КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ С ОДНОВРЕМЕННЫМИ ПЕРЕКРЕЩИВАЮЩИМИСЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ ОБОРОТАМИ, МАШИНА И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
OSCILLATORY MECHANISM WITH SIMULTANEOUS INTERSECTING CENTRIFUGAL TURNS, MACHINE AND METHOD OF ITS APPLICATION

Настоящее изобретение относится к колебательному механизму с одновременными перекрещивающимися центробежными оборотами, предназначенному для рекуперации энергии для любого возможного применения.
Изобретение относится также к машине для производства энергии или любого иного применения, содержащей по меньшей мере один такой механизм. Например, эта машина может представлять собой двигатель, генератор или смеситель. В частности, изобретение относится к машине для производства энергии, предпочтительно содержащей несколько механизмов, соединенных параллельно и/или последовательно.
Кроме того, изобретение относится к способу применения этого механизма.
В области механики есть много механизмов передачи движения, таких как планетарные зубчатые передачи или коленчатые валы, подходящих для оснащения машин для производства энергии или любого иного применения. Однако показатели выработки, получаемые посредством известных механизмов, не являются в полной мере удовлетворительными.
Заявитель разработал несколько механизмов рекуперации энергии, таких как уравновешенный механизм, описанный в заявке WO2017064379.
Целью настоящего изобретения является предложение новых механизмов, позволяющих рекуперировать энергию и улучшить характеристики машины.
Соответственно, целью изобретения является механизм, содержащий: основание; маятник, установленный с возможностью поворота относительно основания вокруг оси маятника; первый эксцентриковый элемент, создающий первый момент гравитационной силы относительно первой оси; второй эксцентриковый элемент, создающий второй момент гравитационной силы относительно второй оси; и систему синхронизации для синхронизации первого эксцентрикового элемента и второго эксцентрикового элемента в соответствии с синхронизированным вращательным движением в противоположные стороны; причем: ось маятника и оси эксцентриковых элементов параллельны и лежат в одной плоскости, проходящей через маятник; оси эксцентриковых элементов удерживаются в маятнике соответственно выше и ниже оси маятника; причем когда механизм в работе:
 эксцентриковые элементы могут перемещаться в синхронизированном вращении в противоположные стороны с перекрещивающимися центробежными оборотами,
 маятник попеременно поворачивается в одну сторону, затем в другую, усиливая вращательное движение эксцентриковых элементов посредством одновременных перекрещивающихся осевых усилий маятника, воздействующих на оси указанных эксцентриковых элементов, и путем передачи крутящего момента в систему синхронизации; и
 энергия, производимая за счет центробежного оборота в механизме, может быть рекуперирована путем соединения системы рекуперации энергии с системой синхронизации.
Таким образом, изобретение позволяет производить энергию благодаря силам перекрещивающихся центробежных оборотов, возникающим в результате движений эксцентриковых элементов и движений маятника.
Центробежные силы, создаваемые эксцентриковыми элементами, производят энергию, необходимую для приведения их во вращение. Чем больше увеличиваются центробежные силы, тем в большей степени обеспечивается это вращение.
Поворот маятника позволяет многократно увеличить центробежные силы, создаваемые эксцентриковыми элементами.
В соответствии с другими преимущественными характеристиками механизма согласно изобретению, взятыми отдельно или в сочетании, обеспечивается следующее.
- Оси эксцентриковых элементов расположены на одинаковом расстоянии от оси маятника.
- Вращающиеся в противоположные стороны элементы имеют одинаковую массу и одинаковые размеры.
- Ось маятника и оси эксцентриковых элементов лежат в одной вертикальной плоскости, когда механизм находится в состоянии покоя.
- Эксцентриковые элементы с увеличением расстояния от оси вращения имеют в целом увеличивающееся сечение.
- Эксцентриковые элементы расположены таким образом, что когда механизм в работе, эксцентриковые элементы пересекаются в верхнем и нижнем положениях.
- Эксцентриковые элементы расположены таким образом, что когда механизм в работе, эксцентриковые элементы пересекаются в левом боковом положении и в правом боковом положении. Преимущественно, моменты силы тяжести эксцентриковых элементов имеют одинаковую величину и одинаковое направление, изменяющиеся в зависимости от их углового положения относительно осей; для каждого углового положения эксцентриковых элементов относительно оси механизм имеет сбалансированную конфигурацию в состоянии покоя.
- К нижней части маятника прикреплен противовес, усиливающий его поворот в одну сторону, затем в другую, что усиливает одновременные перекрещивающиеся осевые усилия маятника, воздействующие на оси эксцентриковых элементов, и передачу крутящего момента в систему синхронизации.
- Механизм содержит запорную систему, действующую между конфигурацией запирания эксцентриковых элементов в верхнем положении, в котором она предотвращает описывание ими траектории синхронизированного вращательного движения в противоположные стороны, и конфигурацией высвобождения эксцентриковых элементов, в котором она позволяет им описывать траекторию синхронизированного вращательного движения в противоположные стороны.
- Запорная система содержит поворотный крюк, установленный на маятнике, и зацепляющий элемент, выполненный как одно целое с одним из эксцентриковых элементов.
- Система синхронизации содержит зубчатые колеса, установленные на оси маятника и осях эксцентриковых элементов.
- Система синхронизации содержит:
 первый опорный вал, установленный с возможностью поворота на маятнике, отцентрированный по первой оси и выполненный как одно целое с первым эксцентриковым элементом,
 второй опорный вал, установленный с возможностью поворота на маятнике, отцентрированный по второй оси и выполненный как одно целое со вторым эксцентриковым элементом,
 первое центральное зубчатое колесо и первое промежуточное зубчатое колесо, выполненные как одно целое с первым опорным валом, причем первое центральное зубчатое колесо имеет диаметр и число зубьев, в два раза превышающие диаметр и число зубьев первого промежуточного зубчатого колеса,
 второе центральное зубчатое колесо и второе промежуточное зубчатое колесо, выполненные как одно целое со вторым опорным валом, причем второе центральное зубчатое колесо входит в зацепление с первым центральным зубчатым колесом, причем второе центральное зубчатое колесо имеет диаметр и число зубьев, равные диаметру и числу зубьев первого центрального зубчатого колеса и в два раза превышающие диаметр и число зубьев второго промежуточного зубчатого колеса,
 первый боковой вал и второй боковой вал, отцентрированные по оси маятника,
 первое боковое зубчатое колесо, выполненное как одно целое с первым боковым валом и входящее в зацепление с первым промежуточным зубчатым колесом,
 второе боковое зубчатое колесо, выполненное как одно целое со вторым боковым валом и входящее в зацепление со вторым промежуточным зубчатым колесом,
причем либо первый боковой вал, либо второй боковой вал предназначен для соединения с системой рекуперации энергии.
- В течение одного оборота эксцентриковых элементов на 360° между двумя поворотами маятника зубчатые колеса получают крутящий момент, созданный между осевыми усилиями маятника и вращением эксцентриковых элементов, причем крутящий момент движет эксцентриковые элементы вниз, ускоряя их, затем вверх с преодолением сил тяжести.
- Эксцентриковые элементы выполнены с формой лопастей ветровой турбины.
Кроме того, изобретение относится к машине, характеризующейся тем, что она содержит по меньшей мере один вышеупомянутый механизм и систему рекуперации энергии, соединенную с системой синхронизации.
В соответствии с другими преимущественными характеристиками предлагаемой машины, взятыми отдельно или в сочетании, обеспечивается следующее.
- Машина содержит по меньшей мере одну пару механизмов, соединенных параллельно или последовательно, причем маятники попеременно поворачиваются с вращением в противоположные стороны относительно друг друга.
- В этой паре механизмов все подвижные части первого механизма вращаются в противоположную сторону относительно соответствующих подвижных частей другого механизма.
- Эта пара механизмов содержит эксцентриковые элементы, расположенные в противофазе так, что, когда машина в работе, эксцентриковые элементы первого механизма пересекаются в верхнем положении, а эксцентриковые элементы второго механизма пересекаются в нижнем положении.
- Эта пара механизмов содержит эксцентриковые элементы, расположенные синфазно так, что, когда машина в работе, эксцентриковые элементы первого механизма пересекаются в левом боковом положении, а эксцентриковые элементы второго механизма пересекаются в правом боковом положении.
- Машина представляет собой машину для производства энергии, например, для двигателя или генератора. Альтернативно, машина может представлять собой смеситель или любой иной тип возможной машины.
Кроме того, целью изобретения является способ применения механизма, такого как механизм, описанный выше.
Способ характеризуется тем, что включает:
- этап пуска для придания эксцентриковым элементам синхронизированного вращательного движения в противоположные стороны;
- рабочий этап, на котором:
- эксцентриковые элементы могут перемещаться в синхронизированном вращении в противоположные стороны с перекрещивающимися центробежными оборотами,
- маятник попеременно поворачивается в одну сторону, затем в другую, усиливая вращательное движение эксцентриковых элементов посредством одновременных осевых усилий маятника, воздействующих на оси указанных эксцентриковых элементов, и путем передачи крутящего момента в систему синхронизации; и
- система рекуперации энергии, соединенная с системой синхронизации, рекуперирует энергию, производимую за счет центробежного оборота в механизме;
- при необходимости, этапы повторного пуска на рабочем этапе, заключающиеся в придании эксцентриковым элементам в их синхронизированном вращательном движении в противоположные стороны нового импульса; и
причем энергия, рекуперируемая системой рекуперации энергии на рабочем этапе, больше энергии, расходуемой на этапе пуска и этапах повторного пуска.
В соответствии с другими конкретными характеристиками способа согласно изобретению, взятыми отдельно или в сочетании, обеспечивается следующее:
- на рабочем этапе за каждый оборот эксцентриковых элементов производятся шесть центробежных оборотов:
- первый центробежный оборот, так называемый вертикальный, вследствие опускания эксцентриковых элементов;
- второй центробежный оборот, так называемый горизонтальный, вследствие поворота маятника в первую сторону, в результате которого происходит смещение первой оси;
- третий центробежный оборот, так называемый горизонтальный, вследствие поворота маятника в первую сторону, в результате которого происходит смещение второй оси;
- четвертый центробежный оборот, так называемый вертикальный, вследствие опускания эксцентриковых элементов;
- пятый центробежный оборот, так называемый горизонтальный, вследствие поворота маятника во вторую сторону, в результате которого происходит смещение первой оси в направлении, противоположном второму центробежному обороту;
- шестой центробежный оборот, так называемый горизонтальный, вследствие поворота маятника во вторую сторону, в результате которого происходит смещение второй оси в направлении, противоположном второму центробежному обороту;
причем второй и третий центробежные обороты происходят одновременно в конце первого центробежного оборота и в начале четвертого центробежного оборота, в то время как пятый и шестой центробежные обороты происходят одновременно в конце четвертого центробежного оборота и в начале первого центробежного оборота.
- На рабочем этапе поворот маятника повышает ускорение вращательного движения эксцентриковых элементов при их опускании, затем снижает замедление вращательного движения эксцентриковых элементов при их подъеме.
- Этап пуска выполняется посредством силы тяжести с высвобождением эксцентриковых элементов, находящихся в верхнем положении.
- Этап пуска выполняется с использованием кривошипа, соединенного с системой синхронизации.
- Этап пуска и/или этапы повторного пуска выполняются с использованием приводного двигателя, соединенного с системой синхронизации.
- Этап пуска выполняется просто путем толчка одного из эксцентриковых элементов.
- Система рекуперации энергии содержит генератор.
- Система рекуперации энергии содержит двигатель-генератор, используемый также для этапа пуска и/или этапов повторного пуска.
- Эксцентриковые элементы имеют форму лопастей ветровой турбины, причем их вентиляторный эффект используется для этапа пуска и/или этапов повторного пуска.
Изобретение будет понятнее после прочтения последующего описания, приведенного исключительно как пример, не ограничивающий объем изобретения, и составленного со ссылками на прилагаемый графический материал, на котором:
- фиг. 1 представляет собой вид спереди механизма согласно изобретению, содержащего основание, маятник и два эксцентриковых элемента, показанных в нижнем положении;
- фиг. 2 представляет собой частичный вид спереди механизма, на котором маятник показан наклоненным, а эксцентриковые элементы показаны в боковых положениях;
- фиг. 3 представляет собой разрез фиг. 1 по линии III-III, на котором механизм показан в увеличенном масштабе;
- фиг. 4 представляет собой разрез фиг. 1 по линии IV-IV, на котором показан механизм в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;
- на фиг. 5–12 схематически показаны разные рабочие этапы механизма на фиг. 1-3;
- на фиг. 13 и 14 показаны на видах спереди два варианта эксцентриковых элементов, предназначенных для оснащения механизма согласно изобретению;
- фиг. 15 представляет собой вид спереди машины согласно изобретению, содержащей два механизма, соединенных последовательно цепью и соединительным штоком; и
- фиг. 16 представляет собой вид, подобный виду на фиг. 15, машины в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, содержащей два механизма, соединенных последовательно с еще одной соединительной системой.
Механизм 1 с перекрещивающимися центробежными оборотами согласно изобретению показан на фиг. 1–3.
Механизм 1 содержит основание 2, маятник 6, систему 8 синхронизации и два эксцентриковых элемента 10 и 20.
При вращении маятник 6 может перемещаться относительно оси А0 маятника, проходящей через основание 2, а эксцентриковые элементы 10 и 20 при вращении могут перемещаться относительно осей A1 и A2, проходящей через маятник 6. Оси A0, A1 и A2 горизонтальны, параллельны и лежат в одной плоскости P0, проходящей через маятник 6. Ось А1 вращения элемента 10 расположена выше оси A0, а ось А2 вращения элемента 20 расположена ниже оси A0. Оси A1 и A2 расположены на одинаковом расстоянии от оси A0.
Основание 2 содержит четыре вертикальные стойки 3, две горизонтальные стойки 4 и горизонтальные усилители 5. Каждая горизонтальная стойка 4 опирается на две вертикальных стойки 3, образуя, таким образом, два стоечных узла 3 и 4, расположенных параллельно и соединенных посредством горизонтальных усилителей 5.
Маятник 6 расположен вертикально в промежуточном пространстве, ограниченном стойками 4 и усилителями 5. Маятник 6 установлен с возможностью поворота относительно основания 2, точнее, посредством стоек 4, относительно оси А0 маятника, проходящей через стойки 4.
Маятник 6 содержит четыре металлических пластины, а именно: две боковые пластины 61 и две центральные пластины 62, расположенные параллельно друг другу и стойкам 4; пластины 61 и 62 соединены посредством четырех горизонтальных стержней 63, расположенных в четырех углах маятника 6.
Как показано на фиг. 3, ось А0 маятника образована двумя боковыми валами 31 и 32, каждый из которых установлен с возможностью поворота проходящим через горизонтальную стойку 4 и пластину 61.
К нижней части маятника 6 прикреплен противовес 68 на горизонтальной оси A3, лежащей в плоскости P0 и параллельной осям A0, A1 и A2. Противовес 68 усиливает поворот маятника 6, попеременно переходя с одной стороны на другую, как показано стрелками B1 и B2 на фиг. 2.
Система 8 синхронизации содержит разные элементы 11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33 и 34, соединенные между собой, как показано на фиг. 3.
Первый опорный вал 11 установлен с возможностью поворота на маятнике 6, отцентрирован по первой оси A1 и выполнен как одно целое с первым эксцентриковым элементом 10; вал 11 опирается на боковую пластину 61 и две центральные пластины 62. Первое центральное зубчатое колесо 12 и первое промежуточное зубчатое колесо 13 выполнены как одно целое с первым опорным валом 11.
Второй опорный вал 21 установлен с возможностью поворота на маятнике 6, отцентрирован по второй оси A2 и выполнен как одно целое со вторым эксцентриковым элементом 20. Вал 21 опирается на другую боковую пластину 61 и две центральные пластины 62. Второе центральное зубчатое колесо 22 и второе промежуточное зубчатое колесо 23 выполнены как одно целое с опорным валом 21.
Зубчатые колеса 12 и 22 имеют одинаковый диаметр и одинаковое число зубьев. Таким же образом зубчатые колеса 13 и 23 имеют одинаковый диаметр и одинаковое число зубьев. Зубчатые колеса 12 и 22 имеют диаметр и число зубьев, в два раза превышающие диаметр и число зубьев зубчатых колес 13 и 23. Например, зубчатые колеса 12 и 22 имеют сорок восемь зубьев, а зубчатые колеса 13 и 23 – двадцать четыре.
Боковые валы 31 и 32 отцентрированы по оси А0 маятника. Первое боковое зубчатое колесо 33 выполнено как одно целое с первым боковым валом 31. Второе боковое зубчатое колесо 34 выполнено как одно целое со вторым боковым валом 32.
Валы 11, 21, 31 и 32 опираются на подшипники, например, шарикоподшипники, на фиг. 1 и 3 для упрощения не показанные.
Зубчатые колеса 12 и 22 расположены между двумя центральными пластинами 62 и входят в зацепление друг с другом. Зубчатые колеса 13 и 33 расположены с элементом 10 между двумя пластинами 61 и 62 и входят в зацепление друг с другом. Зубчатые колеса 23 и 34 расположены с элементом 20 между двумя пластинами 61 и 62 и входят в зацепление друг с другом.
Благодаря системе 8 синхронизации, с вала 31 на вал 32 посредством валов 11 и 21 может передаваться синхронное движение. На практике валы 11 и 21 поворачиваются с одинаковой скоростью, но в противоположных направлениях вращения R1 и R2.
Таким образом, система 8 синхронизации позволяет приводить первый эксцентриковый элемент 10 и второй эксцентриковый элемент 20 в синхронизированное вращательное движение R1/R2 в противоположные стороны.
Как пример, при работе механизма 1 частота вращения R1/R2 может быть порядка 500 оборотов в минуту.
Эксцентриковые элементы 10 и 20 имеют специальные формы, предназначенные для создания центробежных сил. Как пример, каждый из элементов 10 и 20 имеет массу 50 кг, а противовес 68–60 кг. Предпочтительно, масса элементов 10 и 20 равна массе противовеса 68. Например, каждый из элементов 10 и 20 имеет массу 50 кг, а противовес 68–100 кг.
Элемент 10 имеет центр тяжести G1, смещенный относительно оси A1 и подвижный во вращении R1 относительно указанной оси A1. Элемент 10 создает момент M1 гравитационной силы P1 относительно оси A1.
Элемент 20 имеет центр тяжести G2, смещенный относительно оси A2 и подвижный во вращении R2 относительно указанной оси A2. Элемент 20 создает момент M2 гравитационной силы P2 относительно оси A2.
Далее со ссылками на фиг. 5–12 более подробно описываются перекрещивающиеся центробежные обороты.
Энергия, производимая за счет центробежного оборота в механизме 1, может быть рекуперирована посредством присоединения к системе 8 синхронизации системы 80 рекуперации энергии.
На фиг. 3 система 80 рекуперации энергии соединяется с системой синхронизации посредством вала 32.
Система 80 содержит генератор 81, зубчатую цепь 82 и зубчатое колесо 83, прикрепленное к валу 32. Для упрощения генератор 81 показан прикрепленным к стойке 4, но может располагаться в любом ином подходящем месте. Для упрощения цепь 82 показана пунктирной линией. Цепь 82 соединяет зубчатое колесо 83 с генератором 81.
Способ применения механизма 1 включает этап пуска, рабочий этап и, при необходимости в этом, этапы повторного пуска в течение рабочего этапа.
Этап пуска заключается в придании эксцентриковым элементам 10 и 20 синхронизированного вращательного движения R1/R2 в противоположные стороны. Ниже описываются различные средства пуска.
В течение рабочей фазы эксцентриковые элементы 10 и 20 могут двигаться в синхронизированном вращении R1/R2 в противоположные стороны с перекрещивающимися центробежными оборотами. Маятник 6 попеременно поворачивается B1/B2 в одну сторону, затем в другую, усиливая перемещение эксцентриковых элементов 10 и 20 посредством одновременных перекрещивающихся осевых усилий маятника 6, воздействующих на оси A1 и A2, и путем передачи крутящего момента на зубчатые колеса 13 и 23. Система 80 рекуперации энергии, соединенная с системой 8 синхронизации, рекуперирует энергию, производимую в результате центробежного оборота в механизме 1.
Этапы повторного пуска заключаются в придании эксцентриковым элементам 10 и 20 в их вращательном движении R1/R2 в противоположные стороны нового импульса.
В пределах объема изобретения энергия, рекуперируемая системой 80 рекуперации энергии, больше энергии, расходуемой на этапе пуска и этапах повторного пуска.
Этап пуска может выполняться за счет действия силы тяжести с высвобождением эксцентриковых элементов 10 и 20, находящихся в верхнем положении.
Для этой цели механизм 1 может содержать запорную систему 40, действующую между конфигурацией запирания эксцентриковых элементов 10 и 20 в верхнем положении и конфигурацией высвобождения эксцентриковых элементов 10 и 20. В конфигурации запирания система 40 предотвращает описывание элементами 10 и 20 траектории синхронизированного вращательного движения R1/R2 в противоположные стороны. В конфигурации высвобождения система 40 высвобождает элементы 10 и 20, которые затем могут описывать траекторию синхронизированного вращательного движения R1/R2 в противоположные стороны.
В примере, показанном на фиг. 1–3, система 40 содержит поворотный крюк 41, установленный на маятнике 6, и крепежный элемент 42, выполненный как одно целое с элементом 10, причем ось A1 расположена над осями A0 и A2. Крюк 41 имеет вырез 43, в который входит элемент 42, когда элемент 10 находится в верхнем положении.
Поворот крюка 41 между конфигурациями запирания и высвобождения может управляться любыми подходящими средствами, для упрощения не показанными. Для высвобождения элемента 42 из выреза 43 крюк 41 поднимается, тем самым допуская вращение R1/R2 элементов 10 и 20. Для удерживания элемента 42 в вырезе 43, когда элемент 10 переходит в верхнее положение, крюк 41 опускается, тем самым предотвращая вращение элемента 10 и, следовательно, и вращение элемента 20.
В соответствии с одним вариантом этап пуска выполняют с использованием кривошипа 58, соединенного с системой 8 синхронизации. В примере на фиг. 3 указанный кривошип 58 установлен на валу 31. В частности, кривошип 58 может использоваться, когда элементы 10 и 20 запускаются в нижнем положении.
В соответствии с еще одним вариантом этап пуска может выполняться с использованием приводного двигателя 51, соединенного с системой 8 синхронизации. В примере на фиг. 3 двигатель 51 соединен посредством зубчатой цепи 52 с зубчатым колесом 53, установленным на валу 31. В целях упрощения двигатель 51 показан прикрепленным к стойке 4, но может располагаться в любом ином подходящем месте. Для упрощения цепь 52 показана пунктирной линией. Преимущественно, двигатель 51 может использоваться и для этапов повторного пуска.
В соответствии с другими конкретными вариантами механизма 1 может предусматриваться выполнение этапа пуска просто путем толчка одного из эксцентриковых элементов 10 и 20.
Механизм 1 в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения показан на фиг. 4.
Основание 2 имеет вертикальные стойки 3, поддерживающие валы 31 и 32 при их вращении относительно оси А0 маятника. Система 80 рекуперации энергии содержит двигатель-генератор 81, подходящий для выполнения функции как двигателя, так и генератора. Таким образом, двигатель-генератор 81 также может использоваться для этапа пуска и/или этапов повторного пуска механизма 1.
Противовес 68 содержит два груза 681, расположенные у наружной стороны центральной пластины 62, а также узел 682 винт-гайка для фиксации грузов 681 в нужном положении. Узел 682 винт-гайка проходит через пластины 62 и грузы 682 по оси A3, параллельной осям A0, A1 и A2.
За исключением этих отличий действие механизма 1 на фиг. 4 аналогично действию механизма 1 на фиг. 1–3.
На фиг. 5–12 показаны разные рабочие этапы механизма 1, показанного на фиг. 1–3.
В этом примере, как показано на фиг. 5, элементы 10 и 20 вначале находятся в верхнем положении. На фиг. 6–8 показано опускание элементов 10 и 20. На фиг. 9 элементы 10 и 20 показаны в нижнем положении. На фиг. 10–11 показан подъем элементов 10 и 20. Вращения R1 и R2 – это вращения в противоположные стороны. Элементы 10 и 20 пересекаются в верхнем и нижнем положениях.
На элемент 10 действует гравитационная сила P1, прикладываемая в его центре G1 тяжести. На элемент 20 действует гравитационная сила P2, прикладываемая в его центре G2 тяжести. На противовес 68 действует гравитационная сила P3, прикладываемая на оси A3.
На фиг. 5 и 6 показан пуск механизма 1, когда элементы 10 и 20 находятся вначале в верхнем положении. В этом примере элемент 10 начинает свое вращательное движение R1 влево, а элемент 20 начинает свое вращательное движение R2 вправо. Учитывая, что центр G1 тяжести элемента 10 находится дальше от оси А0 маятника, чем центр G2 тяжести элемента 20, противовес 68 приводится в движение с поворотом B1 вправо.
На фиг. 6 механизм 1 показан при повороте B1 и в начале опускания. В этом момент, учитывая относительные положения маятника 6 и элементов 10 и 20, потенциальная энергия элемента 10 выше потенциальной энергии элемента 20.
В результате поворота B1 одновременно происходит смещение оси A1 влево, а оси A2 вправо. Это увеличивает расстояние, проходимое центром G1 тяжести, и, следовательно, повышает кинетическую энергию элемента 10. С другой стороны, это уменьшает расстояние, проходимое центром G2 тяжести, и, следовательно, снижает кинетическую энергию элемента 20. Маятник 6 передает центробежную энергию элементам 10 и 20 посредством поворота B1 в дополнение к своей центробежной энергии посредством вращения R1/R2.
Кроме того, поворот B1 осуществляет действия при зацеплении зубчатых колес 13 и 33 и при зацеплении зубчатых колес 23 и 34. В частности, маятник 6 передает положительный крутящий момент на зубчатые колеса 13 и 33 и отрицательный крутящий момент на зубчатые колеса 23 и 34. Это дополнительно повышает кинетическую энергию элемента 10 и дополнительно снижает кинетическую энергию элемента 20.
Поскольку его потенциальная и кинетическая энергии больше, элемент 10 оказывает преобладающее влияние в механизме 1. Следует отметить, что ввиду наличия системы 8 синхронизации частоты вращения R1 и R2 должны быть равными. Таким образом, поворот B1 повышает ускорение вращательных движений R1 и R2.
На фиг. 7 показан первый момент времени, когда центры G1 и G2 тяжести расположены на одинаковом расстоянии от оси А0 маятника. Направление поворота маятника 6 вот-вот изменится на противоположное. В этом момент элементы 10 и 20 имеют одинаковую потенциальную энергию.
На фиг. 8–10 показаны конец опускания и начало подъема элементов 10 и 20. Учитывая, что центр G2 тяжести элемента 20 находится дальше от оси А0 маятника, чем центр G1 тяжести элемента 10, противовес 68 приводится в движение с поворотом B2 влево.
Учитывая относительные положения маятника 6 и элементов 10 и 20, потенциальная энергия элемента 20 выше потенциальной энергии элемента 10.
В результате поворота B2 одновременно происходит смещение оси A1 вправо, а оси A2 влево. Это уменьшает расстояние, проходимое центром G1 тяжести, и, следовательно, снижает кинетическую энергию элемента 10. С другой стороны, это увеличивает расстояние, проходимое центром G2 тяжести, и, следовательно, повышает кинетическую энергию элемента 20.
Кроме того, поворот B2 оказывает влияние на зацепление зубчатых колес 13 и 33 и зацепление зубчатых колес 23 и 34. В частности, маятник 6 передает отрицательный крутящий момент на зубчатые колеса 13 и 33 и положительный крутящий момент на зубчатые колеса 23 и 34. Это дополнительно повышает кинетическую энергию элемента 20 и дополнительно снижает кинетическую энергию элемента 10.
Поскольку его потенциальная и кинетическая энергии больше, элемент 20 оказывает преобладающее влияние в механизме 1. Таким образом, за счет поворота B2 повышается ускорение вращений R1/R2 при опускании элементов 10 и 20, а затем снижается замедление вращений R1/R2 при подъеме элементов 10 и 20. Маятник 6 передает центробежную энергию элементам 10 и 20 посредством поворота B2 в дополнение к своей центробежной энергии посредством вращения R1/R2. На фиг. 11 показан второй момент, когда центры G1 и G2 тяжести расположены на одинаковом расстоянии от оси А0 маятника. Направление поворота маятника 6 вот-вот изменится на противоположное. В этом момент элементы 10 и 20 имеют одинаковую потенциальную энергию.
На фиг. 12 вместе с фиг. 5 и 6 показаны конец опускания и начало подъема элементов 10 и 20. Учитывая, что центр G1 тяжести элемента 10 находится дальше от оси А0 маятника, чем центр G2 тяжести элемента 20, противовес 68 приводится в движение с поворотом B1 вправо. При подъеме элементов 10 и 20, в результате поворота B1 снижается замедление вращений R1/R2.
При работе механизма 1 максимальная центробежная энергия производится при опускании элементов 10 и 20, как показано на фиг. 5–9. Когда моменты M1/M2 имеют то же направление, что и вращения R1/R2, указанные моменты M1/M2 ускоряют вращения R1/R2.
Чередующийся поворот B1/B2 маятника 6 сопровождает элементы 10 и 20 при их синхронизированном вращательном движении R1/R2 в противоположные стороны. Точнее, в результате поворота R1/R2 усиливается вращательное движение R1/R2 элементов 10 и 20 посредством одновременных перекрещивающихся осевых усилий, воздействующих на их оси A1 и A2, и посредством передачи крутящего момента в систему 8. В результате поворота B1/B2 повышается ускорение вращений R1/R2 при опускании элементов 10 и 20, а затем снижается замедление вращений R1/R2 при подъеме элементов 10 и 20. Маятник 6 передает центробежную энергию элементам 10 и 20 посредством поворота B1/B2 в дополнение к своей центробежной энергии посредством вращения R1/R2. Крутящий момент, переданный системе 8, движет элементы 10 и 20 вниз, ускоряя их, затем вверх с преодолением гравитационных сил P1/P2.
На практике для каждого оборота на 360° эксцентриковых элементов 10 и 20 можно отличить шесть центробежных оборотов:
- первый центробежный оборот, так называемый вертикальный, вследствие опускания эксцентриковых элементов 10 и 20;
- второй центробежный оборот, так называемый горизонтальный, вследствие поворота B1 маятника 6 в первую сторону, в результате которого происходит смещение первой оси A1;
- третий центробежный оборот, так называемый горизонтальный, вследствие поворота B1 маятника 6 в указанную первую сторону, в результате которого происходит смещение второй оси A2;
- четвертый центробежный оборот, так называемый вертикальный, вследствие опускания эксцентриковых элементов 10 и 20;
- пятый центробежный оборот, так называемый горизонтальный, вследствие поворота B2 маятника 6 во вторую сторону, в результате которого происходит смещение первой оси A1 в направлении, противоположном второму центробежному обороту; и
- шестой центробежный оборот, так называемый горизонтальный, вследствие поворота B2 маятника 6 в указанную вторую сторону, в результате которого происходит смещение второй оси A2 в направлении, противоположном второму центробежному обороту.
Второй и третий центробежные обороты происходят одновременно в конце первого центробежного оборота и в начале четвертого центробежного оборота, в то время как пятый и шестой центробежные обороты происходят одновременно в конце четвертого центробежного оборота и в начале первого центробежного оборота.
Работа механизма 1 с частотой вращения R1/R2, равной 500 оборотам в минуту, дает в результате 3000 центробежных оборотов в минуту.
На фиг. 13 и 14 показаны на видах спереди два варианта эксцентриковых элементов 10, предназначенных для оснащения механизма согласно изобретению 1.
Указанные эксцентриковые элементы 10 и 20 с увеличением расстояния от оси А1 имеют увеличивающееся поперечное сечение, чтобы отдалить центр G1 тяжести относительно оси A1, и таким путем увеличить центробежную энергию, производимую при вращении R1. Эти формы обеспечивают хороший компромисс между механической прочностью, функциональностью при движении и характеристиками в части центробежной энергии.
Элементы 10 и 20 могут иметь другие формы в пределах объема изобретения.
На фиг. 15 показана машина согласно изобретению, содержащая два механизма 1, таких, как описанный выше, соединенные последовательно.
Каждый из механизмов 1 содержит маятник 6, и они имеют общее основание 2, поддерживающее два маятника 6. Механизмы 1 имеют эксцентриковые элементы 10 и 20, показанные на фиг. 14.
Механизмы 1 соединены посредством соединительной системы 90, содержащей соединительный шток 91, зубчатую цепь 92 и два зубчатых колеса 93.
Соединительный шток 91 шарнирно соединен с механизмом 1 на оси A3 противовеса 68 внизу и с другим механизмом 1 на оси A4, находящейся вверху на таком же расстоянии от оси A0, что и ось A3 внизу.
Цепь 92 проходит между двумя зубчатыми колесами, расположенными напротив друг друга. Для каждого механизма 1 зубчатое колесо 93 может устанавливаться на валу 31 или 32 или, возможно, на валу 11 или 21.
При работе машины маятники 6 совершают встречные колебательные движения B1/B2. Их верхние части сближаются, когда нижние части расходятся, и наоборот.
Кроме того, элементы 10 и 20 одного механизма 1 пересекаются в верхнем положении, когда элементы 10 и 20 другого механизма 1 пересекаются в нижнем положении. Иными словами, элементы 10 и 20 одного механизма 1 расположены в противофазе относительно элементов 10 и 20 другого механизма 1. Таким образом, когда элементы 10 и 20 одного механизма 1 опускаются и производят максимальную центробежную энергию, элементы 10 и 20 другого механизма 1 поднимаются. Иными словами, подъему элементов 10 и 20 одного механизма 1 всегда способствует опускание элементов 10 и 20 другого механизма 1. Тем самым обеспечивается пуск машины, и дополнительно улучшается рекуперация центробежной энергии.
Все подвижные части колебательных механизмов 1 вращаются в противоположную сторону. Два маятника 6 соединены с вращением в противоположную сторону с двумя колебаниями на каждый оборот. Таким образом, частота вращения 500 оборотов в минуту эквивалентна 1000 колебаний в минуту.
На фиг. 16 показана еще одна машина согласно изобретению, содержащая два механизма 1, таких, как описанный выше, соединенные последовательно.
Соединительная система 90 механизмов 1 содержит соединительный шток 91, две зубчатых цепи 92, два зубчатых колеса 93 и два зубчатых колеса 94. Система 90 содержит цепь 92, зубчатое колесо 93 и зубчатое колесо 94 для каждого механизма 1.
Соединительный шток 91 шарнирно соединен на одном механизме 1 на оси A4, находящейся вверху, и на другом механизме 1 на оси A3 внизу.
Каждая цепь 92 проходит между зубчатым колесом 93, установленным на маятнике 6, точнее, на валу 11, 21, 31 или 32, и зубчатым колесом 94, установленным на основании 2, точнее, на горизонтальной стойке 4.
Система 80 рекуперации энергии может содержать двигатель-генератор, соединенный с осью, на которую опирается одно из зубчатых колес 94.
Альтернативно, система 80 может содержать генератор, соединенный с осью, на которую опирается одно из зубчатых колес 94, а двигатель соединен с другой осью, на которую опирается другое зубчатое колесо 94.
Кроме того, механизм 1 или машина, содержащая по меньшей мере один механизм 1, может иначе соответствовать фиг. 1–16 в пределах объема изобретения.
В соответствии с одним примером одного варианта (не показанным) механизм 1 может содержать эксцентриковые элементы 10 и 20 с формой лопастей ветровой турбины. При работе механизма 1 центробежная энергия и энергия ветра объединяются. Вентиляторный эффект элементов 10 и 20 может преимущественно использоваться для этапа пуска и/или этапов повторного пуска механизма 1.
В соответствии с еще одним вариантом (не показанным) механизм 1 может выполняться без противовеса 68. Этот вариант может, в частности, представлять интерес для уравновешенных механизмов 1, если он позволяет набирать скорость и повышать кинетическую энергию механизмов 1.
Кроме того, технические характеристики различных вариантов вышеупомянутых осуществления и вариантов могут полностью или частично комбинироваться друг с другом. Таким образом, механизм 1 и машина могут адаптироваться в части стоимости, функциональных возможностей и эксплуатационных характеристик.