RU2176843C2

RU2176843C2 - Rotary-to-reciprocal motion converter

Info

Publication number: RU2176843C2
Application number: RU99125026/28A
Authority: RU
Inventors: К.К. Ким; Н.С. Семин; К.А. Самофалов
Original assignee: Петербургский государственный университет путей сообщения
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2001-12-10

Abstract

FIELD: conversion of one kind of motion to other. SUBSTANCE: converter capable of converting rotary to reciprocal motion when axes of revolution and directions of reciprocation are parallel without using additional mechanisms has guide rod carrying movable shorted-out electromagnetic coil; one end of guide rod is rigidly joined with fixed electromagnetic coil whose one end is fixed to reset spring; other end of spring is fixed to movable coil and fitted onto guide rod; the latter is placed in C-shaped cavity in longitudinal section of ferromagnetic core mounted on motor shaft; end parts of core are made in the form of segments in cross- sectional area. Guide rod is made of ferromagnetic material. Segments of end parts of core are of variable thickness. End ferromagnetic segments are alternating with those made of nonmagnetic material. EFFECT: simplified design; enlarged functional capabilities. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области преобразования движения одного вида в движение другого вида, а конкретнее к устройствам преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. The invention relates to the field of converting the movement of one kind into the movement of another kind, and more particularly to devices for converting rotational motion into reciprocating.

Известны устройства, использующие передачу винт-гайка для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное (Д. Н. Решетов. Детали машин. - М. : Машиностроение, 1974. - 400 с.; Д.Н. Решетов. Детали и механизмы станков. Т.2. - М.: Машиностроение, 1972. - 520 с.). Known devices that use a screw-nut gear to convert rotational motion into reciprocating (D. N. Reshetov. Machine parts. - M.: Mechanical Engineering, 1974. - 400 p .; DN Reshetov. Parts and mechanisms of machine tools. T.2. - M.: Mechanical Engineering, 1972. - 520 p.).

Механический контакт пары винт-гайка обуславливает большие потери на трение и низкий КПД. The mechanical contact of the screw-nut pair causes large friction losses and low efficiency.

Известно устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное (Патент ФРГ N 2435316, МКИ F 16 Н 49/00, опубл. в сборнике ЦНТИ "Изобретения в СССР и за рубежом". БИ N 7, 1974), выбранное в качестве прототипа, имеет корпус, с заключенными внутри него двумя двухполюсными магнитами, неподвижным и вращающимся, в некоторых случаях постоянные магниты заменяются электромагнитными катушками. Между ними расположен прямолинейный магнит, который может осуществлять возвратно-поступательное движение вдоль направляющей. В этом устройстве ось вращения вращающегося магнита перпендикулярна направлению возвратно-поступательного движения прямолинейного магнита. Для случая, когда ось вращения вращающегося магнита и линия возвратно-поступательного движения параллельны, данное устройство требует применения дополнительного механизма, осуществляющего поворот оси вращения вращающегося магнита на 90^o. Это приводит к усложнению конструкции и ограничению функциональных возможностей.A device for converting rotational motion into reciprocating (Patent Germany N 2435316, MKI F 16 H 49/00, published in the collection of Central Scientific Research Institute "Inventions in the USSR and abroad. BI N 7, 1974), selected as a prototype, it has a housing with two bipolar magnets enclosed inside it, fixed and rotating, in some cases the permanent magnets are replaced by electromagnetic coils. Between them is a rectilinear magnet, which can reciprocate along the guide. In this device, the axis of rotation of the rotating magnet is perpendicular to the direction of the reciprocating motion of the rectilinear magnet. For the case when the axis of rotation of the rotating magnet and the line of reciprocating motion are parallel, this device requires the use of an additional mechanism that rotates the axis of rotation of the rotating magnet by 90 ^o . This leads to complexity of the design and limited functionality.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей устройства, которое заключается в возможности передачи вращательного движения в возвратно-поступательное в случае, когда оси вращения и направления возвратно-поступательного движения параллельны без применения дополнительного механизма. The objective of the present invention is to simplify the design and expand the functionality of the device, which consists in the possibility of transmitting rotational motion to reciprocating in the case when the axis of rotation and the direction of reciprocating motion are parallel without using an additional mechanism.

Указанная задача достигается тем, что в устройстве для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, содержащем направляющий стержень с подвижной короткозамкнутой электромагнитной катушкой, один конец направляющего стержня жестко закреплен в неподвижной электромагнитной катушке, к которой одним своим концом жестко прикреплена возвратная пружина, которая другим своим концом жестко закреплена с подвижной катушкой и насажена на направляющий стержень, который расположен во внутренней полости С-образного в продольном сечении ферромагнитного магнитопровода, закрепленного на валу электродвигателя, торцевые части магнитопровода в поперечном сечении выполнены в виде сегментов. Направляющий стержень выполнен из ферромагнитного материала. Сегменты торцевых частей магнитопровода выполнены переменной толщины. Торцевые ферромагнитные сегменты чередуются с сегментами из немагнитного материала. This task is achieved by the fact that in the device for converting rotational motion into reciprocating, containing a guide rod with a movable short-circuited electromagnetic coil, one end of the guide rod is rigidly fixed in a stationary electromagnetic coil, to which one end is rigidly attached return spring, which is its other the end is rigidly fixed with a movable coil and mounted on a guide rod, which is located in the internal cavity of the C-shaped longitudinally ohm-section of the ferromagnetic yoke, mounted on the motor shaft, the end portion of the magnetic circuit in cross-section are formed as segments. The guide rod is made of ferromagnetic material. The segments of the end parts of the magnetic circuit are made of variable thickness. End ferromagnetic segments alternate with segments of non-magnetic material.

Сопостовительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается; 1) наличием С-образного в продольном сечении ферромагнитного магнитопровода с возможностью вращательного движения, 2) наличием неподвижной электромагнитной катушки и возвратной пружины, 3) наличием направляющего стержня, выполненного из ферромагнитного материала, 4) наличием сегментов торцевых частей магнитопровода, выполненных переменной толщины, 5) наличием торцевых ферромагнитных сегментов, чередующихся с сегментами из немагнитного материала. Comparative analysis of the prototype shows that the inventive device is different; 1) the presence of a C-shaped in the longitudinal section of the ferromagnetic magnetic circuit with the possibility of rotational movement, 2) the presence of a fixed electromagnetic coil and a return spring, 3) the presence of a guide rod made of ferromagnetic material, 4) the presence of segments of the end parts of the magnetic circuit made of variable thickness, 5 ) the presence of end ferromagnetic segments, alternating with segments of non-magnetic material.

Отмеченные отличия позволяют использовать метод бесконтактной передачи вращательного движения С-образного магнитопровода в возвратно-поступательное движение короткозамкнутой электромагнитной катушки. The noted differences make it possible to use the method of contactless transmission of the rotational motion of a C-shaped magnetic circuit into the reciprocating motion of a short-circuited electromagnetic coil.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". Отмеченная новизна заявляемого устройства исследована по его существенным признакам на соответствие критерию "изобретательский уровень", при этом были приняты во внимание источники информации в данной и родственных областях техники, а также те условия, что все существенные признаки изобретения находятся в единой логической взаимосвязи и направлены в совокупности на достижение единого результата. Thus, the claimed device meets the criterion of "novelty." The noted novelty of the claimed device was investigated by its essential features for compliance with the criterion of "inventive step", while taking into account sources of information in this and related areas of technology, as well as those conditions that all the essential features of the invention are in a single logical relationship and are directed to aggregate to achieve a single result.

Так, в источнике (Автомобили ВАЗ-2103, ВАЗ-2106 и ВАЗ-21061. Многокрасочный альбом / В.А. Вершигора, А.П. Игнатов, К.В. Новокшонов и др. - М.: Машиностроение, 1993. - с. 20-21.) выявлен газораспределительный механизм, который обеспечивает наполнение цилиндров двигателя свежим зарядом горючей смеси и выпуск отработавших газов. Очевидно, что данное устройство по своей конструкции, выполняемым функциям и достигнутым результатам не эквивалентно заявляемому устройству. Это позволяет заключить, что заявляемый фрикционный насос с электромагнитным приводом обладает новизной и отвечает критерию "изобретательский уровень". So, in the source (VAZ-2103, VAZ-2106 and VAZ-21061 automobiles. Multicolor album / V.A. Vershigora, A.P. Ignatov, K.V. Novokshonov et al. - M.: Mashinostroenie, 1993. - pp. 20-21.) a gas distribution mechanism has been identified that provides filling the engine cylinders with a fresh charge of the combustible mixture and exhaust gas release. Obviously, this device in its design, the functions performed and the results achieved is not equivalent to the claimed device. This allows us to conclude that the inventive friction pump with an electromagnetic drive has novelty and meets the criterion of "inventive step".

Предлагаемое устройство показано на фиг. 1. The proposed device is shown in FIG. 1.

Электромагнитная катушка 1, закрепленная на корпусе 2 из немагнитного материала, через ключ присоединена к источнику переменного напряжения (не показаны на фиг. 1). В неподвижной электромагнитной катушке 1 жестко закреплен один конец направляющего стержня 3, на который насажена подвижная короткозамкнутая электромагнитная катушка 4. К электромагнитной катушке 1 одним своим концом жестко прикреплена возвратная пружина 5, другим своим концом возвратная пружина 5 жестко прикреплена к подвижной короткозамкнутой электромагнитной катушке 4. Возвратная пружина 5 насажена на направляющий стержень 3. В корпусе 2 расположен ферромагнитный С-образный магнитопровод переменной толщины 6 (показан на фиг. 2), жестко связанный с валом электродвигателя 7. An electromagnetic coil 1, mounted on a housing 2 of non-magnetic material, is connected through a key to an AC voltage source (not shown in Fig. 1). In the stationary electromagnetic coil 1, one end of the guide rod 3 is rigidly fixed, on which the movable short-circuited electromagnetic coil 4 is mounted. The return spring 5 is rigidly attached to the electromagnetic coil 1 by its one end, and the return spring 5 is rigidly attached to the movable short-circuited electromagnetic coil 4. The return spring 5 is mounted on the guide rod 3. In the housing 2 is a ferromagnetic C-shaped magnetic core of variable thickness 6 (shown in Fig. 2), rigidly knitted with the motor shaft 7.

На фиг. 2. показано поперечное сечение магнитопровода 6. Ферромагнитные (карбонильное железо, гайперник) сегменты магнитопровода 6 (переменной толщины), закрепленные на валу 7, чередуются с сегментами 8, выполненными из немагнитного материала (фторопласт). In FIG. 2. shows the cross section of the magnetic circuit 6. Ferromagnetic (carbonyl iron, hypernik) segments of the magnetic circuit 6 (variable thickness), mounted on the shaft 7, alternate with segments 8 made of non-magnetic material (fluoroplastic).

Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом. The operation of the proposed device is as follows.

Катушка 1 (фиг. 1) запитывается от источника переменного напряжения. Переменный ток, протекающий по катушке 1, посредством части магнитного потока Ф' (на фиг. не показан) индуцирует в короткозамкнутой катушке 4 вихревой ток, из-за их взаимодействия возникает сила отталкивания, действующая на короткозамкнутую катушку 4. В результате этого короткозамкнутая катушка 4 начинает движение вдоль направляющего стержня 3, растягивая возвратную пружину 5. Движение короткозамкнутой катушки 4 происходит до тех пор, пока сила отталкивания не уравновесится силой упругости растянутой возвратной пружины 5. Coil 1 (Fig. 1) is powered by an AC voltage source. The alternating current flowing through the coil 1, through a part of the magnetic flux Ф '(not shown in Fig.) Induces eddy current in the short-circuited coil 4, due to their interaction a repulsive force acting on the short-circuited coil 4. As a result, the short-circuited coil 4 starts moving along the guide rod 3, stretching the return spring 5. The movement of the short-circuited coil 4 occurs until the repulsive force is balanced by the elastic force of the extended return spring 5.

Допустим, что магнитопровод 6 (фиг. 1) находится в положении, при котором сегмент 8 (фиг. 2) расположен над торцом катушки 1, поэтому сопротивление (R_м) магнитной цепи, по которой замыкаются линии магнитной индукции поля катушки 1 максимально. В результате этого магнитный поток (Ф), пронизывающий короткозамкнутую катушку 4, минимален (Ф = i • w/R_м, где i - ток в катушке 1, w - число витков катушки 1). Сказанное приводит к уменьшению магнитной индукции (В) в области короткозамкнутой катушки 4 (В = Ф/S, где S - площадь поперечного сечения кольца 4), а следовательно, и к уменьшению удельной электромагнитной силы отталкивания (f) короткозамкнутой катушки 4 от катушки 1 (f = B²/(2•μ₀), где μ₀ - магнитная постоянная).Suppose that the magnetic circuit 6 (Fig. 1) is in a position in which the segment 8 (Fig. 2) is located above the end of the coil 1, therefore, the resistance (R _m ) of the magnetic circuit along which the lines of magnetic induction of the field of coil 1 are closed as much as possible. As a result of this, the magnetic flux (Ф) penetrating the short-circuited coil 4 is minimal (Ф = i • w / R _m , where i is the current in coil 1, w is the number of turns of coil 1). The aforesaid leads to a decrease in magnetic induction (B) in the region of the short-circuited coil 4 (B = Ф / S, where S is the cross-sectional area of the ring 4), and, consequently, to a decrease in the specific electromagnetic force of repulsion (f) of the short-circuited coil 4 from the coil 1 (f = B ² / (2 • μ ₀ ), where μ ₀ is the magnetic constant).

Под действием двигателя (на фиг. не показан) магнитопровод 6 поворачивается, и в положении, когда h = h₁, магнитное сопротивление R_м уменьшается, т.к. данный сегмент магнитопровода 6 выполнен из ферромагнетика, и это приводит к возрастанию силы отталкивания f, под действием которой короткозамкнутая катушка 4 начинает движение, растягивая возвратную пружину 5. По мере вращения магнитопровода 6 толщина h возрастает до величины h₃, что приводит к соответствующему увеличению силы отталкивания f. При дальнейшем вращении магнитопровода 6 толщина h уменьшается до величины h₁, что приводит к соответствующему уменьшению силы отталкивания f. Под действием возвратной пружины 5 короткозамкнутая катушка 4 возвращается в исходное положение.Under the action of the engine (not shown in Fig.), The magnetic circuit 6 rotates, and in the position when h = h ₁ , the magnetic resistance R _m decreases, because this segment of the magnetic circuit 6 is made of a ferromagnet, and this leads to an increase in the repulsive force f, under the action of which the short-circuited coil 4 begins to move, stretching the return spring 5. As the magnetic circuit 6 rotates, the thickness h increases to a value of h ₃ , which leads to a corresponding increase in force repulsion f. With further rotation of the magnetic circuit 6, the thickness h decreases to a value of h ₁ , which leads to a corresponding decrease in the repulsive force f. Under the action of the return spring 5, the short-circuited coil 4 is returned to its original position.

Далее весь процесс повторяется. Further, the whole process is repeated.

Как можно заметить, использование заявляемого устройства, работающего на принципе изменения величины магнитного сопротивления пути магнитного потока, позволяет упростить конструкцию и расширить функциональные возможности устройства из-за того, что в заявляемом устройстве уменьшено число электромагнитных катушек за счет использования С-образного в продольном сечении ферромагнитного магнитопровода с возможностью вращательного движения и возвратной пружины. As you can see, the use of the inventive device, operating on the principle of changing the magnitude of the magnetic resistance of the magnetic flux path, allows to simplify the design and expand the functionality of the device due to the fact that in the inventive device the number of electromagnetic coils is reduced due to the use of a C-shaped in longitudinal section of a ferromagnetic magnetic circuit with the possibility of rotational motion and return spring.

Claims

1. A device for converting rotational motion into a reciprocating, containing a guide rod with a movable short-circuited electromagnetic coil, characterized in that one end of the guide rod is rigidly fixed in a stationary electromagnetic coil, to which one end is rigidly attached return spring, which is its other end rigidly fixed with a movable coil and mounted on a guide rod, which is located in the inner cavity of the C-shaped in longitudinal section of the fer a magnetic yoke mounted on the motor shaft, the end portion of the magnetic circuit in cross-section are formed as segments.

2. The device according to claim 1, characterized in that the guide rod is made of ferromagnetic material.

3. The device according to claim 1, characterized in that the segments of the end parts of the magnetic circuit are made of variable thickness.

4. The device according to claim 1, characterized in that the end ferromagnetic segments alternate with segments of non-magnetic material.