RU220547U1 - Осветительное устройство с телом вращения - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электроприводов и устройств управления игрушками, развлечений и психоэмоциональной релаксации. Она может быть использована как ночной светильник, а также найти применение в школе при изучении раздела физики - электричество и магнетизм. В предлагаемом осветительном устройстве с телом вращения последнее расположено внутри тонкостенного цилиндрического каркаса большого диаметра, на внутренней поверхности которого расположены светодиодные излучатели, питаемые от преобразователя напряжения. Поверх каркаса намотана катушка, а вращающееся тело посажено на ось, противоположные концы которой имеют опоры в диаметральных областях каркаса. При этом внутрь вращающегося тела вмонтирован постоянный магнит с перпендикулярной к оси ориентацией полюсов. Поступающие на катушку от устройства управления импульсы тока формируют переменное магнитное поле, которое при взаимодействии с полем постоянного магнита создаёт вращающий момент. Достигаемый технический результат: упрощение и облегчение конструкции, а также устойчивое позиционирование тела с возможностью управляемого вращения и произвольной ориентации оси вращения.

Description

Область техники.

Полезная модель относится к области: а) электроприводов и устройств управления игрушками; б) развлечений и психоэмоциональной релаксации; может быть использована как ночной светильник, а также найти применение в школе при изучении раздела физики - электричество и магнетизм.

Уровень техники.

Известно устройство для психоэмоциональной реабилитации (патент РФ № 10577U1, заявл. 02.03.1999), которое включает основание с расположенными на нем по вертикальной оси параллельно друг над другом пятью платформами, выполненными в виде кругов, при этом между четвертой и пятой платформами установлен глобус, снабженный изнутри подсветкой. Такая подсветка тела (глобуса) изнутри не приемлема, если его поверхность непрозрачна, а имеет светоотражающее блестящее покрытие, при этом вся конструкция весьма громоздка, малонадёжна и нуждается в дополнительном приспособлении для вращения вокруг оси.

Известно устройство, называемое «Lighting system for rotatable toy» («Система подсветки для вращающейся игрушки») раскрытое в патенте США № 4435917, однако система подсветки опять является внутренней и монтируется в корпусе игрушки типа "летающая тарелка", а вращение ей придаётся рукой во время броска, что неприемлемо для комнатных игрушек.

Известно изобретение «Левитирующий диск» (патент ЕПВ № 023664В1, заявл. 17.01.2011), которое относится к реквизитам и приспособлениям, используемым в области демонстрации фокусов для создания иллюзии левитации. Отсюда, это устройство по сути является псевдолевитирующим диском, который включает в себя дисковидный корпус, в который установлены монтажная плата, источник питания, источники света, микропроцессор и тонкая нить, соединенная с корпусом, так что если, к подвешенному на этой «невидимой нити» диску придать вращение рукой, то это обусловит включение источников света и создание иллюзорного впечатления левитации. Недостатком данного изобретения светящегося псевдолевитирующего диска является отсутствие внешней подсветки и электропривода для автономного вращения.

Конструкции с круглыми рамами, внутри которых помещены левитирующие объекты с внешней подсветкой, исходящей от этих внешних рам, реализованы в ряде коммерчески доступных изделий: а) «Круглая левитирующая фоторамка со светодиодной подсветкой» (https://aliexpress.ru/item/4001220315324.html?sku_id=12000020102949830); б) Левитирующий глобус в овальной рамке» (https://podarki.ru/kupit/Levitiruyushchiy-globus-v-ovalnoy-ramke-5148288); в) «Левитирующий светильник: глобус в круглой раме» (https://3д-светильники.рф/product/levitiruyuschiy-globus-v-krugloy-rame-zolotoy). Все они состоят из рамочного основания и левитирующего объекта, которые содержат магниты (более одного). При этом в патентном описании «Устройство магнитной левитации и его механизм линейного перемещения» (РФ № 2787712, заявл. 15.09.2020) указан общий недостаток подобных устройств: «при реализации левитации традиционной системы магнитной левитации, левитируемый объект обычно должен быть вручную помещен в правильное положение левитации относительно основания, чтобы левитируемый объект мог стабильно плавать. Для первоначального (неопытного) пользователя, ручной поиск правильной позиции левитации будет трудным и может показаться длительным процессом, и они могут потерять свое терпение и интерес».

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа в связи со схожестью конструкции (круглая рама) и выполняемой функции (объект вращается и подсвечивается) является вышеупомянутое доступное в продаже устройство «Левитирующий светильник: глобус в круглой раме» (https://3д-светильники.рф/product/levitiruyuschiy-globus-v-krugloy-rame-zolotoy).

Основными недостатками этого устройства являются: сложность первоначальной установки объекта вращения (тела); множество магнитов; толстая массивная конструкция круглой рамы (каркаса); неуправляемое вращение и неизменяемая ориентация оси вращения.

Технической задачей, решаемой данной полезной моделью, является упрощение и облегчение конструкции, позволяющей осуществить устойчивое позиционирование с возможностью управляемого вращения и произвольной ориентации оси вращения.

Поставленная задача решается с использованием того же, что и в прототипе базового компонента - рамки в виде цилиндрического каркаса, однако, в отличие от прототипа, в предлагаемом устройстве предлагается вращающееся тело посадить на тонкую ось, концы которой установить в скользящие опоры, расположенные диаметрально на цилиндрическом каркасе. Это обеспечит стабильное позиционирование и возможность управляемого вращения телу, расположенному внутри цилиндрического каркаса, а также даст возможность осуществить произвольную ориентацию оси вращения.

Достигаемый технический результат: упрощение и облегчение конструкции, а также устойчивое позиционирование тела с возможностью управляемого вращения и произвольной ориентации оси вращения.

Указанный технический результат достигается тем, что вращающееся тело со светодиодной подсветкой, расположено внутри цилиндрического каркаса большого диаметра, на внутренней поверхности которого расположены светодиодные излучатели, питаемые от преобразователя напряжения. Поверх каркаса намотана катушка, а само вращающееся тело посажено на ось, противоположные концы которой имеют опоры в диаметральных областях каркаса. При этом внутрь тела вмонтирован постоянный магнит с перпендикулярной к оси ориентацией полюсов. Поступающие на катушку от устройства управления импульсы тока, формируют переменное магнитное поле, которое при взаимодействии с полем постоянного магнита создаёт вращающий момент.

Описание чертежей.

Заявляемое устройство поясняется рисунком, показанным на фиг. 1.

Фиг. 1 - общий вид конструкции, совмещённый со структурно-функциональной схемой вращающегося тела со светодиодной подсветкой.

Сущность полезной модели, подробное описание.

Общий вид конструкции, совмещённый со структурно-функциональной схемой вращающегося тела со светодиодной подсветкой, изображен на фиг. 1. Конструкция содержит вращающееся тело 1, расположенное внутри тонкостенного цилиндрического каркаса большого диаметра 2, на внутренней поверхности которого расположены светодиодные излучатели 3, питаемые от преобразователя напряжения 4. Поверх каркаса намотана катушка 5, а вращающееся тело 1 посажено на ось 6, противоположные концы которой имеют опоры 7 в диаметральных областях каркаса 2. При этом внутрь вращающегося тела 1 вмонтирован постоянный магнит 8 с перпендикулярной к оси ориентацией полюсов. Поступающие на катушку 5 от устройства управления 9 импульсы тока, формируют переменное магнитное поле, которое при взаимодействии с полем постоянного магнита 8 создаёт вращающий момент. При этом отклонение оси 6 от вертикали (вплоть до горизонтальной ориентации) не нарушает стабильности вращения тела 1. Само тело 1 может быть как плоским, например, в форме «сердечка», «бабочки», «смайлика», «многоугольника» и т.п., так и объемным - в виде шара, многогранника (октаэдра, икосаэдра и т.п.) и т.п.

Пример осуществления.

Для экспериментальной проверки работоспособности предлагаемого устройства был изготовлен макет со следующими параметрами (см. фиг. 1). В качестве вращающегося тела 1 был взят икосаэдр (20-гранник) с длиной грани 25 мм, изготовленный из картона покрытого металлизированной блестящей плёнкой (немагнитной); внутри него был вмонтирован неодимовый кольцевой магнит 8 с внешним диаметром 10 мм, внутренним - 3 мм, толщиной 4 мм и массой 3 г. Икосаэдр был посажен на стальную ось 6 диаметром 1 мм, и его полная масса вместе с магнитом составила 9 г. Нижний конец оси тела (икосаэдра) опирался в углубление на внутреней поверхности 7 каркаса 2, а верхний конец оси проходил в отверстие 7, выполненное между витками катушки 5 в верхней части каркаса 2. Диаметр и длина цилиндрического каркаса 2, изготовленного из диэлектрика, составляли 80 и 18 мм соответственно; толщина стенки каркаса 1 мм. Катушка 5 была намотана поверх каркаса 2 в один слой и содержала 40 витков медного провода ПЭЛ диаметром 0,25 мм; её активное сопротивление составляло 4 Ом. На внутреннюю поверхность каркаса 2 приклеивалась светодиодная лента 3 - четыре секции по 50 мм (общая длина 0,2 м), питание которой осуществлялось от DC-DC преобразователя 4 с выходным напряжением +12B при входном +5В. Устройство управления 9 катушкой 5 содержало RC-генератор на КМОП микросхеме 561ЛА7 и мостовой драйвер на двух микросхемах с парой мощных комплементарных МОП транзисторов IRF7309 (с малым сопротивлением открытых каналов 0,05…0,1 Ом), которое с частотой около 1 Гц формировало возбуждающие биполярные импульсы тока. Общее электропитание осуществлялось от источника с напряжением +5 В, потребляемый ток составлял около 1 А. В эксперименте источниками питания выступали и литий-ионные аккумуляторы, и зарядные устройства смартфонов, и USB-порты компьютера. Тело 1 подсвечивалось и стабильно вращалось как при вертикальной, так и при горизонтальной ориентации оси 6. Итак, эксперимент подтвердил, что предлагаемое устройство работоспособно, имеет простую легкую конструкцию с одним магнитом, устойчиво позиционируется, имеет возможность управляемого вращения и произвольной ориентации оси вращения.

Несомненно, что другие альтернативные варианты могут быть созданы специалистами в данной области техники. Однако должно быть понятно, что полезная модель не огранивается описанным вариантом осуществления и охватывает модификации, очевидные специалистам в данной области техники, которые находятся в пределах сущности и объема заявляемой формулы полезной модели.

Claims (1)

1. Осветительное устройство с телом вращения, содержащее вращающееся тело, расположенное внутри цилиндрического каркаса большого диаметра, на внутренней поверхности которого расположены светодиодные излучатели, питаемые от преобразователя напряжения, отличающееся тем, что поверх каркаса намотана катушка, а вращающееся тело посажено на ось, противоположные концы которой имеют опоры в диаметральных областях каркаса, при этом внутрь вращающегося тела вмонтирован постоянный магнит с перпендикулярной к оси ориентацией полюсов, поступающие на катушку от устройства управления импульсы тока формируют переменное магнитное поле, которое при взаимодействии с полем постоянного магнита создаёт вращающий момент.