PL218934B1 - Silnik liniowy - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest silnik liniowy o krótkiej części pierwotnej (1) z dwoma cylindrami po obu stronach stojana, posiadającymi układ płaskich magnesów stałych, płytkowych w kanałach cylindrów (2) z ruchomym twornikiem, utrzymywanym przez pole magnetyczne w przestrzeni, z możliwością odzysku siły bezwładności twornika w skrajnych jego położeniach, z momentem początkowym twornika i niwelacją siły tarcia twornika.

Description

Przedmiotem wynalazku jest miniaturowy silnik liniowy w dwóch wariantach konstrukcyjnych, o krótkiej części pierwotnej (inaczej - wzbudniku, induktorze, stojanie) i ruchomym tworniku (inaczej części wtórnej, biegniku, bieżniku, rdzeniu). Silnik ten może znaleźć zastosowanie w układach i urządzeniach automatyki, jak również w innych dziedzinach techniki, gdzie wymagana jest duża jego sprawność. Jego głównym jednak przeznaczeniem jest napęd zespołów pompujących sztucznego serca lub komór wspomagających krążenie, pracujących w oparciu o zjawisko ruchu robaczkowego występującego w jelitach, rozumiane i rozpatrywane w kategoriach przesłanek bioniki.

W stosowanych dotychczas niektórych miniaturowych silnikach liniowych o krótkiej części pierwotnej z ruchomym twornikiem, występują straty na tarcie podczas poruszania się twornika w stojanie i nie ma rozwiązania na odzyskiwanie energii bezwładności twornika przy zmianie zwrotu ruchu twornika w krańcowych, skrajnych jego położeniach, a co za tym idzie rozwiązania umożliwiającego nadanie twornikowi początkowej siły napędowej przy skrajnych jego położeniach, przy zmianie zwrotu ruchu twornika. W literaturze występuje rozwiązanie częściowo podobne, znane z międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO nr 93/01 646 pt. Elektromagnetyczna aparatura do wytwarzania ruchu liniowego.

Urządzenie opisane w tym opisie patentowym składa się z cylindra i suwającego się ruchem ślizgowym wewnątrz tłoka, przy czym albo tłok posiada cewki wytwarzającego radialne pole, a cylinder stałe magnesy ułożone w cylindrze wewnątrz w postaci pierścieni o naprzemianległej biegunowości, bądź cylinder posiada cewki do wytwarzania radialnego pola magnetycznego, a tłok zabudowane w nim magnesy stałe, oddziałujące z polem radialnym wytworzonym przez zespół kolejnych cewek stojana. Nie występuje jednak układ składający się z samych magnesów stałych w cylindrze i tłoku, bądź elektretów równocześnie jako zespół tak współpracujący, poza tym celem rozwiązania według wynalazku nie jest wytwarzanie li tylko ruchu linowego, jak w danym opisie patentowym angielskim, lecz likwidacja strat energii twornika i całego silnika liniowego na siłę tarcia i nadanie twornikowi początkowej siły napędowej poprzez utrzymanie go na poduszce magnetycznej, bądź pola elektrycznego - (w drugim wariancie silnika liniowego) w przestrzeni, przez jednoimienne pole magnetyczne, bądź elektryczne (drugi wariant). Twornik nie ślizga się jak tłok w angielskim opisie patentowym WO nr 93/01 646, lecz pływa w przestrzeni zawieszony w polu magnetycznym lub elektrycznym (drugi wariant) zespołu li tylko czterech stałych podłużnych, sztabkowych i wklęsłych magnesów stałych cylindrów i magnesów stałych twornika, bądź elektretów nie naprzemiennej polarności, lecz tego samego znaku biegunów, pływa bez tarcia i kontaktu z elementami cylindrów i stojana, poza tym cylinder-tłoczek nie posiada również żadnego zespołu szczotek przełączających. Wszystko odbywa się za pośrednictwem pola magnetycznego lub elektrycznego (drugi wariant).

Urządzenie według wynalazku pozwala również na odzyskiwanie energii bezwładności twornika silnika liniowego również za pośrednictwem pola magnetycznego, bądź elektrycznego (drugi wariant), czego opis patentowy WO nr 93/01646 nie ujmuje. Usiłowane jest tylko zastosowanie sprężyny. Jest to rozwiązanie niepraktyczne, niezręczne.

Istota wynalazku polega na zastosowaniu usytuowanych po każdym z obu końców stojana, po jednym cylindrze z rozmieszczonymi po obwodzie wewnątrz podłużnymi, wklęsłymi, stałymi magnesami płytkowymi biegnącymi przez całą długość kanałów cylindrów, wewnątrz kanałów, w których ruchomo umieszczone są końce twornika z magnesami stałymi w postaci tłoczków na każdym z tych końców. Każdy kanał cylindrów na całej długości ma przekrój poprzeczny w kształcie kola o tej samej długości średnicy. Każdy kanał otwarty jest od strony stojana, a zaślepiony ze swojego drugiego końca ścianką będącą magnesem stałym o kształcie kolistego krążka umocowanym na krążku z tworzywa posiadającym również centrycznie otwór prowadzenia twornika. Każdy z dwóch tłoczkowyoh magnesów zbudowany jest z okrągłego, walcowatego pierścienia z przelotowym otworem z biegunami przeciwnych znaków po zewnętrznej i wewnętrznej ściance i magnesem stałym w postaci kolistego krążka, umocowanego trwale centrycznie do twornika i stanowiącego czoło tłoczka, a każdy z dwóch tych pierścieni zabudowany jest na tworniku poprzez przytwierdzenie trwałe krawędzi jednej z równych podstaw pierścieni kolistego krążka umocowanego trwale na tworniku i tak razem dwa zespoły magnesów stałych tych konstrukcji w postaci pierścienia i kolistego krążka stanowią tłoczki będące magnesami stałymi nośnymi twornika. Oba zespoły magnesów cylindra i twornika zwrócone są do siebie tego samego znaku biegunami wytwarzając poduszkę magnetyczną, na której porusza się twornik. Cylindry wykonane są z tworzywa sztucznego.

PL 218 934 B1

Drugi wariant wynalazku rożni się tylko wykonaniem tłoczków, które wykonane są z tworzywa będącego dobrym dielektrykiem - tłoczki wydrążone są od tylnej części. Na powierzchni każdego tłoczka naniesione są elektrety. Cylindry wykonane są również z tworzywa będącego dobrym dielektrykiem. Cylindry wykonane są w takim samym kształcie jak w pierwszym wariancie z magnesami stałymi, tylko zamiast magnesów stałych stosuje się elektrety. Tłoczki poruszają się na poduszce wytworzonej przez wzajemne oddziaływanie jednoimiennych pól elektretów. Rozwiązanie obu wariantów wynalazku (z magnesami stałymi i etektretami) pozwala na niwelację strat energii na tarcie i na odzysk energii bezwładności twornika i nadanie mu początkowej siły, początkowego momentu napędowego, przy zmianie zwrotu ruchu twornika przy skrajnych jego położeniach w pobliżu zaślepiającej cylindry ściance z magnesu stałego, bądź elektretu (drugi wariant).

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia widok ogólny obu wariantów wykonania silnika liniowego, fig. 2 przedstawia silnik liniowy z przekrojem podłużnym osiowym obu cylindrów i przekrojem podłużnym osiowym tłoczków z wyrwaniem - wariantu z magnesami stałymi, fig. 3 ilustruje widok z boku jednego z dwóch cylindrów silnika liniowego - wariantu z magnesami stałymi, fig. 4 przestawia przekrój poprzeczny wariantu cylindrów z magnesami stałymi, fig. 5 obrazuje silnik liniowy wariantu z elektretami z podłużnym osiowym przekrojem cylindrów i podłużnym osiowym przekrojem z wyrwaniem tłoczków twornika, fig. 6 ilustruje jeden z dwóch cylindrów w widoku z boku wariantu silnika liniowego z elektretami, fig. 7 przedstawia przekrój poprzeczny cylindrów - wariantu cylindrów z elektretami.

Silnik o krótkiej części pierwotnej - stojanie 1 posiada po jednym z każdego końca cylindry 2, które posiadają cztery płytkowe, wklęsłe wzdłuż magnesy stałe 3 zabudowane trwale w kanałach 4 cylindrów. Kanary posiadają tą samą średnicę co do wartości długości na całej długości kanału 4. Płytkowe magnesy stałe 3 rozmieszczone są symetrycznie po obwodzie kanału 4 i biegną przez całą ich długość od początku do końca każdego kanału 4. Cztery magnesy stałe 3, gdyby je wyprostować, są prostopadłościanami płytkami o równych podstawach w kształcie prostokątów. Wewnątrz kanałów 4 między płytkowymi, wklęsłymi, stałymi magnesami 3 ruchomo umieszczone są końce twornika 5 biegnącego przez całą długość stojana 1 z końcami na zewnątrz po obu końcach stojana 1 z magnesami stałymi w postaci tłoczków 6 na każdym z tym końców. Każdy z dwóch kanałów 4 cylindrów 2 otwarty jest od strony stojana 1 i zaślepiony ze swojego drugiego końca ścianką 7 będącą magnesem stałem w kształcie kolistego krążka umocowanego trwale na ściance 8 w postaci kolistego krążka z tworzywa sztucznego. Ścianka 7 posiada wraz ze ścianką 8 centrycznie otwór 9 prowadzenia twornika 5, którego każdy z dwóch tłoczkowych magnesów stałych zbudowany jest z okrągłego walcowatego pierścienia 10 z przelotowym otworem z biegunami przeciwnych znaków po wewnętrznej i zewnętrznej ściance i magnesu stałego w postaci kolistego krążka 11 - umocowanego centrycznie, trwale do twornika 5 stanowiącego czoło tłoczka 6. Każdy z dwóch tych pierścieni 10 zabudowany jest na tworniku 5 poprzez przytwierdzenie trwałe krawędzi jednej z równych podstaw pierścienia 10 do magnesu stałego 11 w postaci kolistego krążka. W ten sposób razem te dwa zestawy konstrukcyjne w postaci pierścieni 10 i magnesów stałych w postaci kolistych krążków 11 stanowią tłoczki 6 będące magnesami nośnymi twornika 5. Od każdego tłoczka 6 odchodzi prowadnica 12 będąca przedłużeniem twornika 5 przechodząca przez otwór 9 ścianek 7 i 8. Otwór 9 jest otworem prowadzenia twornika 5, przy czym prowadnica 12 nie styka się z obrzeżem otworu 9. Magnesy stałe, płytkowe, wklęsłe 3 cylindrów 2 wraz z zaślepiająca cylindry ścianką 7 będącą magnesem stałym w postaci kolistego krążka i magnesy tłoczków 6 zwrócone są do siebie biegunami tego samego znaku tworząc poduszkę magnetyczną dla twornika 5. Cylindry wykonane są z tworzywa sztucznego.

Wariant z elektretami zamiast magnesów stałych posiada elektrety. Posiada krótką część pierwotną, stojan 13 po obu jego końcach znajdują się, po jednym z każdego końca cylindry 14. Cylindry te posiadają kanały 15 o przekroju poprzecznym w kształcie koła z zabudowanymi w nich trwale czterema płytkami podłużnych, wklęsłych elektretów 16. Kanały posiadają średnicę tej samej wartości na całej długości kanału 15. Płytkowe elektrety 16 rozmieszczone są symetrycznie po obwodzie kanałów 15. Są tych samych rozmiarów i biegną przez całą długość kanałów 15 od początku do końca każdego kanału 15. Cztery elektrety 16 gdyby je wyprostować są prostopadłościanami o równych podstawach będących prostokątami. Wewnątrz kanałów 15 między elektretami 16 ruchomo umieszczone są końce twornika 17 biegnącego przez całą długość stojana 13 z wystającymi końcami po obu stronach stojana 13. Końce posiadają tłoczki 18 z naniesionymi na nie elektretami 19 i 20. Tłoczki są wydrążone od tyłu. Mają postać wydrążonych z jednej strony walców o równych podstawach w kształcie koła. Po powierzchni bocznej i od czoła na tłoczki naniesione są elektrety 19 i 20. Każdy z dwóch

PL 218 934 B1 kanałów 15 cylindrów 14 otwarty jest od strony stojana 13, a zasklepiony jest ze swojego drugiego końca ścianką 21 będącą elektretem w kształcie kolistego krążka umocowanym trwale na ściance w postaci kolistego krążka 22 z tworzywa sztucznego będącego dobrym dielektrykiem. Krążek 22 z tworzywa i ścianka 21 elektretu posiadają centrycznie otwór 23 prowadzenia twornika 17. Przez otwór 23 przechodzi prowadnica 24 odchodząca od każdego z dwóch tłoczków 18 będąca przedłużeniem twornika 17. Prowadnica 24 nie styka się z obrzeżem otworu 23. Wzajemne oddziaływanie elektretów 16, obu cylindrów 14 i elektretów 19 i 20 tłoczków 18 zwróconych do siebie biegunami tego samego znaku wytwarza poduszkę nośną dla twornika 17. Oba cylindry 14, w tym ścianka 22 oraz tłoczki 18 wykonane są z tworzywa będącego dobrym dielektrykiem.

Claims (9)

1. Silnik liniowy o krótkiej części pierwotnej posiadający stojan z ruchomym twornikiem biegnącym przez całą długość stojana z końcami wystającymi na zewnątrz stojana po obu jego stronach, znamienny tym, że po obu końcach stojana (1) znajdują się po jednym z każdego końca cylindry (2), przy czym te cylindry (2) posiadają kanał (4) o przekroju poprzecznym w kształcie koła z zabudowanymi w nich czterema płytkami podłużnych, wklęsłych, stałych magnesów (3) wewnątrz, między którymi ruchomo umieszczone są końce twornika (5) z magnesami stałymi w postaci tłoczków (6) na każdym z tych końców.

2. Silnik według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że każdy z dwóch cylindrów (2) ma kanał (4) o przekroju poprzecznym w kształcie koła o tej samej długości średnicy na całej jego długości, a w każdym z tych kanałów (4) znajdują się umocowane trwale rozmieszczone po jego ściance wewnętrznej symetrycznie po obwodzie biegnące wzdłuż od początku do końca kanałów (4) cylindrów (2) cztery płytkowe, wklęsłe, podłużne, gdyby je wyprostować kształtu prostopadłościanu o równych podstawach w kształcie prostokąta - magnesy stałe (3), przy czym każdy z dwóch tych kanałów (4) otwarty jest od strony stojana (3), a zaślepiony ze swojego drugiego końca ścianką (7) będącą magnesem stałym w kształcie kolistego krążka umocowaną trwale na krążku (8) z tworzywa sztucznego, posiadającą wraz ze ścianką (8) z tworzywa sztucznego centrycznie otwór (9) prowadzenia twornika (5), którego każdy z dwóch tłoczkowych magnesów stałych zbudowany jest z okrągłego walcowatego pierścienia (10) z przelotowym otworem, z biegunami przeciwnych znaków po zewnętrznej i wewnętrznej ściance i magnesu stałego w postaci kolistego krążka (11), umocowanego centrycznie, trwale do twornika (5), stanowiącego czoło tłoczka (6), a każdy z dwóch tych pierścieni (10) zabudowany jest na tworniku (5) poprzez przytwierdzenie trwałe krawędzi jednej z równych podstaw pierścienia (10) do magnesu stałego (11) w postaci kolistego krążka i tak razem dwa zespoły tych konstrukcji w postaci pierścienia (10) i magnesu stałego w postaci kolistego krążka (11) stanowią tłoczki (6) będące magnesami nośnymi twornika (5).

3. Silnik według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienny tym, że od każdego z tłoczków (6) będących magnesami nośnymi twornika (5) odchodzi prowadnica (12) będąca przedłużeniem twornika (5) przechodząca przez otwór (9) ścianek (7) i (8) będący otworem prowadzenia twornika, otwór (9) ścianek (7) i (8) zaślepiających z jednego zewnętrznego końca każdy z dwóch kanałów (4) cylindrów (2), przy czym prowadnica (12) nie styka się z obrzeżem otworu (9).

4. Silnik według zastrzeżenia 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że znajdujące się w cylindrach (2) w kanałach (4) płytkowe magnesy stałe (3), jak i ścianki (7) zasklepiające kanały (14) cylindrów (2) zwrócone są do wewnątrz kanałów (4) biegunami magnetycznymi tego samego znaku co znak biegunów magnetycznych magnesów na poruszającym się w każdym z dwóch kanałów (4) cylindrów (2) tłoczka (6) będących magnesami nośnymi twornika (5), a cylindry wykonane są z tworzywa sztucznego.

5. Silnik według zastrzeżenia 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że twornik (5) utrzymywany jest przez magnesy nośne tłoczków (6) w polu magnetycznym na swoistego rodzaju poduszce magnetycznej, wytwarzanej przez magnesy płytkowe (3) wewnątrz kanałów (4) cylindrów (2), dzięki temu twornik znajduje się w przestrzeni między uzwojeniami stojana (1) bez styczności z jakimikolwiek jego elementami i elementami cylindrów (2).

6. Silnik liniowy o krótkiej części pierwotnej posiadający stojan z ruchomym twornikiem biegnącym przez całą długość stojana z końcami wystającymi na zewnątrz stojana po obu jego stronach znamienny tym, że po obu końcach stojana (13) znajdują się po jednym z każdego końca cylindry (14), przy czym cylindry te posiadają kanały (15) o p przekroju poprzecznym w kształcie koła z zabudowaPL 218 934 B1 nymi w nich czterema płytkami podłużnych, wklęsłych elektretów (16) wewnątrz, między którymi ruchomo umieszczone są końce twornika (17) z elektretami (19) i (20) na tłoczkach (18), które znajdują się na każdym z końców twornika (17).

7. Silnik według zastrzeżenia 6, znamienny tym, że każdy z dwóch cylindrów (14) ma kanał (15) o przekroju poprzecznym w kształcie koła o tej samej długości średnicy na całej jego długości, a w każdym z tych kanałów (15) znajdują się mocowane trwale, umieszczone po jego ściance wewnętrznej symetrycznie po obwodzie, biegnące wzdłuż na całej długości od początku do końca kanału (15) cylindra (14) cztery płytkowe, wklęsłe, podłużne, gdyby je wyprostować kształtu równych prostopadłościanów, posiadających równe podstawy w postaci prostokątów - elektrety (16), przy czym każdy z tych dwóch kanałów (15) otwarty jest od strony stojana (13), a zaślepiony ze swego drugiego końca ścianką (21) będącą elektretem w kształcie kolistego krążka, umocowanym trwale na ściance w postaci kolistego krążka (22) z tworzywa, będącego dobrym dielektrykiem, posiadającą wraz z ścianka (22) centrycznie otwór (23) prowadzenia twornika (17), którego każdy z dwóch tłoczków posiadających elektrety (19) i (20) ma kształt walca wydrążonego od części tylnej o jednakowych wymiarów podstawach w postaci koła, a od czoła znajdują się elektrety (20) i tak tłoczkowe elektrety (19) i (20) stanowią elektrety nośne twornika (17).

8. Silnik według zastrzeżenia 6 albo 7, znamienny tym, że od każdego z dwóch tłoczków (18) z elektretami nośnymi (19) i (20) twornika (17) odchodzi prowadnica (24) będąca przedłużeniem twornika (17) przechodząca przez otwór (23) ścianek (21) i (22) będący otworem prowadzenia twornika (17) otwór (23) ścianek (21) i (22) zasklepiających z jednego zewnętrznego końca każdy z dwóch kanałów (15) cylindrów (14), przy czym prowadnica (24) nie styka się z obrzeżem otworu (23).

9. Silnik według zastrzeżenia 6 albo 7, albo 8, znamienny tym, że znajdujące sie w cylindrach (14) w kanałach (15) płytkowe elektrety (16), jak i elektrety ścianek (21) zasklepiające kanały (15) cylindrów (14) zwrócone są biegunami tego samego znaku, co znak biegunów elektretów (19) i (20) na poruszających się w każdym z kanałów (15) cylindrów (14) tłoczkach (18) stanowiących elektrety nośne twornika (17), a tłoczki (18) wraz z cylindrami (14) i ściankami (22) wykonane są z tworzywa będącego dobrym dielektrykiem.