ДВИГАТЕЛЬ НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ

Полезная модель относится к магнитным двигателям и может быть использована в качестве привода различных машин и механизмов, в том числе в качестве привода электрогенераторов.
Известен двигатель на постоянных магнитах, содержащий, по меньшей мере, неподвижный металлический экран, а также два дискообразных кинематически соединенных друг с другом с возможностью их встречного вращательного движения ротора, оси вращения которых параллельны, и с наружной поверхностью каждого из которых соединены постоянные магниты, установленные с одинаковым шагом по окружности с чередованием полярности их сторон, обращенных в противоположную от соответствующей оси вращения ротора сторону, (см. свидетельство РФ на полезную модель №13856, Шапошников О.П., H 02 N 11/00, опубл. 27.05.2000). Основным недостатком известного решения является то, что экран выполнен плоским, в виде стальной пластины, установленной перпендикулярно межосевой плоскости, содержащей оси вращения роторов. В этом случае магниты, расположенные в точке наибольшего сближения между роторами (в так называемой мертвой зоне, где равнодействующая сил магнитных полей этих магнитов равна нулю), будут притягиваться к экрану сильнее, чем ближайшие к ним со стороны расположения экрана магниты, установленные на тех же роторах, что приведет к возникновению тормозящих крутящих моментов (направленных противоположно заданному направлению роторов), и, как следствие, к снижению эффективности работы двигателя и сравнительно быстрому затуханию вращения роторов. Данная проблема, не упомянутая в описании известной полезной модели, предположительно может быть решена частично за счет уменьшения шага установки магнитов, однако в этом случае при установке магнитов с чередующейся полярностью их «рабочих» сторон с маленьким шагом в зоне между роторами может происходить не только отталкивание магнитов с однополярными «рабочими» сторонами, но и притягивание установленных на разных роторах магнитов с разнополярными «рабочими» сторонами, что опять же приведет к возникновению тормозящих крутящих моментов и, следовательно, к снижению эффективности работы двигателя и сравнительно быстрому затуханию вращения роторов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является двигатель на постоянных магнитах, описанный в выложенной заявке Германии №3401244, Хельмут Кернер, Н 02 К 53/00, опубл. 06.07.1989. Указанный двигатель
содержит, по меньшей мере, металлический экран, а также кинематически соединенные друг с другом с возможностью их встречного вращательного движения первый и второй роторы, оси вращения которых параллельны, и на цилиндрической наружной поверхности каждого из которых с одинаковым шагом установлены постоянные магниты. При этом в указанном двигателе вращение роторов осуществляется за счет действия в зоне между этими роторами магнитных полей притяжения, т.е. на каждом роторе, взятом в отдельности, «рабочие» стороны магниты имеют одинаковую полярность (например, «рабочие» стороны всех магнитов на роторе имеют полярность N или S), но по отношению к магнитам другого ротора полярность их «рабочих» сторон противоположна (т.е., например, на одном роторе - полярность N, а на другом - S). Кроме того, металлический экран выполнен подвижным для изменения направления вращения роторов при необходимости. Основным недостатком известного решения является необходимость выполнения экрана из материала, сильно уменьшающего действие сил магнитного поля (из неметалла), в результате чего взаимодействие между установленными на роторах магнитами происходит только до точки их наибольшего сближения. Соответственно, зона создания крутящего момента существенно сужается, что в отрицательную сторону отражается на эффективности работы двигателя (на величине снимаемого с выходного вала момента). Если же изготавливать экран из металла, установленные на расходящихся частях роторов магниты будут взаимодействовать с экраном (притягиваться к нему), что приведет к возникновению тормозящих моментов вращения, направленных противоположно заданному направлению вращения роторов, и, как следствие, к потере эффективности работы двигателя (уменьшению снимаемого с него крутящего момента и сравнительно быстрому затуханию вращения роторов).
Целью настоящей полезной модели является расширение арсенала двигателей на постоянных магнитах, а также повышение эффективности работы двигателя за счет увеличения снимаемого с него крутящего момента с одновременным обеспечением насколько возможно длительного периода вращения его роторов.
Указанная цель достигается в двигателе на постоянных магнитах, который содержит, по меньшей мере, металлический экран а также кинематически соединенные друг с другом с возможностью их встречного вращательного движения первый и второй роторы, оси вращения которых параллельны, и на цилиндрической наружной поверхности каждого из которых с одинаковым шагом установлены постоянные магниты, и в котором, согласно полезной модели, экран неподвижно установлен между роторами с одной из сторон от межосевой плоскости, содержащей оси их вращения, в зоне сближения
магнитов и выполнен с возможностью обеспечения притяжения к нему магнитов вплоть до точки их наибольшего сближения, лежащей в межосевой плоскости, и с возможностью исключения взаимодействия сближающихся магнитов на первом и втором роторах между собой в зоне его расположения, и при этом шаг установки магнитов на роторах выбран таким образом, что при расположении одного из магнитов на роторе в упомянутой точке наибольшего сближения ближайший к нему со стороны расположения экрана магнит расположен в начале зоны действия экрана в точке, где сила притяжения между ним и экраном равна силе притяжения между экраном и магнитом, расположенным в точке наибольшего сближения, и при этом на каждом роторе магниты установлены с возможностью взаимодействия с магнитами другого ротора магнитными полями отталкивания в зоне между роторами за пределами зоны расположения экрана.
Предпочтительно, экран выполнен в виде двух одинаковых участков цилиндрической поверхности, сопряженных по образующей, параллельной осям вращения роторов.
Также предпочтительно, экран установлен с постоянным зазором относительно наружной поверхности каждого ротора.
Кроме того, двигатель может содержать два дополнительных ротора, установленных на валах вращения первого и второго роторов, и при этом на цилиндрической наружной поверхности каждого дополнительного ротора с одинаковым шагом установлены постоянные магниты, шаг установки и размеры которых идентичны шагу установки и размерам магнитов, установленных на поверхностях первого и второго роторов, причем длина металлического экрана не меньше расстояния между двумя противоположными торцевыми поверхностями двух роторов, установленных на одном валу, а магниты на дополнительных роторах взаимодействуют в зоне между этими роторами своими полями отталкивания за пределами зоны расположения экрана.
Полезная модель поясняется далее более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
- на фиг.1 - пример реализации двигателя на постоянных магнитах в соответствии с полезной моделью, вид сбоку;
- на фиг.2 - частный случай выполнения двигателя с двумя основными и двумя дополнительными роторами, аксонометрия;
на фиг.3 - то же, что на фиг.2, вид сбоку.
Как показано на фиг.1, двигатель содержит два по существу одинаковых ротора 1 и 2, наружная поверхность каждого из которых имеет цилиндрическую форму, и оси вращения 10 и 11 которых параллельны. Роторы 1 и 2 кинематически соединены друг с другом с возможностью их встречного вращательного движения (направление показано стрелками), например, посредством зубчатой передачи (на фиг.1 не показана). Кроме того, с одним из роторов соединен выходной вал двигателя (вал съема мощности - на фиг.1 также не показан).
На наружной поверхности каждого из роторов 1 и 2 с одинаковым шагом установлены постоянные магниты 5 и 6 таким образом, что в точке их наибольшего сближения они лежат в межосевой плоскости, содержащей оси вращения 10 и 11 роторов 1 и 2. Полярность «рабочих» (т.е. обращенных в сторону, противоположную оси вращения соответствующего ротора) сторон магнитов выбрана таким образом, что у каждых двух магнитов 5 и 6, расположенных в точке наибольшего сближения полярность «рабочих» сторон одинакова. Причем полярность «рабочих» сторон может быть как одинаковой для всех магнитов 5 и 6 (например, полярность N у всех магнитов 5 и 6 или у всех - S), так и может чередоваться, т.е., например, по меньшей мере у одной пары магнитов 5 и 6, совместно оказывающихся в точке наибольшего сближения, полярность «рабочих» сторон N, а у другой, по меньшей мере одной, пары магнитов 5 и 6, также совместно оказывающейся в точке наибольшего сближения, полярность может быть S.
Кроме того, как показано на фиг.1, двигатель также содержит металлический экран 9, выполненный в виде двух одинаковых участков цилиндрической поверхности, сопряженных по образующей, параллельной осям вращения 10 и 11 роторов 1 и 2. При этом экран 9 установлен неподвижно между роторами 1 и 2 с одной из сторон от плоскости, содержащей оси их вращения 10 и 11. Более конкретно, экран 9 установлен в зоне сближения магнитов 5 и 6, обеспечивая притяжение к нему этих магнитов вплоть до точки их наибольшего сближения, лежащей в межосевой плоскости, и исключая взаимодействие этих магнитов между собой в зоне расположения экрана 9. При этом шаг установки магнитов выбирается таким образом, что при расположении одного из магнитов 5 или 6 в упомянутой точке наибольшего сближения ближайший к нему со стороны расположения экрана 9 магнит на том же роторе расположен в начале зоны действия экрана 9 в точке, где сила притяжения между ним и экраном 9 равна силе притяжения между экраном 9 и магнитом 5 (или 6), расположенным в точке наибольшего сближения. За счет такой установки магнитов 5 и 6 прохождение ими точки наибольшего сближения (мертвой зоны) происходит без возникновения тормозящих крутящих
моментов, приводящих на предшествующем уровне техники к снижению эффективности работы подобных двигателей. В предпочтительном случае реализации полезной модели для обеспечения наибольшей эффективности работы, экран 9 следует устанавливать с постоянным зазором относительно наружной поверхности ротора 1 и наружной поверхности ротора 2. Также целесообразно, чтобы зазоры между экраном 9 и наружной поверхностью ротора 1 и ротора 2 были равны между собой.
В одном из возможных частных случаев осуществления полезной модели, показанном на фиг.2 и фиг.3, на валах вращения роторов 1 и 2 также установлены дополнительные роторы 3 и 4, на цилиндрической наружной поверхности каждого из которых установлены постоянные магниты 7 и 8. Шаг установки магнитов 7 и 8 на поверхностях роторов 3 и 4, а также их размеры и полярность их «рабочих» сторон идентичны шагу установки, размерам и полярности «рабочих» сторон магнитов 5 и 6, установленных на поверхностях роторов 1 и 2. В этом случае длина экрана 9 должна быть не меньше, чем расстояние между двумя противоположными торцевыми поверхностями роторов, установленных на одном валу (соответственно, роторов 1 и 3 или 2 и 4). Кроме того, роторы 3 и 4 предпочтительно, но не обязательно, устанавливать относительно роторов 1 и 2, соответственно, таким образом, чтобы каждый магнит 8 лежал на прямой, проходящей посередине между двумя соседними магнитами 6 ротора 2, а каждый магнит 7 - на прямой, проходящей посередине между двумя соседними магнитами 5 ротора 1.
Двигатель на постоянных магнитах работает следующим образом.
Запуск двигателя осуществляют приложением незначительного усилия для выведения роторов 1 и 2 (а также, в частном случае, соединенных с ними роторов 3 и 4) из состояния равновесия. После запуска между роторами 1 и 2 образуются три зоны - зона действия экрана 9, мертвая зона и рабочая зона. В зоне действия экрана 9 сближающиеся магниты 5 и 6 не взаимодействуют между собой, а притягиваются к соответствующим частям экрана 9. Мертвая зона характеризуется тем, что магниты 5 и 6 находятся на наименьшем расстоянии друг от друга, а притяжение этих магнитов к экрану 9 полностью компенсируется притяжением следующих за ними магнитов 5 и 6 к экрану 9 в начале зоны его действия, вследствие чего равнодействующая в этой зоне равна нулю и магнитные силовые поля магнитов 5 и 6 в точке наибольшего сближения не оказывают влияния на вращение роторов 1 и 2. После выхода из мертвой зоны магниты 5 и 6 попадают в рабочую зону, в которой за счет действия полей отталкивания этих магнитов роторам 1 и 2 сообщается крутящий момент. Взаимодействие магнитов 7 и 8 на роторах 3 и 4 происходит идентичным образом. В результате прохождения магнитов 5, 6, 7 и 8
соответствующих им зон действия экрана 9, мертвых зон и рабочих зон за счет отсутствия в данной схеме тормозящих крутящих моментов обеспечивается вращательное движение роторов 1, 2, 3 и 4 в заданном направлении в течение длительного периода, во время которого крутящий момент передается также на выходной вал двигателя, посредством которого производится передача механической энергии внешним устройствам.
Следует также отметить, что роторы 1-4 могут иметь не только круглое поперечное сечение, как это показано на фиг.1-3, но и эллиптическое. Кроме того, специалисту очевидно, что точное количество постоянных магнитов 5-8, а также их форма и массогабаритные характеристики могут быть легко подобраны, исходя из конкретных условий решаемой задачи (исходя из заданного момента вращения выходного вала двигателя). Эти и другие возможные незначительные уточнения и усовершенствования, тем не менее, не выходят за рамки объема притязаний, полностью определяемого прилагаемой формулой.