ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ АМОРТИЗАТОР
ELECTROMAGNETIC SHOCK ABSORBER

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к подвеске наземных транспортных средств. Электромагнитный амортизатор может быть использован для гашения колебательных движений кузова и преобразования энергии колебания последнего в электрическую энергию, повышая тем самым эффективность энергоустановки.
Известен, например, гидравлический амортизатор (патент РФ №2084721, МПК F16F 9/53, 1997), содержащий корпус, заполненный магнитореологической жидкостью, установленный в нем цилиндр с днищем, имеющим каналы, крышку с уплотнителем и катушки индуктивности. Внутри цилиндра помещен поршень со штоком. Поршень и днище выполнены из ферримагнитного материала, а катушки индуктивности выполнены таким образом, что одна из них охватывает цилиндр, а другая корпус. Недостатком известного амортизатора являются низкие технологические возможности как преобразователя электрической энергии, что обусловлено отсутствием в нем замкнутого силового контура.
Известен гидравлический амортизатор с корпусом, заполненным магнитореологической жидкостью (патент РФ №2204067, МПК F16F 6/00, 2003). В нем установлен цилиндр с магнитным днищем, каналами и штоком с магнитным поршнем. На корпусе и цилиндре установлены катушки индуктивности. Крышка с уплотнителем содержит магнитный элемент. Магнитный элемент и крышка имеют каналы, входящие в полость корпуса и обеспечивающие замкнутый поток магнитореологической жидкости.
Недостатком известного амортизатора является то, что он применим только для двухтрубной схемы амортизаторов и имеет в связи с этим невысокую эксплуатационную надежность и низкую производительность.
Известен магнитный амортизатор (патент РФ №2286491, МПК F16F 6/00, 2005), содержащий корпус, шток и два ряда постоянных магнитов, который также содержит установленный на штоке и состоящий из двух половин поршень с каналами, соединяющими верхнюю и нижнюю гидравлические полости. Между половинками поршня размещена, выполненная в виде короткозамкнутого витка, обмотка электромагнита. Два ряда постоянных магнитов размещены на наружной поверхности корпуса и обращены друг к другу разноименными полюсами. Недостатком известного амортизатора является имеющаяся сложность конструкции и невысокая производительность.
Известен магнитный амортизатор (Заявка на патент РФ: 2005135383/11, 14.11.2005) цилиндрической формы, внутри которого содержится несколько подвижных круглых магнитных шайб с калиброванными сквозными каналами, оси которых параллельны продольной оси амортизатора, каждая пара которых повернута друг к другу своими одноименными полюсами, а также поршень в форме круглой магнитной шайбы, соединенный со штоком. Недостатком такого известного амортизатора является невозможность преобразования механической энергии в другие формы энергии.
Известен магнитный амортизатор (патент РФ №2298118, опубликован: 27.04.2007), содержащий корпус цилиндрической формы, закрытый с обеих сторон крышками. Корпус и крышки выполнены из немагнитного материала. Одна из крышек имеет головку крепления, а в отверстие другой вставлен шток, имеющий на наружном конце головку крепления. Необычным в известном амортизаторе является то, что внутрь цилиндрического корпуса вставлены: поршень, соединенный со штоком, выполненный в форме круглой магнитной шайбы и имеющий калиброванные каналы, продольная ось каждого из которых параллельна продольной оси поршня; неподвижная круглая магнитная шайба, привернутая болтами к крышке с головкой крепления; несколько подвижных круглых магнитных шайб, одинаковых по конструкции, установленных между поршнем и неподвижной круглой магнитной шайбой, каждая из которых имеет калиброванные сквозные каналы, оси которых параллельны продольной оси амортизатора. Вектор магнитной индукции каждой круглой магнитной шайбы совпадает с продольной осью амортизатора. Каждая пара стоящих рядом круглых магнитных шайб повернута друг к другу своими одноименными полюсами. Известным магнитным амортизатором достигается повышение надежности и долговечности, а также возможности демпфирования больших по величине сил. Однако недостатком его является невозможность преобразования механической энергии в другие формы энергии.
Известен также амортизатор, принятый за прототип (патент DE №19647031, МПК H02K 35/00, 1997), выполняющий функцию линейного генератора для выработки энергии.
Этот известный амортизатор (1) содержит поршень (2) с постоянным магнитом, размещенный в рабочем цилиндрическом, закрытом крышками по торцам корпусе (защитном кожухе) (3), выполненном из немагнитного материала, катушки индуктивности (4), расположенные вокруг защитного кожуха (3), поршня (2) и дополнительно вокруг защитной трубки (6); постоянные магниты (5), расположенные на защитной трубке (6), изготовленной из немагнитного материала. Перечисленные выше элементы расположены внутри демпфирующей колебания пружины (на рисунке не изображена), которая закреплена между чашками, прикрепленными к защитной трубке (6) и к защитному кожуху (3). Изображенные треугольниками перепускные клапаны в поршне (клапан отдачи - слева, клапан сжатия - справа) обеспечивают перемещение при колебаниях рабочей амортизаторной жидкости между полостями защитного кожуха.
Работает амортизатор следующим образом. При возникновении сжимающего амортизатор усилия колебаний между проушинами поршень, соединенный со штоком, защитная трубка и защитный кожух начнут взаимно перемещаться. При пропадании этого усилия за счет действия пружины первоначальное взаимное расположение между этими элементами восстановится. Таким образом, при возвратно-поступательном движении проходящий через катушки индуктивности защитного кожуха и защитной трубки магнитный поток постоянных магнитов, расположенных на движущихся поршне и на защитной трубке, изменяется. В соответствии с законом электромагнитной индукции в их обмотках будет наводиться электродвижущая сила, пропорциональная скорости изменения магнитного потока.
Известный амортизатор характеризуется двумя эксплуатационными недостатками: ограниченный срок службы, обусловленный износом и поломкой перепускных клапанных механизмов в поршне, усталостью металла демпфирующей пружины, вследствие которой она подвержена поломке или остаточной деформации, и износом трущихся поверхностей защитного кожуха поршня, приводящим к задирам, загрязнению жидкости механическими примесями, износу сальников штока, что приводит к утечке масла. Также недостатком является и невысокая производительность электроэнергии, обусловленная малым количеством витков в катушках индуктивности.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в устранении указанных недостатков, а именно: повышение надежности и обеспечение большей производительности электроэнергии.
Поставленная задача достигается тем, что в известном электромагнитном амортизаторе, содержащем закрытый крышками с торцов цилиндрический корпус, выполненный из немагнитного материала, с расположенной на его наружной поверхности катушкой индуктивности; подвижные магнитные элементы, размещенные с внутренней стороны относительно данного корпуса с данной катушкой индуктивности, расположенной на его наружной поверхности; жесткие связи передачи на данный амортизатор внешних периодических знакопеременных нагрузок, которые сопряжены с противоположных сторон корпуса соответственно с одним из подвижных магнитных элементов корпуса, через центральное отверстие соответствующей крышки, с одной из его сторон и с другой крышкой корпуса с другой, а также содержащий дополнительную катушку индуктивности, в отличие от него, в заявляемом электромагнитном амортизаторе подвижные магнитные элементы в корпусе выполнены в виде подвижных магнитных шайб, насаженных свободно по всей высоте корпуса на цилиндрическую немагнитную трубку, установленную жестко на сплошной крышке корпуса по его оси по всей высоте корпуса. Причем каждая пара данных магнитных шайб ориентирована к смежной паре одноименными полюсами, а крайние магнитные шайбы жестко закреплены соответственно к каждой крышке корпуса. Жесткая связь, расположенная со стороны крышки корпуса с центральным отверстием, прикреплена к стакану, вмонтированному в данное отверстие крышки, который сочленен с крайней подвижной магнитной шайбой. Дополнительная катушка индуктивности размещена внутри упомянутой цилиндрической немагнитной трубки по всей ее высоте и установлена на ее внутреннем цилиндрическом стержне, прикрепленном к сплошной крышке корпуса. Причем обе катушки индуктивности соединены между собой таким образом, что индуктируемая в них при перемещении магнитных шайб электродвижущая сила суммируется.
В основу изобретения положена задача повысить энергоэффективность известных электромагнитных амортизаторов, т.е. обеспечить большую производительность электроэнергии. Предложенный амортизатор по сравнению с прототипом, за счет совокупности разнонаправленных подвижных магнитных элементов, насаженных свободно по всей высоте корпуса на цилиндрическую немагнитную трубку, установленную жестко на сплошной крышке корпуса по его оси по всей его высоте, имеет более простую конструкцию, является более долговечным, дешевым, обладает большей надежностью, т.к. в нем отсутствуют: демпферная пружина, рабочая жидкость, перепускные клапана, уплотнительные сальники штока. Предложенный амортизатор, по сравнению с прототипом, имеет большую производительность электроэнергии, обеспеченную за счет того, что конструктивно увеличено число витков, установленных по всей высоте корпуса, и соответственно число этих витков, пересекаемых магнитными линиями магнитных шайб при перемещении последних.
Электромагнитный амортизатор может быть использован на любых наземных транспортных средствах - мотоциклах, легковых и грузовых автомобилях. Помимо выработки дополнительной электроэнергии, преимуществом предложенного амортизатора по сравнению с гидравлическими является большая надежность, т.к. нет необходимости в наличии масла. Следовательно, отсутствуют уплотнители, сальники и пр., т.е. увеличивается срок службы и достигается независимость усилия сжатия-растяжения от температуры окружающей среды, простота устройства, достаточная реакция на неровности дороги и относительно высокая стабильность рабочих характеристик, а также обеспечивается высокая устойчивость к размагничиванию современных магнитов на основе использования редкоземельных металлов (не является объектом притязаний, является НОУ-ХАУ), около 2% за десять лет (для неодимовых постоянных магнитов).
Таким образом, за счет того, что в предложенной конструкции электромагнитного амортизатора по сравнению с прототипом увеличено число катушек индуктивности, и соответственно, число витков пересекаемых магнитным потоком магнитных шайб при взаимном перемещении последних, обеспечивается большая производительность электроэнергии.
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами: на фиг. 1 представлено продольное сечение электромагнитного амортизатора, на фиг. 2 - его вид сверху.
Заявляемый электромагнитный амортизатор содержит немагнитный цилиндрической формы корпус (1) (цилиндр), закрытый с обеих торцевых сторон крышками (2 и 2'), в верхней из которых (2) по центру имеется центральное отверстие (3); катушку индуктивности (4), расположенную на нем; прикрепленную на сварке (не показана) к сплошной крышке (2') немагнитную трубку (5), стержень (6) внутри нее, установленный жестко на крышке (2'), с катушкой индуктивности (7) на нем, магнитные шайбы (8), каждая пара которых ориентирована к другой паре своими одноименными полюсами. При этом шайбы свободно надеты (с зазором) на немагнитную трубку (5) таким образом, что могут легко перемещаться вдоль нее. Причем крайние магнитные шайбы жестко закреплены соответственно к обеим крышкам цилиндра. Устройство также содержит стакан (9), сочлененный через центральное отверстие (3) с крайней соответствующей подвижной шайбой, находящейся на немагнитной трубке (5), проушину (10), прикрепленную к стакану (9), и проушину (11), прикрепленную к центру сплошной крышки (7') с внешней стороны, образующие жесткие связи передачи на электромагнитный амортизатор внешних периодических знакопеременных нагрузок. Вектор магнитной индукции каждой шайбы совпадает с продольной осью амортизатора. Причем обе катушки индуктивности (4) и (7) соединены между собой таким образом, что индуктируемая в них при перемещении магнитных шайб (8) электродвижущая сила суммируется.
Электромагнитный амортизатор работает следующим образом. При воздействии сжимающего усилия на проушину (11) и проушину (10) все подвижные магнитные шайбы (8) начнут перемещаться к магнитной шайбе, жестко соединенной со сплошной крышкой (2'). При этом расстояние между ними будет уменьшаться, а силы магнитного отталкивания одноименных полюсов шайб будут возрастать. При снятии сжимающего усилия, за счет магнитных сил отталкивания, данные шайбы вернутся в исходное состояние. При таком возвратно-поступательном перемещении магнитных шайб (8) их магнитный поток будет пересекать обе катушки индуктивности (4) и (7) и, следовательно, в них по закону электромагнитной индукции будет индуцироваться электродвижущая сила.