ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
ELECTROMAGNETIC MOTOR OF RECIPROCATING MOTION

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для создания электромагнитных двигателей возвратно-поступательного движения с более высокой мощностью.
Аналогичные технические решения известны, см. например, книгу «Линейные асинхронные двигатели», авторов О.Н. Веселовский, А.Ю. Коняев, Ф.Н. Сарапулов, Москва, Энергоатомиздат, 1991 г, стр. 18, в которой опубликована информация о электромагнитном двигателе возвратно-поступательного движения, который содержит следующую совокупность существенных признаков:
- металлический каркас прямоугольной формы, состоящей из отдельно соединенных между собой стержней, закрепленный посредством фигурных стоек на соответствующих участках поверхности основания;
- металлический вал с цилиндрическими выступами, выполненными на торцевых поверхностях металлического вала, установленный своими цилиндрическими выступами во внутренних обоймах подшипников скольжения, закрепленных своими внешними обоймами на соответствующих участках поперечных стержней металлического вала;
- первый магнитопровод, установленный посредством фигурных стоек на соответствующих участках поверхности основания;
- первая обмотка возбуждения, установленная на соответствующей поверхности первого магнитопровода;
- второй магнитопровод, соосно установленный относительно первого магнитопровода и посредством фигурных стоек установлен на соответствующих участках поверхности основания;
- вторая обмотка возбуждения, установленная на соответствующей поверхности второго магнитопровода;
- источник постоянного напряжения, подсоединенный своим отрицательным выходом к одним концам первой и второй обмоток возбуждения и своим положительным выходом через первый управляемый ключ к другому концу первой обмотки возбуждения и через второй управляемый ключ к другому концу второй обмотки возбуждения;
- формирователь импульсов, например, прямоугольной формы, подсоединенный одним своим первым выходом к управляющему входу первого управляемого ключа и другим своим вторым выходом к управляющему входу второго управляемого ключа;
- кривошипно-шатунный механизм (для подсоединения нагрузки к электромагнитному двигателю возвратно-поступательного движения), закрепленный на соответствующей поверхности основания и подсоединенный своим валом вращения через систему рычагов к левому цилиндрическому выступу металлического вала.
Общими признаками предлагаемого к патентованию технического решения и выше охарактеризованного аналогичного технического решения являются:
- металлический каркас (корпус) прямоугольной формы;
- металлический вал, установленный своими соответствующими концами во внутренних обоймах подшипников скольжения, закрепленных своими внешними обоймами на соответствующих участках металлического каркаса (корпуса) прямоугольной формы;
- первый магнитопровод;
- первая обмотка возбуждения, установленная над соответствующей поверхностью первого магнитопровода;
- второй магнитопровод;
- вторая обмотка возбуждения, установленная над соответствующей поверхностью второго магнитопровода;
- источник постоянного напряжения, подсоединенный своим отрицательным выходом к соответствующим одним концам обмоток возбуждения и своим положительным выходом через управляемый ключ к соответствующим другим концам обмоток возбуждения;
- формирователь импульсов, например, прямоугольной формы, подсоединенный своими выходами к соответствующим управляющим входам управляемого ключа;
- кривошипный шатунный механизм (нагрузка электромагнитного двигателя возвратно-поступательного движения), подсоединенный своим валом вращения через систему рычагов к одному из концов металлического вала.
Известно также аналогичное техническое решение см., описание изобретения к патенту RU №2485662, которое выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа) и которое содержит следующую совокупность существенных признаков:
- металлический корпус цилиндрической формы;
- подшипниковые щиты, закрепленные на соответствующих торцевых участках металлического корпуса цилиндрической формы;
- металлический вал, установленный своими концами во внутренних обоймах подшипников скольжения цилиндрической формы, закрепленных своими внешними обоймами в отверстиях, выполненных в подшипниковых щитах;
- левый сердечник, выполненный в виде магнитопровода «П»-образного сечения и расположенный своим центральным отверстием с зазором на соответствующем участке металлического вала;
- правый сердечник, выполненный в виде магнитопровода «П»-образного сечения и расположенный своим центральным отверстием с зазором на соответствующем участке металлического вала и подпружиненный своей внутренней поверхностью относительно внутренней поверхности левого сердечника, выполненного в виде магнитопровода «П»-образного сечения;
- обмотку возбуждения, расположенную внутри металлического корпуса цилиндрической формы над соответствующими участками внешних боковых поверхностей левого и правого сердечников, выполненных в виде магнитопроводов «П»-образного сечения и подсоединяемую своими выводами к соответствующим выходам источника постоянного напряжения;
- управляемый выключатель, подсоединяемый своими входами к выходам источника постоянного напряжения и своими выходами к соответствующим выводам обмотки возбуждения;
- формирователь импульсов прямоугольной формы, подсоединяемый своим выходом к управляющему входу управляемого выключателя.
Общими признаками предлагаемого технического решения к патентованию и выше охарактеризованного прототипа являются:
- металлический корпус;
- подшипниковые щиты, закрепленные на концах металлического корпуса цилиндрической формы;
- металлический шток, установленный своими концами во внутренних обоймах подшипников скольжения, закрепленных своими внешними обоймами в отверстиях, выполненных в подшипниковых щитах;
- первый сердечник, выполненный в виде магнитопровода «П»-образного сечения и расположенный своим центральным отверстием с зазором на соответствующем участке внешней поверхности металлического штока;
- второй сердечник, выполненный в виде магнитопровода «П»-образного сечения и расположенный своим центральным отверстием с зазором на соответствующем участке внешней поверхности металлического штока;
- обмотка возбуждения, расположенная внутри металлического корпуса и подсоединяемая своим выводом к положительному выходу источника постоянного напряжения;
- управляемый выключатель, подсоединенный своими входами к выходам источника постоянного напряжения и своими выходами к соответствующим выводам обмотки возбуждения;
- формирователь импульсов прямоугольной формы, подсоединяемый своим выходом к управляющему входу управляемого выключателя.
Технический результат, который не может быть достигнут ни одним из выше охарактеризованных аналогичных технических решений, заключается в предотвращении снижения рассеяния магнитного потока, проходящего по протяженным немагнитным участкам катушек возбуждения и, соответственно, к увеличению мощности электромагнитного двигателя возвратно-поступательного движения.
Причиной невозможного достижения вышеуказанного технического результат является то, что вопросам предотвращающий снижения рассеяния магнитного потока, приводящим к потери мощности электромагнитного двигателя возвратно-поступательного движения, должного внимания не уделялось.
Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания электромагнитных двигателей возвратно-поступательного движения, обладающих меньшими потерями мощности, является актуальной на сегодняшний день.
Технический результат, указанный выше, достигается тем, что электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения, содержащий металлический корпус, подшипниковые щиты, закрепленные на торцевых концах металлического корпуса цилиндрической формы, металлический шток, установленный своими концами во внутренних обоймах подшипников скольжения, закрепленных своими внешними обоймами в отверстиях, выполненных в подшипниковых щитах, первый сердечник, выполненный в виде магнитопровода «П»-образного сечения и расположенный своим центральным отверстием с зазором на соответствующем участке поверхности металлического штока; второй сердечник, выполненный в виде магнитопровода «П»-образного сечения и расположенный своим центральным отверстием с зазором на соответствующем участке поверхности металлического штока и первую обмотку возбуждения, расположенную внутри металлического корпуса и подсоединяемую одним своим выводом к положительному выходу источника постоянного напряжения, при этом второй сердечник, выполненный в виде магнитопровода «П»-образного сечения закреплен соответствующим участком своей нижней поверхности на соответствующем верхнем участке внутренней поверхности второго подшипникового щита, первый сердечник, выполненный в виде магнитопровода «П»-образного сечения, закреплен соответствующим участком своей верхней поверхности на соответствующем участке внутренней поверхности первого подшипникового щита, при этом электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения снабжен второй, третьей и четвертой обмотками возбуждения, расположенными совместно с первой обмоткой возбуждения на соответствующих внешних боковых поверхностях полюсов сердечников первого и второго магнитопроводов «П»-образного сечения и подсоединенными одним из выводов второй обмотки возбуждения к другому выводу первой обмотки возбуждения и подсоединяемой другим выводом второй обмотки возбуждения к отрицательному выходу источника постоянного напряжения и подсоединяемой одним из выводов третьей обмотки возбуждения к отрицательному выводу источника постоянного напряжения и другим своим выводом к одному из выводов четвертой обмотки возбуждения, подсоединяемой другим своим выводом к положительному выходу источника постоянного напряжения и якорем, выполненном в виде стальной пластины прямоугольной формы, закрепленной своим центральным отверстием на соответствующем участке внешней поверхности металлического штока, левого керна, закрепленного соответствующим участком своей внешней поверхности в отверстии, выполненном в области левого края стальной пластины прямоугольной формы и располагаемого своими концами в глухих отверстиях, выполненных на соответствующих участках поверхностей левых полюсов сердечников первого и второго магнитопроводов «П»-образного сечения и правого керна, закрепленного соответствующим участком своей внешней поверхности в отверстии, выполненном в области правого края стальной пластины прямоугольной формы и располагаемого своими концами в глухих отверстиях, выполненных на соответствующих участках поверхностей правых полюсов сердечников первого и второго магнитопроводов «П»-образного сечения.
Закрепления соответствующих поверхностей первого и второго сердечников магнитопровода «П»-образного сечения на соответствующих внутренних поверхностях одного и другого подшипниковых щитов, введение второй, третьей и четвертой обмоток возбуждения их расположения и подсоединения, а также введение якоря, выполненного в виде стальной пластины прямоугольной формы с левым и правым кернами, закрепленными в отверстиях, выполненных на краях стальной пластины и его расположение, как это указано выше, позволяет при подаче постоянного напряжения на соответствующие обмотки возбуждения, обеспечить протекания по ним электрического тока и создание магнитного потока, создающего притягивающую силу, воздействующую на плоскую стальную пластину прямоугольной формы (якоря) и создание втягивающей силы, воздействующей на керны, что увеличивает силу тяги на начальных участках рабочего хода якоря, а благодаря постоянно действующий силе втягивания обеспечивает увеличение мощности электромагнитного двигателя возвратно-поступательного движения. В чем и проявляется достижение вышеуказанного технического решения.
Проведенный анализ всех существенных признаков предлагаемого к патентованию технического решения показал, что ни одно из известных аналогичных технических решений не содержит, как всей совокупности признаков, так и отличительных, что позволило сделать вывод о наличии «новизны» и «изобретательского уровня» электромагнитного двигателя возвратно-поступательного движения.
Предлагаемый к патентованию электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения поясняется нижеследующим описанием и чертежом, на котором представлена конструкция электромагнитного двигателя возвратно-поступательного движения, который содержит:
- металлический корпус - 1;
- первый и второй подшипниковые щиты 2,3, закрепленные на соответствующих верхней и нижней торцевых концах металлического корпуса -1;
- металлический шток - 4, установленный своими концами во внутренних обоймах подшипников - 5,6 скольжения цилиндрической формы, закрепленных своими внешними обоймами в отверстиях, выполненных в подшипниковых щитах 2,3;
- второй сердечник, выполненный в виде магнитопровода - 7 «П»-образного сечения и расположенный своим центральным отверстием с зазором на соответствующем участке поверхности металлического штока - 4 и закрепленный соответствующим участком своей внешней (нижней) поверхности на соответствующем верхнем участке внутренней поверхности второго подшипникового щита - 3;
- первую обмотку - 8 возбуждения, расположенную на внешней боковой поверхности правого полюса сердечника нижнего магнитопровода - 7 «П»-образного сечения;
- вторую обмотку - 9 возбуждения, расположенную на внешней боковой поверхности левого полюса второго сердечника магнитопровода - 7 «П»-образного сечения и подсоединенную одним своим (первым) выводом к одному из выводов (второму) первой обмотки - 8 возбуждения;
- первый сердечник, выполненный в виде магнитопровода - 10 «П»-образного сечения, установленный своим центральным отверстием с зазором на соответствующем участке поверхности металлического штока
- 4 и закрепленный соответствующим участком своей верхней, внешней, поверхности на соответствующем верхнем участке внутренней поверхности первого подшипникового щита - 2;
- третью обмотку - 11 возбуждения, расположенную на внешней боковой поверхности правого полюса первого сердечника верхнего магнитопровода - 10 «П»-образного сечения;
- четвертую обмотку - 12 возбуждения, расположенную на внешней боковой поверхности левого полюса первого сердечника магнитопровода
- 10 «П»-образного сечения и подсоединенную одним своим первым выводом к одному из выводов (первому) третьей обмотки - 11 возбуждения;
- якорь, выполненный в виде стальной пластины - 13, например, прямоугольной формы, закрепленной своим центральным отверстием на соответствующем участке внешней поверхности металлического штока - 4, левого (первого) керна - 14, закрепленного соответствующим участком своей внешней поверхности в отверстии, выполненном в области левого края стальной пластины - 13 и располагаемого своими концами в глухих отверстиях - 15, 16, выполненных на соответствующих участках поверхностей левых полюсов сердечников первого - 10 и второго - 7 и верхнего - 10 магнитопроводов «П»-образного сечения, правого (второго) керна - 17, закрепленного соответствующим участком своей внешней поверхности в отверстии, выполненном в области правого края стальной пластины - 13 и располагаемого своими концами в глухих отверстиях - 18, 19, выполненных на соответствующих участках поверхностей правых полюсов сердечников первого - 10 и второго - 7 и верхнего - 10 магнитопроводов «П»-образного сечения;
- управляемый выключатель - 20, подсоединяемый одним своим выходом к первому концу первой обмотки - 8 возбуждения и другим своим выходом ко второму концу третьей обмотки - 11 возбуждения;
- источник - 21 постоянного напряжения, подсоединенный своим положительным выходом к соответствующему входу управляемого выключателя - 20 и подсоединяемый своим отрицательным выходом к соответствующим концам второй обмотки - 9 возбуждения и четвертой обмотки-12 возбуждения;
- формирователь - 22 управляемых импульсов прямоугольной формы, подсоединенный своим выходом к управляющему входу управляемого выключателя - 20;
- шарнирно-рычажной механизм - 23 (нагрузка), предназначенный для подсоединения металлического штока - 4 к нагрузке.
Электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения работает следующим образом.
Под действием управляющих сигналов, поступающих с выхода формирователя - 22 управляемых импульсов прямоугольной формы на управляющий вход управляемого выключателя - 20, осуществляют поочередную подачу постоянного напряжения с выхода источника - 21 постоянного напряжения на соответствующие выводы, последовательно соединенных между собой первой - 8 и второй - 9 обмоток возбуждения или на соответствующие выводы, последовательно соединенных между собой третьей - 11 и четвертой - 12обмоток возбуждения. Поступившее постоянное напряжение на выводы первой - 8 и второй - 9 обмоток возбуждения, обеспечивает протекание электрического тока по этим обмоткам возбуждения и создание магнитного потока, который обеспечивает притяжение стальной пластины - 13 прямоугольной формы к соответствующей верхней поверхности второго сердечника - 7 магнитопровода «П»-образного сечения, фиксацию ее положения с помощью керн - 14, 17 в глухих отверстиях - 16, 19, выполненных на соответствующих участках поверхностей второго сердечника - 7 магнитопровода «П»-образного сердечника и обеспечивает перемещение металлического штока - 4 в одном направлении. Поступившее постоянное напряжение, в следующий момент времени, на выводы третьей - 11 и четвертой - 12 обмоток возбуждения обеспечивает протекание электрического тока по этим обмоткам возбуждения и создание магнитного потока, который обеспечивает притяжение стальной пластины - 13 прямоугольной формы к соответствующей нижней поверхности первого магнитопровода - 10 «П»-образного сечения, фиксацию ее положения с помощью керн - 14,17 в глухих отверстиях 15, 18, выполненных на соответствующих участках поверхностей сердечника первого магнитопровода - 10 «П»-образного сечения и обеспечивает перемещение металлического штока - 4 в другом направлении. Таким образом, подача постоянного напряжения на выводы первой - 8 и второй - 9 обмоток возбуждения или на выводы третьей - 11 и четвертой - 12 обмоток возбуждения обеспечивают реверсивное движение металлического штока - 4 относительно внутренних обойм подшипников - 5 и 6 и это реверсивное движение, за счет закрепления верхнего конца металлического штока - 4 к соответствующему концу шарнирно-рычажного механизма - 23, обеспечивает его возвратно-поступательные движения и возвратно-поступательные движения нагрузки.
Таким образом, предлагаемый электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения, за счет постоянно действующей силы притяжения стальной пластины прямоугольной формы к соответствующим поверхностям первого и второго сердечников - 7 и 10 магнитопроводов «П»-образного сечения, позволяет осуществить возвратно-поступательное перемещение металлического вала во внутренних обоймах подшипников скольжения и обеспечить с более повышенной мощностью возвратно-поступательное движение шарнирно-рычажного механизма и нагрузки.