Амортизатор на основе линейного электродвигателя
SHOCK ABSORBER BASED ON A LINEAR ELECTRIC MOTOR

Область, к которой относится изобретение
Изобретение относится к машиностроению, в частности касается усовершенствования и упрощения конструкции амортизатора.
Уровень техники
Известен «Амортизатор»,  содержащий корпус с основанием и коаксиально размещенным в корпусе цилиндром, в котором установлен с возможностью перемещения поршень со штоком, внутренние полости цилиндра разделены поршнем на надпоршневую и подпоршневую полости и заполнены рабочей жидкостью, кольцевая полость между цилиндром и корпусом заполнена рабочей жидкостью частично, цилиндр снизу закрыт днищем, а сверху закрыт направляющей втулкой, при этом шток пропущен через центральное отверстие в направляющей втулке, вся цилиндропоршневая группа деталей зафиксирована в корпусе круглой гайкой, корпус и шток снабжены проушинами, в поршне и днище смонтированы впускные клапаны, при этом в направляющей втулке выполнено отверстие, соединяющее надпоршневую полость цилиндра с радиальным каналом в направляющей втулке, имеющим торцевой выход в промежуточную полость, которая соединена с переливной трубкой, размещенной в кольцевой полости между цилиндром и корпусом, отличающийся тем, что в направляющей втулке соосно радиальному каналу размещен сердечник, установленный в электромагнитной катушке, при этом конец сердечника напротив торца радиального канала выполнен конусным, а другой конец соединен с возвратной пружиной, при этом электромагнитная катушка соединена с другой электромагнитной катушкой, которая установлена на круглой гайке корпуса и охватывает шток с минимальным зазором, при этом шток состоит из колец постоянного магнита и колец из немагнитного материала, соединенных между собой поочередно стягивающим стержнем из немагнитного материала с резьбовым креплением (патент RU 147995 F16F 9/18, F16F 9/508).
Ее недостаток – сложность и дороговизна конструкции, требующего сложного технического решения, связанного с использованием двух электромагнитных катушек, требующих сложную систему управления, колец постоянного магнита на штоке, не отличающихся высокими прочностными характеристиками, высокой стоимостью в связи с необходимостью применения большого количества колец постоянного магнита, относительно малой эффективностью за счет малой рабочей области электромагнитной системы «электромагнитная катушка – шток с кольцами постоянного магнита».
Известен «Электромагнитный амортизатор с рекуперативным эффектом», содержащий электрогенератор, снабженный корпусом, на внутренней стороне которого закреплены обмотки статора. На внешней стороне ротора закреплены постоянные магниты. Корпус состоит из верхнего цилиндра и трубки с соединительным элементом. Вал ротора выполнен в виде длинного торсиона, нижняя часть которого соосно установлена внутри полого винтового стрежня шарико-винтовой пары. На нижнем торце винтового стержня закреплена вспомогательная опора, включающая в себя скользящую втулку с подшипником. Винтовой стержень имеет наружную резьбу и введен в зацепление с гайкой. Гайка шарико-винтовой пары закреплена на верхнем торце трубки корпуса амортизатора. Между винтовым стержнем и гайкой удерживаются несущие шарики (патент RU 2714331 B60G 13/14, F16F 15/03, F03G 7/08, B60G 13/14, F16F 15/03, F03G 7/08).
Ее недостаток – сложность и дороговизна конструкции, требующего сложного технического решения, связанного с использованием электрогенератора, на ротор которого подается вращающий крутящий момент от длинного торсиона, что снижает надежность его работы при ударных нагрузках, использование постоянных магнитов повышают стоимость конструкции, так же постоянные магниты являются хрупким материалом, что приводит к недолговечности амортизатора в целом.
Известен «Электромагнетический амортизатор», содержащий верхнюю крышку с подвижным штоком, на котором закреплен подвижный магнит, нижнюю крышку с неподвижным магнитом, левитирующие магниты, размещенные между подвижным и неподвижным магнитами, головки крепления. Шток выполнен полым. Магниты установлены на кассетах с центральным и периферийными сквозными отверстиями. Левитирующие кассеты с магнитами нанизаны на стержень, закрепленный на нижней крышке. Кассеты с магнитами концентрично размещены внутри каркаса из немагнитного материала, на который намотана катушка индуктивности. Катушка индуктивности снаружи закрыта электромагнитным экраном (патент RU 2610849 F16F 6/00, F16F 15/03, B60G 13/14).
Ее недостаток – сложность и дороговизна конструкции, требующего сложного технического решения, связанного с использованием подвижных магнитов, левитирующих магнитов, так же необходимо отметить низкую надежность амортизатора в связи с хрупкостью магнитов при работе амортизатора на ударную нагрузку.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту, принятый авторами за прототип является «Электромагнитный амортизатор», состоящий из цилиндрического корпуса, заполненного магнитореологической жидкостью. В корпусе установлен шток с магнитным поршнем. Канал в штоке соединяет между собой штоковую и бесштоковую полости цилиндра. Крышка с уплотнителем содержит магнитный элемент. В крышке и магнитном элементе выполнены каналы, соединяющие полость корпуса со штоковой полостью. Катушки индуктивности охватывают корпус. Одна из катушек индуктивности выполнена из блока полых проводников с возможностью их заполнения магнитореологической жидкостью и выполняет функции концентрации магнитного потока в замкнутом контуре (патент RU 2496035 F16F 9/53, F16F 15/03).
Недостатком данного устройства является сложность и дороговизна конструкции, требующего сложного технического решения, связанного с использованием большого количества магнитов и катушек индуктивности, необходимостью использования магнитореологической жидкости.
Раскрытие изобретения
Задачей предполагаемого изобретения является разработка амортизатора основными частями, которого являются элементы конструкции линейного электродвигателя, позволяющие с высокой степенью надежности выполнять гашение механических колебаний и существенно упрощающие компоновочную схему, и улучающие массогабаритные показатели.
Технический результат заключается в гашении колебаний, поглощении толчков и ударов подвижных элементов колёс, корпуса транспортного средства, а также в упрощении устройства, повышении его надежности и улучшении массогабаритных показателей.
Технический результат достигается при помощи амортизатора на основе линейного электродвигателя, содержащего цилиндрический корпус, катушку индуктивности, причем внутрь цилиндрического ферромагнитного корпуса, на внешней поверхности которого закреплена кольцевая опора, на которую опирается нижний край цилиндрической пружины, установлен магнитопровод,  состоящий из верхнего магнитного полюса и нижнего, к которому прикреплен круглый стержень с цилиндрической полостью в верхней части и головкой крепления в нижней, подшипников скольжения в виде немагнитных втулок, промежуточных магнитных полюсов и намагничивающей катушки; внутри магнитопровода установлен наборный якорь, выполненный из немагнитного стержня, магнитных втулок и немагнитных колец, один конец наборного якоря соединен с верхней опорой.
Новизна технического решения обусловлена тем, тем, что внутрь цилиндрического ферромагнитного корпуса, на внешней поверхности которого закреплена кольцевая опора, на которую опирается нижний край цилиндрической пружины, установлен магнитопровод,  состоящий из верхнего магнитного полюса и нижнего, к  которому прикреплен круглый стержень с цилиндрической полостью в верхней части и головкой крепления в нижней, немагнитных подшипников скольжения, промежуточных магнитных полюсов и намагничивающей катушки; внутри магнитопровода установлен наборный якорь, выполненный из немагнитного стержня, магнитных втулок и немагнитных колец, один конец якоря соединен с верхней опорой.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен чертеж амортизатора на основе линейного электродвигателя в исходном положении с вертикальным фронтальным разрезом одной половины конструкции.
На фиг. 2 представлен сборочный чертеж амортизатора на основе линейного электродвигателя с вертикальным фронтальным разрезом одной половины конструкции и перемещенным корпусом вверх.
На фиг. 3 представлен сборочный чертеж амортизатора на основе линейного электродвигателя с вертикальным фронтальным разрезом одной половины конструкции и нанесением усредненных магнитных потоков.
Осуществление изобретения
Амортизатор на основе линейного электродвигателя (фиг.1) содержит ферромагнитный корпус 1, на внешней поверхности которого закреплена кольцевая опора 2, на которую опирается нижний конец цилиндрической пружины 3, противоположный конец пружины упирается в верхнюю опору 4, которая соединяется с концом наборного якоря 5, состоящего из, немагнитных колец 6, магнитных втулок 7, соединенных при помощи резьбы с немагнитным стержнем 8. Внешняя поверхность наборного якоря передвигается по немагнитным подшипникам скольжения 9,  которые служат одновременно элементами крепежа для промежуточных магнитных полюсов 10, верхнего 11 и нижнего 12 магнитных полюсов, образующих в совокупности магнитопровод статора 13, на внешнюю поверхность магнитопровода наматывается намагничивающая катушка 14, а к нижнему магнитному полюсу крепится круглый стержень 15, с цилиндрической полостью в верхней части 16 и головкой крепления 17, которая соединена со стержнем  резьбовым соединением на торцевом конце.
Амортизатор на основе линейного электродвигателя работает следующим образом (фиг. 2, 3). При наезде колеса на кочку под действием возникшего усилия, направленного вверх, головка крепления 17 давит на круглый стержень 15 и нижний полюс 12, при этом статор линейного электродвигателя 13 перемещается наверх, сжимая – деформируя цилиндрическую пружину 3, в результате наборный якорь 5 остается неподвижным и входит в цилиндрическую полость 16 круглого стержня 15. Далее цилиндрическая пружина 3, под действие силы упругости, начинает разжиматься и перемещать статор 13 вниз. Как только верхние торцы магнитных втулок 7, наборного якоря 5, займут положение посередине немагнитных подшипников скольжения 9, на намагничивающую катушку 14 подается напряжение от источника питания. По обмотке намагничивающей катушки 14 начинает протекать электрический ток, который вызывает, появление суммарного магнитного потока Ф.  Суммарный магнитный поток Ф, замыкаясь по элементам магнитопровода статора 13, и встречая на своем пути немагнитные подшипники скольжения 9, разделяется на три магнитных потока: Ф1 – поток, проходящий по элементам статора 13; Ф2 – поток, в рабочем зазоре, создающий тяговое усилие, направленное вверх, на наборном якоре 5; Ф3 – поток, пересекающий воздушный зазор и проходящий по элементам наборного якоря 5. Возникающее тяговое усилие, созданное магнитным потоком Ф2, компенсирует силу упругости, возникающую при деформации  цилиндрической пружины 3 и препятствует дальнейшему продвижению статора вниз, тем самым гася колебания цилиндрической пружины 3. Как только тяговое усилие, возникающее на наборном якоре 5, и сила упругой деформации цилиндрической пружины 3 уравновешиваются, напряжение на намагничивающей катушке 14 отключается, и амортизатор на основе линейного электродвигателя переходит в исходное состояние.
Эффективность функционирования амортизатора на основе линейного электродвигателя зависит от правильного подбора разнообразных датчиков и режима работы электрической схемы управления.
Таким образом, технический результат изобретения позволяет гасить колебания, поглощать толчки и удары подвижных элементов колеса, упростить конструкцию, повысить её надежность и улучшить массогабаритные показатели.