ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С МОДУЛЕМ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОТОКА И СПОСОБ СОВЕРШЕНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
RECIPROCATING ENGINE WITH PERMANENT MAGNETIC-FLUX MODULE AND METHOD OF RECIPROCATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству двигателя и способам продуцирования работы на выходе, а более конкретно, относится к устройству двигателя, управляемого посредством постоянных магнитов.
Уровень техники
Предлагаются двигатели, которые создают энергию от сгорания ископаемого топлива. Тем не менее, ископаемое топливо становится дефицитным, и сгорание ископаемого топлива имеет вредные последствия для окружающей среды. По существу, требуется двигатель, использующий стандартный ход поршня, создающий линейное движение, которое превращается во вращательное движение без внутреннего сгорания и/или ископаемого топлива.
Патент (США) номер 6552450 авторов Harty и др. (Патент '450) раскрывает поршневой возвратно-поступательный двигатель, имеющий, по меньшей мере, один цилиндр, формирующий внутреннюю камеру, по меньшей мере, один поршень, перемещающийся возвратно-поступательно во внутренней камере, по меньшей мере, одного цилиндра, и модуль для возвратно-поступательного перемещения, по меньшей мере, одного поршня в, по меньшей мере, одном цилиндре, причем возвратно-поступательно перемещающийся модуль включает в себя магнитные элементы с, по меньшей мере, одним электромагнитом, соединенным с цилиндром, и, по меньшей мере, другим электромагнитом, соединенным с поршнем, так что когда полярность магнитных элементов изменяется, магнитное взаимодействие электромагнитов друг с другом вызывает возвратно-поступательное движение поршня. В Патенте '450 поршень соединен со средством преобразования его возвратно-поступательного движения во вращательное движение. Патент '450 раскрывает, что это средство преобразования может включать в себя шатун и коленчатый вал.
Дополнительно, Патент '450 включает в себя устройство управления для переключения полярности электромагнитов. Патент '450 не использует постоянные магниты. Дополнительно, Патент '450 не перемещает пластины, которые взаимодействуют с поршневой пластиной, с тем чтобы совместить магниты требуемых полярностей с фиксированными полярностями магнитов на поршне.
Необходим возвратно-поступательный двигатель, который использует магниты, полярности которых фиксированы, так чтобы пластины, которые взаимодействуют с поршневой пластиной, сами перемещались так, чтобы выравнивать требуемые.магнитные полярности на пластинах с магнитными полярностями на поршневой пластине.
Раскрытие изобретения
Следовательно, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить возвратно-поступательный двигатель с модулем постоянного магнитного потока и способ совершения возвратно-поступательного движения, которые преодолевают вышеозначенные недостатки известных к настоящему моменту устройств и способов данного стандартного типа.
Предусмотрены возвратно-поступательный двигатель с постоянным магнитом и способ совершения возвратно-поступательного движения, в которых первая пластина возбуждения, имеющая магнитные поля двух полярностей, взаимодействует с магнитным полем магнита, размещенного на поршневой пластине. Первая пластина возбуждения перемещается так, чтобы попеременно выравнивать магнитное поле первой полярности и магнитное поле второй полярности с магнитным полем поршневой пластины, тем самым переменно притягивая и отталкивая поршневую пластину от пластины возбуждения. Поршневая пластина соединена с поршневым шатуном, который совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси в результате попеременных сил притяжения и отталкивания, прилагаемых к поршневой пластине посредством пластины возбуждения. Механизм преобразования, такой как коленчатый вал, преобразует линейное движение поршневого шатуна вдоль оси во вращательное движение, которое может быть использовано в качестве энергии.
В одном конкретном варианте осуществления поршневая пластина размещена между двумя пластинами возбуждения постоянного магнита, перемещение которых координируется, чтобы усиливать силы притяжения и отталкивания поршневой пластины, размещенной между ними.
Описываются различные приводные механизмы, любые из которых могут быть использованы для того, чтобы перемещать магнитные пластины возбуждения по настоящему изобретению.
Другие признаки, которые считаются характеристикой изобретения, изложены в прилагаемой формуле изобретения.
Хотя изобретение проиллюстрировано и описано в данном документе как осуществленное посредством возвратно-поступательного двигателя с модулем постоянного магнитного потока и способа совершения возвратно-поступательного движения, тем не менее, оно не предназначено для того, чтобы быть ограниченным проиллюстрированными подробностями, поскольку различные модификации и структурные изменения могут быть внесены в него без отступления от духа изобретения и в рамках области применения и объема эквивалентов формулы изобретения.
Тем не менее, структура изобретения наряду с его дополнительными целями и преимуществами должна быть лучше понимаема из последующего описания конкретного варианта осуществления, рассматриваемого вместе с прилагаемыми чертежами.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение и его различные признаки и преимущества должны стать более очевидными после прочтения последующего подробного описания, которое ссылается на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие рабочие детали данного изобретения. Аналогичные номера ссылок означают аналогичные элементы по всем чертежам.
Фиг.1 и 2 - это схематичные представления возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом, взятые с лицевой и тыльной стороны, соответственно, в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 - это характерное представление сверху поступательно перемещающегося модуля двойного действия возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом по фиг.1.
Фиг.4 - это схематичное представление в частичном разрезе возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5А - это вид по частям компоновки пластины с возвратно-поступательным движением поступательно перемещающегося модуля двойного действия в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5В - это частичный вид в плане сбоку, в рабочей компоновке, магнитно взаимодействующих частей компоновки пластины с возвратно-поступательным движением по фиг.5А.
Фиг.5С - это вид по частям компоновки пластины с возвратно-поступательным движением поступательно перемещающегося модуля двойного действия в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5D - это частичный вид в плане сбоку, в рабочей компоновке, магнитно взаимодействующих частей компоновки пластины с возвратно-поступательным движением по фиг.5С.
Фиг.6-17 - это упрощенные схематичные представления спереди в частичном разрезе возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения, показанные в конкретные моменты времени в течение рабочего цикла в ходе вращения на 360° коленчатого вала.
Фиг.18А-18Н - это типичные схематичные представления, показывающие взаимодействие множества кулачков и затворов в различных точках вращения коленчатого вала, в связи с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.19А - это вид по частям компоновки пластины с возвратно-поступательным движением поступательно перемещающегося модуля двойного действия в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.19В - это частичный вид в плане сбоку, в рабочей компоновке, магнитно взаимодействующих частей компоновки пластины с возвратно-поступательным движением по фиг.19А.
Фиг.19С - это вид по частям компоновки пластины с возвратно-поступательным движением поступательно перемещающегося модуля двойного действия в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.19D - это частичный вид в плане сбоку, в рабочей компоновке, магнитно взаимодействующих частей компоновки пластины с возвратно-поступательным движением по фиг.19С.
Фиг.20А - это схематичное представление, иллюстрирующее ряд типов систем генерирования энергии, в том числе энергетическую установку слияния магнитных потоков по одному варианту осуществления изобретения, которые могут быть использованы наземно или в космосе.
Фиг.20В - это вид сбоку многомодульного двигателя слияния постоянных магнитных потоков в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.21 и 22 - это частичные схематичные представления верхней части возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом, взятые с передней и задней стороны, соответственно, в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.23А и 23В - это частичные схематичные представления в разрезе нижней приводной части возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом, взятые с передней и задней стороны, соответственно, в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.24 - это характерное представление сверху поступательно перемещающегося модуля двойного действия возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом по фиг.21.
Фиг.25А - это вид по частям компоновки пластины с возвратно-поступательным движением поступательно перемещающегося модуля двойного действия в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.25В - это частичный вид в плане сбоку, в рабочей компоновке, магнитно взаимодействующих частей компоновки пластины с возвратно-поступательным движением по фиг.25А.
Фиг.25С - это вид по частям компоновки пластины с возвратно-поступательным движением поступательно перемещающегося модуля двойного действия в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.25D - это частичный вид в плане сбоку, в рабочей компоновке, магнитно взаимодействующих частей компоновки пластины с возвратно-поступательным движением по фиг.25С.
Фиг.26-37 - это упрощенные схематичные представления спереди в частичном разрезе возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения, показанные в конкретные моменты времени в течение рабочего цикла в ходе вращения на 360° коленчатого вала.
Фиг.38 - это таблица магнитных характеристик широко применяемых или доступных редкоземельных постоянных магнитов, в том числе магнитов NdFeB.
Фиг.39А - это вид по частям компоновки пластины с возвратно-поступательным движением поступательно перемещающегося модуля двойного действия в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.39В - это частичный вид в плане сбоку, в рабочей компоновке, магнитно взаимодействующих частей компоновки пластины с возвратно-поступательным движением по фиг.39А.
Фиг.39С - это вид по частям компоновки пластины с возвратно-поступательным движением поступательно перемещающегося модуля двойного действия в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.39D - это частичный вид в плане сбоку, в рабочей компоновке, магнитно взаимодействующих частей компоновки пластины с возвратно-поступательным движением по фиг.39С.
Фиг.40А - это вид по частям компоновки пластины с возвратно-поступательным движением поступательно перемещающегося модуля двойного действия в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.40В - это частичный вид в плане сбоку, в рабочей компоновке, магнитно взаимодействующих частей компоновки пластины с возвратно-поступательным движением по фиг.40А.
Фиг.40С - это вид по частям компоновки пластины с возвратно-поступательным движением поступательно перемещающегося модуля двойного действия в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.40D - это частичный вид в плане сбоку, в рабочей компоновке, магнитно взаимодействующих частей компоновки пластины с возвратно-поступательным движением по фиг.40С.
Фиг.41А - это вид по частям компоновки пластины с возвратно-поступательным движением поступательно перемещающегося модуля двойного действия в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.41В - это частичный вид в плане сбоку, в рабочей компоновке, магнитно взаимодействующих частей компоновки пластины с возвратно-поступательным движением по фиг.41А.
Фиг.41C - это вид по частям компоновки пластины с возвратно-поступательным движением поступательно перемещающегося модуля двойного действия в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.41D - это частичный вид в плане сбоку, в рабочей компоновке, магнитно взаимодействующих частей компоновки пластины с возвратно-поступательным движением по фиг.41C.
Фиг.42 и 43 - это частичные схематичные представления возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом, взятые с передней и задней стороны, соответственно, в соответствии с другим конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.44 - это характерное представление сверху поступательно перемещающегося модуля двойного действия возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом по фиг.42.
Фиг.45 - это схематичное представление в частичном разрезе приводной части возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.46А-46Н - это типичные схематичные представления, показывающие взаимодействие множества кулачков и затворов в различных точках вращения коленчатого вала, в связи с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.47 - это схематичное представление спереди в частичном разрезе возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом, включающего в себя один вращающийся модуль двойного действия, иллюстрирующее его электрические соединения, в связи с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.48 - это схематичное представление спереди в частичном разрезе возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом, включающего в себя два вращающихся модуля двойного действия, иллюстрирующее его электрические соединения, в связи с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.49 - это схематичное представление спереди в частичном разрезе возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом, включающего в себя три вращающихся модуля двойного действия, иллюстрирующее его электрические соединения, в связи с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.50А и 50В иллюстрируют частичный вид сверху и вид сбоку, соответственно, приводимой червячной зубчатой передачей вращающейся пластины в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.51А и 51В иллюстрируют частичный вид сверху и вид сбоку, соответственно, приводимой прямозубой цилиндрической зубчатой передачей вращающейся пластины в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.52А, 53А, 54А, 55А, 56А, 57А, 58А, 59А и 60А - это виды по частям компоновки пластины, показанные в конкретных точках 360°-го рабочего цикла двигателя, включающего в себя вращающийся модуль двойного действия, в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.52В, 53В, 54В, 55В, 56В, 57В, 58В, 59В и 60В - это частичные виды сверху и сбоку, иллюстрирующие относительные выравнивания и позиции магнитных пластин в их рабочей компоновке в конкретных точках цикла по фиг.52А, 53А, 54А, 55А, 56А, 57А, 58А, 59А и 60А, соответственно.
Фиг.61А, 62А и 63А - это виды по частям компоновки пластины с возвратно-поступательным движением для вращающегося модуля двойного действия в соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг.61В, 62В и 63В - это частичные виды сверху и сбоку, в их рабочей компоновке, магнитно взаимодействующих частей компоновки пластины с возвратно-поступательным движением по фиг.61А, 62А и 63А, соответственно.
Фиг.64 и 65 - это частичные схематичные представления возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом, взятые с передней и задней стороны, соответственно, в соответствии с другим конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.66 - это характерное представление сверху поступательно перемещающегося модуля двойного действия возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом по фиг.64.
Фиг.67 - это схематичное представление в частичном разрезе возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.68А-68Н - это типичные схематичные представления, показывающие взаимодействие множества кулачков и переключателей в различных точках вращения коленчатого вала, в связи с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.69 - это схематичное представление спереди в частичном разрезе возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом, включающего в себя один поступательно перемещающийся модуль двойного действия, иллюстрирующее его электрические соединения, в связи с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.70 - это схематичное представление спереди в частичном разрезе возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом, включающего в себя два поступательно перемещающихся модуля двойного действия, иллюстрирующее его электрические соединения, в связи с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.71 - это схематичное представление спереди в частичном разрезе возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом, включающего в себя три поступательно перемещающихся модуля двойного действия, иллюстрирующее его электрические соединения, в связи с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.72А - это вид по частям компоновки пластины с возвратно-поступательным движением поступательно перемещающегося модуля двойного действия в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.72В - это частичный вид в плане сбоку, в рабочей компоновке, магнитно взаимодействующих частей компоновки пластины с возвратно-поступательным движением по фиг.72А.
Фиг.73-84 - это упрощенные схематичные представления спереди в частичном разрезе возвратно-поступательного двигателя с постоянным магнитом в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения, показанные в конкретные моменты времени в течение рабочего цикла в ходе вращения на 360° коленчатого вала.
Фиг.85А, 86А, 87А, 88А, 89А, 90А, 91А, 92А, 93А, 94А, 95А, 96А, 97А - это виды по частям компоновки пластины с возвратно-поступательным движением поступательно перемещающегося модуля двойного действия в соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг.85В, 86В, 87В, 88В, 89В, 90В, 91В, 92В, 93В, 94В, 95В, 96В, 97В - это частичные виды сверху и сбоку, в их рабочей компоновке, магнитно взаимодействующих частей компоновок пластины с возвратно-поступательным движением по фиг.85А, 86А, 87А, 88А, 89А, 90А, 91А, 92А, 93А, 94А, 95А, 96А, 97А, соответственно.
Фиг.98А - это частичное схематичное представление магнитного коленчатого вала в сборе в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.98В - это частичное представление в схематичном разрезе магнитного коленчатого вала в сборе и его корпуса.
Фиг.98С - это схематичное представление по частям несущих пластин в корпусе коленчатого вала, как показано на фиг.98В.
Фиг.99А - это частичное схематичное представление магнитного коленчатого вала в сборе в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.99В - это частичное представление в схематичном разрезе коленчатого вала в сборе и его корпуса со встроенной силовой динамо-машиной.
Фиг.99С - это схематичное представление по частям несущих пластин в корпусе коленчатого вала, как показано на фиг.99В.
Фиг.100А - это частичное схематичное представление магнитного коленчатого вала в сборе в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.100В - это частичное представление в схематичном разрезе коленчатого вала в сборе и его корпуса со встроенной силовой динамо-машиной.
Фиг.100С - это схематичное представление по частям несущих пластин в корпусе коленчатого вала, как показано на фиг.100В.
Осуществление изобретения
Ссылаясь далее на чертежи, на которых аналогичные номера ссылок ссылаются на аналогичные элементы, описывается несколько вариантов осуществления устройства возвратно-поступательного двигателя, приводимого в действие посредством, по меньшей мере, одного модуля постоянного магнита, и постоянного магнита для использования в нем.
Для целей понимания магнитного модуля, в качестве исходных данных приводится краткое описание основных магнитных понятий, используемых при работе и/или изготовлении магнитного модуля. Например, известно, что для магнитных материалов аналогичные полюсы отталкиваются, тогда как противоположные полюсы притягиваются. При описании настоящего изобретения первый полюс магнита упоминается как (+) полюс магнита, а второй полюс магнита упоминается как (-) полюс. Таким образом, в данной терминологии, например, все (+) полюса магнитов представляют серверный полюс магнита, тогда как все (-) полюса представляют южный полюс.
В рамках этих принципов, представленных посредством вышеуказанной терминологии, можно видеть, что имеется четыре (4) возможных состояния, которые могут возникать, когда два сильных постоянных магнита подносятся друг к другу. Эти состояния представлены в таблице 1.
Таблица 1
Первый полюс магнита
Второй полюс магнита
Результирующее состояние
+
-
Сильная сила притяжения
-
+
Сильная сила притяжения
-
-
Сильная сила отталкивания
+
+
Сильная сила отталкивания
Из таблицы 1 можно видеть, что силы полей, создаваемые посредством магнитных потоков двух магнитов, взаимодействующих друг с другом, могут приводить к сильным силам притяжения или сильным силам отталкивания. Например, в первых двух состояниях по таблице 1, противоположные полюса магнитов пытаются "соединиться" друг с другом, тем самым приводя к тому, что настоящее изобретение дополнительно называется механическим двигателем "соединения магнитных потоков". Последние два состояния таблицы 2 должны, в результате "соединения" двух аналогичных полюсов, сильно отталкивать друг друга. Дополнительно, важно отметить, что поле из каждого магнита относительно локализовано. Например, для прямоугольного магнита с квадратным поперечным сечением, встроенным в материал так, что магнитное поле только одного из его полюсов свободно взаимодействует с аналогично размещенным другим магнитом, поле из магнита является примерно коническим или имеет форму усеченного конуса, причем больший край конуса исходит из магнита, а меньший край конуса размещен дальше от магнита. Таким образом, магнитное поле относительно локализовано на основе расстояния от поверхности магнита (т.е. тем далее, чем меньше поле, рассматриваемое как точка обратного конуса).
Используя вышеописанные принципы, настоящее изобретение относится к механизму возвратно-поступательного движения, приводимому в действие посредством постоянного магнита, как описано в связи с прилагаемыми чертежами.
Из описания работы настоящего изобретения должно стать очевидным, что любой тип постоянно заряженных редкоземельных магнитов может быть использован в настоящем изобретении. Тем не менее, разработано множество типов недорогих, долговечных постоянных магнитов. Эти магниты включают в себя множество редкоземельных материалов, скомбинированных так, чтобы сформировать магниты. Одним таким постоянным редкоземельным магнитом, который предпочтителен для использования с настоящим изобретением, является магнит неодима-железа-бора (NdFeB). Известные разновидности магнита NdFeB включают в себя NdFeB 35, NdFeB 45 и NdFeB 50. Другим постоянным редкоземельным магнитом, который может быть использован с настоящим изобретением, является магнит самария-кобальта (SmCo). Другие разновидности постоянных магнитов могут быть использованы в качестве магнитов источников приведения в настоящем изобретении. Отметим, что эти магниты, хотя упоминаются как "постоянные", имеют ограниченный срок службы, истощаются с течением времени и периодически требуют замены или перезарядки. Таблица, раскрывающая магнитные свойства конкретных материалов, включена как фиг.38. Хотя все редкие магниты могут рассматриваться для использования в настоящем изобретении, магнитам, помеченным "*" на фиг.38, уделяется особое внимание.
Более конкретно, настоящее изобретение использует преимущество принципов таблицы 1, чтобы предоставить приводимый постоянными магнитами возвратно-поступательный двигатель, питаемый посредством компоновки из магнитных пластин возбуждения, взаимодействующих с магнитной поршневой пластиной и выполняющей работу. Как будет показано, приводимые постоянными магнитами возвратно-поступательные двигатели раскрыты в данном документе как включающие в себя модули магнитного потока. Модули могут быть использованы по отдельности либо множество модулей может быть использовано в комбинации, чтобы сгенерировать больший объем работы. См. фиг.20, 48, 49, 70 и 71. По сути, модуль постоянного магнитного потока включает в себя, по меньшей мере, одну постоянную магнитную пластину, взаимодействующую с магнитной поршневой пластиной. В простейшей форме постоянной магнитной пластиной может быть двухполюсный магнит.
Например, ссылаясь на фиг.1-4, показан один конкретный вариант осуществления модуля постоянного магнитного потока, который может быть использован с различными вариантами осуществления настоящего изобретения. В проиллюстрированном варианте осуществления поступательно перемещающийся модуль 102 двойного действия с постоянным магнитом включает в себя первую и вторую поступательно перемещающиеся пластины возбуждения, при этом поршневые пластины возбуждения помещены между ними. Более конкретно, верхняя поступательно перемещающаяся пластина возбуждения включает в себя, по меньшей мере, один постоянный магнит на своей нижней поверхности. В этом варианте осуществления и всех последующих вариантах осуществления таким магнитом может быть один или более двухполюсных постоянных магнитов, включающих в себя (+) северный и (-) южный полюс, или два или более однополюсных ориентированных постоянных магнита, имеющих, по меньшей мере, один с (+) северным полюсом и один с (-) южным полюсом, и/или их комбинации.
Аналогично, в варианте осуществления по фиг.1-4, модуль постоянного магнитного потока или поступательно перемещающийся модуль 102 двойного действия включает в себя нижнюю поступательно перемещающуюся пластину возбуждения, которая включает в себя, по меньшей мере, один постоянный магнит на верхней поверхности. Как и в случае с верхней поступательно перемещающейся пластиной возбуждения, нижняя постоянно перемещающаяся пластина возбуждения может включать в себя один или более двухполюсных постоянных магнитов или два или более однополюсных ориентированных постоянных магнитов, имеющих различные полюса, или какую-либо комбинацию вышеозначенного.
Вариант осуществления по фиг.1-4 дополнительно включает в себя поршневую пластину возбуждения, которая включает в себя, по меньшей мере, один магнит на каждой из верхней и нижней поверхности, позволяющий магнитам на каждой стороне поршневой пластины возбуждения взаимодействовать с магнитами верхней и нижней поступательно перемещающихся пластин возбуждения. Дополнительно, в настоящем изобретении поршневая пластина возбуждения перемещается только вверх и вниз вдоль оси 'А' через поступательно перемещающиеся пластины возбуждения перпендикулярно (к примеру, +/- несколько градусов) плоскости, в которой пластины поступательно перемещаются. В этом варианте осуществления поршневая пластина возбуждения не вращается вокруг оси А.
Для целей пояснения, когда в настоящей заявке определяется, что деталь включает в себя, "по меньшей мере, один магнит" или, "по меньшей мере, один постоянный магнит" на поверхности, следует понимать, что, по меньшей мере, одним магнитом может быть один или более двухполюсных постоянных магнитов, включающих в себя (+) северный и (-) южный полюс, либо два или более однополюсных ориентированных постоянных магнитов, имеющих, по меньшей мере, один с (+) северным полюсом и один с (-) южным полюсом, и/или их комбинации.
Важно отметить, что любой вариант осуществления двигателя, раскрытый ниже, может использовать тип модуля постоянного магнитного потока, отличный от описанного в конкретном варианте осуществления, и при этом не выходить за рамки области применения настоящего изобретения. Например, в другом варианте осуществления настоящего изобретения вместо поступательно перемещающегося модуля 102 двойного действия, описанного в связи с фиг.1, может быть выбран поступательно перемещающийся модуль однократного действия, который включает в себя только одну поступательно перемещающуюся магнитную пластину возбуждения (т.е. либо верхнюю поступательно перемещающуюся пластину возбуждения, либо нижнюю поступательно перемещающуюся пластину возбуждения), взаимодействующую с поршневой пластиной возбуждения. Как и в вышеописанном модуле, одна поверхность поступательно перемещающейся магнитной пластины возбуждения может включать в себя, по меньшей мере, один постоянный магнит. Дополнительно, поршневая пластина возбуждения должна включать в себя, по меньшей мере, один магнит, но только на поверхности, противостоящей магнитной поверхности поступательно перемещающейся пластины возбуждения. Дополнительно, в настоящем варианте осуществления поршневая пластина возбуждения должна перемещаться вверх и вниз вдоль оси, перпендикулярной поверхности поступательно перемещающейся магнитной пластины возбуждения, но не должна вращаться вокруг этой оси.
Другим возможным модулем постоянного магнитного потока, который может быть использован с настоящим изобретением, может быть вращающийся модуль двойного действия, включающий в себя две вращающиеся (а не поступательно перемещающиеся) магнитные пластины возбуждения, причем не вращающаяся поршневая пластина возбуждения размещена между ними. Аналогично варианту осуществления по фиг.1, верхняя вращающаяся пластина возбуждения должна включать в себя, по меньшей мере, один постоянный магнит на нижней поверхности, тогда как нижняя вращающаяся пластина возбуждения должна включать в себя, по меньшей мере, один постоянный магнит на верхней поверхности. В таком случае не вращающаяся поршневая пластина возбуждения должна включать в себя, по меньшей мере, один магнит на каждой из своих верхней и нижней поверхностях.
Дополнительный вариант осуществления модуля постоянного магнитного потока, который может быть использован вместо модуля 102 постоянного магнитного потока, описанного в связи с фиг.1, должен быть вращающимся модулем однократного действия, включающим в себя только одну вращающуюся магнитную пластину возбуждения (т.е. либо верхнюю вращающуюся пластину возбуждения, либо нижнюю вращающуюся пластину возбуждения), взаимодействующую с поршневой пластиной возбуждения, которая перемещается вдоль оси, перпендикулярной поверхности вращающейся пластины возбуждения, но не вращается вокруг этой оси. Как и в вышеописанном модуле, одна поверхность вращающейся магнитной пластины возбуждения должна включать в себя, по меньшей мере, один постоянный магнит, а поршневая пластина возбуждения должна включать в себя, по меньшей мере, один магнит на поверхности, противостоящей магнитной поверхности вращающейся пластины возбуждения.
Хотя конкретные примерные варианты осуществления описаны ниже, изобретение не ограничено ими, поскольку различные элементы вариантов осуществления могут смешиваться, сопоставляться и модульно расширяться, а также могут выполняться другие модификации, все из которых по-прежнему должны быть в рамках духа изобретения заявителя.
Дополнительно отметим, что по всем различным вариантам осуществления аналогичные номера ссылок ссылаются на аналогичные элементы. По сути, конкретные элементы одного варианта осуществления, которые описаны в связи с предыдущим вариантом осуществления, должны указываться посредством одинакового номера в обоих вариантах осуществления и не описываются повторно.
Пневмомеханическое приведение в действие
Ссылаясь теперь на фиг.1-4, показан приводимый в действие постоянным магнитом возвратно-поступательный двигатель 100 в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения. Приводимый в действие постоянным магнитом возвратно-поступательный двигатель 100 запитывается посредством компоновки модулей магнитных пластин, которые используют преимущества принципов таблицы 1, чтобы поступательно перемещаться относительно друг друга, в ходе чего они выполняют работу. Двигатель 100 включает в себя верхнюю приводную часть 102 (часть которой более подробно проиллюстрирована на фиг.3) и нижнюю преобразующую часть 100b (боле подробно проиллюстрированную на фиг.4). Две части 102 и 100b соединены посредством ряда рычагов и шатунов, как подробнее описано в связи с вариантом осуществления по фиг.1 и 2. Магнитный модуль 102 двигателя 100 управляется таким образом, чтобы приводить в действие поршневой шатун или вал 117 вдоль своей оси, который, в свою очередь, приводит в действие коленчатый вал 136.
Постоянный магнитный модуль 100 включает в себя верхнюю приводную секцию 102 привода, включающую в себя, по меньшей мере, две поступательно перемещающиеся магнитные пластины возбуждения (т.е. верхнюю и нижнюю магнитные пластины 118 и 124 возбуждения, соответственно) и магнитную поршневую пластину 119, размещенную между верхней и нижней магнитными пластинами 118, 124 возбуждения. В текущем описываемом варианте осуществления верхняя, нижняя и магнитная поршневые пластины 118, 124 и 119 имеют приблизительно прямоугольную форму и включают в себя плоскую или практически плоскую верхнюю и нижнюю поверхность. Пластины 118, 124 и 119 размещены так, что их соответствующие плоские поверхности параллельны или практически параллельны относительно друг друга.
Как подробнее показано на фиг.1-3, верхняя и нижняя магнитные пластины 118, 124 возбуждения поддерживаются посредством узла 103, 104 каркаса, соответственно. Держатель верхней магнитной пластины возбуждения включает в себя верхнюю пластину 120 держателя подшипника и нижнюю пластину 121 держателя подшипника, как показано на фиг.1, 2 и 3. В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, верхняя и нижняя пластины 120 и 121 держателя подшипника включают в себя высокоскоростные роликовые подшипники, установленные в них, чтобы взаимодействовать с верхней магнитной пластиной 118 возбуждения для того, чтобы упрощать поступательное перемещение этой магнитной пластины 118 возбуждения, как подробнее описано ниже.
Дополнительно, верхняя и нижняя пластины 120 и 121 держателя подшипника могут быть изготовлены из любого подходящего немагнитного материала. В одном примере текущего описываемого варианта осуществления верхняя и нижняя пластины 120 и 121 держателя подшипника изготовлены из алюминиевых пластин, а роликовые подшипники установлены под верхней пластиной 120 держателя подшипника и над нижней пластиной 121 держателя подшипника. Дополнительно, может быть предусмотрено любое надлежащее число роликовых подшипников. В одном конкретном примере роликовые подшипники установлены в каждом из двух краев верхней и нижней пластин 120, 121 держателя подшипника параллельно друг другу, как подробнее показано на фиг.1 и 2, чтобы зацеплять края магнитной пластины 118 возбуждения, в ряду параллельно направлению движения магнитного блока 118, чтобы дать возможность магнитной пластине 118 возбуждения более легко поступательно перемещаться. Более того, роликовые подшипники дополнительно ограничивают направление перемещения магнитной пластины 118 возбуждения, задавая предел его движения, чтобы не допустить движения вверх и вниз. В одном конкретном варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.1-3, каждый ряд включает в себя шесть роликовых подшипников 138.
Ссылаясь более подробно на фиг.5А и 5В, магнитная пластина 118' возбуждения, в соответствии с принципами настоящего изобретения, изготовлена из множества постоянно заряженных магнитов, установленных в конкретной конфигурации, как подробнее описано ниже. В настоящем конкретном варианте осуществления магнитная пластина 118' возбуждения включает в себя опорный элемент, такой как алюминиевая пластина, на который установлено несколько рядов магнитов. В конкретном варианте осуществления, показанном на фиг.5А и 5В, четыре ряда из шести (4×6) постоянно заряженных магнитов установлено на опорную пластину в однополюсной ориентации, чтобы составить магнитную пластину 118' возбуждения. Отметим, что это не предназначено для того, чтобы быть ограничивающим, из принципов изобретения можно видеть, что вместо двух рядов магнитов, показанных на каждой стороне отверстия поршня на пластинах возбуждения, большее число альтернативных полярностей может быть включено в каждую пластину возбуждения на каждой стороне отверстия поршня. По сути, приводной механизм должен просто перемещать каждую пластину, чтобы выравнивать каждый ряд, в свою очередь, с рядом на поршневой пластине, до изменения на обратное направление пластины. Вышеприведенное расширение может дополнительно быть сделано для варианта осуществления настоящего изобретения, в котором пластины возбуждения вращаются.
Ссылаясь снова на фиг.1-5В, нижний узел 104 каркаса для нижней магнитной блочной пластины 124 изготовлен аналогично верхнему узлу 103 каркаса. Как и в случае с верхним узлом 103 каркаса, нижний узел каркаса включает в себя верхнюю пластину 122 держателя подшипника и нижнюю пластину 123 держателя подшипника, причем обе из них включают в себя высокоскоростные роликовые подшипники, установленные в них, в рядах, чтобы упрощать поступательное перемещение магнитной блочной пластины 124. Аналогично, нижняя магнитная пластина 124 возбуждения включает в себя базовую пластину, на которой установлены постоянные магниты. В варианте осуществления, в котором верхняя магнитная блочная пластина 118 включает в себя четыре ряда по шесть магнитов каждый (4×6), нижняя магнитная блочная пластина 124 должна дополнительно включать в себя четыре ряда по шесть магнитов каждый, размещенных так, как описано ниже.
Как подробнее показано на фиг.1 и 2, верхний и нижний узлы 103 и 104 каркаса ориентированы таким образом, что плоскости, содержащие поверхности подшипников магнитов магнитных пластин 118 и 124 возбуждения, размещены напротив друг друга и практически параллельно друг другу.
Как упоминалось выше, магнитная приводная секция 102 двигателя 100 дополнительно включает в себя магнитную поршневую пластину 119, размещенную между верхней и нижней магнитными пластинами 118 и 124 возбуждения. В настоящем предпочтительном варианте осуществления, как подробнее показано на фиг.5, каждая из магнитных пластин 118, 124 возбуждения включает в себя четыре ряда по шесть постоянных магнитов в каждом, а магнитная поршневая пластина 119 сконфигурирована так, чтобы включать в себя два ряда по шесть постоянных магнитов (2×6) на каждой стороне магнитной поршневой пластины 119. Отметим, что в каждом "ряду" магнитов магнитной пластины возбуждения, а также магнитных пластин возбуждения магниты выровнены по аналогичной полярности. По сути, магнитная поршневая пластина 119 имеет магнитную поверхность, противостоящую каждой из магнитных поверхностей магнитных пластин 118, 124 возбуждения и в плоскости, практически параллельной им. Как подробнее описано в связи с нижеприводимым вариантом осуществления, после того как система сбалансирована, именно взаимодействие поступательно перемещающихся магнитных пластин 118, 124 возбуждения с магнитной поршневой пластиной 119 заставляет магнитную поршневую пластину 119 перемещаться вверх и вниз между магнитными пластинами 118, 124 возбуждения и, как результат, приводить двигатель 100.
Важно отметить, что в вышеописанном модуле магнитного потока имеются различные комбинации, в которых четыре ряда по шесть (4×6) магнитов на поступательно перемещающихся пластинах возбуждения и четыре ряда по шесть магнитов (4×6) могут быть размещены на поршневой пластине, с двумя рядами на каждой из верхней и низкой плоской поверхности, чтобы добиться требуемого результата. В настоящей заявке чертежи иллюстрируют шестнадцать возможных комбинаций магнитных пластин, которые могут быть использованы в вышеописанном варианте осуществления, тем не менее, другие комбинации, не проиллюстрированные на чертежах, могут быть использованы. Таблица 2 перечисляет шестнадцать магнитных конфигураций, проиллюстрированных на чертежах, для каждого из рядов магнитов R1-R12, по полярности.
Таблица 2
Номера чертежей
Верхняя поступательноперемещающаяся пластина, нижняя поверхность
Поршневая пластина, верхняя поверхность
Поршневая пластина, нижняя поверхность
Нижняя поступательно перемещающаяся пластина, нижняя поверхность
R1 R2 R3 R4
R5 R6
R7 R8
R9 R10 R11 R12
Фиг.5, 85
+-+-
++
--
-+-+
Фиг.25
+-+-
++
--
+-+-
Фиг.19, 86
-+-+
++
--
+-+-
Фиг.90
-+-+
++
--
+-+
Фиг.91
+-+-
++
++
-+-+
Фиг.39, 88
+-+-
++
++
+-+-
Фиг.92
-+-+
++
++
+-+-
Фиг.93
-+-+
++
++
-+-+
Фиг.94
+-+-
--
++
-+-+
Фиг.95
+-+-
--
++
+-+-
Фиг.72
-+-+
--
++
+-+-
Фиг.41, 89
-+-+
--
++
-+-+
Фиг.96
+-+-
--
--
-+-+
Фиг.87
+-+-
--
--
+-+-
Фиг.97
-+-+
--
--
+-+-
Фиг.40
-+-+
--
--
-+-+
Отметим, что после того как размещены, в отличие от использования определенных магнитов, в которых полярности могут быть изменены, полярности постоянных магнитов в заданных рядах фиксированы и не изменяются. Таким образом, в настоящем изобретении для того, чтобы изменить выравнивание магнитных рядов фиксированной полярности на пластинах возбуждения относительно магнитных рядов фиксированной полярности на поршневой пластине, сами пластины возбуждения перемещаются.
Дополнительно, хотя настоящий вариант осуществления использует 72 однополюсных ориентированных магнита, большее или меньшее число магнитов может быть использовано. Например, для дополнительной мощности многократное превышение 72 магнитов может быть использовано в настоящем изобретении. Дополнительно, следует принимать во внимание, что двухполюсные магниты могут быть использованы для того, чтобы реализовать определенные версии изобретения, раскрытые в таблице 2, тем самым также снижая число используемых магнитов. В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения каждый из магнитов является однополюсным ориентированным постоянным магнитом NdFeB размером 1"Х 1"×1/2". Тем не менее, другие редкоземельные магниты и/или размеры могут быть использованы.
Отметим, что "однополюсный ориентированный магнит" предназначен, чтобы означать в настоящей заявке магниты, встроенные в материал так, что поле только от одного полюса магнита используется для того, чтобы взаимодействовать с полем другого магнита. Выяснилось, что использование магнитов, ориентированных таким образом, усиливает поле от взаимодействующего полюса магнита. По сути, в описанных вариантах осуществления при пояснении "ряда магнитов", имеющих "(+) полярность" или "(-) полярность", это обычно означает, что каждый магнит в ряду размещается на пластине, которая обычно немагнитная, с тем чтобы требуемый полюс был открытым, а другой полюс встроенным в материал, и сама не взаимодействует с магнитом на соответствующей пластине. См., к примеру, фиг.6, иллюстрирующую ряды R1-R12, каждый из которых содержит однополюсный ориентированный магнит, при этом один полюс каждого магнита встроен в пластины 118', 119', 124' так, чтобы он не взаимодействовал с другим магнитом. Дополнительно выяснилось, что при установке магнитов на пластину в "однополюсной ориентации" использование дополнительной пластины из магнитного материала, помещенной сзади (т.е. покрывающей) на не взаимодействующий полюс встроенного магнита, усиливает поле взаимодействующего полюса магнита. Например, в описанных вариантах осуществления, в которых магниты встроены в пластину, поверхность пластины близко к не взаимодействующему полюсу магнита, должна быть накрыта, к примеру, железной пластиной (не показана на чертежах). В одном конкретном варианте осуществления, при использовании 0,5-дюймового магнита, встроенного в немагнитный материал, такой как алюминий, пластик или угольное волокно, 0,75-дюймовая железная задняя пластина может быть установлена на боковой стороне пластины, содержащей не взаимодействующие полюса магнитов, чтобы сконцентрировать и усилить поле взаимодействующих полюсов магнитов.
Ссылаясь снова на фиг.1-4, поршневая пластина 119 возбуждения крепится к длинному поршневому шатуну 117, как показано на фиг.1-3. Поршневой шатун 117 установлен относительно системы таким образом, чтобы перемещать магнитную поршневую пластину 119 вверх и вниз вдоль оси (т.е. совершать возвратно-поступательное движение линейно вдоль оси) перпендикулярно направлению хода поступательно перемещающихся магнитных пластин 118, 124 возбуждения. Поршневой шатун 117 может быть изготовлен из любого подходящего немагнитного материала. Дополнительно, поршневой шатун 117 должен быть прикреплен к магнитной поршневой пластине 119 таким образом, чтобы не мешать поступательному перемещению магнитных пластин 118 и 124 возбуждения. В одном конкретном варианте осуществления поршневой шатун 117 изготовлен из алюминия, так чтобы не взаимодействовать магнитно с любой из магнитных пластин. Дополнительно, поршневой шатун 117 может быть изготовлен в любой рабочей конфигурации, но в одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения сконфигурирован с квадратным поперечным сечением. Поршневой шатун 117 настоящего варианта осуществления идет по всему двигателю 100 от верхней секции 102 до нижней секции 100b. Например, верхняя пластина 120 держателя подшипника и нижняя пластина 123 держателя подшипника включают в себя небольшое квадратное отверстие, через которое может проходить поршневой шатун 117. Тем не менее, нижняя пластина 121 и верхняя пластина 122 держателя подшипника включают в себя большее отверстие, чтобы дать возможность магнитной поршневой пластине 119 взаимодействовать с верхней и нижней магнитными пластинами 118, 124 возбуждения.
Если требуется, как подробнее проиллюстрировано на фиг.1-3, поршневой шатун 117 может удерживаться на месте в верхней секции 102 двигателя 100 посредством удерживающего узла 101 поршневого шатуна. Удерживающий узел 101 поршневого шатуна включает в себя четыре колеса на роликовых подшипниках, удерживаемых посредством опорного каркаса и размещенных поперечно относительно друг друга, при этом поршневой шатун 117 помещен между ними. В одном варианте осуществления каркас и/или опоры предпочтительно изготовлены из немагнитного материала, такого как алюминий.
Верхний удерживающий узел 101 поршневого шатуна используется для того, чтобы центрировать и удерживать поршневой шатун 117, а также упрощать его легкое поступательное перемещение вверх и вниз. Отметим, что в варианте осуществления, в котором поршневой шатун 117 имеет квадратное поперечное сечение, один роликовый подшипник верхнего удерживающего узла 101 поршневого шатуна размещен так, чтобы контактировать с каждой плоской гранью поршневого шатуна 117.
Чтобы дополнительно центрировать и удерживать поршневой шатун 117, средний удерживающий узел 106 поршневого шатуна необязательно может быть предоставлен. Как и верхний удерживающий узел 101 поршневого шатуна, средний удерживающий узел 106 поршневого шатуна может включать в себя четыре колеса на роликовых подшипниках, удерживаемые посредством каркаса или кронштейна и размещенные поперечно относительно друг друга, при этом поршневой шатун 117 помещен между ними. Дополнительные удерживающие узлы, такие как нижние удерживающие узлы 108 и 110 поршневого шатуна, могут быть необязательно предусмотрены, чтобы центрировать и удерживать поршневой шатун 117. Удерживающие узлы предпочтительно сконфигурированы так, как описано в связи с верхним удерживающим узлом 101 поршневого шатуна, но могут быть сконфигурированы по-другому.
В нижней секции 100b двигателя 100 поршневой шатун 117 перемещается вверх и вниз вдоль оси А через центр удерживающего узла 101 поршневого шатуна, заставляя вращаться коленчатый вал 13. Совершающий возвратно-поступательное движение поршневой шатун 117 перемещается вверх и вниз через центр двигателя 100, удерживая поршневую пластину 119 возбуждения между поступательно перемещающимися магнитными пластинами 118, 124 возбуждения. Силы притяжения и отталкивания между поршневой пластиной 119 возбуждения и верхней и нижней поступательно перемещающимися магнитными пластинами 118, 124 возбуждения приводит к перемещению поршневого шатуна 117 линейно внутри двигателя 100. Дополнительно, выбор сильного и легкого материала для поршневого шатуна 117 помогает уменьшить сопротивление движению поршневого шатуна 117. Более того, поршневая пластина 119 возбуждения центрирована посредством поршневого шатуна 117 таким образом, чтобы не перемещаться ни в каком направлении, кроме заранее заданного линейного движения от верхней мертвой точки (TDC) к нижней мертвой точке (BDC) своего цикла (т.е. хода), или наоборот. Помимо этого, поршневая пластина 119 возбуждения никогда не соприкасается с верхней или нижней магнитной пластиной 118, 124 возбуждения вследствие заранее заданного зазора между TDC-позицией поршневой пластины 119 возбуждения и верхней поступательно перемещающейся магнитной пластины 118 возбуждения и между BDC-позицией поршневой пластины 119 возбуждения и нижней поступательно перемещающейся магнитной пластины 124 возбуждения. Этот зазор важен для того, чтобы сохранять силы притяжения и отталкивания, но является регулируемым. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения в модуле слияния магнитных потоков, использующем 50 постоянных магнитов NdFeB, расстояние TDC-BDC составляет от 150 до 200 мм.
Верхняя и нижняя поступательно перемещающиеся магнитные пластины 118, 124 возбуждения перемещаются посредством верхнего и нижнего приводных рычагов 107 и 126, чтобы создавать силы притяжения и отталкивания между поршневой пластиной 119 возбуждения и верхней и нижней поступательно перемещающейся магнитной пластиной 118, 124 возбуждения. Верхняя и нижняя магнитные пластины 118, 124 возбуждения размещаются так, чтобы они могли независимо поступательно перемещаться по траектории, которая перпендикулярна траектории движения поршневой пластины 119 возбуждения.
В одном конкретном предпочтительном варианте осуществления изобретения корпус магнитной поршневой пластины 119 является алюминиевой или угольно-волоконной пластиной, верхняя и нижняя плоские поверхности которой выровнены с постоянными магнитами, ориентированными в противоположных полярностях (к примеру, верхняя поверхность имеет северную (+) полярность, тогда как нижняя поверхность имеет южную (-) полярность, либо при необходимости наоборот). Альтернативно, на основе установки магнитов на магнитных блочных пластинах 118, 124, магнитная поршневая пластина 119 может иметь верхнюю и нижнюю стороны, сконфигурированные магнитами одной полярности (к примеру, верхняя поверхность имеет северную (+) полярность и нижняя поверхность имеет северную (+) полярность или при необходимости обе поверхности имеют южную (-) полярность). В таком случае, в текущем описываемом варианте осуществления плоские поверхности на верхней и нижней магнитных пластинах 118, 124 возбуждения, которые противостоят магнитной поршневой пластине 119, должны быть выровнены с постоянными магнитами, которые чередуют северную (+) и южную (-) полярности в зависимости от необходимости, чтобы предоставить требуемое возвратно-поступательное движение.
Как можно видеть посредством описания базовых магнитных принципов в связи с таблицей 1 выше, при магнитах, размещенных так, как описано, поскольку верхняя и нижняя магнитные пластины 118, 124 возбуждения поступательно перемещаются относительно магнитной поршневой пластины 119, они чередуют две позиции, позицию "притяжения" и позицию "отталкивания".
В позиции притяжения магниты на соответствующей магнитной пластине 118 или 124 возбуждения, выровненной с магнитами на магнитной поршневой пластине 119, имеют полярность, противоположную полярности на соответствующей выровненной поверхности магнитной поршневой пластины 119. По сути, магнитная поршневая пластина 119 притягивается к конкретной пластине 118 или 124, которая находится в позиции притяжения.
В позиции отталкивания магниты на соответствующей магнитной пластине 118 или 124 возбуждения, выровненной с магнитами на магнитной поршневой пластине 119, имеют такую же полярность, что и полярность на соответствующей выровненной поверхности магнитной поршневой пластины 119. По сути, магнитная поршневая пластина 119 отталкивается от конкретной пластины 118 или 124, которая находится в позиции отталкивания.
Если требуется, система может быть сбалансирована таким образом, что в то время когда одна из магнитных пластин 118 или 124 возбуждения находится в режиме притяжения относительно магнитной поршневой пластины 119, другая магнитная пластина 118 или 124 возбуждения находится в позиции отталкивания. В этом случае магнитная поршневая пластина 119 притягивается к первой магнитной пластине 118 или 124 возбуждения в режиме притяжения, при этом одновременно отталкиваясь посредством другой магнитной пластины 118 или 124 возбуждения в режиме отталкивания.
Таким образом, возвратно-поступательное движение магнитной поршневой пластины 119 приводится попеременно посредством изменения сил притяжения и отталкивания, генерируемых посредством верхней и нижней магнитных пластин 118 или 124 возбуждения по мере того, как они поступательно перемещаются относительно движущейся магнитной поршневой пластины 119. Поступательное движение верхней и нижней магнитной пластины 118 и 124 возбуждения координируется таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение магнитной поршневой пластины 119 было максимально плавным и рациональным.
Помимо поршневого шатуна 117, соединенного с поршневым магнитным блоком 119, двигатель 100 включает в себя приводной рычаг 107 верхней пластины и приводной рычаг 126 нижней пластины, которые дополнительно соединяют верхнюю секцию 102 с нижней секцией 100b. Приводной рычаг 107 верхней пластины соединен в верхнем конце с верхней магнитной пластиной 118 возбуждения, а в нижнем конце с пневмоприводом 109а, содержащимся в нижней секции 100b. Приводной рычаг 107 верхней пластины дополнительно крепится посредством точки силы рычага или точки 105 поворота к каркасу двигателя 100. Приводной рычаг 107 верхней пластины выступает в качестве рычага, который, когда приведен посредством пневмопривода 109, заставляет верхнюю магнитную пластину 118 возбуждения поступательно перемещаться между высокоскоростными роликами верхней и нижней пластин 120 и 121 держателя подшипника верхней секции 102. Это перемещение не обязательно должно быть значительным. Например, в одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения рычаг 107 должен перемещаться только примерно на 32 мм влево и право от точки 105 поворота, чтобы эффективно перемещать пластину 118 и предоставлять требуемый результат. Перемещение влево/вправо каждой пластины 118, 124 может быть ограничено посредством такого механизма, как пары концевых ограничителей, подробнее проиллюстрированные на фиг.3. Более конкретно, в варианте осуществления на фиг.3 пара небольших пальцев, прикрепленных к каждой из пластин 118, 124 между парами 137а, 137b и 137с, 137d концевых ограничителей, соответственно, может быть точно установлена так, чтобы ограничивать ход каждой пластины 118, 124 требуемым образом. Например, пара 137а концевых ограничителей размещается рядом с парой 137b концевых ограничителей. Пара пальцевых выступов установлена на одной стороне пластины 118 между каждой парой 137а-137b концевых ограничителей. Если расстояние между каждой парой 137а-137b концевых ограничителей задается равным примерно 32 мм, то перемещение пластины 118 ограничено примерно 32 мм, на основе пальцевидного выступа, перемещающегося между и сжимающего концевые ограничители 137а и 137b, когда в позиции левого дальнего и левого правого конца, соответственно. То же применимо и к нижней пластине 124 и парам 137с и 137d концевых ограничителей.
Аналогично, приводной рычаг 126 нижней пластины соединен в верхнем конце с нижней магнитной пластиной 124 возбуждения, а в нижнем конце с пневмоприводом 128а, содержащимся в нижней секции 100b. Приводной рычаг 126 нижней пластины дополнительно крепится посредством точки силы рычага или точки 125 поворота к каркасу двигателя 100. Когда приведен посредством пневмопривода 128, приводной рычаг 126 нижней пластины заставляет нижнюю магнитную пластину возбуждения поступательно перемещаться между высокоскоростными роликами верхней и нижней пластин 122 и 123 держателей подшипников верхней секции 102. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения рычаг 126 должен перемещаться только примерно на 32 мм влево и право от точки 125 поворота, чтобы эффективно перемещать пластину 124 и предоставлять требуемый результат.
В одном конкретном варианте осуществления пневмоцилиндр 109 представляет размещенный слева пневматический поршневой плунжер двойного действия (т.е. двухпортовый), включающий в себя центрирующий ряд, для помещения приводного рычага 107 верхней пластины в центральную позицию, задерживания его перемещения влево/вправо в ходе поворота на 360° коленчатого вала 136. Аналогично, в этом конкретном варианте осуществления пневмоцилиндр 128 представляет размещенный справа двусторонний пневматический поршневой плунжер, включающий в себя центрирующий ряд, для помещения приводного рычага 126 нижней пластины в центральную позицию, задерживания его перемещения влево/вправо в ходе поворота на 360° коленчатого вала 136. В одном варианте осуществления настоящего изобретения ход пневмоцилиндров 109, 128 выбирается равным 12".
Из чертежей можно видеть, что размещение точек 105 и 125 силы рычага и длина верхнего и нижнего приводных рычагов 107 и 126 дополнительно помогает определять величину перемещения, испытываемого посредством поступательно перемещающихся магнитных пластин 118 и 124 возбуждения. Например, чем длиннее рычаг, тем проще поступательно перемещаться пластинам 118, 124 возбуждения внутри модуля 102 в течение рабочего хода двигателя. Тем не менее, в настоящем варианте осуществления применения пневматических поршневых плунжеров дает возможность длине рычага, а следовательно, и размеру двигателя быть уменьшенным. Вернее, в ответ на пары 112 и 132 кулачков, активирующих воздушные переключатели S1, S2, S3, S4, перемещение влево/вправо плунжера пневмоцилиндров 109, 128 заставляет верхнюю и нижнюю магнитную пластину 118, 124 возбуждения легко поступательно перемещаться влево и вправо от точек 105, 125 поворота.
В другом конкретном примере настоящего изобретения система спроектирована таким образом, чтобы передняя кромка (т.е. кромка, крепящаяся к одному из приводных рычагов 107, 126) каждой магнитной пластины 118, 124 возбуждения поступательно перемещалась из точки на 30-32 мм влево от их точки 105 или 125 действия рычага в точку на 30-32 мм правее точки 105 или 125 действия рычага. Чтобы добиться такого перемещения, точка действия рычага помещается в конкретной позиции в верхней средней части устройства 100. Например, в вышеприведенном примере, чтобы сбалансировать действие рычага, точка действия рычага помещается в позиции на основе отношения примерно 1:5 или 1:7,5, в зависимости от длины конкретных приводных рычагов 107, 126. При работе приводные рычаги 107, 126 магнитной пластины возбуждения размещаются так, что движение нижнего края в одном направлении приводит верхний край в противоположном направлении и тем самым вызывает поступательное перемещение в сторону соответствующих магнитных пластин 118, 124 возбуждения.
Ссылаясь снова на фиг.1-4, можно видеть, что при необходимости нижние концы приводных рычагов 107 и 126 верхней и нижней пластины могут быть стабилизированы посредством предоставления поступательно перемещающихся центральных направляющих 111 и 130, соответственно. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения поступательно перемещающиеся центральные направляющие включают в себя четыре высокоскоростных роликовых подшипника и два профиля L-образной формы. Поступательно перемещающиеся центральные направляющие 111 и 130 удерживают нижний конец приводных рычагов 107 и 126 в центре механизма, который связан с плечами 109а, 128а пускателей пневмоцилиндров 109, 128. Дополнительно, поступательно перемещающиеся центральные направляющие 111 и 130 помогают уменьшить вибрацию в рычагах 107 и 126, тем самым снижая вибрацию в двигателе 100.
Ссылаясь на фиг.1-4, нижняя секция 100b двигателя 100 включает в себя корпус 131 коленчатого вала, содержащий коленчатый вал 136, и ряд кулачков. В конкретном варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.1-5, четыре барабанных кулачка 112а, 112b, 132a, 132b предусмотрено для управления двигателем 100. В одном конкретном варианте осуществления корпус коленчатого вала изготовлен из немагнитного материала, такого как пластик, алюминий или угольное волокно, и включает в себя четыре основных поддерживающих подшипника коленчатого вала, 131а, 131b, 131с и 131d, более подробно проиллюстрированных на фиг.4, чтобы поддерживать коленчатый вал.
Коленчатый вал 136 является простым коленчатым валом, составленным в настоящем варианте осуществления, проиллюстрированном на чертежах, из двух частей главного вала и одной шатунной шейки. Как подробнее проиллюстрировано на фиг.1 и 4, четыре кулачка установлено на частях главного вала коленчатого вала 136, при этом одна пара кулачков 112, 132 стационарно крепится на каждой части главного вала. Пары 112, 132 кулачков вращаются по всему вращению на 360° коленчатого вала. Более конкретно, как показано на фиг.4, кулачки 112а, 112b, 132a, 132b используются для того, чтобы приводить воздушные переключатели S1, S2, S3, S4, соответственно. Это дополнительно показано на фиг.1, при этом вращение пар 112, 132 кулачков приводит воздушные переключатели 114, 134, соответственно. Профили на кулачках 112а, 112b, 132a, 132b используются для того, чтобы регулировать время активации воздушных переключателей S1, S2, S3, S4 и управлять пневмоцилиндрами с точно указанными интервалами. Более конкретно, регулирование по времени работы пневмоцилиндров управляется посредством профиля кулачков, установленных на коленчатом валу 136, и, таким образом, синхронизируется посредством вращения коленчатого вала 136. Отметим, что в настоящем варианте осуществления сжатый воздух из внешнего источника (см. р1 на фиг.6), такого как компрессор (не показан), должен предоставляться для того, чтобы приводить пневмоцилиндры 109, 128 в ответ на пуск воздушных переключателей S1, S2, S3, S4 посредством пар 112, 132 кулачков.
Необязательно, в одном конкретном варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.1, храповой механизм 133 установлен на одном или обоих концах коленчатого вала, чтобы обеспечивать однонаправленное вращение коленчатого вала. Дополнительно, при необходимости может быть прикреплен необязательный маховик 113 или противовес к одному концу коленчатого вала, чтобы лучше балансировать вращение по часовой стрелке устройства при использовании компоновки с одним коленчатым валом.
Кроме того, как описано выше, нижняя преобразующая часть 100b двигателя 100 дополнительно включает в себя пневмоцилиндры 109 и 128, соединенные с рычагами 107 и 126 посредством пускателей 109а и 128а пневмоцилиндров, соответственно. Как описано ниже, пневмоцилиндры 109, 128 поворачивают рычаги 107, 126, чтобы создать начальное поступательное перемещение магнитных блочных пластин 118, 124.
Ссылаясь снова на фиг.1, нижний конец поршневого шатуна 117 соединен с коленчатым валом 136 в шатунной шейке посредством соединительного шатуна 129 или какого-либо другого механизма, который упрощает вращение коленчатого вала в ответ на линейное (вверх и вниз) движение поршневого шатуна 117. Это линейное движение поршневого шатуна 117 создается посредством чередующегося притяжения и отталкивания поршневой пластины 119 и магнитных пластин 118, 124 возбуждения. Соединительный шатун 129 одного конкретного варианта осуществления изготовлен из немагнитного материала, такого как алюминий, и включает в себя два роликовых подшипника, чтобы упростить его перемещение. Первый роликовый подшипник соединен с поршневым шатуном 117, тогда как другой роликовый подшипник крепится к плечу 136 коленчатого вала.
Как указано выше, линейное движение поршневого шатуна 117 преобразуется в движение коленчатого вала 136, который, в свою очередь, может крепиться (посредством коробки передач или трансмиссии либо другого надлежащего механизма передачи мощности) к оборудованию, которое должно приводиться посредством двигателя 100. В одном конкретном примере часть коленчатого вала 136 может выходить наружу корпуса коленчатого вала в сборе для прикрепления к генератору.
Весь двигатель 100 может скрепляться, например, посредством комплекта резьбовых шпилек 127, гаек и шайб, которые выбираются таким образом, чтобы выдерживать силы, которые возникают в ходе работы двигателя 100. Дополнительно, двигатель 100 может крепиться к пластине 115 основания посредством необязательных пар 135 амортизаторов. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения четыре пары амортизаторов 135 используются, чтобы удерживать устройство в сборе на пластине 115 основания и поглощать все вибрации, формируемые двигателем 100 в ходе работы. Может использоваться большее или меньшее число пар амортизаторов 135. Пластина 115 основания дополнительно может быть посажена на колесах или роликах 116, чтобы дать возможность двигателю 100 перемещаться, вращаться или регулироваться, в ходе процесса сборки. Дополнительно, основание 115 и/или корпус 131 коленчатого вала может быть изготовлен из немагнитного материала, такого как алюминий, дерево, пластик или угольное волокно.
Далее описывается работа двигателя 100 в связи с фиг.6-17. Отметим, что в настоящем примере, хотя магнитные полюса скомпонованы так, как показано в связи с фиг.5А-5В, это сделано для целей примера и не предназначено, чтобы быть ограничивающим. Наоборот, применяя принципы таблицы 1, из пояснения можно видеть, что настоящее изобретение может быть приспособлено для использования с любой из магнитных компоновок, показанных в таблице 2, или другой компоновкой. Например, пластины 118', 119' и 124' по фиг.5А-5В могут быть заменены на пластины 118'/118"/218/318'/318", 119'/119"/219/319'/319" и 124'/124"/224/324'/324" по фиг.19А-В, 25А-В, 39А-В, 40А-В, 41А-В, 72В и 85А-В, 86А-В, 87А-В, 88В, 89В, 90В, 91В, 92В, 93В, 94В, 95В, 96В и 97В.
Например, ссылаясь теперь на фиг.6, проиллюстрирован двигатель 100 по фиг.1-4, в котором аналогичные детали обозначаются аналогичными номерами элементов. Двигатель 100' включает в себя верхнюю поступательно перемещающуюся магнитную пластину 118' возбуждения, нижнюю поступательно перемещающуюся магнитную пластину 124' возбуждения и магнитную поршневую пластину 119'. Магнитные ряды, выровненные на каждой пластине возбуждения, могут иметь любую конфигурацию, изложенную в таблице 2 выше. Тем не менее, в настоящем изобретении ряды постоянных магнитов на пластинах возбуждения таковы, как проиллюстрировано на фиг.5.
Более конкретно, как описано в связи с фиг.5, в варианте осуществления по фиг.6-17 верхняя магнитная пластина 118' возбуждения включает в себя первый ряд (R1) магнитов, в которых (+) полярность располагается по направлению вниз напротив магнитной поршневой пластины 119'. Как отмечено в связи с фиг.1-4, ряд магнитов может иметь любое требуемое число магнитов. Тем не менее, в одном конкретном варианте осуществления изобретения ряд включает в себя шесть магнитов. Возле первого ряда магнитов на верхней поступательно перемещающейся блочной пластине 118' возбуждения верхняя пластина силы магнитного поля включает в себя второй ряд (R2) магнитов, в которых (-) полярность противостоит лицом вниз магнитной поршневой пластине 119'. В ходе перемещения верхней поступательно перемещающейся пластины постоянные магниты в рядах R1 и R2 верхней блочной пластины 118' возбуждения выравниваются с постоянными магнитами в рядах R5, R6 на верхней поверхности поршневой пластины 119' возбуждения, тем самым чередуя между режимом притяжения и отталкивания, чтобы заставить поршневой шатун 117 перемещаться вверх и вниз (двухтактный эффект), тем самым перемещая коленчатый вал.
Аналогично, как показано на фиг.6, на некотором расстоянии от первых двух рядов магнитов на верхней поступательно перемещающейся магнитной пластине 118' возбуждения и на другой стороне пластины от оси поршневого шатуна А находится третий и четвертый ряд магнитов R3 и R4, соответственно. Третий ряд магнитов выровнен со своей (+) полярностью, располагаясь напротив верхней поверхности поршневой магнитной пластины 119' возбуждения. Аналогично ориентации первых двух рядов магнитов на верхней поступательно перемещающейся магнитной пластине возбуждения, четвертый ряд размещается возле третьего ряда со своей (-) полярностью, располагающейся напротив верхней поверхности магнитной поршневой пластины 119'. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.5-17, верхняя поверхность магнитной поршневой пластины включает в себя два ряда постоянных магнитов R5 и R6, имеющих (+) полярность, располагающуюся напротив верхней пластины возбуждения.
Аналогично, в варианте осуществления по фиг.5-17 нижняя поступательно перемещающаяся магнитная пластина 124' возбуждения также включает в себя четыре ряда магнитов R9, R10, R11 и R12. Чтобы сделать напряженность одинаковой сверху вниз, если ряд на верхней поступательно перемещающейся пластине 118' включает в себя шесть магнитов, в настоящем варианте осуществления ряд магнитов на нижней поступательно перемещающейся пластине 124' и на магнитной поршневой пластине 119' дополнительно включает в себя шесть магнитов. Можно видеть, как система может быть сбалансирована при другом числе магнитов, составляющих ряд.
Дополнительно, в варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.5-17, первый ряд нижней поступательно перемещающейся магнитной пластины 124' возбуждения, аналогично первому ряду верхней поступательно перемещающейся магнитной пластины 118' возбуждения, ориентирован с (+) полярностью, расположенной лицом вверх напротив нижней поверхности магнитной поршневой пластины 119'. Возле первого ряда магнитов на нижней поступательно перемещающейся пластине В нижняя пластина силы магнитного поля включает в себя второй ряд магнитов, в которых (-) полярность расположена лицом вверх напротив магнитной поршневой пластины 119'. Как показано на фиг.6, на некотором расстоянии от первых двух рядов магнитов на нижней поступательно перемещающейся магнитной пластине 124' возбуждения и на другой стороне пластины от оси А поршневого шатуна находится третий и четвертый ряд магнитов R9 и R10. Третий ряд магнитов выровнен со своей (+) полярностью, располагаясь напротив магнитной поршневой пластины 119'. Аналогично ориентации первых двух рядов магнитов на нижней поступательно перемещающейся магнитной пластине возбуждения, четвертый ряд размещается возле третьего ряда со своей (-) полярностью, расположенной лицом вверх напротив магнитной поршневой пластины 119'. Магнитная поршневая пластина 119', как показано на фиг.6, соответственно, включает в себя два ряда постоянных магнитов (-) полярности на своей нижней поверхности, при этом каждый ряд на поршневой пластине 119' возбуждения выровнен так, чтобы взаимодействовать с парой рядов на нижней поступательно перемещающейся магнитной пластине 124' возбуждения, с которой необходимо взаимодействовать.
Отметим, что для того, чтобы заставить магнитную поршневую пластину 119' перемещаться вверх и вниз на поршневом шатуне 117, верхняя и нижняя поступательно перемещающиеся магнитные пластины 118' и 124' возбуждения должны поступательно перемещаться влево или вправо только на величину, равную ширине постоянного магнитного поля, создаваемого посредством одного ряда на поступательно перемещающихся пластинах 118' и 124', чтобы продолжить цикл притяжения/отталкивания относительно магнитной пластины 119' возбуждения. Левая и правая пары 137' концевых ограничителей ограничивают ход верхней и нижней поступательно перемещающихся магнитных пластин 118', 124' возбуждения посредством того, что края каждой пластины 118', 124' упираются по мере того, как они поступательно перемещаются между дальней левой и дальней правой позицией. Тем не менее, отметим, что это не предназначено для того, чтобы быть ограничивающим, поскольку компоновка пар концевых ограничителей, в которой пальцы, установленные на пластинах 118, 124, ограничивают перемещение влево/вправо каждый пластины, также может быть использована, как описано в связи с фиг.3.
Один примерный полный цикл работы двигателя 100', проиллюстрированный посредством результирующего вращения на 360° коленчатого вала 136, описывается с помощью фиг.6-17.
Ссылаясь теперь на фиг.6, показана первая стадия цикла двигателя 100', которая осуществляется между 176° и 180° поворота коленчатого вала 136. На этой первой стадии магнитная поршневая пластина 119' находится в линейном движении, достигая позиции нижней мертвой точки (BDC) своего хода (которая возникает в настоящем варианте осуществления, когда коленчатый вал поворачивается на 180°). На этой первой стадии, в результате притяжения между магнитами в рядах R7, R8 на магнитной поршневой пластине 119' и в рядах R10, R12 на нижней магнитной пластине 124' возбуждения линейное движение ускоряется, достигая BDC. Одновременно движение коленчатого вала 136 дополнительно вращает кулачки 112а, 112b, 132а, 132b, и поршни 109, 128 размещают плечи 107, 126 рычагов так, как показано. Отметим, что в BDC верхняя поступательно перемещающаяся пластина 118' возбуждения располагается напротив правой пары 137b'' концевых ограничителей, тогда как нижняя магнитная пластина возбуждения примыкает к левой паре 137с' концевых ограничителей. Это достигается посредством вращения пар 112, 132 кулачков, запускающих пары 114, 134 воздушных переключателей. Более конкретно, в настоящем варианте осуществления в BDC воздушный переключатель S1 отключен, тогда как воздушный переключатель S2 включен, тем самым заполняя плунжер 109 воздухом через правое отверстие, поддерживая стабильность компоновки. Одновременно в BDC воздушный переключатель S3 включен, а воздушный переключатель S4 отключен, заполняя плунжер 128 воздухом через левое отверстие. В этой точке поршень 109 завершил момент изменения положения, переместив верхнюю поступательно перемещающуюся магнитную пластину 118' возбуждения в позицию для ее цикла, при этом пневмоцилиндр 128 и нижняя поступательно перемещающаяся магнитная пластина 124 возбуждения находится в конце своего цикла. Вышеописанная часть цикла упоминается в данном документе как "четвертая фаза приведения в действие с помощью постоянных магнитов", которое ссылается на цикл притяжения, а в настоящем варианте осуществления, на цикл притяжения, являющийся результатом взаимодействия между рядами R7, R8 (-) полярности на поршневой пластине 119 с рядами R11, R12 (+) полярности на нижней пластине 124.
Ссылаясь теперь на фиг.7, показана вторая стадия работы настоящего изобретения, которая осуществляется при 181-190° поворота коленчатого вала 136. На этой второй стадии работы пневмоцилиндр 128 запускается с тем, чтобы инициировать перемещение нижней поступательно перемещающейся магнитной пластины 124' возбуждения. В ходе этой стадии магнитная поршневая пластина 119' стартует из BDC-позиции и пока нижняя пластина 124' меняет позицию из выравнивания для притяжения на выравнивание для отталкивания, поршневая пластина 119' перемещается очень медленно, на вид практически совсем не перемещается. До этого верхняя магнитная поступательно перемещающаяся пластина 118' разместилась таким образом, чтобы ряды R2, R4 магнитов были выровнены с рядами R5, R6 магнитов на магнитной поршневой пластине 119'. Как упоминалось выше в связи со стадией 1, верхняя поступательно перемещающаяся магнитная пластина 118' возбуждения удерживается у правого ограничителя 137b' посредством пневмоцилиндра 109. В это время пневмоцилиндр 128, в сочетании с приводным рычагом 126, поворачивающимся вокруг точки 125 поворота, перемещает нижнюю поступательно перемещающуюся магнитную пластину возбуждения от правой пары 137d' концевых ограничителей до левой пары 137с' концевых ограничителей. В настоящем варианте осуществления нижняя магнитная пластина 124' возбуждения перемещается примерно на 32 мм вправо от точки 125 поворота. В соответствии с фиг.18Е, которая представляет то, что происходит при вращении коленчатого вала 136 примерно на 181°, воздушный переключатель S4 включается, тогда как воздушный переключатель S3 отключается. Это позволяет воздуху внутри пневмоцилиндра 128 перемещать приводной рычаг 126 из позиции левого ограничителя 137с' в позицию около правого ограничителя 137d'. Дополнительно, когда воздушный переключатель S1 отключен, а воздушный переключатель S2 включен, воздух внутри пневмоцилиндра 109 удерживает приводной рычаг 107 в позиции около правого ограничителя 137b'. Соответственно, ряды магнитов R9, R11 на нижней поступательно перемещающейся магнитной пластине 124' возбуждения принудительно взаимодействуют с рядами магнитов R7, R8 магнитной поршневой пластины 119', создавая силу магнитного поля, которая отталкивает магнитную поршневую пластину 119', вызывая линейное перемещение поршневого шатуна 117. Отметим, что в настоящем варианте осуществления фиг.18А-18Е иллюстрируют позиции кулачков и переключателей относительно вращения против часовой стрелки коленчатого вала 136.
Ссылаясь теперь на фиг.8, показана третья стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 191-225° поворота коленчатого вала 136. Отметим, что на данной стадии пневмоцилиндры 109, 128 удерживают верхнюю и нижнюю поступательно перемещающиеся магнитные пластины 118', 124' у правых ограничителей 137b', 137d'. Как пояснено в связи со второй стадией, значительная сила отталкивания между магнитами в рядах R9, R11 на верхней поверхности нижней поступательно перемещающейся магнитной пластины 124' и магнитами в рядах R7, R8 нижней поверхности магнитной поршневой пластины 119' отодвигает магнитную поршневую пластину 119' от нижней поступательно перемещающейся магнитной пластины 124', подталкивая ее вверх и, соответственно, перемещая поршневой шатун 117 также вверх. Это перемещение вверх поршневого шатуна 117, соответственно, перемещает коленчатый вал 136 по часовой стрелке и дополнительно поворачивает кулачки, крепящиеся к нему. Позиции кулачков и режимы переключателей при примерно 225° в конце третьей стадии показаны на фиг.18F. Толчок, создаваемый посредством сил отталкивания на этой стадии, достаточно сильный для того, чтобы переместить магнитную поршневую пластину 119' дополнительно вверх с ее оснасткой для еще одного вращения по часовой стрелке, по меньшей мере, на 30° коленчатого вала 136. Вышеописанная часть цикла упоминается в данном документе как "первая фаза приведения в действие с помощью постоянных магнитов", которое ссылается на цикл отталкивания.
Ссылаясь теперь на фиг.9, показана четвертая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 226-270° поворота коленчатого вала 136. На этой стадии толчок, создаваемый на второй стадии, заставляет поршень 119' непрерывно перемещаться вверх и от нижней магнитной пластины 124 возбуждения, соответственно, вращая коленчатый вал 136 и прикрепленные кулачки 112а, 112b, 132a, 132b. Когда коленчатый вал достигает 270° вращения, толчок, создаваемый на третьей стадии, ослабевает, тогда как силы притяжения, создаваемые посредством позиции верхней поступательно перемещающейся магнитной пластины 118' возбуждения относительно поршневой пластины 119', возникают и усиливаются, тем самым ускоряя перемещение магнитной поршневой пластины 119' к верхней поступательно перемещающейся магнитной пластине 118' возбуждения. Режимы воздушных переключателей в течение этой стадии приводят к удерживанию пневмоцилиндрами 109, 128 верхней и нижней поступательно перемещающихся магнитных пластин 118', 124' у правых ограничителей 137b', 137d'. Позиции кулачков и режимы переключателей при вращении примерно на 270° коленчатого вала 136 проиллюстрированы на фиг.18G.
Ссылаясь теперь на фиг.10, показана пятая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 271-315° оборота коленчатого вала 136. Инерционного перемещения, создаваемого на стадии четыре, достаточно для того, чтобы переместить поршневую пластину 119' за 270° вращения коленчатого вала по часовой стрелке. После 270° силы отталкивания, возникающие в результате взаимодействия между нижней поступательно перемещающейся магнитной пластиной 124' и магнитной поршневой пластиной 119', больше не оказывают существенного влияния на линейное перемещение вверх поршневого шатуна 117. Вместо этого значительные силы притяжения между рядами магнитов R5, R6 на верхней поверхности поршневой пластины 119' и рядами магнитов R2, R4 на нижней поверхности верхней поступательно перемещающейся магнитной пластины 118' возбуждения возникают и продолжают ускорять перемещение поршневой пластины 119' в направлении верхней поступательно перемещающейся магнитной пластины 118', соответственно перемещая коленчатый вал 136 по часовой стрелке. Режимы воздушных переключателей в течение этой стадии приводят к продолжению удерживания пневмоцилиндрами 109, 128 верхней и нижней поступательно перемещающихся магнитных пластин 118', 124' у правых ограничителей 137b', 137d'.
Ссылаясь теперь на фиг.11, показана шестая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 316-355° поворота коленчатого вала 136. В ходе предшествующего размещения верхняя поступательно перемещающаяся магнитная пластина 118' возбуждения уже находится в корректной позиции для того, чтобы способствовать притяжению между рядами магнитов R2, R4 верхней пластины 118' и рядами магнитов R5 и R6 поршневой пластины 119'. Притяжение между двумя пластинами 118', 119' усиливается по мере того, как поршневая пластина 119' достигает верхней пластины 118'. В этой точке возникает очень сильное притяжение между нижней стороной верхней пластины 118' и магнитами на верхней поверхности поршневой пластины 119', которое продолжает тянуть поршень и крепящийся к нему поршневой шатун 117 к верхней пластине 118'.
На этой стадии, поскольку нижняя пластина 124' потеряла все магнитное воздействие на поршневую пластину 119', кулачок 132а и 132b может пускать приводной рычаг 126, чтобы переместить нижнюю пластину 124' в позицию правой пары 137с' концевых ограничителей. Отметим, что нижняя пластина 124' может перемещаться сразу в точке цикла, где она не оказывает существенного влияния на перемещение поршневой пластины 119', либо уже в точке цикла сразу перед необходимостью следующего взаимодействия с поршневой пластиной 119'. Тем не менее, как можно видеть из чертежа, в ходе текущей стадии верхняя поступательно перемещающаяся магнитная пластина 118' возбуждения удерживается в позиции у правой пары 137b' концевых ограничителей. Относительные позиции кулачков и соответствующие режимы воздушных переключателей в ходе этой стадии дополнительно проиллюстрированы на фиг.18Н. Более конкретно, в некоторой точке на этой стадии в настоящем варианте осуществления воздушный переключатель S4 отключен, а воздушный переключатель S3 включен, тем самым заставляя рычаг 126 перемещать нижнюю пластину 124' от правой пары 137d' концевых ограничителей к левой паре 137с' концевых ограничителей. Воздушный переключатель S1 удерживается отключенным, тогда как воздушный переключатель S2 включен, тем самым удерживая верхнюю пластину 118' у правой пары 137b' концевых ограничителей. Вышеописанная часть цикла упоминается в данном документе как "вторая фаза приведения в действие с помощью постоянных магнитов", которое ссылается на цикл притяжения.
Ссылаясь на фиг.12, показана седьмая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 356-360° поворота коленчатого вала 136. В ходе этого цикла поршневая пластина 119' достигает верхней мертвой точки (TDC) в верхней части хода. В ходе конечной части своего линейного хода к TDC (соответствующей последним 5 градусам вращения коленчатого вала) силы притяжения между рядами магнитов R5, R6 на поршневой пластине 119' и рядами магнитов R2, R4 верхней пластины 118' тянут поршневую пластину 119' к TDC. Цикл по-прежнему во "второй фазе приведения в действие с помощью постоянных магнитов". В это время пневмоцилиндры 109, 128 и приводные рычаги 107, 126 в таких положениях, как показано на фиг.12. Отметим, что нижняя пластина 124' теперь предварительно размещена для части притяжения своего цикла, которая осуществляется при перемещении коленчатого вала на 75-180°. Относительные позиции кулачков и соответствующие режимы воздушных переключателей при вращении на 0°/360° коленчатого вала показаны на фиг.18А.
Ссылаясь на фиг.13, показана восьмая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 001-010° поворота коленчатого вала 136. Эта стадия начинается с поршня 119' в TDC-позиции, после чего кулачки 112а, 112b приводят воздушные переключатели S1, S2, чтобы пустить пневмоцилиндр 109, в результате перемещая пусковой рычаг 107 и заставляя верхнюю пластину 118' поступательно перемещаться к левой паре 137а' концевых ограничителей. Пусковой рычаг 107 перемещает верхнюю пластину 118" за точку 105 поворота примерно на 32 мм. С изменением позиции верхней пластины 118' ряды магнитов R1, R3 на верхней пластине 118' принудительно взаимодействуют с рядами магнитов R5, R6 на поршневой пластине, приводя к значительным силам отталкивания магнитного поля, которые отодвигают поршневую пластину 119' от верхней пластины 118'.
Ссылаясь теперь на фиг.14, показана девятая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 011-045° поворота коленчатого вала 136. При рычагах 107, 126 и верхней и нижней пластинах 118', 124', фиксированных посредством текущего состояния пневмоцилиндров 109, 132, как показано, сильное отталкивание отжимает поршневую пластину 119' вниз, соответственно, перемещая поршневой шатун 117 и коленчатый вал 136. Относительные позиции кулачков и соответствующие режимы воздушных переключателей при примерно 45° показаны на фиг.18В. Вышеописанная часть цикла упоминается в данном документе как "третья фаза приведения в действие с помощью постоянных магнитов", которое ссылается на цикл притяжения.
Ссылаясь теперь на фиг.15, показана десятая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 46-90° поворота коленчатого вала 136. Толчок, создаваемый на восьмой и девятой стадии, продолжается в течение, по меньшей мере, вращения еще на 30° коленчатого вала 136 (которое является преобразованием линейного перемещения вниз поршневого шатуна 17). Тем не менее, при достижении 90° сила отталкивания поршневой пластины 119' от верхней пластины 118' ослабевает, тогда как сила притяжения от нижней пластины 124' начинает захватывать поршневую пластину 119', принудительно перемещая поршневую пластину 119' вниз. Относительные позиции кулачков и соответствующие режимы воздушных переключателей при примерно 90° для этой стадии показаны на фиг.18С.
Ссылаясь теперь на фиг.16, показана одиннадцатая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 91°-135° поворота коленчатого вала 136. Инерционного перемещения, создаваемого на девятой стадии, достаточно для того, чтобы переместить поршневую пластину за точку вращения на 90-100° коленчатого вала 136. После 100° влияние верхней пластины 118' на поршневую пластину 119' пренебрежительно мало. Тем не менее, силы притяжения между рядами магнитов R7, R8 поршневой пластины и R10, R12 нижней пластины 124' возникают, протягивая поршневую пластину 119' вниз к нижней пластине 124'. Силы притяжения от нижней пластины 124' возрастают с достижением поршневой пластины 119'. Позиция верхней и нижней поступательно перемещающихся магнитных пластин 118' и 124' возбуждения остается неизменной в течение данной стадии.
Ссылаясь теперь на фиг.17, показана двенадцатая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 136-175° поворота коленчатого вала 136. По мере того как поршень 119' приближается, нижняя пластина 124' переходит в корректную позицию притяжения. По мере того как поршневая пластина 119' приближается к нижней пластине 124', притяжение между двумя пластинами 119', 124' возрастает, дополнительно принудительно перемещая поршневую пластину 119' вниз и, соответственно, перемещая поршневой шатун 117 и коленчатый вал 136. В то же время, поскольку верхняя пластина 118' потеряла все магнитное влияние на поршневую пластину 119', кулачки 112а, 112b активируют воздушные переключатели S1, S2, с тем чтобы привести пневмоцилиндр 109 и переместить приводной рычаг 107. Таким образом, верхняя пластина 118' медленно перемещается от левой пары 137а' концевых ограничителей к правой паре 137b' концевых ограничителей, где она остается в течение примерно еще 180° вращения коленчатого вала 136. После преобразования позиции кулачков и переключателей при вращении примерно на 175° коленчатого вала показаны на фиг.18D. После этой стадии цикл начинается снова с первой стадии.
Как можно видеть из данного документа, различные точки в цикле активируют пневмоцилиндры 109, 132, заставляя верхнюю и нижнюю пластины 118', 124' перемещаться в позицию готовности. Например, в вышеприведенной иллюстрации одного возможного цикла изобретения пневмоцилиндр 109 приводится в точке активирования от 0° до 10°, чтобы переместить верхнюю пластину 119' от правой пары 137b' концевых ограничителей к левой паре 137а' концевых ограничителей, как показано на фиг.13. Аналогично, пневмоцилиндр 128 приводится в точке активирования 180-190°, чтобы переместить верхнюю пластину 119' от левой пары 137с' концевых ограничителей к правой паре 137а' концевых ограничителей, как показано на фиг.7. Дополнительно, пневмоцилиндры 109', 128' помогают в прерывании соединения посредством силы магнитного поля на стадии притяжения за доли секунды посредством изменения позиции верхней и нижней пластин возбуждения в TDC и BDC. См. фиг.11 и 17, соответственно. По сути, можно видеть, что пневмоцилиндры настоящего варианта осуществления используются для того, чтобы повторно совместить верхнюю и нижнюю пластины относительно поршневой пластины, чтобы создавать требуемые силы притяжения и отталкивания.
Дополнительно, каждый пневмоцилиндр должен иметь достаточную мощность, чтобы заставлять приводной рычаг 107, 126 урезать значительные силы притяжения, которые возникают в TDC и BDC, и создавать сильный обмен силами магнитного поля, чтобы инициировать следующий рабочий ход. Отметим, что предоставление большего зазора между поступательно перемещающимися пластинами и поршневой пластиной приводит к потребности в менее мощном пневматическом плунжере/цилиндре (меньшем устройстве), чтобы разрывать и/или соединять силы постоянного магнитного поля. Тем не менее, менее мощный пневматический плунжер приводит к меньшей эффективности двигателя и более слабой выходной мощности на коленчатом валу. Предоставление меньшего зазора между поступательно перемещающимися пластинами и поршневой пластиной в TDC и BDC приводит к потребности в более мощном пневматическом плунжере/цилиндре (большем устройстве), чтобы разрывать и/или соединять силы постоянного магнитного поля. Это дополнительно приводит к более высокой эффективности устройства и большей выходной мощности на коленчатом валу.
Ссылаясь теперь на фиг.20А, существующие способы генерирования электроэнергии используют множество механизмов для того, чтобы генерировать электроэнергию, которая вводится либо в потребительскую энергосистему 610, либо на хранение, например, в аккумуляторные блоки 620. Существующие способы генерирования электроэнергии включают в себя, например, ядерные/приводимые паром силовые генераторы 630, генераторы 640 на водных турбинах, питаемые от солнечных батарей генераторы 650, ветряные генераторы 660 и генераторы 670 на ископаемом топливе. Из принципов данного описания можно видеть, как приводимая постоянными магнитами энергетическая установка 680 слияния магнитных потоков может быть интегрирована или использована вместо существующих силовых генераторов, питающих потребительную сеть 610, энергетическое хранилище 620 и/или непосредственно, например, предоставление прямой мощности в коробку 690 передачи двигательного агрегата или вала 690 электромотора и т.д. Приводимая постоянными магнитами энергетическая установка 680 слияния магнитных потоков дополнительно подходит для использования в замкнутых средах, таких как суда или космические станции 695. Ссылаясь теперь на фиг.20А и 20В, такой многомодульный двигатель 680 слияния постоянных магнитных потоков может предоставлять необходимую мощность, используя несколько двигателей 682а-n, соединенных параллельно и/или последовательно, изготовленных в соответствии с настоящим изобретением, при этом каждый двигатель необязательно включает в себя несколько поступательно перемещающихся и/или вращающихся модулей 684а-n магнитного потока, приводящих один поршень, и/или несколько модулей, приводящих двигатель с составным коленчатым валом (т.е. с коленчатым валом 686 с несколькими шатунными шейками).
Пружинномеханическое приведение в действие
Ссылаясь теперь на фиг.21-24, показан приводимый в действие постоянным магнитом возвратно-поступательный двигатель 200 в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Приводимый в действие постоянным магнитом возвратно-поступательный двигатель 200 дополнительно отличается от двигателя 100 в ряде аспектов. Например, двигатель 200 включает в себя модуль 202 постоянного магнитного потока, включающий в себя верхнюю и нижнюю поступательно перемещающиеся магнитные пластины 118 и 124, между которыми содержится магнитная поршневая пластина 119. Магнитная поршневая пластина 119 переносится на поршневом шатуне 117, который соединен с шатунной шейкой коленчатого вала 236 посредством соединительного шатуна 129, тем самым преобразуя линейное перемещение поршневого шатуна 117 во вращательное перемещение коленчатого вала 236. Как и в предшествующем варианте осуществления, магниты могут быть размещены на верхней и нижней поступательно перемещающихся магнитных пластинах 118, 124 возбуждения и магнитной поршневой пластине 119 в соответствии с различными компоновками, изложенными в таблице 2 выше, или в какой-либо другой требуемой комбинации, которая использует принципы таблицы 1 для того, чтобы формировать требуемый результат.
Тем не менее, в отличие от вышеописанного варианта осуществления, в настоящем варианте осуществления верхняя часть 203 модуля 202 дополнительно включает в себя правую пружину или пару 213 пружин, прикрепленную к верхней поступательно перемещающейся магнитной пластине 118 возбуждения. Аналогично, нижняя часть 204 модуля 202 включает в себя левую пружину или пару 212 пружин, прикрепленную к нижней поступательно перемещающейся магнитной пластине 124 возбуждения. Пружины 212, 213 могут быть цилиндрическими пружинами, закрепленными между каркасами модуля 202 и верхней и нижней пластин 118, 124. В одном конкретном варианте осуществления пара 213 пружин включает в себя две пружины растяжения, тогда как пара 212 пружин включает в себя две пружины сжатия. Как описано ниже в связи с нижней частью 200b двигателя 200, пружины 212, 213 помогают приводным рычагам 107, 126 перемещать пластины, при этом помогая сдвигать рычаги 107, 126 вдоль кулачкового паза Е, F в левом и правом приводных барабанах 209, 228, соответственно.
Ссылаясь теперь на фиг.21-24, а более конкретно, на фиг.23 и 23А, настоящий вариант осуществления двигателя 200 включает в себя нижнюю часть 200b, включающую в себя вместо пневмоприводов 109, 128 предыдущего варианта осуществления ролики или барабаны 209, 228 левого и правого кулачкового привода.
Каждый из кулачковых барабанов 209, 228 включает в себя кулачковый паз Е и F, соответственно, на поверхности кулачкового барабана 209, 228. Отметим, что кулачковые пазы Е, F, показанные в связи с настоящим вариантом осуществления, являются только одним примером возможных кулачковых пазов, которые могут быть использованы для того, чтобы осуществлять настоящее изобретение. Вместо этого, другие кулачковые пазы могут быть сконструированы для другого действия поступательно перемещающихся магнитных пластин 118, 124 и/или для использования с другими магнитными комбинациями из таблицы 2.
Кулачковые барабаны 209, 228 стационарно крепятся на одном коленчатом вале 236 на любой стороне шатунной шейки, так чтобы кулачковые пазы Е и F коррелировались друг с другом для каждой степени вращения роликов 209, 228 кулачкового привода. Коленчатый вал 236 и кулачковые барабаны 209, 228 все расположены в корпусе 231 коленчатого вала. Предпочтительно, корпус 231 коленчатого вала изготовлен из подходящего немагнитного материала, такого как алюминий, сталь, дерево, пластик или угольное волокно. Тем не менее, желательно при выборе материалов для всех деталей двигателя 200 предусматривать то, чтобы сборная конструкция была не слишком тяжелой.
Корпус 231 коленчатого вала по одному конкретному варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя, как показано на фиг.23, четыре основных поддерживающих подшипника 231а, 231с, 231е и 231d коленчатого вала. Необязательно, дополнительные подшипники могут быть включены в корпус 231, чтобы поддерживать кулачковые барабаны 209, 228. Например, как показано на фиг.23, корпус 231 коленчатого вала дополнительно включает в себя опорные подшипники 231b, 231d, 231f и 231h, которые стабилизируют кулачковые барабаны 209, 228 и уменьшают колебание и вибрацию при вращении. В настоящем варианте осуществления каждый из опорных подшипников 231b, 231d, 231f и 231h включает в себя набор из шести опорных роликовых подшипников, крепящихся к корпусу 231.
В двигателе 200, как и в случае с двигателем 100, верхняя и нижняя поступательно перемещающиеся магнитные пластины 118, 124 возбуждения поступательно перемещаются по сторонам в рамках модуля относительно точек 105, 125 поворота вследствие поворота приводных рычагов 107, 126. Тем не менее, в отличие от двигателя 100, в двигателе 200 приводные рычаги 107, 126 приводятся посредством кулачковых пазов Е, F в кулачковых барабанах 209, 228. По сути, снова ссылаясь на фиг.23, приводная часть 200а двигателя 200 дополнительно включает в себя два роликовых подшипника в сборе 234, при этом один роликовый подшипник в сборе 234 установлен на верхушке каждого из приводных рычагов 107, 126. В одном конкретном варианте осуществления роликовые подшипники в сборе 234 включают в себя шесть блоков роликовых подшипников. Роликовые подшипники в сборе 234 выступают в качестве одного из сцеплений между кулачковыми пазами Е, F и приводными рычагами 107, 126, соответственно. Дополнительно, роликовые подшипники в сборе 234 снижают трение в рычагах, возникающее в результате контакта со стенками корпуса кулачковых барабанов 209, 228 и стенками кулачковых пазов Е, F при вращении кулачковых барабанов 209, 228. Как и в предыдущем варианте осуществления, двигатель 200 может включать в себя направляющие узлы 111 и 130, чтобы помогать удерживать незакрепленный нижний конец рычагов 107, 126 центрированным и в контакте с кулачковыми пазами Е, F.
Как и в предыдущем варианте осуществления, храповые механизмы 133 необязательно могут быть предусмотрены на одном или обоих концах коленчатого вала 236, чтобы обеспечивать однонаправленное вращение коленчатого вала 236. Более того, дополнительный поступательно перемещающийся роликовый подшипник 216 для поршневого шатуна может быть предусмотрен помимо роликовых подшипников 101, 106, 108 и 110, чтобы дополнительно поддерживать поршневой шатун 117 внутри корпуса 231 коленчатого вала. В одном конкретном варианте осуществления поступательно перемещающийся роликовый подшипник 216 для поршневого шатуна включает в себя четыре колеса на роликовых подшипниках, размещенные в форме креста, чтобы удерживать квадратный поршневой шатун 117 между ними. Корпус роликового подшипника 216 может быть изготовлен из немагнитного материала, такого как алюминий.
Дополнительно, двигатель 200 может скрепляться с помощью резьбовых шпилек 127 INOX, гаек, болтов, соединителей и т.д. Кроме того, при необходимости стальные тросы 215 могут быть предусмотрены сверху вниз по всему двигателю, чтобы не допускать качательного движения двигателя 200 при работе. В одном конкретном варианте осуществления используется восемь жил стального троса. Как подробнее описано на фиг.21, 22 и 24, стальные тросы 215 могут быть прикреплены с одного конца к корпусу 231 коленчатого вала. Дополнительно, при необходимости стяжные серьги 214 могут быть предусмотрены на верхней части 200а двигателя 200, чтобы дать возможность тросам 215 быть стянутыми, либо тросы 215 могут быть прикреплены непосредственно к корпусу модуля 102. В случае, если предусмотрены серьги 214, должно быть предпочтительно предоставлять серьгу для каждого из тросов 215. В одном конкретном варианте осуществления изобретения, в котором предусмотрено восемь тросов 215, соответственно, восемь серег 214 должно быть предусмотрено.
Полный цикл работы двигателя 200', проиллюстрированный посредством результирующего вращения на 360° коленчатого вала 236, описывается с помощью фиг.25-37. Стадии, упоминаемые на фиг.26-37, коррелируют с углами вращения коленчатого вала 236.
Ссылаясь теперь на фиг.25, показана одна конкретная компоновка рядов постоянных магнитов, которая может быть использована в связи с двигателями 200, 200'. Тем не менее, отметим, что использование конфигурации магнитов по фиг.25 в связи с описанием работы примерного двигателя 200' на фиг.26-37 не предназначено для того, чтобы быть ограничивающим. Из описания в данном документе можно видеть, как можно приспосабливать устройство, чтобы быть использованным с другими конфигурациями магнитов, таких как конфигурации по таблице 2 или другие, чтобы осуществлять настоящее изобретение. Например, пластины 218, 219 и 224 по фиг.25А-25В могут быть заменены на пластины 118'/118"/218/318'/318", 119'/119"/219/319'/319" и 124'/124"/224/324'/324" по фиг.5А-В, 19А-В, 39А-В, 40А-В, 41А-В, 72В и 85А-В, 86А-В, 87А-В, 88В, 89В, 90В, 91В, 92В, 93В, 94В, 95В, 96В и 97В. Тем не менее, для целей пояснения цикл для настоящего варианта осуществления описывается в связи с фиг.26-37, согласующимися с использованием конфигурации пластин, показанной на фиг.25 и заданной в записи для фиг.25 в таблице 2.
Ссылаясь теперь на фиг.26, показана первая стадия цикла для двигателя 200', которая осуществляется при 176° до 180° поворота коленчатого вала 236. В начале этой первой стадии магнитная поршневая пластина 219 находится в состоянии линейного перемещения, достигая позиции нижней мертвой точки (BDC) в результате силы притяжения "четвертой фазы приведения в действие с помощью постоянных магнитов" между рядом магнитов R7, R8 (-) полярности на нижней поверхности магнитной поршневой пластины 219 и рядом магнитов R9, R11 (+) полярности на верхней поверхности нижней поступательно перемещающейся магнитной пластины 224. Вследствие близости двух пластин и компоновки полярностей рядов магнитов существует сильное притяжение между поршневой пластиной 219 и нижней пластиной 224, которое ускоряет перемещение поршневой пластины 219 в направлении BDC. Движение поршневой пластины 219, соответственно, перемещает поршневой шатун 117 и коленчатый вал 236. По мере того как коленчатый вал 236 перемещается, кулачковые барабаны 209, 228 вращаются. В настоящем варианте осуществления вращение выполняется в направлении по часовой стрелке (CW), хотя можно видеть, как изобретение может быть модифицировано для вращения коленчатого вала 236 против часовой стрелки (CCW).
По мере того как кулачковые барабаны 209, 228 вращаются, приводные рычаги, один конец которых сдвинут в кулачковые пазы Е, F, идут по кулачковым пазам Е, F. По сути, в ходе вращения кулачковых барабанов 209, 228 на первой стадии приводные рычаги 107, 126 размещаются так, как показано на фиг.26. Отметим, что кулачковые пазы Е и F включают в себя переходные периоды ("переходы"), в которые меняются ориентации поступательно перемещающихся пластин, а также длительные периоды, в которые ориентация пластин остается неизменной ("поддержание"). Как можно видеть из профиля кулачкового паза Е, на первой стадии верхняя поступательно перемещающаяся пластина 218 только что закончила длительный период перехода (демонстрируемый посредством угловой части кулачкового паза Е, показанной пунктирной линией) и входит в длительный период поддержания (демонстрируемый посредством прямого профиля кулачкового паза Е). В течение периода перехода верхняя поступательно перемещающаяся пластина 218 переместилась в надлежащее выравнивание для части притяжения своего цикла, т.е. примыкает к правой паре 137b' концевых ограничителей, так чтобы совместить ряды магнитов R2, R4 (-) полярности с рядами магнитов R5, R6 (+) на поршневой пластине 219. Дополнительно можно видеть, что нижняя поступательно перемещающаяся пластина 224 находится в конце длительного периода поддержания (демонстрируемого посредством прямого профиля кулачкового паза F, показанного пунктирной линией) и входит в конце этой первой стадии в период перехода (демонстрируемый посредством первой угловой части кулачкового паза F).
Будучи в позиции поддержания, нижняя пластина 224 удерживается у правой пары 137d' концевых ограничителей, и пара 213 пружин находится под нагрузкой (т.е. пружины натяжения растянуты). Дополнительно, когда верхняя пластина 218 примыкает к правой паре 137b' концевых ограничителей, пара 212 пружин также находятся под нагрузкой (т.е. пружины сжатия сжаты).
Ссылаясь теперь на фиг.27, показана вторая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 181-190° поворота коленчатого вала 236. На этой второй стадии работы поршневая пластина 219 начинает свой ход с BDC. В ходе этой стадии нижняя пластина 224 переходит из стадии притяжения к стадии отталкивания посредством перехода (т.е. перемещения в результате следования рычагом 126 переходной части паза F), чтобы заново совместить свои магнитные ряды. В течение перехода может показаться, что поршневая пластина 219 не перемещается на вращение коленчатого вала почти на 7-10 градусов, но фактически она перемещается. Фактически, именно перемещение поршневой пластины 219 приводит коленчатый вал и, соответственно, кулачковые барабаны 209, 228 в течение перехода. Кулачковый паз Е в течение этой стадии удерживает верхнюю пластину 218 у правой пары 137b' концевых ограничителей, тогда как кулачковый паз F перемещает нижнюю пластину 224 в позицию к левой паре 137с' концевых ограничителей. Разрядка энергии, хранящейся в пружинах 213 натяжения, помогает в перемещении нижней пластины 224, при этом помогая сдвинуть дальний конец приводного рычага 126 к стенке кулачкового паза F в течение перехода. Дополнительно, высвобождение пары 213 пружин помогает разорвать за доли секунды поток магнитного поля в BDC. Как и в предыдущих вариантах осуществления, в настоящем варианте осуществления нижняя поступательно перемещающаяся пластина перемещается справа влево примерно на 32 мм. После того как нижняя пластина 224 останавливается у левой пары 137с' концевых ограничителей, пара 213 пружин высвобождается, и ряды магнитов R10, R12 (-) полярности выравниваются с рядами R7, R8 (-) полярности на поршневой пластине 119, начиная часть отталкивания в цикле.
Ссылаясь теперь на фиг.28, показана третья стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 191-225° поворота коленчатого вала 236. Переместившись на прошлой стадии, нижняя пластина 224 переходит к "первой фазе приведения в действие с помощью постоянных магнитов", прикладывая силу отталкивания к поршневой пластине 219, выталкивая поршневую пластину 219 вверх к верхней пластине 218 вследствие запроектированной нестабильности системы. Перемещение вверх поршневой пластины 219, соответственно, перемещает поршневой шатун 117 и коленчатый вал 236, который сохраняет перемещение кулачковых барабанов 209, 228. Это перемещение вследствие мощного отталкивания поршневой пластины 219 продвигает цикл почти на 100° поворота коленчатого вала. Как упоминалось в связи со второй стадией, пара 213 пружин в данный момент высвобождена, тогда как пара 212 пружин по-прежнему под нагрузкой.
Ссылаясь теперь на фиг.29, показана четвертая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 226-270° поворота коленчатого вала 236. Отталкивающий толчок, созданный между нижней пластиной 224 и поршневой пластиной 219 на предыдущей стадии, достаточно сильный, чтобы поддерживать перемещение поршневой пластины 219 и, соответственно, коленчатого вала на, по меньшей мере, вращение по часовой стрелке еще на 30°. Когда поршневая пластина 219 достигает конца этой стадии при порядка 270° CW-вращения коленчатого вала 236, толчок, созданный посредством отталкивания, возникающего в BDC, становится слабым. Тем не менее, в этой точке поршневая пластина 219 входит в магнитное поле, создаваемое посредством магнитов в верхней пластине, и это притяжение вступает в действие, ускоряя перемещение поршневой пластины 219 к верхней пластине 218.
Ссылаясь теперь на фиг.30, показана пятая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 271-315° поворота коленчатого вала 236. На этой стадии инерционное перемещение поршневой пластины 219, создаваемое на стадии четыре, достаточно для того, чтобы переместить поршневую пластину 219 и, следовательно, коленчатый вал за точку вращения 270°. После 270° превалирующей силой для поршневой пластины 219 является сила притяжения, налагаемая верхней пластиной 218 на поршневую пластину 219, тем самым протягивая поршневую пластину вверх к верхней пластине 218. Эта сила притяжения возникает из рядов магнитов R4, R2 (-) полярности на нижней поверхности верхней пластины 218, выровненных с рядами R5, R6 (+) полярности на верхней поверхности поршневой пластины 219. Это выравнивание заставляет силы притяжения возрастать по мере того, как поршневая пластина 219 приближается к верхней пластине 218. Верхнее магнитное доминирование притяжения продолжается в течение всей этой стадии и усиливается, ускоряя поршневую пластину 219, а следовательно, и коленчатый вал 236 и кулачковый барабан 228. После точки вращения примерно 315° коленчатого вала 236 и соответствующей позиции поршневой пластины 219 магнитное поле на нижней пластине 224 ослабевает, чтобы способствовать перемещению вверх поршневой пластины 219, и часть кулачкового толкателя приводного рычага 126 входит в переходную часть кулачкового паза F, как показано.
Ссылаясь теперь на фиг.31, показана шестая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 316-355° поворота коленчатого вала 236. На этой стадии поршневая пластина 219 продолжает быть притягиваемой вверх в направлении верхней пластины 218 вследствие "второй фазы приведения в действие с помощью постоянных магнитов". Это притяжение усиливается с перемещением вверх поршневой пластины и, соответственно, каждым градусом вращения коленчатого вала. Благодаря запроектированной нестабильности системы поршневая пластина 219 продолжает перемещение к верхней пластине 218, протягивая поршневой шатун 117 и коленчатый вал 236 с собой. Поскольку магнитное поле из нижней пластины 224 больше не оказывает существенного влияния на перемещение поршневой пластины 219, нижняя пластина 224 смещается слева вправо посредством приводного рычага 126, один конец которого следует переходной части кулачкового паза F. Перемещение нижней пластины 224 нагружает пару 213 пружин посредством растягивания пружин. В конце этой стадии нижняя пластина 224 останавливается у пары 137d' концевых ограничителей, а часть кулачкового толкателя рычага 126 находится в конце переходной части кулачкового паза F.
Ссылаясь теперь на фиг.32, показана седьмая, шестая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 356-360° поворота коленчатого вала 236. На этой стадии поршневая пластина 219 перемещается линейно, чтобы достигнуть верхней мертвой точки (TDC) в результате силы притяжения между верхней пластиной 218 и поршневой пластиной 219 вследствие "второй фазы приведения в действие с помощью постоянных магнитов". Вследствие сильного притяжения и снижения разъединения движение поршневой пластины 219 ускоряется по мере того, как она приближается к верхней пластине 218. В ходе этой стадии ни верхняя, ни нижняя пластина не перемещается, поскольку рычаги каждой из них находятся в частях поддержания кулачковых пазов Е и F. Тем не менее, в конце этой конкретной стадии приводной рычаг 107 находится в начале переходного периода кулачкового паза Е.
Ссылаясь теперь на фиг.33, показана восьмая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 001-010° поворота коленчатого вала 236. Эта стадия начинается при нахождении поршневой пластины 219 рядом с TDC-позицией. Тем не менее, в ходе этой стадии конец кулачкового толкателя приводного рычага 107 проходит через переходную часть кулачкового паза Е, перемещая верхнюю пластину справа налево, в этом конкретном варианте осуществления примерно на 32 мм. В течение этого переходного периода кажется, будто поршневая пластина 219 не перемещается практически на 7-10 градусов вращения, но она перемещается. Нагруженная пара пружин сжатия помогает перемещать верхнюю пластину 218, сдвигать конец кулачкового толкателя рычага 107 в кулачковый паз Е, помогая концу кулачкового толкателя следовать контуру переходной части паза. Дополнительно, пара 212 пружин помогает разорвать за доли секунды поток магнитного поля в TDC. После того как перемещение верхней пластины 218 завершено, пары 212 пружин освобождаются, и левый конец верхней пластины 218 примыкает к левой паре 137а' концевых ограничителей. После того как верхняя пластина 218 останавливается, причем ряды магнитов R1, R3 (+) полярности выровнены с рядами магнитов R5, R6 (+) полярности на верхней поверхности поршневой пластины 219, создается сила отталкивания, которая отодвигает (отталкивает) поршневую пластину 219 от верхней пластины 218.
Ссылаясь теперь на фиг.34, показана девятая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 011-45° поворота коленчатого вала 236. Верхняя пластина 218, которая переместилась на предыдущей стадии, теперь находится в стадии поддержания, как продемонстрировано посредством кулачкового паза Е. Аналогично, нижняя пластина 224 остается в стадии поддержания. Сила отталкивания, вызываемая посредством новой позиции верхней пластины 218, отодвигает поршневую пластину 219 вниз из TDC-позиции, тем самым способствуя вращению коленчатого вала 236 посредством поршневого шатуна 117. Мощная сила отталкивания от верхней пластины 218 на поршневую пластину 219 в этой "третьей фазе приведения в действие с помощью постоянных магнитов" применяет силу, направленную вниз на поршневую пластину 219 для следующего поворота почти на 100° коленчатого вала 326.
Ссылаясь теперь на фиг.35, показана десятая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 46-90° поворота коленчатого вала 236. На этой стадии толчок от отталкивания поршневой пластины 219 посредством верхней пластины 218 достаточно сильный для того, чтобы переместить поршневую пластину, а следовательно, поршневой шатун, чтобы выполнить вращение еще, по меньшей мере, на 30° коленчатого вала 236. Верхняя и нижняя пластины 218, 224 удерживаются в текущих позициях в течение этой стадии (т.е. кулачковые пазы Е, F поворачиваются посредством частей поддержания кулачковых профилей). Когда вращение коленчатого вала 236 достигает 90°, вследствие соответствующей позиции поршневой пластины 219 силы отталкивания от верхней пластины 218 ослабевают, тогда как притяжение на поршневую пластину 219 от заранее выровненной нижней пластины 224 усиливается, тем самым ускоряя перемещение вниз поршневой пластины 219.
Ссылаясь теперь на фиг.36, показана одиннадцатая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 91-135° поворота коленчатого вала 236. Инерционного перемещения, создаваемого на стадии девять выше, достаточно для того, чтобы привести поршневую пластину 219' и, соответственно, коленчатый вал 236 за точку 90-100°. После 100° сила отталкивания, возникающая от верхней пластины 218, не оказывает существенного влияния на перемещение поршневой пластины 219. Тем не менее, силы притяжения между рядами магнитов R7, R8 (-) полярности нижней поверхности поршневой пластины 219 и рядами магнитов R9, R11 (+) полярности на верхней поверхности нижней пластины 224 продолжают перемещение вниз поршневой пластины 219 и, соответственно, вращение коленчатого вала 236. Дополнительно, поскольку верхняя пластина 218 больше не способствует перемещению вниз поршневой пластины 219, приводной рычаг 107 входит в переходный период кулачкового паза Е, и верхняя пластина 218 перемещается слева направо, нагружая пару 212 пружин.
Ссылаясь теперь на фиг.37, показана двенадцатая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 136-175° поворота коленчатого вала 236. В ходе этой стадии по мере того, как поршневая пластина 219 перемещается к нижней пластине 224, притяжение между пластинами 219, 224 усиливается, ускоряя поршневую пластину 219 в направлении нижней пластины 224, так же ускоряя вращение коленчатого вала 236. В конце этой стадии цикл повторяется с первой стадии.
Отметим, что при выборе пар 212, 213 пружин для использования в настоящем варианте осуществления пружины выбираются таким образом, чтобы создавать существенный обмен потоком магнитного поля, чтобы разрывать/урезать притяжение между аналогичными полярностями в точках TDC и BDC. Надлежащие пружины могут быть выбраны посредством вычисления сначала размера/длины/хода, а затем посредством экспериментирования, чтобы найти соответствующие пружины, которые могут перемещать пластины несмотря на значительные силы притяжения. Отметим, что чем выше сила поля отдельного магнита, тем большее натяжение пружины требуется.
Дополнительно, во всех вариантах осуществления изобретения зазор силы поля постоянного магнита в TDC- и BDC-позициях важен и должен быть корректируемым. Например, чем больше зазор между магнитными полями внутри модуля 202 слияния магнитных потоков, тем меньшее натяжение пружин требуется для того, чтобы разорвать и/или соединить силы поля постоянных магнитов. Одним следствием более слабого обмена является разрыв магнитов, что генерирует меньшую эффективность устройства и более слабую выходную мощность на коленчатом валу. Альтернативно, чем меньше зазор между магнитными полями внутри модуля 202 слияния магнитных потоков, тем большее натяжение пружин требуется для того, чтобы разорвать и/или соединить силы поля постоянных магнитов. По сути, меньший зазор при пружинах с большим натяжением предоставляет более существенный обмен пластин, тем самым приводя к большей эффективности устройства и более сильной выходной мощности коленчатого вала.
Приведение посредством зубчатой передачи электрического сервомотора
Ссылаясь теперь на фиг.64-69, показан приводимый в действие постоянным магнитом возвратно-поступательный двигатель 200 в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Более конкретно, двигатель 300 настоящего изобретения сконфигурирован во многом аналогично двигателю 100 по фиг.1. Тем не менее, в настоящем варианте осуществления верхняя и нижняя поступательно перемещающиеся магнитные пластины 318, 324 возбуждения модуля 302 магнитного потока приводятся посредством электромотора постоянного тока или пар 305, 325 сервомоторов, а не посредством приводных рычагов (107, 126 по фиг.1). Посредством замены приводных рычагов на пары сервомоторов общий размер двигателя может быть снижен в сравнении с двигателем 100. Придание двигателю компактности таким образом делает его размер более подходящим для добавления дополнительных модулей слияния магнитных потоков, как описывается в связи с фиг.70 и 71.
Как показано подробнее на фиг.66, верхняя и нижняя поступательно перемещающиеся пластины 318, 324 двигателя 300 включают в себя по краям части 318а, 318b, 324a, 324b зубьев шестерни. Ссылаясь снова на фиг.64-61 и 69, части 318а, 324a зубчатой передачи зацепляются с частями 305а, 325а цилиндрической зубчатой передачи на вращающихся валах пар 305, 325 электромоторов. По сути, пары 305, 325 сервомоторов работают так, что когда они подключены к источнику питания, соответствующие верхняя и/или нижняя поступательно перемещающиеся магнитные пластины 318, 324 возбуждения перемещаются, а когда не подключены к источнику питания, соответствующая пластина 318, 324 возбуждения возвращается в "естественную" позицию, во многом аналогично питанию реле. В настоящем варианте осуществления пары 305, 325 моторов перемещают пластины 318, 324, соответственно, примерно на 30-32 мм вправо и влево, чтобы изменить позицию рядов магнитов относительно рядов магнитов на поршневой пластине 319. Отметим, что ряды магнитов могут быть выровнены, так чтобы верхняя и нижняя пластины перемещались на меньшую или большую величину, от одной стороны к другой, чтобы изменять позицию пластин 318, 324. Как и в варианте осуществления двигателя 200, пары 312, 313 пружин необязательно могут быть предоставлены, чтобы помочь в плавном перемещении верхней и нижней поступательно перемещающихся магнитных пластин 318, 324 возбуждения. Хотя каждая пара 312, 313 пружин при необходимости может быть как пружиной сжатия, так и пружиной растяжения, в настоящем варианте осуществления обе пары 312, 313 пружин являются пружинами растяжения. Отметим, что в настоящем варианте осуществления пары 312, 313 пружин имеют вторичную значимость и просто помогают поддерживать модуль 302 соединения в "естественном" состоянии. По сути, пары 312, 313 пружин могут быть в достаточной степени натянуты, чтобы удерживать верхнюю и нижнюю поступательно перемещающиеся магнитные пластины 318, 319 возбуждения в их естественных конечных позициях (т.е. верхнюю пластину у правого концевого ограничителя, а нижнюю пластину у левого концевого ограничителя).
Как и в предыдущем варианте осуществления, поршневая магнитная пластина 319 размещается между верхней и нижней пластиной 318, 324 и взаимодействует с ними, чтобы перемещать поршневой шатун 117 и, в результате, вращать коленчатый вал 336, посредством сцепления 129. Поршневой шатун 117 может поддерживаться посредством роликовых подшипников, таких как роликовые подшипники 101, 106 и 110. Более того, коленчатый вал 336 поддерживается в корпусе 131 коленчатого вала. Как и в случае двигателя 100, последовательность кулачковых пар 342, 344 стационарно крепится к 336, так чтобы вращение коленчатого вала 336 соответственно вращало кулачковые пары 342, 344, которые в согласованной последовательности приводят в действие переключатели 314А, 314В, 334А, 334В. Отметим, что в настоящем варианте осуществления оба переключателя из пары 342, 344 переключателей снабжаются электроэнергией вместе, чтобы снабжать электроэнергией надлежащие пары 305, 325 моторов, соответственно. Переключатели 314А, 314В, 334А, 334В включают в себя концевые переключатели, используемые для того, чтобы активировать пары 305А, 305В, 305С, 305D электромоторов. Дополнительно, по меньшей мере, один аккумулятор 307 предусмотрен для того, чтобы питать пары электромоторов при замыкании, по меньшей мере, одного из переключателей 314А, 314В, 334А, 334В. В одном конкретном варианте осуществления, по меньшей мере, один аккумулятор 307 сконфигурирован как компоновка из, по меньшей мере, четырех аккумуляторов, соединенных последовательно/параллельно, для вывода 24 В постоянного тока, для применения в снабжении электроэнергией пар 305, 325 моторов.
Как подробнее показано на фиг.69, вращение кулачковых пар 342, 344 периодически подключает аккумулятор 307 к одной или другой паре 305, 325 сервомоторов, чтобы включать/отключать подачу электроэнергии в пары 305, 325 сервомоторов, чтобы перемещать соответствующие пластины 318, 324 возбуждения влево или вправо, как подробнее описано в связи с фиг.73-84. Электрические кабели 330 могут быть предоставлены от аккумулятора 307 к каждому переключателю 314а, 314b, 334а, 334b и от каждого переключателя 314а, 314b, 334а, 334b к парам 305, 325 сервомоторов. Дополнительно, электропроводка 330 может быть предоставлена для замыкания цепи между парами 305, 325 сервомоторов и аккумулятором 307.
Дополнительно, двигатель 300 может скрепляться с помощью резьбовых шпилек 127, гаек, болтов, соединителей и т.д. Кроме того, при необходимости стальные тросы 315 могут быть предусмотрены сверху вниз по всему двигателю, чтобы не допускать качательного движения двигателя 200 при работе. В одном конкретном варианте осуществления используется восемь жил стального троса. Дополнительно, необязательно могут быть предоставлены серьги 309 для крепления стальных тросов 315 и/или прикрепления пар 212, 213 пружин к корпусу.
Один примерный полный цикл работы двигателя 300', проиллюстрированный посредством результирующего вращения на 360° коленчатого вала 336, описывается с помощью фиг.73-84. Ряды магнитов, выровненные для каждой пластины возбуждения, могут иметь любую конфигурацию, изложенную в таблице 2 выше, либо другую конфигурацию, использующую другое число магнитов. Например, пластины 318', 319' и 324' по фиг.72А-72В могут быть заменены на пластины 318", 319" и 324" по фиг.5C-D, 19C-D, 25C-D, 39C-D, 40C-D, 41C-D и 85А-97В. Тем не менее, для целей пояснения ряды постоянных магнитов, выровненных на пластинах возбуждения, таковы, как проиллюстрировано на фиг.72А и 72В.
Ссылаясь теперь на фиг.73, показана первая стадия цикла двигателя 300', которая осуществляется при вращении от 176° до 180° коленчатого вала 336. На этой первой стадии магнитная поршневая пластина 319' находится в линейном движении, достигая BDC-позиции своего хода, что приводит к вращению коленчатого вала на 180°. В ходе притяжения между магнитами (+) полярности в рядах R7, R8 на магнитной поршневой пластине 319 и рядами магнитов R10, R12 (-) полярности на нижней магнитной пластине 324 возбуждения в этой "четвертой фазе приведения в действие с помощью постоянных магнитов" линейное перемещение вниз поршневой пластины 319 ускоряется в направлении BDC. Это движение вниз вращает коленчатый вал 336 и, дополнительно, вращает кулачки 342а', 342b', 344а', 344b'. Отметим, что в BDC верхняя поступательно перемещающаяся пластина 118' возбуждения располагается напротив правой пары 137b' концевых ограничителей, тогда как нижняя магнитная пластина возбуждения примыкает к левой паре 137с' концевых ограничителей. Как показано на фиг.73, верхняя пластина смещается к правой паре 137b' концевых ограничителей, тогда как нижняя пластина 324 смещается к левой паре 137с' концевых ограничителей, и обе пары 312, 313 пружин освобождаются. Дополнительно, кулачки 342а, 342b, 344а, 344b находятся в части своего цикла, в которой переключатели 314А, 314В, 334А, 334В разомкнуты и, как следствие, обе пары 305 и 325 сервомоторов постоянного тока отключены. Относительные позиции кулачков и соответствующие режимы переключателей при примерно 180° для этой стадии показаны на фиг.68Н.
Ссылаясь теперь на фиг.74, показана вторая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 181-190° поворота коленчатого вала 336. В ходе этой стадии магнитная поршневая пластина 319 начинает из BDC-позиции. Вследствие профилей кулачковых пар 342а', 342b', 344а', 344b' в BDC пара 305 моторов отключена (т.е. обесточена), тогда как пара 325 сервомоторов включена (т.е. снабжается электроэнергией), чтобы перемещать нижнюю пластину 324' из дальней левой позиции в дальнюю правую позицию к правой паре 137d' концевых ограничителей, что в одном конкретном варианте осуществления является перемещением примерно на 32 мм. В ходе периода изменения позиции поршневая пластина 319' и, соответственно, коленчатый вал 336 перемещаются очень медленно, на вид практически совсем не перемещаются. До этой стадии верхняя пластина 318' размещена таким образом, чтобы ряды магнитов R2, R4 (+) полярности были выровнены с рядами магнитов R5, R6 (-) полярности на магнитной поршневой пластине 319'. Тем не менее, изменение позиции нижней пластины 324' на этой стадии изменяет взаимодействие между нижней пластиной 324' и поршневой пластиной 319' с притяжения на отталкивание. Более конкретно, нижняя пластина 324' изменяет положение на этой стадии так, чтобы совместить ряды магнитов R9, R11 (+) полярности с рядами R7, R8 (+) полярности на нижней поверхности поршневой пластины 319', заставляя поршневую пластину 319' быть отталкиваемой, перемещаться линейно вверх от нижней пластины 324'.
Ссылаясь теперь на фиг.75, показана третья стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 191-225° поворота коленчатого вала 336. Как указано в связи со второй стадией, значительные силы отталкивания между рядами магнитов R7, R8, R9, R11 аналогичной полярности в этой "первой фазе приведения в действие с помощью постоянных магнитов" отодвигают поршневую пластину 319' от нижней пластины 324', толкая ее вверх и, соответственно, перемещая поршневой шатун 117, коленчатый вал 336 и кулачковые пары 114, 124. Толчок, созданный на этой стадии, достаточно сильный для того, чтобы переместить магнитную поршневую пластину 319' дополнительно вверх с ее оснасткой для еще одного вращения по часовой стрелке практически на 100° для еще одного вращения по часовой стрелке 336. Относительные позиции кулачков 342а', 342b', 344а', 344b' и соответствующие режимы переключателей при примерно 225° показаны на фиг.68G. Отметим, что в проиллюстрированных позициях пара 313 пружин освобождается, и кулачковая пара 114 находится в части своего цикла, которая поддерживает пару 314 электрических переключателей выключенной. Тем не менее, дополнительно отметим, что в показанных позициях пара 312 пружин находится под нагрузкой, а кулачковая пара 114 находится в части своего цикла, которая поддерживает пару 324 электрических переключателей включенной, тем самым подавая электроэнергию в пары 325 сервомоторов, чтобы удерживать нижнюю пластину 324 в позиции правого концевого ограничителя 137d.'.
Ссылаясь теперь на фиг.76, показана четвертая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 226-270° поворота коленчатого вала 336. На этой стадии толчок, создаваемый на второй стадии, не прекращается и заставляет поршень 319' непрерывно перемещаться вверх и от нижней магнитной пластины 324" возбуждения, соответственно, вращая коленчатый вал 336 и прикрепленные кулачки 342а', 112b', 344а', 132b'. Когда коленчатый вал достигает 270° вращения, толчок, создаваемый на третьей стадии, ослабевает, тогда как силы притяжения, создаваемые посредством позиции верхней поступательно перемещающейся магнитной пластины 318' возбуждения относительно поршневой пластины 319', возникают и усиливаются, тем самым ускоряя перемещение магнитной поршневой пластины 319' к верхней поступательно перемещающейся магнитной пластине 318' возбуждения. Относительные позиции кулачков и соответствующие режимы переключателей при примерно 270° показаны на фиг.68F. Режимы переключателей в течение этой стадии приводят к тому, что пара 305 сервомоторов включена, чтобы удерживать нижнюю пластину 324' у правого ограничителя 137d', при этом пара 325 сервомоторов отключена.
Ссылаясь теперь на фиг.77, показана пятая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 271-315° поворота коленчатого вала 336. Инерционного перемещения, создаваемого на стадии четыре, достаточно для того, чтобы переместить поршневую пластину 319' за 270° вращения коленчатого вала. После 270° силы отталкивания, возникающие в результате взаимодействия между нижней поступательно перемещающейся магнитной пластиной 324' и магнитной поршневой пластиной 319', больше не оказывают существенного влияния на линейное перемещение вверх поршневого шатуна 117 и при примерно 315° теряют влияние полностью. Вместо этого значительные силы притяжения между рядами магнитов R5, R6 (-) полярности на верхней поверхности поршневой пластины 319' и рядами магнитов R2, R4 (+) полярности на нижней поверхности верхней поступательно перемещающейся магнитной пластины 318' возбуждения возникают и продолжают ускорять перемещение поршневой пластины 319' в направлении верхней поступательно перемещающейся магнитной пластины 318', соответственно, вращая коленчатый вал 336. Относительные позиции кулачков и соответствующие режимы переключателей при примерно 315° показаны на фиг.68Е. Режимы переключателей в течение этой стадии приводят к тому, что пара 305 сервомоторов включена, чтобы удерживать нижнюю пластину 324' у правого ограничителя 137d', при этом пара 325 сервомоторов отключена.
Ссылаясь теперь на фиг.78, показана шестая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 316-355° поворота коленчатого вала 336. На этой стадии притяжение между пластинами 318', 319' усиливается по мере того, как поршневая пластина 319' приближается к верхней пластине 318', вследствие "второй фазы приведения в действие с помощью постоянных магнитов".
Это притяжение продолжает тянуть поршневую пластину 319' вверх, перемещая прикрепленный поршневой шатун 117 и вращая коленчатый вал 336. Поскольку нижняя пластина 324' потеряла все магнитное воздействие на поршневую пластину 319', нижняя пластина 324' может быть заранее установлена в следующую позицию использования (т.е. у левой пары 137с'' концевых ограничителей). По сути, кулачки 342а', 342b' входят в стадию, в которой профили кулачков 344а', 344b' более не замыкают пару 314 переключателей, тем самым отключая подачу электроэнергии в пару 325 сервомоторов. Отключение пары 325 сервомоторов и результирующее освобождение пары 312 пружин позволяет нижней пластине 324' поступательно перемещаться слева направо, возвращая ее в "естественную" позицию к левой паре 137с' концевых ограничителей. Отметим, что обе пары 314 и 324 переключателей разомкнуты и, следовательно, пары 305, 325 сервомоторов обесточены. Дополнительно, обе пары 312, 313 пружин освобождены, при этом верхняя и нижняя пластины 318', 324' находятся в своих "естественных" позициях.
Ссылаясь на фиг.79, показана седьмая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 356-360° поворота коленчатого вала 336. В ходе этого цикла поршневая пластина 319' достигает TDC-позиции в верхней части хода. В ходе конечной части своего линейного хода к TDC (соответствующей примерно последним 4-5 градусам вращения коленчатого вала) силы притяжения, по-прежнему являющиеся следствием "второй фазы приведения в действие с помощью постоянных магнитов", между рядами магнитов R5, R6 (-) полярности на поршневой пластине 319' и рядами магнитов R2, R4 (+) полярности верхней пластины 318' тянут поршневую пластину к TDC.
Относительные позиции кулачков и соответствующие режимы переключателей при примерно 0° показаны на фиг.68D.
Ссылаясь теперь на фиг.80, показана восьмая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 001-010° поворота коленчатого вала 336. Эта стадия начинается при нахождении поршневой пластины 319' в TDC-позиции, после чего кулачки 342а', 342b' приводят пару 314 переключателей, чтобы подать электроэнергию в пару 305 сервомоторов, включая пару 305 сервомоторов. Подача электроэнергии в пару 305 сервомоторов заставляет верхнюю пластину 318' поступательно переместиться к левой паре 137а' концевых ограничителей, в настоящем варианте осуществления примерно на 32 мм, тем самым нагружая пару 313 пружин. В это время пара 325 сервомоторов отключена, и нижняя пластина 324' удерживается в "естественной" позиции.
При изменении позиции верхней пластины 318' ряды магнитов R1, R3 (-) полярности на верхней пластине 318' отталкивают ряды магнитов R5, R6 (-) полярности на поршневой пластине 319', приводя к существенным силам отталкивания магнитного поля, которые отодвигают поршневую пластину 119' вниз и от верхней пластины 318'.
Ссылаясь теперь на фиг.81, показана девятая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 011-045° поворота коленчатого вала 336. На этой стадии, при по-прежнему снабжаемой электроэнергией паре 305 сервомоторов, сильное отталкивание, создаваемое посредством "третьей фазы приведения в действие с помощью постоянных магнитов", отодвигает поршневую пластину 319' вниз, соответственно, перемещая поршневой шатун 117 и коленчатый вал 336. Относительные позиции кулачков и соответствующие режимы воздушных переключателей при примерно 45° показаны на фиг.68С.
Ссылаясь теперь на фиг.82, показана десятая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 46-90° поворота коленчатого вала 336. При по-прежнему снабжаемой электроэнергией паре 205 сервомоторов, толчок вниз, созданный на восьмой и девятой стадии, переносится через период 90° коленчатого вала 336. Тем не менее, при достижении 90° сила отталкивания на поршневую пластину 319' от верхней пластины 318' ослабевает, при этом сила притяжения от нижней пластины 324' начинает охватывать поршневую пластину 319', принудительно перемещая поршневую пластину 319' вниз. Относительные позиции кулачков и соответствующие режимы переключателей в течение этой стадии при примерно 90° показаны на фиг.68В.
Ссылаясь теперь на фиг.83, показана одиннадцатая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 91-135° поворота коленчатого вала 336. Инерционного перемещения, создаваемого на девятой стадии, достаточно для того, чтобы переместить поршневую пластину за точку вращения по часовой стрелке на 90-100° коленчатого вала 336. После 100° отталкивающий эффект от верхней пластины 318', прикладываемый к поршневой пластине 319', пренебрежительно мал и полностью теряет влияние при примерно 135°. Тем не менее, силы притяжения между рядами магнитов R7, R8 (+) полярности поршневой пластины 319' и рядами магнитов R10, R12 (-) полярности нижней пластины 324' возникают, протягивая поршневую пластину 319' вниз к нижней пластине 324'. Силы притяжения от нижней пластины 324' возрастают с достижением поршневой пластины 319'.
Дополнительно, относительные позиции кулачков и соответствующие режимы переключателей в течение этой стадии при примерно 135° показаны на фиг.68А.
Ссылаясь теперь на фиг.84, показана двенадцатая стадия работы настоящего варианта осуществления, которая осуществляется при 336-175° поворота коленчатого вала 336. По мере того как поршень 319' приближается, нижняя пластина 324' переходит в корректную позицию притяжения для "четвертой фазы приведения в действие с помощью постоянных магнитов". По мере того как поршневая пластина 319' приближается к нижней пластине 324', притяжение между двумя пластинами 319', 324' возрастает, дополнительно принудительно перемещая поршневую пластину 319' вниз и, соответственно, перемещая поршневой шатун 117 и вращая коленчатый вал 336. В то же время, поскольку верхняя пластина 318' потеряла все магнитное влияние на поршневую пластину 319', кулачки 342а', 342b' входят в часть своего цикла, где они открывают пару 314 переключателей, прекращая подачу электроэнергии в пару 305 сервомоторов. Прекращение снабжения электроэнергией пары 305 сервомоторов и освобождение пары 313 пружин перемещает верхнюю пластину 324' в "естественную" позицию. Таким образом, верхняя пластина 318' медленно перемещается от левой пары 137а' концевых ограничителей к правой паре 137b' концевых ограничителей.
Ссылаясь теперь на фиг.69-71, показан двигатель 300 в двух вариантах. Более конкретно, на фиг.69 показан двигатель 300, включающий в себя один модуль 302 слияния постоянных магнитных потоков, который, как описано в данном документе, включает в себя две поступательно перемещающиеся магнитные пластины возбуждения, при этом совершающая возвратно-поступательное движение поршневая пластина размещена между ними. В варианте осуществления по фиг.69 один фазовый концевой переключатель может быть использован в качестве каждого из переключателей 314а, 314b, 334а, 334b. Электрические провода 330 переносят ток в соответствующие пары сервомоторов постоянного тока из аккумулятора или аккумуляторного блока 307. Тем не менее, из описания в данном документе можно видеть, что двигатель 300 может быть приспособлен, как показано на фиг.70 и 71, для того чтобы включать в себя несколько модулей 302 слияния постоянных магнитных потоков. Например, двигатель 350 по фиг.70 включает в себя два отдельных модуля 302 слияния магнитных потоков в комбинации с одним приводным механизмом двигателя 300. Тем не менее, отметим, что переключателями 354а, 354b, 354с, 354d по фиг.70 могут быть двухфазные концевые переключатели (т.е. включающие в себя два набора переключающих контактов), так чтобы каждый питал две пары моторов. Альтернативно, один переключатель может питать две пары моторов. Таким образом, двигатель 350 может включать в себя четыре пары моторов, при этом две пары моторов управляют каждым из двух модулей 302. Отметим, что это не предназначено для того, чтобы быть ограничивающим, поскольку двигатель 350 дополнительно может быть изготовлен с использованием одного концевого переключателя 314а, 314b, 334а, 334b, как описано в связи с двигателем 300 по фиг.69. Тем не менее, пары сервомоторов варианта осуществления по фиг.70 могут быть приспособлены, чтобы иметь длинный вал, включающий в себя две секции цилиндрической зубчатой передачи, с тем чтобы одна пара моторов могла быть использована для того, чтобы перемещать каждую из верхних и нижних пластин в каждом из модулей 302 двигателя 350.
Дополнительно, более двух модулей слияния магнитных потоков может быть использовано в одном двигателе. Например, двигатель 370 по фиг.71 может быть модифицирован, чтобы включать в себя множество модулей слияния магнитных потоков, к примеру, три модуля 302 слияния магнитных потоков, причем каждый из них включает в себя две пары 305, 325 моторов, чтобы перемещать верхнюю и нижнюю пластины возбуждения, и переключатели 374а, 374b, 374с, 374d, такие как трехфазные концевые переключатели (т.е. включающие в себя три набора переключающих контактов), чтобы периодически снабжать электроэнергией пары моторов. Альтернативно, один переключатель может питать три пары моторов. Альтернативно, как описано в связи с фиг.71, две пары моторов всего может быть использовано для того, чтобы перемещать все верхние и нижние пластины во множестве модулей 302.
Электрический сервомотор с приведением посредством червячной или цилиндрической зубчатой передачи
Ссылаясь теперь на фиг.42-45, показан приводимый в действие постоянным магнитом возвратно-поступательный двигатель 400 в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения, в котором модуль 402 магнитного потока включает в себя верхнюю и нижнюю вращающиеся магнитные пластины 418, 424 возбуждения вместо поступательно перемещающихся пластин.
Двигатель 400 использует множество элементов, общих с двигателями предыдущих вариантов осуществления, причем аналогичные номера ссылок ссылаются на аналогичные элементы. Например, двигатель 400 включает в себя корпус 131 коленчатого вала, содержащий коленчатый вал 436 и несущие пластины 131а, 131b, 131с, 131d. Тем не менее, модуль 402 слияния магнитных потоков двигателя 400 модифицирован так, чтобы приспосабливать применение вращающихся верхней и нижней магнитных пластин 418, 424 возбуждения. Более конкретно, ссылаясь теперь на фиг.42-44, можно видеть, что в попытке дополнительно уменьшить размер и упростить двигатель по настоящему изобретению модуль 402 магнитного потока включает в себя верхний вращающийся модуль 403 и нижний вращающийся модуль 404.
Верхний и нижний вращающиеся модули 403 и 404 включают в себя пластину 420, 423 держателя, соответственно, причем каждая пластина держателя включает в себя отверстие с квадратным поперечным сечением, через которое проходит поршневой шатун 117, и отверстие, через которое проходит вал и цилиндрическая зубчатая передача 405а, 425а сервомоторов 405, 425 постоянного тока. Это показано более подробно на фиг.51 относительно пластины 418 и мотора 405. Тем не менее, применение цилиндрической зубчатой передачи не предназначено для того, чтобы быть ограничивающим, поскольку альтернативно сервомоторы 405, 425 могут управлять каким-либо другим типом зубчатой передачи, зацепляемой с пластинами 418, 424, например, приводимой в действие мотором червячной передачи 439, как показано на фиг.50. Сервомоторы 405, 425 могут быть прикреплены к пластинам 420, 423 держателя, соответственно.
Дополнительно, верхний и нижний вращающиеся модули 403 и 404 включают в себя вторую пластину 421, 422 держателя, соответственно. Каждая вторая пластина 421, 422 держателя включает в себя прерывающую часть, имеющую такой размер, чтобы дать возможность проходить поршневой пластине 419. В настоящем варианте осуществления поршневая пластина изготовлена так, чтобы быть круглой, и по сути, прерывающие части через вторые пластины 421, 422 держателя спроектированы так, чтобы также быть круглыми. Отметим, что это не предназначено для того, чтобы быть ограничивающим, поскольку можно видеть, что поршневая пластина 419 необязательно должна быть круглой, как и прерыватели в пластинах 421, 422 держателей, при условии, что поршневая пластина может проходить.
Каждая из верхней и нижней вращающихся магнитных пластин 418, 424 возбуждения в настоящем варианте осуществления дополнительно реализованы с помощью круглой пластины и включают в себя центральное сквозное отверстие для прохождения поршневого шатуна 117. Верхняя и нижняя пластины 418, 424 сконфигурированы так, чтобы периодически вращаться с приращением в 45° при общем вращении на 360° посредством сервомоторов 405, 425 постоянного тока, соответственно. Отметим, что неважно, вращаются пластины 418, 424 возбуждения по часовой или против часовой стрелки. Чтобы упростить это вращение на полные 360°, каждая пластина 418, 424 возбуждения включает в себя цилиндрическую зубчатую передачу 418а, 424а по длине окружности, чтобы взаимодействовать с цилиндрическими зубчатыми передачами 405а, 425а на двигателях 405, 425 для того, чтобы плавно вращать пластины 418, 424.
Альтернативно, двигатель 400 может быть модифицирован таким образом, чтобы сервомоторы 405, 425, будучи подключены к источнику питания, вращали пластины 418, 424 на 45° по часовой стрелке и по окончании подачи электроэнергии вращали пластины 418, 424, на 45° против часовой стрелки обратно в "естественную" позицию пластины. По сути, пластины 418, 424 периодически вращаются вперед и назад от 0° до 45°, а в итоге не на 360°, как описано выше, при этом попеременно выравнивая различные ряды, имеющие различные полярности, с соответствующими рядами на поршневой пластине 419, в соответствии с различными стадиями притяжения и отталкивания, изложенными в описании рабочего цикла. Отметим, что в этом варианте осуществления каждая пластина 418, 424 должна содержать зубья шестерни только по 50° длины окружности. Регулируемая пружина может быть предоставлена для того, чтобы помогать пластине возвращаться в свою "естественную" позицию после того, как прекращена подача электроэнергии в сервомотор.
Ссылаясь снова на фиг.42-45, каждая пластина изготовлена из надлежащего немагнитного материала, имеющего магниты, встроенные в нее в однополюсной ориентации (т.е. так, что действует только один полюс каждого магнита). Дополнительно, каждая пластина 418, 424 возбуждения удерживается на месте посредством роликовых подшипников 438, которые помогают ограничивать перемещение магнитной пластины плавным вращающимся движением вокруг поршневого шатуна 117.
Как подробнее описано на фиг.52-59, поршневая пластина 419 включает в себя на каждой лицевой поверхности два ряда магнитов, размещенных в перекрестном шаблоне, центрированном вокруг поршневого шатуна 117. В настоящем варианте осуществления магниты на каждой стороне поршневой пластины 418 имеют одинаковую полярность, при этом каждый ряд содержит шесть магнитов. Соответственно, каждая из верхней и нижней вращающихся магнитных пластин 418, 424 возбуждения включает в себя четыре ряда магнитов, пересекающихся в отверстии поршневого шатуна и формирующих два перекрестия, центрированных вокруг отверстия для поршневого шатуна 117, причем каждое перекрестие смещено относительно друг друга на 45°. Пример такой конфигурации показан на фиг.52-59. Отметим, что на каждой из верхней и нижней пластин 418, 424 возбуждения, первый ряд X1 содержит магниты одинаковой полярности (т.е. в одном конкретном варианте осуществления все магниты (+) полярности), тогда как второй ряд Х2 содержит магниты одинаковой полярности друг с другом, но отличной от полярности магнитов в ряду X1 (т.е. в одном конкретном варианте осуществления все магниты (-) полярности). В конкретном варианте осуществления каждое перекрестие составлено из двенадцати постоянно заряженных редкоземельных магнитов (т.е. шесть магнитов на ряд); тем не менее, это не предназначено, чтобы быть ограничивающим, поскольку может быть использовано большее или меньшее число магнитов по мере необходимости, в зависимости от расчетов по требуемой выходной мощности на коленчатом валу.
При работе каждая из верхней и нижней пластины 418, 424 продвигается на 45° посредством соответствующего мотора 405, 425, чтобы совместить различный перекрестный шаблон магнитов (т.е. один из перекрестного шаблона X1 или Х2 и один из перекрестного шаблона Х5 или Х6) с перекрестными шаблонами магнитов на поршневой пластине 419 (т.е. в перекрестиях Х3, Х4). Посредством чередования перекрестных шаблонов (+) и (-) полярности на лицевых поверхностях верхней и нижней пластины 418, 424 магниты на пластинах 418, 424 чередуются между режимами притяжения и отталкивания при взаимодействии с поршневой пластиной 419.
Таблица 3 перечисляет четыре магнитные конфигурации, проиллюстрированные на чертежах, для каждого из перекрестных шаблонов магнитов Х1-Х6, по полярности.
Отметим, что другие компоновки магнитов и рядов возможны и должны быть заключены в настоящее изобретение. Дополнительно, вследствие локализации магнитного поля от каждого магнита можно видеть, что другие шаблоны магнитов могут быть размещены на пластинах, которые работают с настоящим изобретением.
Дополнительно, корпус 131 коленчатого вала включает в себя кулачки 412, 432 и электрические переключатели 414, 434, чтобы управлять моторами 405, 425, которые вращают пластины 418, 424. Как и в предыдущих вариантах осуществления, вращение коленчатого вала 436 вызывает вращение кулачков 412, 432, стационарно крепящихся к нему. Профили на кулачках спроектированы так, чтобы включать каждый из переключателей 414, 434 в конкретные периоды в ходе цикла вращения коленчатого вала 436. Когда включены, переключатели 414, 434 замыкают цепь между моторами 405, 425 и аккумулятором или аккумуляторным блоком 407, чтобы подать электроэнергию в соответствующий сервомотор 405, 425 постоянного тока. Как указано выше, моторы 405, 425 служат для того, чтобы продвигать вращение пластин 418, 424, с приращениями в 45° по рабочему циклу в 360°. Как описано в связи с альтернативным вариантом осуществления (не показано), альтернативно кулачки 412, 432 могут быть предварительно сконструированы так, чтобы включать переключатели 414, 434, для того, чтобы периодически включать и отключать подачу электроэнергии в сервомоторы постоянного тока, чтобы вращать пластины 418, 424 вперед и назад от 0 до 45°. Переключатели 414, 434 подключены между моторами 405, 425 и аккумуляторами 407 посредством электропроводки, как подробнее показано в связи с фиг.47.
Один примерный полный цикл работы двигателя 400', проиллюстрированный посредством результирующего вращения на 360° коленчатого вала 436, описывается с помощью фиг.46 и 52-60. Ряды магнитов, выровненные для каждой пластины возбуждения, могут иметь любую конфигурацию, изложенную в таблице 3 выше, либо другую конфигурацию, использующую другое число магнитов. Тем не менее, для целей пояснения ряды постоянных магнитов, выровненных на пластинах возбуждения, таковы, как проиллюстрировано на фиг.52.
Ссылаясь теперь на фиг.53, показана первая стадия цикла двигателя 300', которая осуществляется при повороте от 100° до 175° коленчатого вала 436'. На этой стадии оба электрических сервомотора 405 постоянного тока отключены, и каждая из верхней и нижней вращающихся магнитных пластин 418', 424' возбуждения выровнена с поршневой пластиной 419', как показано. При таком выравнивании поршневая пластина 419' достигает BDC-позиции в результате силы притяжения между перекрестным шаблоном магнитов Х4 (-) полярности на нижней поверхности поршневой пластины 419' и перекрестным шаблоном магнитов Х5 (+) полярности на верхней поверхности нижней пластины 424'. Вследствие существенных сил притяжения поля постоянных магнитов, создаваемых противоположными полярностями, движение вниз поршневой пластины 419' ускоряется по мере того, как она приближается к BDC. Настоящая часть хода упоминается в данном документе как "четвертая фаза приведения в действие с помощью постоянных магнитов между Х4-Х5". Отметим, что позиции кулачков 412' и 432' и соответствующие режимы переключателей 414' и 434' при вращении примерно 135° коленчатого вала показаны на фиг.46D.
Ссылаясь теперь на фиг.54, показана вторая стадия цикла двигателя 400', которая осуществляется при вращении от 176° до 181° коленчатого вала 436'. В ходе этой второй стадии конкретный момент силы притяжения между Х4 и Х5 по-прежнему присутствует и увеличивается. Между примерно 176-178° вращения коленчатого вала 436' сразу перед тем, как поршневая пластина 419' достигает BDC, мотор (425 по фиг.42) снабжается электроэнергией, когда кулачок 432' замыкает переключатель 434'. В таком случае мотор вращает нижнюю пластину 424' на 45°. Отметим, что при вращении примерно на 22,5° ни один из перекрестных шаблонов магнитов Х5 и Х6 на нижней пластине 424' не выровнен с перекрестным шаблоном магнитов Х4 на поршневой пластине, таким образом не имея магнитного взаимодействия между двумя пластинами 424' и 419. Тем не менее, это продолжается только долю секунды до тех пор, пока двигатель дополнительно не повернет нижнюю пластину 424', и поле из перекрестного шаблона магнитов Х6 (-) полярности не вступит во взаимодействие с полем из перекрестного шаблона Х4 (-) полярности на поршневой пластине 419', тем самым начиная с низкой силы отталкивания, которая увеличивается по мере того, как пластины 419', 424' приближаются к полному выравниванию. Позиции кулачков 412' и 432' и соответствующие режимы переключателей 414' и 434' при вращении примерно 180° коленчатого вала показаны на фиг.46Е.
Ссылаясь теперь на фиг.55, показана третья стадия цикла двигателя 400', которая осуществляется при вращении от 182° до 260° коленчатого вала 436'. Эта третья стадия начинается после того, как поршневая пластина прошла BDC-позицию и при этом мотор по-прежнему вращает нижнюю пластину на конечные 40-45° вращения, и кулачок 432' размыкает переключатель 434', тем самым выключая мотор (425 по фиг.42). После того как полностью выровнены, поле из перекрестного шаблона магнитов Х6 (-) полярности взаимодействует с полем из перекрестного шаблона Х4 (-) полярности на поршневой пластине 419', чтобы создать очень значительную силу отталкивания между двумя пластинами 419', 424'. Как следствие этой значительной силы отталкивания, поршневая пластина 419' отодвигается вверх к верхней пластине 418', соответственно, вращая коленчатый вал 436'. Данная часть хода упоминается в данном документе как "первая фаза приведения в действие с помощью постоянных магнитов между Х6-Х4". Помимо отодвигания вверх от нижней пластины 424' по мере того, как коленчатый вал 436" достигает 260° вращения, сила притяжения между перекрестным шаблоном Х2 (-) полярности на верхней пластине 418' и перекрестным шаблоном Х3 (+) полярности на поршневой пластине 419' способствует перемещению вверх поршневой пластины 419'. Позиции кулачков 412' и 432' и соответствующие режимы переключателей 414' и 434' при вращении примерно 225° коленчатого вала показаны на фиг.46F.
Ссылаясь теперь на фиг.56, показана четвертая стадия цикла двигателя 400', которая осуществляется при вращении от 261° до 279° коленчатого вала 436'. На этой четвертой стадии толчок, который создан между нижней пластиной 424' и поршневой пластиной 419', продолжает влиять на движение поршневой пластины 419' и вращать коленчатый вал 436' за 279°. Одновременно влияние от притяжения, создаваемого посредством взаимодействия с верхней пластиной 418', возрастает. После примерно 279° сила притяжения, созданная посредством верхней пластины 418', является основным механизмом перемещения поршневой пластины 49' вверх. После того как нижняя пластина 424' более не оказывает существенного воздействия на перемещение вверх поршневой пластины 419' (т.е. примерно при 270°), кулачок 432' запланированно замыкает переключатель 434', чтобы включить подачу электроэнергии в мотор 425' и вращать нижнюю пластину 424' на 45°. Позиции кулачков 412' и 432' и соответствующие режимы переключателей 414' и 434' при вращении примерно 270° коленчатого вала показаны на фиг.46G.
Ссылаясь теперь на фиг.57, показана пятая стадия цикла двигателя 400', которая осуществляется при вращении от 280° до 355° коленчатого вала 436'. В ходе этой пятой стадии поршневая пластина 419' достигает TDC-позиции. Дополнительно, поршневая пластина 419' продолжает свое движение вверх к верхней пластине 418', теперь управляемой практически исключительно посредством притяжения между магнитами (-) полярности в перекрестном шаблоне Х2 на верхней пластине 418' и магнитами (+) полярности в перекрестном шаблоне Х3 на верхней поверхности поршневой пластины 419'. По мере того как две пластины 418', 419' сближаются, возрастающая сила притяжения дополнительно ускоряет движение поршневой пластины 419' и, как результат, вращение коленчатого вала 436. Эта часть цикла упоминается в данном документе как "вторая фазы приведения в действие с помощью постоянных магнитов между Х2-Х3". Позиции кулачков 412' и 432' и соответствующие режимы переключателей 414' и 434' при вращении примерно 315° коленчатого вала показаны на фиг.46Н.
Ссылаясь теперь на фиг.58, показана шестая стадия цикла двигателя 400', которая осуществляется при вращении от 356° до 1° коленчатого вала 436'. В начале шестой стадии момент силы притяжения между перекрестным шаблоном Х2 (-) полярности на верхней пластине и перекрестным шаблоном Х3 (+) полярности на поршневой пластине продолжает возрастать. Между вращением примерно на 356-358° коленчатого вала 436' сразу перед тем, как поршневая пластина 419' достигает TDC-позиции, левый кулачок 412' замыкает переключатель 414' и подает электроэнергию в мотор 405', который инициирует вращение на 45° верхней пластины 418'. В ходе этого вращения, как показано на фиг.58, при примерно 22,5° ни один из перекрестных шаблонов X1 и Х3 не выровнен в достаточной степени с перекрестным шаблоном Х3 на поршневой пластине, моментально приводя к тому, что работа не выполняется между магнитными перекрестными шаблонами X1, Х2 и Х3. Это состояние длится только долю секунды, пока мотор 405' прогоняет верхнюю пластину 418' мимо этой позиции. Поскольку перекрестный шаблон X1 (+) полярности повернут в позицию, и края его магнитного поля начинают взаимодействовать с магнитным полем от перекрестного шаблона Х3 (+) полярности, предусмотрено уменьшенное (т.е. не еще максимальное вследствие еще неполного выравнивания) поле силы отталкивания между верхней пластиной 418' и поршневой пластиной 419'. Позиции кулачков 412' и 432' и соответствующие режимы переключателей 414' и 434' при вращении на 360°/0° коленчатого вала показаны на фиг.46А.
Ссылаясь теперь на фиг.59, показана седьмая стадия цикла двигателя 400', которая осуществляется при вращении от 2° до 79° коленчатого вала 436'. В начале этой седьмой стадии мотор 405' по-прежнему вращает верхнюю пластину 418' на конечные 40-45° вращения, после чего мотор 405' отключается в результате временного распределения на кулачковом профиле 412'. При вращении примерно на 2° коленчатого вала 436' поршневая пластина 419' достигает TDC-позиции, поскольку перекрестный шаблон X1 (+) полярности верхней пластины 418' входит в выравнивание с перекрестным рядом магнитов Х3 (+) полярности поршневой пластины 419'. Значительная сила отталкивания, созданная между перекрестными рядами магнитов X1 и Х3 одинаковой полярности, существенно отодвигает поршневую пластину 419' вниз, в результате вращая коленчатый вал 436'. Данная часть хода упоминается в данном документе как "третья фаза приведения в действие с помощью постоянных магнитов между Х1-Х3". Отметим что до окончания этой седьмой стадии сила притяжения между перекрестным шаблоном магнитов Х5 (+) полярности на нижней пластине 424' и перекрестным шаблоном магнитов Х4 (-) полярности на нижней поверхности поршневой пластины 419' способствует перемещению вниз поршневой пластины 419' и соответствующему вращению коленчатого вала. Позиции кулачков 412' и 432' и соответствующие режимы переключателей 414' и 434' при вращении на 45° коленчатого вала показаны на фиг.46В.
Ссылаясь теперь на фиг.60, показана восьмая стадия цикла двигателя 400', которая осуществляется при вращении от 80° до 99° коленчатого вала 436'. Толчок, который создан между верхней пластиной 418' и поршневой пластиной 419', по-прежнему достаточно сильный, чтобы переместить поршневую пластину 419' через эту восьмую стадию. Одновременно притяжение между нижней пластиной 424' и поршневой пластиной 419' усиливается и способствует перемещению вниз поршневой пластины 419'. Отметим, что до окончания этого цикла, после того как магнитное влияние от верхней пластины больше не является существенным для перемещения поршневой пластины 419', кулачок замыкает переключатель 414', чтобы включить подачу электроэнергии в мотор 405', тем самым вращая верхнюю пластину 45°, в ожидании приближающегося режима притяжения. Позиции кулачков 412' и 432' и соответствующие режимы переключателей 414' и 434' при вращении примерно 90° коленчатого вала показаны на фиг.46С. После этой восьмой стадии работы цикл начинается снова с первой стадии.
Отметим, что могут быть созданы другие конфигурации вращающихся пластин. Например, хотя не проиллюстрировано на чертеже, настоящее изобретение дополнительно может быть составлено из одного шаблона на каждой из верхней и нижней вращающихся магнитных пластин 418, 424 возбуждения, при этом магниты в каждом ряду имеют одинаковую полярность друг с другом, но другую полярность в сравнении с другим рядом, составляющим перекрестный шаблон. Например, перекрестные шаблоны на каждой из верхней и нижней пластин возбуждения должны включать в себя (+) ряд и (-) ряд, пересекающиеся в поршневом шатуне 117. Соответственно, каждая из верхней и нижней поверхности поршневой пластины 419 должна включать в себя перекрестный шаблон, включающий в себя один ряд (+) полярности и один ряд (-) полярности. При работе, верхняя и нижняя пластины возбуждения должны каждая быть повернуты на 90°, чтобы чередоваться между режимами притяжения и отталкивания.
Дополнительно, шаблоны, показанные на пластинах 418", 419" и 424" по фиг.60А-60В, 61А-61В и 62А-62В, могут быть заменены для пластин 418', 419', 424' выше, и описанная работа может быть приспособлена для применения с пластинами 418", 419" и 424".
Ссылаясь теперь на фиг.47-49, показан двигатель 400 в двух вариантах. Более конкретно, на фиг.47 показан двигатель 400, включающий в себя один модуль 402 слияния постоянных магнитных потоков, который, как описано в данном документе, включает в себя две вращающиеся магнитные пластины возбуждения, при этом совершающая возвратно-поступательное движение поршневая пластина размещена между ними. В варианте осуществления по фиг.47 один фазовый концевой переключатель может быть использован в качестве каждого из переключателей 414а, 414b, 434a, 434b. Электрические провода 430 переносят ток в соответствующие сервомоторы 405, 425 постоянного тока из аккумулятора или аккумуляторного блока 407. Тем не менее, из описания в данном документе можно видеть, что двигатель 400 может быть приспособлен, как показано на фиг.48 и 49, для того чтобы включать в себя несколько модулей 402 слияния постоянных магнитных потоков. Например, двигатель 450 по фиг.48 включает в себя два отдельных модуля 400 слияния магнитных потоков в комбинации с одним приводным механизмом двигателя 300. Тем не менее, отметим, что переключателями 454а, 454b по фиг.48 могут быть двухфазные концевые переключатели (т.е. включающие в себя два набора переключающих контактов), так чтобы каждый питал два мотора. Альтернативно, один переключатель может питать два мотора. Таким образом, двигатель 450 может включать в себя четыре мотора, при этом два мотора управляют каждым из двух модулей 402. Отметим, что это не предназначено для того, чтобы быть ограничивающим, поскольку двигатель 450 дополнительно может быть изготовлен с использованием одного концевого переключателя 414, 434, как описано в связи с двигателем 400 по фиг.47. Тем не менее, пары сервомоторов варианта осуществления по фиг.48 могут быть приспособлены, чтобы иметь длинный вал, включающий в себя две секции цилиндрической зубчатой передачи, с тем чтобы одна пара моторов могла быть использована для того, чтобы перемещать каждую из верхних и нижних пластин в каждом из модулей 402 двигателя 450.
Дополнительно, более двух модулей слияния магнитных потоков может быть использовано в одном двигателе. Например, двигатель 470 по фиг.49 может быть модифицирован, чтобы включать в себя множество модулей слияния магнитных потоков, к примеру, три модуля 402 слияния магнитных потоков, причем каждый из них включает в себя два мотора 405, 425, чтобы перемещать верхнюю и нижнюю пластины возбуждения, и переключатели 472, 474, такие как трехфазные концевые переключатели (т.е. включающие в себя три набора переключающих контактов), чтобы периодически снабжать электроэнергией моторы 405, 425. Альтернативно, один переключатель может питать три набора моторов 405, 425. Альтернативно, как описано в связи с фиг.48, два мотора всего с достаточно длинным валом мотора может быть использовано для того, чтобы перемещать все верхние и нижние пластины во множестве модулей 402.
Модуль электромагнитного потока
Можно видеть, что в вышеописанных вариантах осуществления двигатели 100, 200, 300, 400 могут быть сконструированы, чтобы генерировать надлежащую мощность без использования электромагнитов. Тем не менее, в дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения предполагается, что вышеописанные варианты осуществления могут быть выполнены с помощью модуля электромагнитного потока вместо описанных модулей постоянного магнитного потока. В этих вариантах осуществления электромагниты должны быть использованы вместо постоянных магнитов в модуле потока. Например, один вариант осуществления электромагнитного поступательно перемещающегося модуля двойного действия должен включать в себя первую и вторую поступательно перемещающиеся пластины возбуждения, при этом поршневые пластины возбуждения помещены между ними. Как и в случае с модулем постоянного магнитного потока, верхняя поступательно перемещающаяся пластина возбуждения модуля электромагнитного потока включает в себя, по меньшей мере, один электромагнит на нижней поверхности, тогда как нижняя поступательно перемещающаяся пластина возбуждения включает в себя, по меньшей мере, один электромагнит на верхней поверхности. Третья или поршневая пластина возбуждения должна в таком случае, соответственно, включать в себя, по меньшей мере, один электромагнит на каждой из своих поверхностей, противостоящих магнитным поверхностям верхней и нижней пластин возбуждения. В этом варианте осуществления и всех последующих вариантах осуществления, по меньшей мере, один магнит может включать в себя один или более двухполюсных электромагнитов, включающих в себя (+) северный и (-) южный полюс, или два или более однополюсных ориентированных электромагнита, имеющих, по меньшей мере, один с (+) северным полюсом и один с (-) южным полюсом, и/или их комбинации. Как и в других вариантах осуществления, поршневая пластина возбуждения перемещается только вверх и вниз вдоль оси 'А' через поступательно перемещающиеся пластины возбуждения перпендикулярно плоскости, в которой пластины поступательно перемещаются.
Еще один вариант осуществления модуля электромагнитного потока, который может быть использован с двигателями, описанными выше, - это поступательно перемещающийся модуль однократного действия, включающий в себя только одну поступательно перемещающуюся пластину возбуждения (т.е. либо верхнюю поступательно перемещающуюся пластину возбуждения, либо нижнюю поступательно перемещающуюся пластину возбуждения), включающую в себя, по меньшей мере, один электромагнит, взаимодействующий с поршневой пластиной возбуждения, включающей в себя, по меньшей мере, один магнит, на поверхности, расположенной напротив магнитной поверхности одной поступательно перемещающейся пластины возбуждения. Как и в предыдущих вариантах осуществления, поршневая пластина возбуждения должна перемещаться вверх и вниз вдоль оси, перпендикулярной поверхности поступательно перемещающейся магнитной пластины возбуждения, но не должна вращаться вокруг этой оси.
Еще одним возможным модулем электромагнитного потока, который может быть использован с настоящим изобретением, может быть вращающийся поступательно перемещающийся модуль двойного действия, включающий в себя две вращающиеся (а не поступательно перемещающиеся) пластины возбуждения, причем не вращающаяся поршневая пластина возбуждения размещена между ними. Верхняя вращающаяся пластина возбуждения модуля электромагнитного потока включает в себя, по меньшей мере, один постоянный магнит на нижней поверхности, тогда как нижняя вращающаяся пластина возбуждения включает в себя, по меньшей мере, один постоянный магнит на верхней поверхности. Третья или поршневая пластина возбуждения должна в таком случае, соответственно, включать в себя, по меньшей мере, один электромагнит на каждой из своих поверхностей, противостоящих магнитным поверхностям верхней и нижней вращающихся пластин возбуждения. Поршневая пластина возбуждения должна перемещаться вверх и вниз вдоль оси, перпендикулярной поверхностям вращающихся пластин возбуждения.
Дополнительный вариант осуществления модуля электромагнитного потока, который может быть использован вместо модуля 102 постоянного магнитного потока, описанного в связи с фиг.1, использует вращающийся модуль однократного действия, включающий в себя только одну вращающуюся пластину возбуждения (т.е. либо верхнюю вращающуюся пластину возбуждения, либо нижнюю вращающуюся пластину возбуждения), взаимодействующую с поршневой пластиной возбуждения, которая перемещается вдоль оси, перпендикулярной поверхности вращающейся пластины возбуждения, но не вращается вокруг этой оси. Как и в вышеописанном модуле, одна поверхность вращающейся магнитной пластины возбуждения должна включать в себя, по меньшей мере, один электромагнит, а поршневая пластина возбуждения должна включать в себя, по меньшей мере, один электромагнит на поверхности, противостоящей магнитной поверхности вращающейся пластины возбуждения.
Отметим, что даже в вышеописанном варианте осуществления, включающем в себя электромагниты, пластины возбуждения перемещаются для того, чтобы совместить магниты требуемой полярности с магнитами на поршневой пластине, чтобы создать требуемые действия по магнитному питанию.
Магнитный коленчатый вал
В качестве альтернативы корпусы 131, 231 коленчатого вала и коленчатые валы 136, 236, 436, описанные в данном документе, могут быть заменены на компоновку магнитного коленчатого вала. Более конкретно, поскольку двигатели 100, 200, 300, 400 не требуют картера, заполненного масляной смазкой или маслом в качестве охладителя определенного типа (т.е. какое используется в стандартных дизельных/карбюраторных двигателях), имеется значительное свободное пространство вокруг коленчатого вала приводного механизма. Это свободное пространство вокруг коленчатого вала может быть использовано множеством различных способов. Например, должна быть возможность в любом вышеприведенном варианте осуществления, иллюстрирующем один коленчатый вал, заменить этот коленчатый вал на один магнитный коленчатый вал и соответствующий магнитный корпус, причем этот корпус создает устройство упорного подшипника или центрирования для способствования осевому перемещению коленчатого вала в ходе работы.
Альтернативно, приводные механизмы любого из вышеописанных вариантов осуществления могут быть заменены на коленчатый вал, имеющий постоянные магниты, который должен вращаться с корпусом коленчатого вала и взаимодействовать с блоками катушечных обмоток, размещенных в коленчатом вале, тем самым создавая динамо постоянного тока. Дополнительно, приводные механизмы любого из вышеописанных вариантов осуществления могут быть заменены на коленчатый вал, имеющий постоянные магниты, который должен вращаться с корпусом коленчатого вала и взаимодействовать с блоками катушечных обмоток, размещенных в корпусе коленчатого вала, чтобы создавать генератор переменного тока.
Ссылаясь теперь на фиг.98А-98С, показан корпус 500 коленчатого вала, включающий в себя магнитную часть, так чтобы прилагать силу плеча 11 коленчатого вала в ходе периодов перехода между BDC- и TDC-позициями. Корпус 500 коленчатого вала включает в себя нижнюю часть приводного механизма. Например, в корпусе 500 содержатся кулачки и переключатели, аналогичные описанным выше в связи с двигателем 400. Это не предназначено для того, чтобы быть ограничивающим, поскольку любой из приводных механизмов двигателей 100, 200, 300, 400 может быть дополнен с помощью магнитно усовершенствованного коленчатого вала в сборе.
Корпус 500 коленчатого вала включает в себя нижние части шпилек 127 INOX, используемых для того, чтобы собирать двигатели настоящих вариантов осуществления. Дополнительно, корпус 500 коленчатого вала включает в себя несущие пластины 500а и 500f, которые поддерживают коленчатый вал 502. Несущие пластины 500а, 500f включают в себя роликовые подшипники в центре, чтобы поддерживать и обеспечивать вращение коленчатого вала 502. Помимо этого, корпус 500 дополнительно включает в себя магнитные несущие пластины 500b и 500е, которые включают в себя магнитные части 506а, 506d, 508a, 508d, размещенные только в BDC- и TDC-позициях (т.е. рядом с точками 0° и 180° вращения коленчатого вала 502). Несущие пластины 500b, 500е дополнительно включают в себя роликовые подшипники в центре, чтобы поддерживать и обеспечивать вращение коленчатого вала 502. Роликовые подшипники, размещенные в несущих опорных пластинах 500а, 500b, 500е, 500f, дополнительно помогают центрировать работу механизма возвратно-поступательного движения магнитного коленчатого вала 502.
Дополнительно, магнитные пластины 500с и 500d, включающие в себя магнитные части 506b, 506с, 508b, 508с, включены в корпус 500 коленчатого вала. Магнитные пластины 500с и 500d включают в себя открытые сквозные части, через которые может вращаться часть шатунной шейки коленчатого вала 502. Пластины 500a-500f размещены в корпусе 500 коленчатого вала, как показано на фиг.98В. В одном проиллюстрированном конкретном примере только четыре однополюсных ориентированных магнита размещаются в каждой из верхней и нижней позиций пластин 500В-500Е. Тем не менее, это не предназначено для того, чтобы быть ограничивающим, поскольку большее или меньшее число магнитов может быть использовано в этих позициях.
Чтобы добавить толкающую силу к вращению коленчатого вала в BDC- и TDC-позициях, коленчатый вал имеет установленные магнитные диски 502а, 502b, 502с и 502d рядом с шатунными шейками. Более конкретно, как показано на фиг.98В, магнитные диски установлены в парах 502а, 502b и 502с, 502d между парами 500b, 500с и 500d, 500e магнитных пластин, соответственно. Магнитные диски 502а, 502b, 502с, 502d включают в себя одну секцию магнитов 510a-d, установленных в них. Магниты 510a-d, установленные в них, размещены так, чтобы взаимодействовать с магнитными частями 506a-d, 508a-d на пластинах 500b-500е рядом с BDC- TDC-позициями (но не одновременно в обоих). Поскольку нет магнитов, размещенных на пластинах 500b-500е в позициях, отличных от BDC- и TDC-позиций, магниты 510a-d магнитно взаимодействуют только в этих позициях. В предпочтительном варианте осуществления магниты 506a-d, 508a-d, 510a-d установлены под углом между 10° и 30° относительно поверхности, которая поддерживает их. В более предпочтительном варианте осуществления лицевые поверхности магнитов установлены под углом 30 градусов к поверхности, которая поддерживает их. Поле, создаваемое посредством этого сборочного смещения, более подробно показано в направлении стрелок от поверхности магнитов на фиг.98В. Магниты на пластинах 502a-d коленчатого вала взаимодействуют с магнитами на пластинах 500b-е корпуса, чтобы добавлять магнитный толчок или давление на инерционно движущийся коленчатый вал в BDC- и TDC-позициях.
Дополнительно, магниты могут быть установлены так, чтобы изначально прилагать притяжение между пластинами, а затем отталкивание. Например, если четыре магнита 506а размещены на пластине 500b, магниты могут быть размещены так, что пара магнитов (+) полярности находится рядом с парой магнитов (-) полярности. Затем четыре магнита на пластине 502а должны быть размещены так, чтобы включать в себя пару магнитов (-) полярности и пару магнитов (+) полярности, с тем, чтобы когда диск 502а достигает TDC-позиции, магниты (+) полярности на одном из дисков 500b, 502а взаимодействовали в режиме притяжения с магнитами (-) полярности на другом из дисков 500b, 502а. Когда диск 502а достигает TDC-позиции, магниты одинаковой полярности на двух дисках 500b, 502b должны быть выровнены, с тем, чтобы налагать силу отталкивания и отталкивать диск 502а, делая систему еще более нестабильной в TDC-позиции. Аналогичные взаимодействия возникают между другими дисками и в BDC-позиции. Вращение коленчатого вала в BDC- и TDC-позициях в результате является эластичным и достаточно плавным, и в движении он вращается более легко.
Дополнительно, магнитный коленчатый вал в сборе, показанный на фиг.98, если модифицирован так, чтобы включать в себя полное кольцо магнитов на каждой из пластин 500b-е и противостоящих магнитов на каждой из пластин 502a-d коленчатого вала, может быть использован для того, чтобы создавать упорный подшипник, который ограничивает осевое перемещение коленчатого вала 502 при работе.
Ссылаясь теперь на фиг.99 и 100, показано два варианта осуществления приводной части двигателя, содержащейся в корпусах 520, 540 коленчатых валов, при этом сами приводные части используются для того, чтобы генерировать электричество, например, посредством формирования электрических динамо. Более конкретно, коленчатые валы 530, 550 включают в себя установленные цилиндры 532, 542, соответственно. Внутри корпуса 520, 540 коленчатого вала дополнительно имеются части 534, 544 катушек, соответственно. Часть 534 катушки иллюстрирует стандартные намотанные катушки, тогда как часть 544 катушки иллюстрирует трехфазную катушку индуктивности.
Цилиндры 532, 542 имеют три встроенные зоны магнитов, помещенных примерно на 120° порознь. Более конкретно, два ряда имеют противоположные полярности, как подробнее проиллюстрировано на фиг.99В и 100В. Вращение цилиндров 532, 542 рядом с катушками 534, 544 генерирует переменный ток в результате чередующихся полярностей магнитных цилиндров 532, 542. Сгенерированный ток может быть использован в системе или помещен на хранение. Корпусы 520, 540 дополнительно включают в себя пластины 520a-f, 540a-f роликовых подшипников, соответственно, чтобы поддерживать коленчатые валы 530, 550.
Дополнительные варианты осуществления
Отметим, что хотя вышеприведенные варианты осуществления описывают либо модули магнитного потока, включающие в себя постоянные магниты, либо модули магнитного потока, включающие в себя электромагниты, не будет выходом за рамки области применения настоящего изобретения создание варианта осуществления, который использует комбинации постоянных магнитов и электромагнитов. Например, в варианте осуществления, использующем две поступательно перемещающиеся и/или вращающиеся пластины возбуждения и поршневую пластину, размещенную между ними, магнитами на поступательно перемещающихся и/или вращающихся пластинах возбуждения могут быть электромагниты, тогда как магнитами на поршневой пластине возбуждения могут быть постоянные магниты, или наоборот.
Дополнительно, хотя большинство вышеприведенных вариантов осуществления описаны как включающие в себя один поршневой шатун, следует отметить, что изобретение использует как минимум один поршневой шатун, прикрепленный к одной шатунной шейке. Кроме того, следует отметить, что любой из вышеописанных двигателей может быть создан с использованием двух или более поршневых шатунов, крепящихся к одной шатунной шейке, как ранее было сделано в двигателях V/STAR. Дополнительно, при нескольких поршневых шатунах модульное расширение может быть достигнуто посредством использования многонаправленных поршневых шатунов.
Кроме того, хотя большинство вышеприведенных вариантов осуществления описано как включающие в себя простой коленчатый вал, имеющий одну шатунную шейку, это не предназначено для того, чтобы быть ограничивающим. Предполагается, что один сложносоставной коленчатый вал, включающий в себя несколько шатунных шеек (т.е. 1, 2, 3, 4, 5,…, n), как показано на фиг.20В, может быть использован для вариантов применения с высокой выходной мощностью. Дополнительно, несколько шатунных шеек и/или несколько поршней предоставляют многонаправленное расширение к настоящему изобретению.
Кроме того, хотя большинство вышеприведенных вариантов осуществления описано как включающие в себя работу одного простого коленчатого вала, это не предназначено для того, чтобы быть ограничивающим. Точнее, один простой коленчатый вал с одной шатунной шейкой был использован для того, чтобы описать базовую работу вышеозначенного изобретения. Тем не менее, некоторые системы двигателей используют несколько коленчатых валов, и в описании настоящего изобретения, содержащегося в данном документе, можно видеть, что несколько коленчатых валов также может быть использовано в связи с настоящим изобретением.
Дополнительно, можно видеть, что если несколько модулей слияния постоянных магнитных потоков должно быть использовано в одном двигателе, так как показано в связи с фиг.48, 49, 70 и 71, поступательно перемещающиеся/вращающиеся пластины могут включать в себя магнит и на верхней, и на нижней поверхностях, чтобы взаимодействовать с несколькими поршневыми пластинами. Например, в этом варианте осуществления верхняя плоская поверхность, к примеру, верхней поступательно перемещающейся пластины возбуждения должна выступать в качестве нижней пластины возбуждения соседнего модуля. Можно видеть, что изменение позиции таких пластин (в ожидании следующей фазы по приведению в действие) может возникать в TDC- и BDC-позициях. В этом случае с помощью пластины, которая является верхней пластиной одного модуля и нижней пластиной другого, когда пластина изменяет позицию, чтобы переключиться из режима притяжения в режим отталкивания в TDC-позиции нижнего модуля, верхняя сторона пластины (т.е. которая является нижней пластиной верхнего модуля) изменяет позицию в ожидании выравнивания для режима притяжения в BDC-позиции этого модуля. Таким образом, дополнительная сила создается без добавления дополнительных пластин возбуждения посредством использования дополнительных магнитов и поршневых пластин. Можно видеть, что вращающиеся пластины возбуждения могут быть использованы в примере, проиллюстрированном выше, вместо поступательно перемещающихся пластин.
Отметим, что другие типы приводных механизмов могут быть использованы. Например, шатунная шейка может иметь магнит, установленный в ней, и датчики Холла и/или другие типы датчиков могут быть установлены в конкретных критических точках цикла вращения коленчатого вала. Датчики могут отправлять сигналы в электронный контроллер, в том числе управляющую логику, PLC и/или программное обеспечение, которое может инициировать приводной механизм (т.е. пневматические цилиндры 109, 128 и/или моторы 305, 405, 325, 425). Предполагается, что все управляющие схемы, синхронизация операций, управление работой, управление питанием, мониторинг, пуск, останов и регулирование изменением частоты вращения двигателя магнитного потока может контролироваться посредством системы мониторинга и контроля с использованием вычислительных машин, известных на настоящее время для работы современных энергетических установок. В этом варианте осуществления кулачки могут быть опущены, поскольку их функция выполняется с помощью программирования и/или логики контроллеров.
Дополнительно, отдельный механизм, электронный или механический, может быть использован для того, чтобы перемещать обе пластины поступательно перемещающегося/вращающегося модуля двойного действия одновременно, например, когда поршневая пластина достигает BDC- и TDC-позиций.
Помимо этого, предполагается, что магнитные двигатели, описанные в данном документе, могут быть реализованы с помощью технологий настоящего времени, а также будущего, при этом масштаб двигателя может варьироваться от микро- и мини-размеров до макси- и макро-размеров, в зависимости от варианта применения, для которого двигатель специально разработан.
Отметим, что в свете вышеизложенного можно видеть, что модули слияния магнитных потоков по настоящему изобретению фактически являются "реакторами" слияния магнитных потоков, которые могут быть использованы отдельно или в различных модульных комбинациях, формирующих механическую энергетическую установку со слиянием потоков.