах (200) отвода мощности, или выпуклых выступов, сцепленных с вогнутыми зубчатыми колесами (51) на валах (200) отвода мощности.
Передача энергии от двигательного устройства (101) на пару ведущих дисков (300) далее объясняется с учетом того, что двигательный элемент (11) запускается с расстояния двигательного элемента (11), которое является наибольшим от пары ведущих дисков (300), и указанием такого положения указанного двигательного элемента (11) как начальной точки отчета.
Двигательное устройство (101), как предпочтительно в настоящем изобретении, должно сначала быть запитано от источника электропитания, чтобы снабдить энергией и линейно переместить двигательный элемент (11) вперед, таким образом толкая соединительное устройство (18) также вперед.
Конец соединительного устройства (18), который соединяется со второй осью (42), которая расположен на определенном расстоянии от оси вращения пары ведущих дисков (300), придает ускорение паре ведущих дисков (300). Ведущие диски (300) испытывают вращательное движение вследствие силы от линейного перемещения соединительного устройства (18), переводимой во вращающую силу пары ведущих дисков (300).
Настоящее изобретение предполагает, что когда двигательный элемент (11) достигает конца продвигаемого вперед перемещения, настоящее изобретение, в одном варианте осуществления, помогает двигательному элементу (11) возвращаться в начальную точку отсчета путем изменения полярности подаваемого тока, таким образом оттягивая назад соединительное устройство (18) и оттаскивая конец соединительного устройства (18), соединенный со второй осью (42), по изогнутой траектории.
Двигательный элемент (11) затем совершает возвратно-поступательные движения, где весь процесс повторяется от начального продвижения двигательного элемента (11) до возврата двигательного элемента (11) в начальную точку отсчета, тем самым непрерывно вращая пару ведущих дисков (300).
Ведущие диски (300), в свою очередь, сцепляются и приводят в движение зубчатые колеса (51) на валах (200) отвода мощности. Валы (200) отвода мощности затем передают вращающую силу, чтобы приводить в действие любые вспомогательные системы для выполнения предназначенной функции. Вал (200) отвода мощности, который приводит в движение вспомогательную систему, причем вспомогательная система содержит устройство или систему для любых применений, которые требуют механического источника потребляемой энергии, или сочетание, такое как, без ограничения, транспортные средства, корабли и любое приложение обычного электродвигателя.
Предпочтительно, валы (200) отвода мощности могут быть соединены с маховиком, который запасает кинетическую энергию и сглаживает работу двигательного устройства (101), поддерживая постоянную скорость вращения в течение всего цикла.
Скорость вращения пары ведущих дисков (300) контролируется с предоставлением устройства для контроля за скоростью и выходной мощностью двигательного устройства (101), предпочтительно контроллера, соединенного с двигательным устройством (101), или любого подходящего устройства, которое получает входной сигнал или автоматически запрограммировано для контроля за выходной мощностью двигательного устройства (101).
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения вторые направляющие (14) должны быть спроектированы таким образом, чтобы оно останавливалось всякий раз при отключении источника питания и продолжало рабочий цикл всякий раз при возобновлении работы источника питания.
Обращаясь теперь к фиг. 4, представляется настоящее изобретение с реализацией двойного эффекта двух пар двигательных устройств (101), причем направление каждого двигательного устройства (101) в одной паре противоположно направлению в другой и каждое соединено с парой ведущих дисков (300).
Чтобы синхронизировать выход двигательных устройств (101), паре двигательных устройств (101) необходимо разделять средний ведущий диск (300). Это означает, что два двигательных устройства (101) должны приводить в действие только три ведущих диска (300), три двигательных устройства (101) должны приводить в действие только четыре ведущих диска (300) и т.д. Однако в одном примерном варианте осуществления пара двигательных устройств (101), расположенных в противоположном положении друг против друга, также может соединяться с одной и той же второй осью (42), чтобы приводить в действие одну и ту же пару ведущих дисков (300).
В зависимости от требований настоящее изобретение с реализацией двойного эффекта может иметь столько пар двигательных устройств (101), сколько требуется. Если имеется 36 пар двигательных устройств (101), каждая пара может быть запрограммирована инициировать свое движение в интервале 10°/360°; или, для более высокого вращающего момента, каждые 4 из 36 пар могут запускаться одновременно в интервале 40°/360°. Для полной мощности дросселирования каждая из вторых направляющих (14) снабжается энергией одновременно.
Не всегда работа настоящего изобретения требует, чтобы вторые направляющие (14) снабжались энергией, чтобы приводить в движение двигательный элемент (11). Настоящее изобретение может запускаться внешним источником питания для придания ускорения двигательному устройству (101), когда какое-либо подобное применение является предпочтительным.
Для применений с большими нагрузками двигательные устройства (101) согласно настоящему изобретению сцепляются с независимым кластером двигательных устройств (101) и предпочтительно отцепляются от независимого кластера двигательных устройств (101), когда он не требуется. Сцепление и отцепление двигательных устройств (101) и независимого кластера двигательных устройств (101) производится через интерфейс, предпочтительно муфту.
По-прежнему обращаясь к фиг. 4, энергия подается на вторые направляющие (14) только во время фазы наружного толчка передвижения. Для обратного передвижения энергия не требуется.
В другом случае реализация множества двигательных устройств (101) в настоящем изобретении может использоваться, чтобы приводить в действие обычный коленчатый вал путем соединения двигательного устройства (101) с соответствующим стержнем на коленчатом вале.
Кроме того, настоящее изобретение также может быть реализовано на больших кораблях для толчкового перемещения кораблей или постановки кораблей в доки на верфи. Как правило, большой корабль обычно заводится в док с помощью нескольких буксиров вследствие огромной конструкции корабля, из-за которой кораблю сложно выполнить маневры по заходу в док.
Настоящее изобретение будет иметь дополнительное преимущество, заключающееся в том, что из-за его значительно уменьшенного масштаба будет легко разместить несколько устройств силовой передачи в нижней части корабля, тогда как обычные двигатели являются крупными двигателями для продвижения корабля и управления им.
Обращаясь к фиг. 5, фигура представляет собой аксиальную проекцию двух противоположных двигательных устройств (101) и ведущего диска (300) в предпочтительном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением. Фигура представляет неподвижное положение ведущего диска (300), когда каждый из противолежащих двигательных элементов (11) находится на одинаковом расстоянии от ведущего диска (300).
Следует отметить, что для такого варианта осуществления соединительное устройство (18) для каждого двигательного устройства (101) соединяется с противоположными поверхностями и рядом с противоположной внешней границей ведущего диска (300), чтобы избежать столкновения между соединительными устройствами (18). Однако в другом примерном варианте осуществления, представленном на фиг. 6, пара двигательных устройств (101), расположенных противоположно друг другу, также могут соединяться с одной и той же второй осью (42), чтобы приводить в действие ведущий диск (300), что очень похоже на конструкцию оппозитной машины.
Преимущество последнего варианта осуществления состоит в том, что когда первое двигательное устройство (101) продвигает двигательный элемент (11) вперед, чтобы вращать ведущий диск (300), второй двигательный элемент (11) возвращается в свое изначальное положение, таким образом второй двигательный элемент (11) не требуется продвигать в обратном направлении.
Та же идея применяется, когда второй двигательный элемент (11) продвигается вперед, чтобы далее вращать ведущий диск (300), первый двигательный элемент (11) отталкивается назад в свое изначальное положение без приложения дополнительной возвратной силы. Переменное движение между первым двигательным устройством (101) и вторым двигательным устройством (101) сокращает потребление энергии, тем самым уменьшая нагрев.
Однако не всегда противоположные двигательные элементы (11) находятся на равных расстояниях от ведущего диска (300). Настоящее изобретение предусматривает множество соединительных устройств (18), соединенных под нарастающими углами на ведущем диске (300), так что в предпочтительном варианте осуществления каждое устройство во множестве двигательных устройств (101) должно требовать минимальной силы, чтобы обеспечивать нагрузку, поскольку сила для обеспечения нагрузки разделяется среди двигательных устройств (101) на каждом из нарастающих углов.
Ввиду того, что настоящее изобретение предполагает множество вариаций, модификаций и изменений в подробностях, подразумевается, что весь материал, содержащийся в вышеприведенном описании или представленный на сопутствующих графических материалах, необходимо интерпретировать в качестве примера, а не в ограничительном смысле.