RU2005136876A

RU2005136876A - Привод электромагнитного клапана

Info

Publication number: RU2005136876A
Application number: RU2005136876/06A
Authority: RU
Inventors: Владислав ВИГНАНСКИ (GB); Владислав Вигнански; Грэм Пол ФОРД (GB); Грэм Пол ФОРД
Original assignee: Камкон Лтд (Gb); Камкон Лтд
Priority date: 2003-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2006-06-10
Also published as: AU2004234596A1; CN100507222C; GB0409184D0; EP1618292A1; ATE458129T1; JP2006524775A; DE602004025560D1; AU2004234596B2; US20080035870A1; BRPI0409774B1; EP1618292B1; GB2401649B; KR20060008922A; WO2004097184A1; BRPI0409774A; GB2401649A; KR100944292B1; JP4575916B2; US7588002B2; MXPA05011345A

Claims

1. Электромагнитный привод с ротором, содержащим средство, представляющее собой постоянный магнит, установленный с возможностью вращения в статоре, намагничиваемом при протекании электрического тока по меньшей мере через одну обмотку, связанную со статором, причем ротор установлен с возможностью поворота между устойчивыми положениями покоя, которые определяются усилием пружины и/или силой магнитного поля, действующими на ротор, отличающийся тем, что пружинное средство предназначено для накапливания энергии во время части перемещения ротора и обеспечивает кинетическую энергию для ускорения ротора во время последующего его перемещения из состояния покоя в одном положении покоя в другое, при этом при протекании тока в упомянутой, по меньшей мере, одной обмотке к ротору приложен магнитный вращающий момент, являющийся достаточным для преодоления силы/сил, удерживающей/удерживающих ротор в этом положении покоя, вызывая вращение ротора в направлении от этого одного положения покоя к другому положению покоя, причем ротор соединен с толкающим элементом механической передачей, посредством которой вращательное движение ротора преобразуется в линейное перемещение, а эта передача имеет передаточное отношение, изменяющееся заранее заданным образом во время вращения ротора.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что ротор имеет два устойчивых положения покоя, каждое из которых определяется силой магнитного поля и/или усилием пружины, действующими на ротор, при этом первое пружинное средство предназначено для накапливания энергии во время перемещения ротора к первому положению покоя и предоставления кинетической энергии для ускорения ротора при перемещении из этого положения покоя к его другому положению покоя, а второе пружинное средство предназначено для накапливания энергии при повороте ротора к его другому положению покоя и предоставления кинетической энергии для приложения к ротору ускоряющей силы при его перемещении из упомянутого другого положения покоя в обратном направлении назад к первому положению покоя.

3. Привод по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что при накоплении энергии в пружинном средстве, которое связано с положением покоя ротора, обеспечивается замедление ротора, при этом его угловая скорость также и линейная скорость толкающего элемента и передачи постепенно уменьшается по мере того, как ротор приближается к положению покоя.

4. Привод по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что профиль передаточного отношения определяется так, что вблизи от одного положения покоя угловое перемещение ротора не приводит к какому-либо линейному перемещению толкающего элемента.

5. Привод по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что статор имеет четное число полюсов, а ротор имеет четное число узлов, которые намагничены поочередно как северные и южные полюса вокруг ротора средством, представляющим собой постоянный магнит.

6. Привод по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что механическая передача содержит соединение с наличием холостого хода между ротором и толкающим элементом, выбираемого во время части поворота ротора.

7. Привод по п.2, отличающийся тем, что предотвращен поворот ротора на угол, превышающий 180° относительно его одного положения покоя, а ротор установлен с возможностью совершения колебательного движения между двумя положениями покоя.

8. Привод по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что ротор установлен с возможностью вращения на 360° от его одного положения покоя, и при подаче импульсов электрического тока осуществляется остановка или замедление вращения ротора при проходе через положение, соответствующее 180°.

9. Привод по п.1, отличающийся тем, что ротор имеет более двух положений покоя, и при подаче импульсов электрического тока осуществляются колебания ротора между его первым положением покоя и любым из его других положений покоя.

10. Привод по п.1 для открывания и закрывания впускного или выпускного клапана двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что положение покоя двигателя внутреннего сгорания соответствует закрытому положению клапана, именуемого первичным положением покоя, а профиль передаточного отношения выбран таким образом, что обеспечивается высокое передаточное отношение в том угловом положении ротора, при котором клапан начинает открываться, а после начального открывания клапана передаточное отношение постепенно уменьшается, а затем снова постепенно увеличивается до тех пор, пока клапан не будет полностью открыт, причем передаточное отношение снова уменьшается до минимума и снова увеличивается по мере поворота ротора к его исходному первичному положению покоя либо в обратном направлении вращения, либо при продолжении его вращения в том же самом направлении, до тех по, пока ротор не приблизится к его первичному положению покоя, и клапан снова находится в его исходном закрытом положении, а после прохождения этого положения ротор продолжает вращаться без передачи движения на клапан вследствие наличия соединения с холостым ходом до тех пор, пока ротор не дойдет до его первичного положения покоя.

11. Привод по п.1, отличающийся тем, что при вращении ротора обеспечено вращение средства, представляющего собой постоянный магнит, для создания синхронного магнитного момента тогда, когда узлы ротора совмещены c полюсами статора, задавая множество вторых вторичных положений покоя для ротора.

12. Привод по п.11, отличающийся тем, что при регулировании электрического тока обеспечивается поворот ротора из его первичного положения покоя до одного из вторых положений покоя и обратно или через второе первичное положение покоя для возврата в первичное положение покоя путем продолжения его вращения в том же самом направлении, при этом клапан открыт частично или полностью и в течение различных промежутков времени для удовлетворения требованиям различных режимов работы двигателя.

13. Привод по любому из п.1 или 2, используемый для открывания и закрывания клапана двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что толкающий элемент соединен с элементом затвора клапана таким образом, что принудительно перемещает этот элемент в обоих направлениях открывания и закрывания для устранения наличия отдельной пружины для удержания клапана в закрытом состоянии.

14. Привод по любому из п.1 или 2, в комбинации с системой управления для подачи импульсов электрической энергии в одну или в каждую обмотку, обеспечивая, требуемую мгновенную электрическую энергию в каждом импульсе тока и/или регулировку фазы, т.е. привязку по времени, и/или длительности каждого импульса тока в ответ на изменение нагрузки на двигатель, чтобы обеспечить формирование магнитного вращающего момента в каждый момент времени во время открывания и закрывания клапана, который является достаточным для преодоления сил, действующих на затвор клапана в каждой точке рабочего цикла двигателя, и который может изменяться в зависимости от нагрузки, угла поворота коленчатого вала и между различными циклами.

15. Привод по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что статор имеет восемь поляризуемых электромагнитным полем полюсов, расположенных на расстоянии друг от друга, а ротор имеет четыре постоянно намагниченных узла, расположенных на расстоянии друг от друга.

16. Привод по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что статор имеет четыре полюса, расположенные в виде двух пар полюсов, находящихся один напротив другого, и обычным положением покоя ротора является положение, частично совмещенное с одной парой полюсов, а начальное перемещение ротора создают импульсом тока, по меньшей мере, через одну обмотку, связанную со статором, что вызывает отталкивание ротора от частично совмещенных полюсов.

17. Привод по п.2, содержащий

a) статор с четырьмя расположенными по кругу полюсами, ориентированными внутрь в радиальном направлении,

б) ротор, содержащий пару полюсов постоянного магнита, расположенных один напротив другого по диаметру, и установленный с возможностью вращения внутри четырех полюсов статора на угол до 180° от одного положения покоя до другого положения покоя в двух крайних положениях его рабочего хода,

в) первый пружинный элемент, накапливающий механическую энергию при повороте ротора в каждое из двух крайних положений рабочего хода,

г) палец, выступающий сбоку от оси вращения ротора и параллельно ей, но смещенный относительно нее,

д) рычаг, соединенный с пальцем и установленный с возможностью его поворота вокруг оси, параллельной оси ротора, служащий для приложения толкающего усилия наружу из привода,

е) дугообразный паз в рычаге, в который входит палец, в котором он может скользить относительно паза, а также передавать вращательное движение рычагу, причем величина углового перемещения рычага, создаваемого угловым перемещением пальца, определяется формой паза,

ж) второй пружинный элемент, накапливающий механическую энергию при повороте рычага в каждое из двух крайних положений его рабочего хода,

з) по меньшей мере, одну обмотку, которая при протекании в ней электрического тока предназначена для создания чередующихся северных и южных полюсов вокруг четырех полюсов статора,

и) корпус, внутри которого расположены статор, обмотка/обмотки, ротор, рычаг и пружины, а его противоположные концы снабжены подшипниками для вращающихся деталей,

отличающийся тем, что

к) форма паза выбрана таким образом, что в одном крайнем положении рабочего хода ротора начальный поворот или перемещение ротора из этого положения к другим положениям приводит к относительному перемещению между пальцем и пазом за счет скольжения перед продолжением поворота ротора, в результате чего возрастает вращательное усилие, передаваемое через палец на рычаг, вследствие чего передаточное отношение во время этого начального перемещения ротора является существенно большим, чем передаточное отношение в остальной части рабочего хода ротора.

18. Привод по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что движение ротора затормаживается при замыкании обмоток накоротко, что вызывает протекание в обмотках наведенных токов в направлении, противоположном возбуждающему импульсу тока, при этом происходит изменение полярности полюсов статора на обратную и рассеивание кинетической энергии ротора и любого связанного с ним звена передачи.

19. Привод по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что торможение ротора реализовано путем изменения направления протекания электрического тока в обмотках на обратное для изменения направления вращающего момента на обратное для замедления ротора.

20. Привод по любому из п.1 или 2, содержащий

a) статор из восьми расположенных по кругу полюсов, ориентированных внутрь в радиальном направлении, при этом на каждый полюс намотан изолированный проводник для создания в каждом полюсе средства, представляющего собой электромагнит,

б) ротор, содержащий две пары полюсов постоянного магнита, расположенных один напротив другого по диаметру, причем направление магнитного поля является чередующимся "север - юг - север - юг" вокруг ротора, вследствие чего при надлежащей силе тяги ротор способен вращаться на 360° или сначала в одном направлении, а затем обратно в противоположном направлении,

в) пружинный элемент, предназначенный для накапливания механической энергии при повороте ротора к первичному положению покоя,

г) палец с расположенным вокруг него элементом в виде полого ролика, выступающий сбоку от оси вращения ротора и параллельно ей, но смещенный относительно нее,

д) первый рычаг, установленный с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси ротора,

е) дугообразный паз в первом рычаге, внутрь которого входят ролик и палец, при этом ролик установлен с возможностью качения или скольжения относительно паза, а также передачи вращательного движения рычагу с передаточным отношением, изменяющимся в зависимости от углового положения ротора, причем величина углового перемещения рычага, создаваемого угловым перемещением пальца и ролика, определяется формой паза,

ж) при этом первый рычаг имеет поперечное шарнирное соединение для передачи толкающего усилия наружу из привода,

з) втулку, выступающую из ротора, которая находится в контакте со вторым рычагом,

и) второй рычаг сформирован таким образом, что имеет дугообразную контактную поверхность для перемещения пружины средством, представляющим собой сферический подшипник скольжения, при этом смещение пружины является функцией углового положения ротора,

к) при этом дугообразная поверхность второго рычага обеспечивает первичное положение покоя, а малое угловое смещение ротора в любую сторону от первичного положения покоя либо не приводит к какому-либо перемещению пружины, либо приводит к незначительному дополнительному деформированию пружины, а более значительные перемещения пружины приводят к постепенной разгрузке пружины до тех пор, пока ротор не переместится, по существу, на 180° от первичного положения покоя,

л) корпус, внутри которого расположены статор, обмотки, рычаг ротора и пружина,

м) при этом корпус снабжен средствами, представляющими собой подшипники для ротора, первого рычага и второго рычага.

21. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один выпускной клапан, снабженный соответствующим приводом по любому из пп.1-20 для открывания и закрывания выпускного клапана.

22. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий множество впускных и выпускных клапанов, который снабжен соответствующим множеством подходящих приводов, каждый из которых представляет собой привод по любому из пп.1-20, служащий для независимого открывания и закрывания соответствующего ему клапана.