ИНЕРЦИОННЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ ЛЕТАЮЩЕЙ ИГРУШКИ
INERTIAL PROPELLER OF FLYING TOY

Изобретение относится к инерционным движителям с электродинамическим приводом и может быть использовано, в частности, для осуществления перемещения игрушек с их планированием в воздухе.
Известно изобретение, в котором используются известные явления инерционных сил направленного действия (аналог - патент №2280513 от 22.07.04, В06В 1/12).
Известно устройство для передвижения транспортного средства, содержащее корпус транспортного средства со средствами связи с инерционно-импульсным преобразователем периодического воздействия в однонаправленное движение и привод, при этом инерционно-импульсный преобразователь выполнен в виде маховика с установленными по периметру инерционными массами, имеющими тела вращения для качения по толкателю, систему связи для концентрации импульса и одновременного перемещения всех инерционных масс в диаметральном направлении, толкатель, ось которого совпадает с осью движения инерционных масс в диаметральном направлении (заявка РФ №2000126773 от 26.10.2000 г., F03G 3/00).
Применение в этом устройстве толкателя механического типа ограничено в возможности получения высокой частоты колебаний.
Известен инерцоид, содержащий тележку, опирающуюся на четыре колеса, на которой расположен двигатель и два рычага с грузами на концах, колеблющимися относительно оси движения и оси инерцоида, при этом в качестве рычагов использованы два четырехзвенных шарнирно-рычажных механизма Чебышева, которые соединены с двигателем так, что угол синхронных колебаний ведомых звеньев-рычагов с грузами на концах в виде шара составляет 115-125 (аналог-патент РФ №2184045 от 26.03.2001 г., B62D 57/00).
Использование механизма Чебышева усложняет конструкцию рычагов и ограничивает возможности использования неуравновешенных сил инерции.
Известен движитель, содержащий корпус, вал и прямые рычаги с массами, предназначенными для кругового движения, толкающий механизм, имеющий регулируемый привод и опорные кольца, ступицу, которая соединена с валом и к которой шарнирно прикреплены упомянутые прямые рычаги с массами, а также эксцентриками, посаженными на валики, позволяющими проводить поочередные наклоны указанных рычагов с массами так, что массы наряду с круговым движением получают осевое движение вдоль вала (патент РФ №2146631 от 05.05.1998 г., кл. B62D 57/00).
Этот движитель не имеет возможности переместить транспортное средство без опоры, так как отсутствует возможность получить равнодействующую неуравновешенных сил инерции, геометрическая сумма которых обеспечивает количество движения.
Известен инерционно-импульсный движитель, содержащий корпус, дебалансы, закрепленные на одних концах подвижных штанг, размещенных в радиальных направляющих, связанных с приводным валом, установленным в корпусе, при этом дебалансы снабжены элементами качения, взаимодействующими с дугообразными с уступом копирами, дуга которых эксцентрична относительно оси вращения вала, а на штангах между дебалансами и направляющими установлены пружины сжатия (прототип- патент РФ №2051832 от 07.06.1990 г., B62D 57/00).
Этот движитель является сложным по конструкции, металлоемким и не позволяет получать механические колебания для возбуждения равнодействующей неуравновешенных сил инерции направленного действия, работа дебалансов в разных плоскостях копиров может вызвать проявление сил противодействия, что будет вызывать при перемещении в каком-то направлении «рыскание» транспортного средства относительно курса.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении значения величины равнодействующей неуравновешенных сил инерции направленного действия, достигаемого за счет превышения реакционной составляющей инерционных сил над силами извне, так как они приложены к разным телам.
Эта задача решается тем, что в движителе, содержащем корпус, в котором симметрично относительно друг друга размещены два инерционных механизма, синхронно работающих от общего привода, каждый из механизмов снабжен инерционными элементами, выполненными с возможностью качения по дугообразным копирам, согласно изобретению дугообразные копиры выполнены в виде криволинейных обойм, каждая из которых содержит беговую дорожку для инерционного элемента, ограничена со своих торцов амортизаторами и соединена посредством крышек с другой обоймой, а каждый из инерционных элементов соединен телескопической связью с приводом, в качестве которого используют электромагнитную катушку, закрепленную с двух сторон на крышках обойм и содержащую внутри сердечник, снабженный пружиной и имеющий в своей головной части прорезь, при этом параллельно геометрической оси корпуса установлены проходящие через точки расположения главных фокусов обойм направляющие, выполненные с возможностью размещения в них концов телескопических связей и осуществления возвратно-поступательного и поворотного перемещения, причем эти направляющие размещены на разделительных перегородках, соединяющих крышки.
Боковые поверхности корпуса снабжены средствами для имитации частей тела птиц.
Причем средство для имитации головы птицы может быть размещено в передней части корпуса по направлению действия равнодействующей инерционных сил движителя.
Средства для имитации крыльев птицы могут быть размещены сбоку корпуса, выполнены в виде вееров, закрепленных на подвижной и неподвижной штангах и симметрично установленных относительно друг друга, каждый из которых содержит направляющую для веера, выполненную из проволоки, зафиксированной с одной стороны на неподвижной штанге, а с другой стороны - на боковой поверхности корпуса, при этом подвижная штанга выполнена с возможностью жесткой фиксации ее в боковой поверхности корпуса при развернутом веере.
Средство для имитации хвоста птицы может быть размещено в задней части корпуса и совпадает с направлением действия реакционных сил инерции движителя и выполнено с возможностью перемещения относительно основания движителя с использованием шарового шарнира, головка которого размещена на геометрической оси движителя, а палец соединен с плоским зажимом для хвоста.
Технический результат заключается в следующем:
- Выполнение дугообразных копиров в виде криволинейных обойм позволяет получить для них траекторию части эллиптической орбиты.
- Наличие в каждой из обойм беговой дорожки для инерционных элементов обеспечивают контакт с ней поверхностей инерционных элементов при их движении.
- Ограничение обойм со своих торцов амортизаторами обеспечивает быстроту смены возвратного направления движения инерционных элементов.
- Соединение обойм сверху и снизу между собой крышками обеспечивает жесткость корпуса в целом.
- Наличие в каждом из инерционных механизмов инерционного элемента, выполненного с возможностью криволинейного качения в обойме вращения вокруг своей оси, позволяет получить силы инерции, превышающие силы извне.
- Соединение каждого из инерционных элементов посредством телескопической связи с приводом обеспечивает «маятниковое» движение инерционных элементов с изменяемым радиусом вращения в пределах заданного угла поворота.
- Использование в качестве привода электромагнитной катушки позволяет использовать типовые источники питания и преобразователи напряжения для получения переменных токов высокой и повышенной частоты, которые и преобразуют энергию источника постоянного тока, в данном случае в зависимости от характера цепи, в которой создаются колебания.
- Размещение внутри катушки сердечника позволяет получить колебания требуемой частоты по геометрической оси корпуса, а снабжение ее пружиной для его возврата в исходное состояние позволяет использовать в полном объеме кинетическую энергию этой пружины.
- Наличие в головной части сердечника прорези добавляет дополнительные степени свободы телескопическим связям.
- Выполнение шарнира с возможностью закрепления на нем конца телескопической связи позволяет управлять движением инерционных элементов за счет изменения радиуса их вращения.
- Установка параллельно геометрической оси корпуса проходящих через точки расположения главных фокусов обойм направляющих обеспечивает при изменении радиуса вращение и изменение пространственного положения шарнира.
- Выполнение направляющих с возможностью размещения в них концов телескопических связей обеспечивает дополнительную жесткость, так как они являются своеобразными ребрами жесткости с возможностью осуществления возвратно-поступательного и поворотного перемещения, что обеспечивает преобразование неуравновешенных сил инерции в их равнодействующую.
- Снабжение боковой поверхности корпуса средствами для имитации частей тела птиц позволяет получить визуальный образ той или иной птицы.
- Размещение средства для имитации головы птицы в передней части корпуса движителя позволяет получить необходимое распределение массы относительно центра масс.
- Размещение средства для имитации крыльев птицы сбоку корпуса обеспечивает условия для поддержания равновесия и обеспечения планирования в воздухе, а выполнение их в виде вееров, закрепленных на подвижной и неподвижной штангах, обеспечивает их раскрытие и закрытие с помощью подвижной штанги, причем в последнем случае закрытый веер зажимается этими штангами (для удобства при транспортировке).
- Установка вееров симметрично относительно друг друга позволяет исключить переворот при планировании.
- Наличие у каждого из вееров направляющей, выполненной из проволоки, обеспечивает простое и легкое открытие и закрытие веера.
- Фиксация проволоки с одной стороны на неподвижной штанге, а с другой стороны - на боковой поверхности корпуса обеспечивает ее жесткое размещение относительно корпуса.
- Выполнение подвижной штанги с возможностью жесткой фиксации ее в боковой поверхности корпуса при развернутом веере обеспечивает закрепление веера в таком виде в одной плоскости.
- Размещение средства для имитации хвоста птицы в задней части корпуса обеспечивает устойчивость планирования. Выполнение этого средства с возможностью перемещения относительно основания движителя с использованием шарового шарнира дает возможность регулировать угол снижения или подъема игрушки.
- Размещение головки шарового шарнира на геометрической оси движителя обеспечивает дополнительную степень свободы для оперения хвоста, а соединение пальца шарового шарнира с плоским зажимом для хвоста обеспечивает компактность этого соединения.
На фиг.1 - движитель, вид сверху.
На фиг.2 - то же, вид сбоку.
На фиг.3 - узел А на фиг.1, вид сбоку.
На фиг.4 - то же, вид сверху.
На фиг.5 - движитель с развернутыми средствами имитации частей тела птицы, вид сверху.
На фиг.6 - узел Б на фиг.5, вид сверху.
На фиг.7 - то же, вид сбоку.
На фиг.8 - движитель со средствами имитации частей тела птицы, вид сверху.
Движитель содержит корпус 1 (фиг.1, 2), который состоит из двух криволинейных обойм 2, соединенных между собой с двух сторон крышками 3 и размещенных таким образом, чтобы их фокусы 4 были расположены на одинаковом расстоянии от геометрической оси корпуса и параллельно друг другу. В каждой из обойм 2 размещен инерционный элемент 5, выполненный с возможностью криволинейного качения в обойме и вращения вокруг своей оси 6, а сама обойма содержит беговую дорожку 7, ограниченную со своих торцов амортизаторами 8. Внешняя 9 и внутренняя 10 поверхности обойм 2 выполнены в виде дугообразных пластин, причем внешняя пластина имеет бортик 11.
Ось 6 каждого инерционного элемента 5 соединена посредством телескопической связи 12 с головной частью сердечника 13, размещенного внутри электромагнитной катушки 14 и снабженного пружиной 15 для его возврата в исходное состояние после совершения рабочего хода. Катушка 14 закреплена с двух сторон на крышках 3 корпуса 1 с помощью крепежных элементов 16 через разделительные перегородки 17, установленные перпендикулярно этим крышкам.
Корпус 1 движителя установлен на основании 18. В это основание, в его расточку 19 входит своей нижней частью пружина 15.
Телескопическая связь 12 с одного конца соединена (фиг.3, 4) с осью 6 инерционного элемента 5 посредством вилки 20, а с другого конца - с осью 21, закрепленной в прорези 22 головной части сердечника 13, посредством вилки 23. Сама телескопическая связь выполнена из отдельных секций 24, входящих одна в другую и имеющих внутри пружины сжатия 25, внутри которых установлена с возможностью перемещения относительно них штанга 26. Эта штанга в местах нахождения главных фокусов 4 на разделительных перегородках 17 проходит через направляющий узел 27 с возможностью возвратно-поступательного и углового (маятникового) перемещения ее относительно этого узла. Направляющий узел 27 имеет цилиндрический полый корпус 28, в котором выполнены два расположенных с противоположных сторон отверстия (прорези) 29 для размещения в них штанги 26.
Торцевые крышки 30 корпуса 28 в их центре содержат полуоси 31, установленные на крышках 3 и обеспечивающие угловые перемещения корпуса 28 при движении внутри нее штанги 26 телескопической связи. Внутри корпуса 28 размещены два цилиндрических ролика 32, выполненных из керамики, установленных симметрично по обе стороны от штанги 26 телескопической связи 12, при этом каждый из роликов имеет ось 33, которая изнутри закреплена на торцевых крышках 30 корпуса 28.
Снаружи корпуса 1 движителя могут быть размещены (фиг.5-8) средства для имитации отдельных частей тела птицы, а именно - в виде головы 34, крыльев в виде вееров 35, а также хвоста 36. Голова 34 размещена в передней части корпуса 1, веера 35 - сбоку корпуса 1, а хвост - в задней части. Сами веера закреплены на подвижной 37 и неподвижной 38 штангах и выполнены таким образом, чтобы их внутренние кромки размещались на направляющих 39, выполненных из проволоки, при этом последняя зафиксирована с одной стороны на неподвижной штанге 37, а с другой стороны - на боковой поверхности корпуса 1. При развернутом веере 35 подвижная штанга 37 фиксируется жестко в боковой поверхности корпуса 1 с использованием стопора (не показан) любой известной конструкции. Веера могут быть сложены для случаев, когда игрушка находится в транспортном положении (в упаковке), для того чтобы уменьшить ее габариты.
В качестве материала, из которого могут быть выполнены веера, можно использовать оксидные пленки алюминия, которые способны взаимодействовать с магнитными полями, возникающими при движении инерционных элементов.
Хвост 36 выполнен с возможностью перемещения относительно основания 18 движителя с использованием шарового шарнира, головка 40 которого размещена на геометрической оси движителя, а палец 41 соединен с плоским зажимом 42 для хвоста 36.
Для обеспечения работы катушки 14 возможно использование стандартных компактных источников питания и преобразователей напряжения, устанавливаемых в удобных для обслуживания и эксплуатации местах на корпусе или в корпусе движителя.
Работа движителя осуществляется следующим образом.
Включают источник тока (не показан), при этом в электромагнитной катушке 14 возникает электродвижущая сила самоиндукции при прохождении тока по виткам катушки. Эта ЭДС воздействует на сердечник 13, который приводится в возвратно-поступательное движение с частотой в зависимости от частоты колебания электрического тока. При этом сердечник втягивается в катушку и выталкивается из нее, растягивая возвратную пружину 15, которая при выходе сердечника 13 из катушки 14 растягивается, занимает крайнее максимальное положение, способствующее возврату сердечника в исходное состояние.
Телескопическая связь 12, закрепленная в прорези 22 головной части сердечника 13, начинает работать как коромысло, опираясь о точку фокуса 4 и воздействуя своим длинным радиусом плеча на инерционный элемент 5, приводя его во вращательное движение относительно собственной оси 6 и угловое (качательное) движение на беговой дорожке 7 обоймы 2 в прямом и обратном направлениях и таким образом совершает криволинейное возвратно-поступательное (маятниковое) движение.
Инерционный элемент 5 при минимальном радиусе вращения аналогичен холостому ходу инерционного механизма, а при максимальном радиусе вращения возбуждает неуравновешенные силы инерции, величина которых в этом положении достигает максимального значения равнодействующих этих сил. Инерционные элементы при максимальном выходе сердечника из катушки находятся в наиболее удаленном положении от фокуса, а в начальном положении - с минимальным удалением от этого фокуса.
В результате сложения этих равнодействующих от двух инерционных механизмов получают результирующую силу, равную геометрической сумме импульсов инерционных сил и действующую по геометрической оси движителя, обеспечивая количество движения, необходимое для осуществления перемещения в заданном направлении.
В случае размещения на корпусе 1 движителя средств для имитации частей тела птицы эти средства при развернутых веерах 35 обеспечивают планирование игрушки в воздухе.
Планирование летающей игрушки в воздушной среде, опирающейся на имитацию крыльев и хвоста, и перемещение в нужном направлении импульсами инерционных сил движителя, а также подъем и изменение курса планирования регулируется ручным управлением хвоста, отклоняемого под углом к горизонту, относительно геометрической оси корпуса.
В воздушной среде в условиях гравитационного тяготения инерционные элементы эксцентричным вращением массы относительно фокусов эллиптических орбит возбуждают импульсы инерционных сил, геометрическая сумма которых обеспечивает количество движения летающей игрушки в заданном направлении.
В случае использования инерционных элементов в виде ферромагнитных тел при их возвратно-поступательном и качательном движении возникает наряду с инерционным и магнитное поле, которое, в свою очередь, начинает оказывать воздействие на ферромагнитные тела путем отталкивания без изменения своих координат в пространстве, что приводит к появлению эффекта обезвешивания, улучшающего способность игрушки к планированию.