RU2382260C1

RU2382260C1 - Magnetic-electric drive

Info

Publication number: RU2382260C1
Application number: RU2008151019/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Степанович Григорчук (RU); Владимир Степанович Григорчук
Original assignee: Владимир Степанович Григорчук
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-02-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering field and can be used in different mechanisms for increasing of rotational moment. Magnetic-electric drive contains casing (1), driving and driven shafts (7, 8), generator (6) of alternating-current with permanent-magnet excitation, shaft of which is passed into opening of front cover of casing (1), outlet of which is connected to inlet of rectifier assembly (34). Driving and driven shafts are connected to each other driven shafts are connected to each other by means of clutch (9,10), connected to control knob. Inside casing there are installed several amplifying elements (5), similar by structure and connected to drive shaft (7). Each amplifying element contains constant magnet, with top and bottom vertical canals. Each amplifying element allows also electromagnet dynamic linear motor, brushes of which are connected to outlet of rectifier assembly (34), toothed pinion, fixed on drive shaft and located in round casing. Top and bottom vertical canals of magnet, electromagnet dynamic linear motor and round casing of toothed pinion are connected successively to each other by means of pipelines and all are filled by steel balls.

EFFECT: invention provides increasing of rotational moment ensured by usage of constant magnet power.

7 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области электротехники и может найти применение в приводах различных машин и механизмов.The present invention relates to the field of electrical engineering and may find application in the drives of various machines and mechanisms.

Известна шариковая передача, содержащая ведущий и ведомый узлы, выполненные в виде размещенных в корпусах и установленных на валах звездочек. Корпуса соединены между собой гибкими трубками, заполненными шариками, контактирующими между собой и взаимодействующими с зубьями звездочек. Между узлами в одном из корпусов установлено распределительное устройство в форме прямоугольного бруска с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и фиксации, которое имеет с боковых сторон по паре сообщающихся между собой, скрещивающихся и параллельных каналов, заполненных шариками.Known ball gear containing the master and slave nodes, made in the form placed in the housings and mounted on the shafts of the sprockets. The housings are interconnected by flexible tubes filled with balls in contact with each other and interacting with the teeth of the sprockets. A switchgear in the form of a rectangular bar with the possibility of movement in the vertical plane and fixation is installed between the nodes in one of the housings, which has, on the sides, a pair of communicating, crossing and parallel channels filled with balls.

/Авт.свид. №1293424, кл. F16H 9/00, опубл. 28.02.87, Бюл. №8// Autosvid. No. 1293424, cl. F16H 9/00, publ. 02.28.87, Bull. No. 8 /

Недостатками известной шариковой передачи является невозможность изменения направления вращения ведомого вала и его отключение без остановки ведущего вала.The disadvantages of the known ball transmission is the inability to change the direction of rotation of the driven shaft and turn it off without stopping the drive shaft.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией шариковой передачи.These disadvantages are due to the design of the ball gear.

Известна также бесшумная передача с высокими демпфирующими свойствами, содержащая корпус с внутренними зубьями, закрытый передней и задней крышками, ведущее звено выполнено в виде многополюсного магнита, установленного на ведущем валу, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки. Ведомое звено выполнено в форме стакана с ферромагнитными зубьями, изолированными друг oт друга немагнитным материалом, и связано с ведомым валом, свободный конец которого пропущен в отверстие задней крышки.Also known is a silent transmission with high damping properties, comprising a housing with internal teeth closed by front and rear covers, the drive link is made in the form of a multi-pole magnet mounted on a drive shaft, the free end of which is passed into the hole of the front cover. The driven link is made in the form of a glass with ferromagnetic teeth isolated from each other by non-magnetic material and connected to a driven shaft, the free end of which is passed into the hole of the rear cover.

/С.Н.Кожевников, Я.И.Есипенко, Я.М.Раскин, Механизмы, Справочник, изд.4. - М.: Машиностроение, 1976, с.170, рис.3.60/./ S.N. Kozhevnikov, Ya.I. Esipenko, Ya.M. Raskin, Mechanisms, Handbook, ed. 4. - M.: Mechanical Engineering, 1976, p. 170, Fig. 3.60 /.

Бесшумная передача с высокими демпфирующими свойствами, как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому полезному результату, принята за прототип.Silent transmission with high damping properties, as the closest in technical essence and achieved useful result, adopted as a prototype.

Недостатками известной бесшумной передачи, принятой за прототип, являются небольшой крутящий момент, узкая область применения.The disadvantages of the known silent transmission, adopted as a prototype, are a small torque, a narrow scope.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией передачи.These disadvantages are due to the design of the transmission.

Целью настоящего изобретения является повышение технических характеристик передачи.The aim of the present invention is to improve the technical characteristics of the transmission.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что многополюсный магнит, стакан с ферромагнитными зубьями заменены генератором переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов, установленным внутри корпуса, вал которого пропущен в отверстие передней крышки корпуса, выпрямительным блоком, размещенным внутри корпуса, вход которого электрически соединен с выходом генератора переменного тока, причем ведущий и ведомый валы установлены соосно с валом генератора переменного тока, и передний конец ведущего вала вставлен в подшипник корпуса генератора переменного тока, а его задний конец вставлен в торец ведомого вала, второй конец которого пропущен в отверстие задней крышки, муфтой, ведомое звено которой закреплено на ведомом валу, а ведущее звено установлено на шлицах ведущего вала с возможностью продольного перемещения и кинематически связано с ручкой управления, несколькими усилительными элементами, одинаковыми по конструкции, связанными с ведущим валом, каждый из которых содержит постоянный магнит, выполненный в форме прямоугольного бруска, установленного вертикально, внутри которого выполнены верхний и нижний вертикальные каналы, входное отверстие верхнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность одного магнитного полюса, а входное отверстие нижнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность другого магнитного полюса, причем выходные отверстия верхнего и нижнего вертикальных каналов выходят на среднюю часть постоянного магнита, на противоположные стороны, где напряженность магнитного поля самая минимальная, кроме того, каждый усилительный элемент имеет электромагнитодинамический линейный двигатель, состоящий из С-образного магнита, между полюсами которого установлена электроизоляционная трубка, имеющая сквозные соосные пазы, в которые вставлены две щетки, подключенные к выходу выпрямительного блока, причем выходное отверстие верхнего вертикального канала соединено трубопроводом с входным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического двигателя, а входное отверстие упомянутого канала соединено трубопроводом с выходным отверстием нижнего вертикального канала, кроме того, зубчатая шестерня усилительного элемента закреплена на ведущем валу и размещена в круглом корпусе, входное отверстие которого трубопроводом соединено с выходным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического линейного двигателя, а выходное отверстие круглого корпуса соединено трубопроводом с входным отверстием нижнего вертикального канала, кроме того, верхний и нижний вертикальные каналы, трубопроводы, электроизоляционная трубка злектромагнитодинамического линейного двигателя, круглый корпус зубчатой шестерни заполнены стальными шариками, контактирующими друг с другом и с щетками электромагнитодинамического линейного двигателя, причем каждый шестой шарик выполнен из ферросплава, не проводящего электрический ток, а все трубопроводы и круглый корпус выполнены из немагнитного материала.The specified purpose according to the invention is ensured by the fact that the multi-pole magnet, the glass with ferromagnetic teeth are replaced by an alternating current generator with excitation from permanent magnets mounted inside the housing, the shaft of which is passed into the hole of the front housing cover, by a rectifying unit located inside the housing, the input of which is electrically connected the output of the alternator, the drive and driven shafts being installed coaxially with the shaft of the alternator, and the front end of the drive shaft is inserted into the bearing of the housing of the alternator, and its rear end is inserted into the end of the driven shaft, the second end of which is passed into the hole of the rear cover, a coupling, the driven link of which is mounted on the driven shaft, and the driving link is mounted on the splines of the drive shaft with the possibility of longitudinal movement and kinematically connected with a control handle, several amplifying elements, identical in design, connected with the drive shaft, each of which contains a permanent magnet made in the form of a rectangular bar, vertically, inside which the upper and lower vertical channels are made, the inlet of the upper vertical channel opens to the end surface of one magnetic pole, and the inlet of the lower vertical channel opens to the end surface of the other magnetic pole, and the outlet openings of the upper and lower vertical channels go to the middle part of the permanent magnet, on opposite sides, where the magnetic field is the smallest, in addition, each amplifying element t has an electromagnetodynamic linear motor consisting of a C-shaped magnet, between the poles of which an insulating tube is installed, having through coaxial grooves, into which two brushes are inserted, connected to the output of the rectifier unit, the outlet of the upper vertical channel being connected by a pipe to the inlet of the insulating tube an electrodynamic motor, and the inlet of said channel is connected by a pipeline to the outlet of the lower vertically of the channel, in addition, the gear wheel of the amplifying element is fixed on the drive shaft and placed in a round casing, the inlet of which is connected by a pipe to the outlet of the electric insulating tube of an electromagnetodynamic linear motor, and the outlet of the round casing is connected by a pipe to the inlet of the lower vertical channel, in addition , upper and lower vertical channels, pipelines, electromagnetodynamic linear motor insulating tube, round to the gear housing is filled with steel balls in contact with each other and with the brushes of the electro-linear motor, each sixth ball made of ferroalloy, which does not conduct electric current, and all pipelines and the round body are made of non-magnetic material.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид магнитоэлектрической передачи, на фиг.2 - схема расположения деталей и узлов магнитоэлектрической передачи в корпусе, на фиг.3 - устройство генератора переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов, на фиг.4 - схема магнитоэлектрической передачи, состоящей из одного элемента, на фиг.5 - картина магнитного поля прямоугольного магнита, на фиг.6 - устройство злектромагнитодинамического линейного двигателя, на фиг.7 - схема принципа действия магнитоэлектрической передачи.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the magnetoelectric transmission, figure 2 - arrangement of parts and components of the magnetoelectric transmission in the housing, figure 3 - device alternating current generator with excitation from permanent magnets, figure 4 - a diagram of a magnetoelectric transmission consisting of one element, in Fig. 5 is a picture of the magnetic field of a rectangular magnet, in Fig. 6 is a device of an electromagnetodynamic linear motor, in Fig. 7 is a diagram of the principle of action of a magnetoelectric transmission.

Магнитоэлектрическая передача содержит корпус 1, закрытый передней 2 и задней 3 крышами, имеющий в нижней части опорную плиту 4. Внутри корпуса размещено несколько усилительных элементов 5, одинаковых по конструкции, генератор переменного тока 6 с возбуждением от постоянных магнитов, ведущий вал 7, один конец которого установлен в подшипнике задней крышки корпуса генератора переменного тока, а другой вставлен в торец ведомого вала 8, свободный конец которого пропущен в отверстие задней крышки корпуса магнитоэлектрической передачи. На переднем конце ведомого вала закреплена ведомая полумуфта 9, взаимодействующая с ведущей полумуфтой 10, установленной на шлицах ведущего вала с возможностью продольного перемещения и кинематически связанной с ручкой управления 11. Каждый усилительный элемент содержит постоянный магнит 12, выполненный в форме прямоугольного бруска, установленного вертикально, внутри которого выполнены верхний 13 и нижний 14 вертикальные каналы. Входное отверстие верхнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность одного магнитного полюса, а входное отверстие нижнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность другого магнитного полюса. Выходные отверстия верхнего и нижнего вертикальных каналов повернуты и выходят на среднюю часть постоянного магнита, на противоположные стороны, где напряженность магнитного поля самая минимальная или вовсе отсутствует. Каждый усилительный элемент имеет электромагнитодинамический линейный двигатель, состоящий из С-образного постоянного магнита 15, между полюсами которого установлена электроизоляционная трубка 16, имеющая пазы, в которые вставлены две щетки 17, одна напротив другой. Выходное отверстие верхнего вертикального канала соединено трубопроводом 13 с входным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического линейного двигателя, а входное отверстие упомянутого канала трубопроводом 19 соединено с выходным отверстием нижнего вертикального канала. Зубчатая шестерня (звездочка) 20 усилительного элемента закреплена на ведущем валу и размещена в круглом корпусе 21, входное отверстие которого трубопроводом 22 соединено с выходным отверстием электроизоляционной трубки. Выходное отверстие круглого корпуса соединено трубопроводом 23 с входным отверстием нижнего вертикального канала. Все трубопроводы, электроизоляционная трубка, круглый корпус, верхний и нижний вертикальные каналы заполнены стальными шариками 24, контактирующими друг с другом и с щетками злектромагнитодинамического линейного двигателя. Чтобы предотвратить действие электрического тока на шарики, находящиеся вне зоны электроизоляционной трубки, каждый шестой шарик выполнен из ферросплава, не проводящего электрический ток. Генератор переменного тока содержит корпус 25, закрытый передней 26 и задней 27 крышками, в подшипниках которых установлен вал 23, свободный конец которого пропущен в отверстия передней крышки корпуса генератора и передней крышки корпуса магнитоэлектрической передачи. На валу закреплены зубчатые полюсы постоянных магнитов 29, между которыми установлены изоляционная 30 и овальная 31 втулки. Внутри корпуса установлен сердечник 32, имеющий радиальные внутренние магнитопроводы, на которых установлены катушки 33, соединенные последовательно. Выводы от катушек подключены ко входу выпрямительного блока 34, выход которого электрически соединен с щетками электромагнитодинамического линейного двигателя.The magnetoelectric transmission comprises a housing 1, covered by a front 2 and rear 3 roofs, having a base plate 4 in the lower part. Inside the housing there are several amplifying elements 5 of the same design, an alternator 6 with excitation from permanent magnets, a drive shaft 7, one end which is installed in the bearing of the rear cover of the housing of the alternator, and the other is inserted into the end of the driven shaft 8, the free end of which is passed into the hole of the rear cover of the magnetoelectric transmission. At the front end of the driven shaft, a driven coupling half 9 is mounted, interacting with the driving coupling half 10 mounted on the splines of the driving shaft with the possibility of longitudinal movement and kinematically connected with the control handle 11. Each amplifying element contains a permanent magnet 12 made in the form of a rectangular bar mounted vertically, inside of which the upper 13 and lower 14 vertical channels are made. The inlet of the upper vertical channel opens to the end surface of one magnetic pole, and the inlet of the lower vertical channel opens to the end surface of another magnetic pole. The outlet holes of the upper and lower vertical channels are rotated and go to the middle part of the permanent magnet, on the opposite sides, where the magnetic field is the smallest or not at all. Each amplifying element has an electromagnetodynamic linear motor, consisting of a C-shaped permanent magnet 15, between the poles of which an insulating tube 16 is installed, having grooves into which two brushes 17 are inserted, one opposite the other. The outlet of the upper vertical channel is connected by a pipe 13 to the inlet of the insulating tube of the electro-linear motor, and the inlet of the said channel is connected by a pipe 19 to the outlet of the lower vertical channel. The gear wheel (sprocket) 20 of the reinforcing element is fixed on the drive shaft and is placed in a round casing 21, the inlet of which is connected by a pipe 22 to the outlet of the insulating tube. The outlet of the round casing is connected by a pipe 23 to the inlet of the lower vertical channel. All pipelines, electrical insulating tube, round casing, upper and lower vertical channels are filled with steel balls 24 in contact with each other and with brushes of an electromagnetodynamic linear motor. To prevent the action of electric current on balls located outside the zone of the insulating tube, every sixth ball is made of a ferroalloy that does not conduct electric current. The alternator comprises a housing 25 closed by a front 26 and a rear 27 covers, in the bearings of which a shaft 23 is installed, the free end of which is passed into the openings of the front cover of the generator housing and the front cover of the magnetoelectric transmission housing. Toothed poles of permanent magnets 29 are fixed on the shaft, between which insulating 30 and oval 31 bushings are installed. A core 32 is installed inside the housing, having radial internal magnetic circuits on which coils 33 are connected in series. The conclusions from the coils are connected to the input of the rectifier unit 34, the output of which is electrically connected to the brushes of the electromagnetic motor of a linear motor.

Работа магнитоэлектрической передачи.Work magnetoelectric transmission.

Перед работой магнитоэлектрической передачи необходимо ручкой управления 11 отключить муфту. При этом ведущая полумуфта 10 передвинется влево и ведущий вал 7 отсоединится от ведомого вала 8. При вращении вала 28 генератора переменного тока 6 вместе с ним вращаются зубчатые полюсы магнитов 29, силовые линии которых пересекают обмотки катушек 33. В результате в катушках возникает переменный ток, которой поступает на вход выпрямительного блока 34. Выпрямленный постоянный ток подается на щетки 17 злектромагнитодинамического линейного двигателя, при этом щетки должны касаться одновременно не менее четырех шариков 24. Ток I проходит через шарики, находящиеся в магнитном поле С-образного магнита 15 и на них действует сила, заставляющая их двигаться со скоростью V (фиг.6). В результате все шарики перемещаются и через зубья шестерни 20 вращают ведущий вал 7. Если посмотреть на фиг.5, где представлена картина магнитного поля магнита 12, то видно, что наибольшая магнитная напряженность сосредоточена на полюсах, а в средней части (показано пунктирными линиями) оно отсутствует. Поэтому при подходе шариков 24 к верхнему 13 и нижнему 14 вертикальным каналам они втягиваются с ускорением внутрь магнита 12 магнитными силами и F₁ и F₂. Те же шарики 24, которые находятся в средней части магнита, будут без всякого сопротивления со стороны магнитного поля выходить из магнита и двигаться дальше по трубопроводам 18, 19. В результате непрерывного воздействия магнитного поля магнита 12 скорость движения шариков 24 будет под действием равнодействующей силы Fp постоянно увеличиваться до определенного момента и вместе с ней будет расти крутящийся момент. Остальные усилительные элементы работают также. Как только зубчатая шестерня 20 и вместе с ней ведущий вал 7 достигнут максимальной частоты вращения и максимальной мощности, поворачивается ручка управления 11. Ведущая полумуфта 10 соединяется с ведомой полумуфтой 9 и ведомый вал 8 приходит в движение и приводит во вращение механизм, который соединен с ним. Частота вращения ведомого вала 8 может изменяться путем изменения частоты вращения вала 28 генератора переменного тока и соответственно изменением величины постоянного тока, подаваемого на щетки электромагнитодинамического линейного двигателя. Ведомый вал 8 может вращаться только в одну сторону (на фиг.7 показано стрелкой). Для остановки магнитоэлектрической передачи необходимо остановить двигатель, который приводит в движение вал 28, и ручкой управления 11 отключить ведомый вал 8. Таким образом при работе магнитоэлектрической передачи дополнительно используется энергия магнитных полей постоянных магнитов. Для того чтобы мощность на ведомом валу 3 была максимальной, магниты 12 должны иметь высокую магнитную напряженность, что доcтигается добавлением в состав магнитов редкоземельных элементов.Before operating the magnetoelectric transmission, it is necessary to disconnect the coupling with the control handle 11. In this case, the driving coupling half 10 moves to the left and the drive shaft 7 is disconnected from the driven shaft 8. When the shaft 28 of the alternator 6 is rotated, the gear poles of the magnets 29 rotate with it, the power lines of which intersect the windings of the coils 33. As a result, alternating current occurs in the coils, which is fed to the input of the rectifier unit 34. The rectified direct current is supplied to the brushes 17 of the electromagnetodynamic linear motor, while the brushes must touch simultaneously at least four balls 24. Current I passes through the ball ki, are in the magnetic field of the C-shaped magnet 15 and the force acting on them, forcing them to move with a velocity V (Figure 6). As a result, all the balls move and rotate the drive shaft 7 through the teeth of the gear 20. If you look at figure 5, where the picture of the magnetic field of the magnet 12 is presented, it can be seen that the greatest magnetic tension is concentrated at the poles, and in the middle part (shown by dashed lines) it is absent. Therefore, when the balls 24 approach the upper 13 and lower 14 vertical channels, they are drawn in with acceleration into the magnet 12 by magnetic forces and F ₁ and F ₂ . The same balls 24, which are located in the middle part of the magnet, will exit the magnet without any resistance from the side of the magnetic field and move along the pipelines 18, 19. As a result of the continuous influence of the magnetic field of the magnet 12, the speed of the balls 24 will be under the influence of the resultant force Fp constantly increase to a certain point and with it will increase torque. The remaining amplifiers work as well. As soon as the gear gear 20 and together with it the drive shaft 7 reaches the maximum speed and maximum power, the control knob 11 turns. The drive coupling 10 is connected to the driven coupling half 9 and the driven shaft 8 is set in motion and drives the mechanism that is connected to it . The rotational speed of the driven shaft 8 can be changed by changing the rotational speed of the shaft 28 of the alternating current generator and, accordingly, by changing the magnitude of the direct current supplied to the brushes of the electro-dynamic linear motor. The driven shaft 8 can rotate only in one direction (Fig. 7 is shown by an arrow). To stop the magnetoelectric transmission, it is necessary to stop the engine, which drives the shaft 28, and turn off the driven shaft 8 using the control knob 11. Thus, when the magnetoelectric transmission is operating, the energy of the magnetic fields of permanent magnets is additionally used. In order for the power on the driven shaft 3 to be maximum, the magnets 12 must have high magnetic tension, which is achieved by adding rare earth elements to the magnets.

Положительный эффект: при небольших затратах мощности на входе можно получить большую мощность на выходе, возможность с помощью маломощного двигателя привести в движение мощный механизм.Positive effect: at low input power costs, you can get more output power, the ability to use a low-power engine to set in motion a powerful mechanism.

Claims

A magnetoelectric transmission comprising a housing closed by front and rear covers, driving and driven shafts, characterized in that an alternating current generator with magnetic excitation is installed inside the housing, the shaft of which is passed into the opening of the front cover, the output of which is electrically connected to the input of the rectifier unit located inside housing, in addition, inside the housing coaxial to the shaft of the alternator are installed the drive and driven shafts, the front end of the first of which is inserted into the bearing on the housing of the generator and alternating current, and the second end is inserted into the end face of the driven shaft, the second end of which is passed into the hole of the rear cover, both shafts being connected to each other by means of a coupling that is kinematically connected to a control handle mounted outside the housing, in addition, the drive shaft is connected to several reinforcing elements, identical in design, each of which contains a permanent magnet made in the form of a rectangular bar mounted vertically, inside of which are made the upper and lower vertical On the other hand, the inlet of the upper vertical channel opens to the end surface of one magnetic pole, and the inlet of the lower vertical channel opens to the end surface of the other magnetic pole, and the outlet openings of the upper and lower vertical channels go to the middle part of the permanent magnet, on opposite sides, where the tension the magnetic field is the smallest, in addition, each amplifier element has an electromagnetodynamic linear motor consisting of a C-shaped a magnet, between the poles of which an insulating tube is installed, having through coaxial grooves, into which two brushes are inserted, connected to the output of the rectifier unit, the outlet of the upper vertical channel being connected by a pipeline to the inlet of the electrically insulating tube of an electromagnetic motor, and the inlet of the said channel is connected by a pipeline with the outlet of the lower vertical channel, in addition, the gear gear of the reinforcing element is fixed to the drive shaft and is housed in a round casing, the inlet of which is connected by a pipe to the outlet of the electrically insulating tube of an electromagnetic linear motor, and the outlet of the round casing is connected by a pipeline to the inlet of the lower vertical channel, in addition, the upper and lower vertical channels, pipelines, electro-insulating tube of the electromagnetic the engine, the round gear housing is filled with steel balls in contact with each other and with elektromagnitodinamicheskogo motor brushes, each sixth bead made of a ferroalloy, non-conducting, and all the pipes are made of nonmagnetic material.