СПОСОБ ОТКРЫВАНИЯ И ЗАКРЫВАНИЯ ДВЕРИ
METHOD TO OPEN AND CLOSE DOOR

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для легкого открывания и плавного закрывания дверей.
Известен способ открывания и закрывания двери, включающий открывание двери мускульной силой, сжимание при этом пружины возврата двери и последующее закрывание ее за счет упругой силы пружины и демпфера [1].
Недостатками данного способа являются:
- низкая надежность устройства, реализующего способ, обусловленная сравнительно быстрым выходом демпфирующего устройства из строя в результате его засорения и износа трущихся деталей;
- сравнительно большое усилие, прикладываемое к двери для открывания, обусловленное необходимостью сжатия пружины возврата двери в исходное закрытое состояние.
Прототипом является способ открывания и закрывания двери, включающий преобразование электромагнитной энергии катушек в положительное и отрицательное тяговые усилия, прикладываемые к двери при ее открывании и закрывании [2].
Недостатками прототипа являются:
- сложность конструкции устройства, реализующего способ, из-за большого числа элементов - датчиков, усилителей, блоков управления и т.д.;
- большие тепловые потери (выход теплого воздуха из здания), связанные с необходимостью открывания двери каждый раз до конца;
- ограниченные функциональные возможности, связанные с отсутствием возможности по своему усмотрению изменять скорость движения двери в процессе работы, а также невозможности использования при двустороннем открывании двери;
- относительно большие энергозатраты.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение надежности, снижение тепловых потерь и энергозатрат в процессе работы двери, а также расширение функциональных возможностей и удобства в эксплуатации.
Задача решается тем, что в способе открывания и закрывания двери, включающем преобразование электромагнитной энергии катушек в положительное и отрицательное тяговые усилия, прикладываемые к двери, преобразование осуществляют периодически, усилия начинают формировать после воздействия на дверь, при котором происходит ее перемещение, и завершают по окончании перемещения, причем при открывающем дверь перемещении создают положительное усилие, а при закрывающем - отрицательное.
Изменяют частоту преобразования прямо пропорционально скорости перемещения двери. Отрицательное усилие формируют после прекращения воздействия, открывающего дверь. Воздействие осуществляют через элемент, управляющий преобразованием электромагнитной энергии.
Из уровня техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения и оказывающие такое же, как и они, влияние на технический результат, состоящий в повышении надежности, снижении тепловых потерь и энергозатрат в процессе работы, в расширении функциональных возможностей и удобства в эксплуатации.
Сущность изобретения отражают операции:
- преобразование осуществляют периодически, усилия начинают формировать после воздействия на дверь, при котором происходит ее перемещение, и завершают по окончании перемещения, причем при открывающем дверь перемещении создают положительное усилие, а при закрывающем - отрицательное;
- изменяют частоту преобразования прямо пропорционально скорости перемещения двери;
- отрицательное усилие формируют после прекращения воздействия, открывающего дверь;
- воздействие осуществляют через элемент, управляющий преобразованием электромагнитной энергии.
Осуществление преобразования периодически, начало формирования усилия после воздействия на дверь, при котором происходит ее перемещение, и завершение по окончании перемещения, причем создание при открывающем дверь воздействии положительного усилия, а при закрывающем - отрицательного, позволяет легко управлять работой двери с помощью небольшого мускульного усилия. Это упрощает устройство, реализующее способ, повышает его надежность. При этом снижаются также энегозатраты, поскольку после прекращения движения формирование усилий (следовательно, и преобразование энергии) прекращается. Кроме того, в промежутках между преобразованиями энергии дверь движется по инерции, не потребляя энергии.
Изменение частоты преобразования прямо пропорционально скорости перемещения двери дает возможность изменять усилие, например уменьшать его при малой скорости закрывания двери, в результате чего дверь будет быстрее закрываться, а тепловые потери при этом - снижаться. Кроме того, расширяются функциональные возможности, поскольку при необходимости можно легко увеличивать скорость открывания двери.
Формирование отрицательного усилия после прекращения воздействия, открывающего дверь, не позволяет ей после прекращения воздействия при открывании длительно двигаться по инерции, т.е. раскрываться еще шире, что еще больше снижает тепловые потери.
Воздействие через элемент, управляющий преобразованием электромагнитной энергии, повышает удобство в эксплуатации, так как одновременно начинается воздействие на дверь (после которого создается тяговое усилие) и преобразование энергии.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображено устройство для открывания и закрывания двери.
На фиг.2 изображена схема блока управления устройством для открывания и закрывания двери.
На фиг.3 изображена схема движения магнитов в плоскости катушки.
На фиг.4 изображена функция зависимости площади перекрытия магнитов с катушкой от угла поворота магнитов.
На фиг.5 изображена диаграмма индуцируемого в обмотке освобождения катушки напряжения.
o
п
Устройство содержит магнитопровод 1 с магнитами 2, в зазоре которых в держателе 3 размещена катушка 4, состоящая из обмоток освобождения W и привода W, намотанных бифилярно и соединенных между собой через блок 5 управления. Магнитопровод закреплен на оси 6, установленной в подшипниках 7, которые через крышку 8 и мост 9 жестко связаны с корпусом 10, размещенным на дверной коробке 11. Ось 6 через шестерни 12, 13 и колесо 14 кинематически связана с зубчатым сектором 15, установленным с возможностью вращения на оси 16 петли 17, размещенной на дверной коробке, и скрепленным посредством крепежных элементов 18 с дверью 19, на которой установлена кнопка 20 с самовозвратом, электрически соединенная с блоком управления.
Блок 5 управления может содержать транзисторы 21, 22, резисторы 23, 24 и конденсатор 25.
Способ реализуют следующим образом.
o
o
и
u
i
M
i
и
В исходном состоянии дверь 19 затворена, кнопка 20 находится в верхнем по схеме положении, транзисторы 21, 22 закрыты, и блок управления практически не потребляет электроэнергию (фиг.1, 2). Для открывания двери (например от себя) прикладывают мускульную силу к кнопке 20, которая переключается и одновременно передает действие силы на дверь 19, которая начинает перемещаться. При этом зубчатый сектор через шестерню 13, колесо 14 и шестерню 12 начинает поворачивать ось 6 (вместе с магнитопроводом 1 и магнитами 2), частота вращения которой оказывается большей, чем двери. Заметим, что число катушек 4, равномерно размещенных в плоскости, перпендикулярной оси 6 (следовательно, и магнитопроводов составляющих в совокупности единую магнитную систему), может быть равно n, при этом обмотка освобождения W может находиться только в одной катушке. В момент подхода магнитов к катушке в обмотке W начнет индуцироваться напряжение U, знак которого зависит от направления витков катушки, векторов направления движения магнитов и магнитной индукции в их зазоре. Заметим, что текущее значение напряжения U будет определяться функцией изменения площади A перекрытия катушки 3 постоянными магнитами 2 от угла φ поворота магнитов по радиусу R в пределах угла λ (фиг 3). Несмотря на то, что значение A увеличивается при изменении φ от 0 до λ, величина U после прохождения магнитами угла, приблизительно равного λ/2, начинает уменьшаться и достигает нуля при φ=λ (фиг.4, 5). Объясняется это тем, индуцированный ток, направление которого определяется правилом правой руки, начинает уменьшаться вследствие возникновения противотока во второй половине катушки, направление витков которой изменяется на противоположное относительно вектора движения магнитов. Кроме того, индукция в зазоре магнитной системы не постоянна и уменьшается на краях магнита.
o
о
и
п
п1
пn
Предположим, что при прохождении первой половины катушки в обмотке W сначала формируется положительная полуволна напряжения, а затем отрицательная (фиг.5). Тогда после прохождения магнитами 2 центра катушки 4 индуцируемое в обмотке W напряжение U откроет транзистор 21, который, в свою очередь, переведет транзистор 22 в режим глубокого насыщения. В результате этого в обмотке привода W (W-W) сформируется импульс тока, который создает в катушке магнитное поле, взаимодействующее с полем постоянных магнитов 2 и отталкивающее (будем считать) магниты от катушки. В результате этого на зубчатом секторе 15 появится положительное тяговое усилие, способствующее снижению величины мускульной силы, необходимой для открывания двери. Заметим, что если возврат двери в исходное положение осуществляется обычной пружиной растяжения, то начальная мускульная сила может быть небольшой, так как пружина еще не растянута, а при возникновении положительного тягового усилия открывать дверь стане еще легче.
Чем выше скорость открывания двери, тем выше будет частота преобразования электромагнитной энергии катушек в положительное тяговое усилие и, тем самым, легче будет открывать дверь.
Для открывания двери с другой стороны (теперь на себя) необходимо осуществить описанное воздействие на кнопку 20, которая находится за дверью. Для выполнения указанного воздействия можно, например, ручку (для открывания двери) кинематически связать с кнопкой так, чтобы она переключалась как при действии мускульной силой от себя с одной стороны, так и на себя с другой. Вместо кнопки на двери можно установить сенсорную панель (переключающую реле с контактами, аналогичными контактам кнопки), что еще больше повысит удобство в эксплуатации.
о
и
п
п1
пn
После открывания двери прекращают мускульное воздействие на дверь, при этом кнопка 20 возвращается в первоначальное положение (фиг.2). Дверь начнет закрываться, и в обмотке W опять будет индуцироваться напряжение U, открывающее транзисторы 21, 22. Однако в этом случае ток по обмотке привода W(W-W) потечет уже в обратном направлении и создаваемое в катушке магнитное поле, взаимодействующее с полем постоянных магнитов 2, будет притягивать их к катушке, создавая на зубчатом секторе 15 отрицательное тяговое усилие, тормозящее движение двери. Поскольку при открытой двери плечо упругой силы возвратной пружины мало, то дверь сначала начнет закрываться медленно, а частота преобразования электромагнитной энергии катушек будет небольшой. По мере возрастания скорости закрывания двери частота указанного преобразования увеличивается, торможение возрастает, скорость закрывания падает, и дверь плавно возвращается в исходное положение. Транзисторы закрываются, и потребление электроэнергии прекращается.
Следует заметить, что отрицательное тяговое усилие будет создаваться и в случае, когда дверь толкнут нараспашку. Как только воздействие мускульной силы на дверь прекратится, кнопка возвратится в первоначальное положение, ток в обмотках привода изменит свое направление, создав при этом отрицательное тяговое усилие. Точно также при открывании двери в обе стороны возникающее после отпускания двери отрицательное усилие уменьшит число колебаний ее вблизи положения равновесия.
Внедрение изобретения позволит с помощью простого устройства обеспечить легкое удобное открывание двери, которая может открываться как в одну, так и в обе стороны, плавное ее закрывание, а также снизить энергозатраты и тепловые потери в процессе эксплуатации.
Источники информации
1. А.с. СССР № 1305280, МПК E05F, 3/02, 1987 - аналог.
2. Пат. РФ № 2144600, МПК E05F, 15/18, 2000 - прототип.