RU2603630C2

RU2603630C2 - Способ и устройство для преобразования между электрической и механической энергией

Info

Publication number: RU2603630C2
Application number: RU2014126576/07A
Authority: RU
Inventors: Тони БЭЛЛ
Original assignee: И.Эм.Ай.Пи. ПТИ ЛТД
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2016-11-27
Also published as: CN104081003B; WO2013078508A1; EP2785976A4; AU2012101648B4; US20140292114A1; CA2892685A1; JP2015503316A; RU2014126576A; AU2012101649A4; AU2012101648A4; AU2012344731A1; CN104081003A; AU2012101646A4; AU2012101646B4; AU2012101649B4; JP6161623B2; AU2012101645A4; AU2017203048A1; EP2785976A1

Abstract

Настоящее изобретение относится к преобразованию между электрической и механической энергией. Технический результат - повышение эффективности соленоидного узла. Соленоидный узел выполнен с возможностью преобразования между электрической энергией и механическим движением и включает в себя корпус, вмещающий элемент сердечника и катушечный узел, плунжерный узел, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пределах корпуса между первым положением и вторым положением, и схему возбуждения для возбуждения катушечного узла, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться по меньшей мере между первым и вторым положениями. Плунжерный узел содержит по меньшей мере первый участок материала, содержащий материал постоянного магнита, для физического содействия движению плунжерного узла в зависимости от места между первым и вторым положениями. 5 н. и 12 з.п. ф-лы, 21 ил.

Description

Родственные заявки

[0001] Эта заявка притязает на приоритет предварительной заявки на патент Австралии №2011905005 от компании Е.M.I.Р. Pty Ltd, которая была подана 1 декабря 2011 под названием "Method and Apparatus for Converting Between Electrical and Mechanical Energy" и нового патента Австралии №2012101645 от компании E.М.I.P. Pty Ltd, который был подан 8 ноября 2012 под названием "Method and Apparatus for Converting Between Electrical and Mechanical Energy" и нового патента Австралии №2012101646 от компании E.М.I.P. Pty Ltd, которая была подана 8 ноября 2012 под названием "Method and Apparatus for Converting Between Electrical and Mechanical Energy" и нового патента Австралии № 2012101648 от компании E.М.I.P. Pty Ltd, который был подан 8 ноября 2012 под названием "Method and Apparatus for Converting Between Electrical and Mechanical Energy" и нового патента Австралии №2012101649 от компании E.М.I.P. Pty Ltd, который был подан 8 ноября 2012 под названием "Method and Apparatus for Converting Between Electrical and Mechanical Energy", их описания включены здесь путем ссылки во всей полноте и для всех целей.

Область техники

[0002] Настоящее изобретение относится к преобразованию между электрической и механической энергией. В одной форме настоящее изобретение относится к средству для преобразования электрической мощности в механическое движение в электродвигателе. Здесь будет целесообразно описать изобретение относительно электродвигателя, такого как возвратно-поступательный двигатель, включающий в себя или использующий один или более электромагнитов (соленоидов) согласно предпочтительным вариантам выполнения изобретения, однако, должно быть принято во внимание, что настоящее изобретение не ограничивается только таким использованием.

Уровень техники

[0003] На протяжении всего описания использование слова "автор" в форме единственного числа может быть взята со ссылкой на одного (единственного) автора или более чем одного (множества) автора настоящего изобретения.

[0004] Должно быть принято во внимание, что любое обсуждение документов, устройств, действий или знаний в этом описании включены для объяснения контекста настоящего изобретения. Дополнительно, обсуждение на протяжении всего описания происходят на основе реализации автора и/или обнаружении автором некоторых проблем в известном уровне техники. Более того, любое обсуждение материала, такого как документы, устройства, действия или знания в этом описании включены для объяснения контекста изобретения в рамках знаний и опыта автора и, соответственно, любое такое обсуждение не должно быть воспринято в качестве допущения того, что любая часть из этого материала составляет часть известного уровня техники или общедоступных сведений в релевантном уровне техники в Австралии, или иначе, на или до даты приоритета описания и формулы изобретения.

[0005] Известны различные способы и устройство для преобразования электрической энергии во вращательное движение. Например, вращательное движение обычно получают с помощью традиционной роторного электродвигателя или машины. Традиционный роторный электродвигатель или машина включает в себя статор и ротор, причем статор обеспечивает вращательное магнитное поле, и ротор взаимодействует с этим вращательным полем для создания крутящего момента или вращательного движения.

[0006] Эффективность преобразования роторного электродвигателя, представляющая собой механическую выходную мощностью, деленную на электрическую входную мощность, изменяется в зависимости от его конструкции и мощности, но обычно составляет не более около 60%, например, в маломощном электродвигателе.

[0007] Электромагнитный линейный привод раскрыт в JP 2000-224826 (Denso Corp). Эта конструкция включает в себя трехкомпонентный плунжер и три катушки, которые работают непрерывно с токами, прогрессивно переходящими на каждую из трех катушек для управления движением плунжера при его возвратно-поступательном перемещении. Привод Denso имеет, в качестве его цели, средство обеспечения привода с большой тягой и способностью возвращаться в установленное положение, когда заданный ток выключается. Это подразумевает, что эффективность должна достигаться за счет существенного момента и соответственно существенных изменений момента плунжера. Дополнительная зубчатая конструкция Denso представляет собой сложную конфигурацию, обеспечивающую требуемую тягу, развиваемую, когда ток переключается, при этом считается, что в этой сложной конфигурации может быть необходимо устранять трение в подвижных частях конструкции Denso.

[0008] Патент США № 3832608 (Mills) раскрывает массив радиально и продольно размещенных рядов экранированных соленоидных катушек, окружающих чувствительный к электромагнитному полю подвижный поршень, и узел таймера для последовательного выборочного приведения в действие участков катушек, реагирующих на положение поршня относительного него для обеспечения перемещения центра магнитного поля относительно подвижного поршня при точном поддержании направления намагниченности поршня. Этот процесс и конструкции нацелены на исключение создания вихревых токов и длинных путей магнитного потока через подвижный элемент поперечно его направлению движения и возвратно-поступательного движения поршня без появления заметного тепла и использование транзисторного отпирающего тока для соленоида с большой силой тока, создающего токи, которые исключают газообразование и дуговой разряд. Обнаружено, что эта система имеет недостатки, например, отметим, что подвижный поршень представляет собой цельную часть из одного материала, которая может влиять на движение поршня в условиях разного тока в катушках.

[0009] Патент США № 4510420 (Sasso) раскрывает серводвигатель, использующий широтно-импульсную модуляцию в схеме генерации мощности для управления временем подачи импульсов тока в катушках в электродвигателе. Двигатель Sasso требует закрытой смазочной системы для устранения трения подвижных частей, в частности подвижных поршней. Также за счет добавленных средств охлаждения необходимо устранять нагревание в двигателе Sasso.

[0010] Патент США № 3328656 (Dotson) раскрывает возвратно-поступательный двигатель, работающий на соленоидах, выполненный с возможностью достигать высокой добротности Q для катушечного узла, связанного с совершающим возвратно-поступательное движение плунжером путем обеспечения множества катушечных обмоток для каждого плунжера соленоида, соединенных параллельно. Это обеспечивает увеличение количества заданных ампер-витков в заданном пространстве катушки на оптимальное количество по сравнению с увеличением сопротивления обмотки катушки. Соответственно, катушечный узел способен обеспечивать относительно низкое сопротивление, низкий импеданс и высокую токовую характеристику, соответствующую источнику с низким напряжением, высоким током, например, аккумулятору. Дополнительно, циклическая подача тока возбуждения в катушечные узлы рассчитана по времени в сочетании с соединением накопительного конденсатора высокой емкости поперечно параллельно соединенным обмоткам катушечных узлов для того, чтобы продлевать смещающую силу, приложенную сердечниками катушки, обеспечивая и усиление, и ослабление магнитного потока, созданного включением и выключением питания катушечных узлов.

[0011] Патент США № 4017103 (Davis и др.) раскрывает электромагнитный двигатель и генератор, имеющий пару соленоидов, намотанных на цилиндр, каждый из соленоидов содержит три отдельные, но соединенные обмотки. Намагничиваемый поршень размещен с возможностью возвратно-поступательного движения в цилиндре и соединен с установленным с возможностью вращения коленвалом. Коммутатор, соединенный с коленвалом и размещенный в электрической схеме, выборочно возбуждает соленоиды, чтобы вызывать вращательное движение коленвала. Дополнительное схемное средство также обеспечивает повторный захват электрической энергии, созданной в каждом из соленоидов при отключении электромагнита путем переключения. Коммутатор на коленвале двигателя эффективно управляет возбуждением катушек. Имеется также необходимость в дополнительной схеме для повторного захвата энергии, созданной в каждом соленоиде при отключении соленоида.

[0012] В каждой из выше отмеченных известных из уровня техники систем имеется по меньшей мере один недостаток в том, что поддержание рабочего магнитного поля максимально долго без введения дополнительной энергии во время фаз(ы) цикла соленоида или двигателя не может быть достигнуто.

Краткое изложение сущности изобретения

[0013] Задачей вариантов выполнения, описанных здесь, является преодоление или смягчение по меньшей мере одного недостатка известных в уровне техники систем или по меньшей мере обеспечение пригодной альтернативы известным в уровне техники системам. Для сравнения, настоящее изобретение может обеспечивать, в одной форме, электромагнит и/или электродвигатель или машину приводимую в действие соленоидом, которые по меньшей мере смягчают недостатки известного уровня техники.

[0014] В других формах настоящее изобретение обеспечивает соленоидный узел, пригодный для преобразования между электрической энергией и механическим движением, причем соленоидный узел содержит:

корпус, вмещающий в себя элемент сердечника и катушечный узел, включающий в себя по меньшей мере одну катушку;

плунжерный узел, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пределах корпуса между первым положением и вторым положением; и

схему возбуждения для возбуждения катушечного узла, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться по меньшей мере между первым и вторым положениями. Соленоидный узел может дополнительно содержать узел линейной опоры, функционально соединяющий плунжерный узел с корпусом для выравнивания возвратно-поступательного перемещения плунжерного узла с продольной осью корпуса. Более того, узел линейной опоры предпочтительно содержит:

по меньшей мере одну скобу, соединенную с плунжерным узлом;

по меньшей мере один опорный блок, прикрепленный к по меньшей мере одной скобе для размещения по меньшей мере одной линейной опоры;

по меньшей мере один стержень с возможностью скользящего зацепления с по меньшей мере одной линейной опорой, причем по меньшей мере один стержень соединен на каждом своем конце с корпусом и расположен параллельно направлению возвратно-поступательного перемещения плунжерного узла. Соленоидный узел в этой форме может дополнительно содержать поддерживающий плунжер стержень, соединенный с вершиной части плунжера плунжерного узла и проходящий через элемент сердечника к поддерживающей линейной опоре, расположенной в корпусе снаружи элемента сердечника.

[0015] Предпочтительно, катушки могут быть обмотаны круглой проволокой, хотя квадратная или прямоугольная проволока является предпочтительной, если рассматривать с точки зрения уменьшения омического сопротивления.

[0016] В другой форме вариантов выполнения настоящее изобретение обеспечивает соленоидный узел, пригодный для преобразования между электрической энергией и механическим движением, причем соленоидный узел содержит:

корпус, вмещающий элемент сердечника и катушечный узел, включающий в себя по меньшей мере одну катушку;

плунжерный узел, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пределах указанного корпуса между первым положением и вторым положением; и

схему возбуждения для возбуждения указанного катушечного узла, характеризующуюся средством управления для настраивания схемы возбуждения для возбуждения катушечного узла по меньшей мере одним первоначальным импульсом тока и заданным количеством следующих импульсов тока, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться по меньшей мере между первым и вторым положениями.

[0017] Альтернативно, варианты выполнения могут обеспечивать соленоидный узел, пригодный для преобразования между электрической энергией и механическим движением, причем соленоидный узел содержит:

схему возбуждения для возбуждения катушечного узла для создания возвратно-поступательном перемещения плунжерного узла за счет возбуждения по меньшей мере одной катушки по меньшей мере одним первоначальным импульсом тока и заданным количеством следующих импульсов тока так, что по меньшей мере одна катушка создает притягивающее магнитное поле в элементе сердечника соленоидного узла относительно плунжерного узла для перемещения плунжерного узла из первого положения во второе положение, за которым следует отталкивающее или по меньшей мере нулевое нейтральное магнитное поле для перемещения плунжерного узла из второго положения в первое положение.

[0018] В другой форме варианты выполнения настоящего изобретения обеспечивают способ возбуждения соленоидного узла, пригодного для преобразования между электрической энергией и механическим движением, причем соленоидный узел содержит корпус, вмещающий элемент сердечника и катушечный узел, включающий в себя по меньшей мере одну катушку; плунжерный узел, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пределах корпуса между первым положением и вторым положением; и схему возбуждения для возбуждения катушечного узла, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться по меньшей мере между первым и вторым положениями, причем способ содержит этапы, на которых:

а) подают по меньшей мере первоначальный импульс тока от схемы возбуждения к по меньшей мере одной катушке для создания магнитного поля в корпусе соленоидного узла, что вызывает притяжение между элементом сердечника и плунжерным узлом, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться между первым и вторым положением. В предпочтительных вариантах выполнения способ может дополнительно содержать один или совокупность этапов, на которых:

b) ослабляют ток, поданный от схемы возбуждения к по меньшей мере одной катушке на относительно короткий период времени;

c) повторно возбуждают по меньшей мере одну катушку дополнительным импульсом тока от схемы возбуждения. Способ также может быть определен тем, что этап b) дополнительно содержит этап, на котором поддерживают ток, протекающий в по меньшей мере одной катушке, от первоначального импульса тока во время этапа ослабления так, что магнитное поле, соизмеримое с полем, созданным от первоначального импульса тока, остается, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться между первым и вторым положением.

[0019] Способ может дополнительно содержать этапы, на которых:

d) повторяют этапы а)-c) первое заданное количество раз для около 50% перемещения плунжерного узла между первым и вторым положением и;

e) как только плунжерный узел перемещается во второе положение, повторяют этапы а)-c) второе заданное количество раз для перемещения плунжерного узла между вторым и первым положением;

причем полярность импульсов тока на этапах а)-d) противоположна полярности импульсов тока на этапе e), чтобы вызывать возвратно-поступательное перемещение плунжерного узла между первым и вторым положениями, соответственно;

причем относительно короткий период времени на этапе b) имеет значение между около 2 мс и около 5 мс;

ослабление на этапе b) вызывают коротким замыканием по меньшей мере одной катушки; и

этап c) применяют после этапа b), когда ток, протекающий в по меньшей мере одной катушке, ослаблен на между около 5% и около 10%;

[0020] В дополнительных вариантах выполнения обеспечен плунжерный узел для соленоидного узла, причем соленоидный узел выполнен с возможностью преобразования между электрической энергией и механическим движением и содержит корпус, вмещающий элемент сердечника и катушечный узел, включающий в себя по меньшей мере одну катушку, и схему возбуждения для возбуждения катушечного узла, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться по меньшей мере между первым и вторым положениями, причем плунжерный узел содержит:

первый участок материала, содержащий материал постоянного магнита и;

второй участок материала, содержащий материал с высокой относительной магнитной проницаемостью, причем материал первого участка материала расположен между материалом второго участка материала. Плунжерный узел может дополнительно содержать поддерживающий плунжер стержень, функционально соединяющий плунжерный узел с корпусом соленоидного узла для выравнивания возвратно-поступательного перемещения плунжерного узла с продольной осью корпуса. Плунжерный узел может дополнительно содержать бандаж из тонкого металлического покрытия вокруг участков плунжера, при этом второй участок материала содержит две части, каждая из которых размещена на каждом соответственном конце первого участка материала.

[0021] Предпочтительно может быть определен плунжерный узел, в котором:

материал постоянного магнита первого участка содержит сильный магнит; и;

материал второго участка имеет магнитную проницаемость µ между около 4500 и около 20000. Материал постоянного магнита первого участка предпочтительно содержит NdFeB; и материал второго участка содержит FeCo; и бандаж содержит стальную шайбу.

[0022] В других вариантах выполнения обеспечен соленоидный узел, пригодный для преобразования между электрической энергией и механическим движением, причем соленоидный узел содержит:

плунжерный узел, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пределах корпуса между первым положением и вторым положением, функционально соединенный с поворотным ярмом для преобразования возвратно-поступательного прямолинейного движения плунжерного узла во вращательное движение коленвала, и

схему возбуждения для возбуждения катушечного узла, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться по меньшей мере между первым и вторым положениями.

[0023] Функциональное соединение плунжерного узла с поворотным ярмом обеспечивает вращательное движение коленвала за счет совершающего возвратно-поступательное движение плунжерного узла, непосредственно соединенного со скользящим ярмом с щелью, которая зацепляет палец на вращательном коленвале. Предпочтительно, плунжерный узел содержит по меньшей мере два плунжера, расположенных на каждом конце поворотного ярма, и схема возбуждения выполнена с возможностью возбуждения катушечного узла так, чтобы выравнивать магнитную полярность обоих плунжеров. Предпочтительно, соленоидный узел содержит два плунжерных узла, выполненных с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пределах соответственных корпусов, вмещающих элемент сердечника и катушечный узел, включающий в себя по меньшей мере одну катушку, при этом плунжерные узлы перпендикулярно расположены друг относительно друга и каждый плунжерный узел содержит два плунжера, расположенных на каждом конце соответственного поворотного ярма, и схема возбуждения выполнена с возможностью возбуждения соответственных катушечных узлов для синхронизации перемещения плунжерных узлов, приводя в действие их соответственные поворотные ярма для объединения при преобразовании линейного движения соответственных плунжерных узлов во вращательное движение коленвала.

[0024] В одном аспекте вариантов выполнения, описанных здесь, настоящее изобретение может обеспечивать электрический соленоидный узел и электродвигатель или машину с соленоидным приводом, который выполнен с возможностью преобразовывать линейное или возвратно-поступательное движение одной или более частей, связанных с соленоидным узлом, во вращательное движение машины или наоборот.

[0025] Этот или каждый соленоидный узел может включать в себя одну или более катушек и плунжерный узел, например, поршень или стержень, который выполнен с возможностью перемещаться или возвратно-поступательно двигаться относительно катушки(ек). Двигатель или машина может использовать полученную электродвижущую силу (эдс) во время работы в качестве двигателя для увеличения эффективности преобразования машины.

[0026] В другом аспекте вариантов выполнения в некоторых конфигурациях роторная машина может быть выполнена с возможностью вести себя как генератор. В этой последней конфигурации эдс может быть получено от собственной индуктивности, взаимной индуктивности и/или эдс, вызываемой перемещением магнитного плунжерного узла относительно катушки(ек). В этом отношении следует отметить, что там, где представленное описание и приложенная формула изобретения относятся к преобразованию между электрической энергией и механической энергией, далее ссылка на "преобразование между" должна восприниматься как либо преобразование из электрической энергии в механическую энергию (или движение), либо преобразование из механической энергии/движения в электрическую энергию.

[0027] В еще одном дополнительном аспекте вариантов выполнения, описанных здесь и выше, множество соленоидных узлов могут работать в противоположных парах наподобие двигателя внутреннего сгорания (IС), который размещен в "коробчатой" конфигурации. В этом отношении плунжерные узлы, связанные с соленоидными узлами, могут быть соединены с коленвалом с помощью соединительных стержней таким образом, чтобы также быть подобными двигателю IC. Предпочтительно, подшипники или втулки с низким коэффициентом трения используются для больших и маленьких концов соединительных стержней.

[0028] В альтернативном и предпочтительном варианте выполнения плунжерные узлы, связанные с соленоидными узлами, могут быть соединены с поворотным ярмом для преобразования возвратно-поступательного линейного движения плунжерного узла во вращательное движение коленвала за счет совершающих возвратно-поступательное движение плунжерных узлов, непосредственно соединенных со скользящим ярмом с щелью, которая зацепляет палец на вращательном коленвале. Более того, в предпочтительном варианте выполнения двойная конфигурация поворотного ярма может быть применена для преобразования возвратно-поступательного линейного движения плунжерных узлов во вращательное движение коленвала.

[0029] Указанный или каждый соленоидный узел предпочтительно включает в себя одну катушку, но может включать в себя и до по меньшей мере трех катушек или обмоток статора. В одной форме вариантов выполнения, например, которые отмечены выше, используют конструкцию поворотного ярма, а также горизонтально оппозитный сдвоенный вариант выполнения, который использует только одну катушку. Катушки или обмотки статора могут быть соединяемыми в последовательную или параллельную конфигурации так, что одна или более катушек или обмоток могут быть возбуждены индивидуально или совместно посредством схемы возбуждения по требованию. Схема возбуждения может срабатывать с помощью детектора положения коленвала, который реагирует на угловое положение коленвала двигателя. В одной форме схема возбуждения может срабатывать с помощью датчика положения вала, имеющего по меньшей мере 64 цикла за полный оборот коленвала.

[0030] Указанный или каждый магнитный плунжерный узел может включать в себя по меньшей мере три части или секции. По меньшей мере одна часть или секция плунжерного узла может включать в себя относительно мощный постоянный магнит. Предпочтительно, указанный или каждый постоянный магнит включает в себя высококачественный (N42 или более высокая марка является предпочтительным) магнит из редкоземельных металлов, например, неодимовый (NdFeB) магнит марки N52. Например, 750-ваттный двигатель может требовать высококачественный магнит из NdFeB и магнитное поле, которое составляет около 1,2 Тл (тесла) или около 12000 Гс (гаусс) напряженности.

[0031] Схема возбуждения может быть выполнена с возможностью возбуждать одну или более катушек во время прямого хода магнитного плунжерного узла для облегчения или содействия естественного притяжения между магнитным плунжерным узлом и элементом сердечника соленоида во время обратного хода. Во время обратного хода магнитного плунжерного узла схема возбуждения может быть выполнена с возможностью возбуждения одной или более катушек одного или более соленоидных узлов, чтобы по меньшей мере исключать или нейтрализовать естественное притяжение между магнитным плунжерным узлом и соответственным элементом сердечника указанного или каждого соленоидного узла. Более того, схема возбуждения может быть выполнена с возможностью возбуждения одной или более катушек, чтобы отталкивать плунжерный узел. Это может содействовать обратному ходу магнитного плунжерного узла. Обратный ход магнитного плунжерного узла может дополнительно сопровождаться угловым моментом соответственного маховика. Нужно отметить, что в других вариантах выполнения необходимость в маховике отсутствует. Например, в предпочтительном варианте выполнения, который использует конструкцию поворотного ярма, отсутствует необходимость в маховике.

[0032] Согласно одному аспекту вариантов выполнения настоящего изобретения, обеспечен соленоидный узел, пригодный для преобразования между электрической энергией и механическим движением (или наоборот), например, при питании электродвигателя, причем соленоидный узел содержит: корпус, вмещающий элемент сердечника и катушечный узел, включающий в себя по меньшей мере одну катушку; плунжерный узел, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пределах корпуса между первым положением и вторым положением; и схему возбуждения для возбуждения катушечного узла, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться по меньшей мере между первым и вторым положениями.

[0033] В предпочтительном варианте выполнения катушечный узел включает в себя по меньшей мере одну катушку, выполненную с возможностью возбуждения посредством схемы возбуждения. В других вариантах выполнения катушечный узел может включать в себя множество катушек, например, по меньшей мере три катушки, при этом каждая катушка выполнена с возможностью возбуждения отдельно или совместно посредством схемы возбуждения. Каждая катушка может включать в себя множественные витки медной обмоточной проволоки в виде множественных слоев.

[0034] Плунжерный узел может включать в себя по меньшей мере три части плунжера, и по меньшей мере одна из частей плунжера может включать в себя постоянный магнит. Магнитное поле, связанное с этим постоянным магнитом, может быть ориентировано вдоль оси перемещения плунжерного узла. Постоянный магнит может содержать магнит из редкоземельных металлов, например, неодимовый (NdFeB) магнит.

[0035] Схема возбуждения может быть выполнена с возможностью создавать множество импульсов тока. Импульсы тока могут включать в себя импульсы тока прямого хода и обратного хода. Каждый импульс тока прямого хода может быть подан в каждую катушку в катушечном узле во время перемещения плунжерного узла между первым и вторым положениями. Каждый импульс тока прямого хода может достигать пикового тока в пределах приблизительно 5-50% от его продолжительности и может падать до нуля до достижения плунжерным узлом второго положения. В противном случае, если все же в катушке имеется энергия, электронное возбуждение может захватывать остаточную энергию в конденсатор и повторно использовать эту энергию для следующего в очереди импульса, каждый импульс тока прямого хода может достигать пика при заданном токе, который может зависеть от физических размеров устройства, использующего плунжерный узел, например, двигателя. В некоторых вариантах выполнения обнаружено, что каждый импульс тока прямого хода достигает пика при приблизительно 3-9 Амперах. Однако, это может зависеть от размера катушки, требуемой мощности двигателя и напряжения возбуждения.

[0036] Каждый импульс тока обратного хода может быть применен к по меньшей мере одной катушке в катушечном узле во время перемещения плунжерного узла между вторым и первым положениями. Каждый импульс тока обратного хода может достигать пикового тока в пределах приблизительно 5-50% от его продолжительности. В том случае, если в катушке(ах) все же может оставаться энергия при BDC для работы двигателя, электронное возбуждение может захватывать остаточную энергию в конденсатор и повторно использовать эту энергию для следующего в очереди импульса. Импульс тока обратного хода может, в некоторых вариантах выполнения, падать до нуля до достижения плунжерным узлом первого или внешнего положения. В другом случае каждый импульс тока обратного хода может достигать пика при заданном токе. В некоторых вариантах выполнения обнаружено, что каждый импульс тока обратного хода достигает пика при между около 5 и 9 Ампер. Схема возбуждения может быть осуществлена с помощью цифрового управления, включающего ШИМ.

[0037] Согласно дополнительному аспекту вариантов выполнения настоящего изобретения, обеспечен электродвигатель, включающий в себя по меньшей мере один или по меньшей мере одну пару соленоидных узлов, при этом каждый соленоидный узел соответствует узлу, описанному выше. Электродвигатель может включать в себя по меньшей мере одну пару соленоидных узлов, размещенных в подходящей конфигурации, как например, коробчатой конфигурации, конфигурации поворотного ярма или конфигурации двойного ярма. Электродвигатель может быть по существу способен работать без смазки. Электродвигатель может включать в себя электрический генератор, приводимый в действие с помощью двигателя, для питания схемы возбуждения.

[0038] Согласно еще одному дополнительному аспекту вариантов выполнения настоящего изобретения, обеспечен способ функционирования соленоидного узла, пригодного для питания электродвигателя, причем соленоидный узел содержит: статор, включающий в себя по меньшей мере одну или множество катушек и совершающий возвратно-поступательное движение плунжерный узел, причем способ включает этапы, на которых: возбуждают катушку(и) для создания магнитного поля в статоре, которое изменяется по амплитуде и полярности, чтобы вызывать поочередное притяжение и отталкивание между по меньшей мере частью статора и плунжерным узлом для создания возвратно-поступательного перемещения; причем возбуждение включает в себя создание импульсов тока прямого хода для катушки или для первого поднабора из множества катушек во время прямого хода плунжерного узла; и возбуждение включает в себя создание импульсов тока обратного хода для катушки или второго поднабора из множества катушек во время обратного хода плунжерного узла; причем в случае одиночной катушки катушка взаимодействует с плунжерным узлом при создании импульсов тока прямого хода для создания первого магнитного контура и взаимодействует с плунжерным узлом при создании импульсов тока обратного хода для создания второго магнитного контура, отличного от первого магнитного контура; и в случае множества катушек первый поднабор из катушек взаимодействует с плунжерным узлом для создания первого магнитного контура, и второй поднабор катушек взаимодействует с плунжерным узлом для создания второго магнитного контура, отличного от первого магнитного контура.

[0039] Согласно еще одному другому аспекту вариантов выполнения настоящего изобретения, обеспечен способ преобразования между электрической энергией и механическим движением в системе, включающей в себя корпус, состоящий из катушечного узла и сердечника, причем система дополнительно включает в себя плунжерный узел, выполненный с возможностью перемещения в корпусе между первым положением и вторым положением, и способ содержит этапы, на которых:

[0040] физически содействуют движению по меньшей мере намагниченного участка плунжерного узла, в зависимости от места между первым и вторым положениями.

[0041] Этап физического содействия может включать в себя один или совокупность этапов, на которых:

подают импульс по меньшей мере одного тока, подаваемого в катушечный узел, на заданных интервалах;

обеспечивают градиент магнитной проницаемости материалу одного или совокупности корпуса и плунжерного узла, и обеспечивают накопленную энергию из средства накопления энергии, функционально связанного с системой.

[0042] Перемещение плунжерного узла в корпусе предпочтительно совершается через центр катушки(ек).

[0043] Средство накопления энергии может включать в себя маховик в традиционной или коробчатой конфигурации для узла двигателя или может включать в себя противовес вала, например, в конфигурации поворотного ярма.

[0044] В выше описанном способе заданные интервалы могут соответствовать прямому ходу и обратному ходу перемещения намагниченного участка плунжера в корпусе.

[0045] В выше описанном способе этап физического содействия может включать в себя ускорение, где ускорение включает в себя одно из положительного ускорения или отрицательного ускорения.

[0046] Другой аспект вариантов выполнения изобретения обеспечивает устройство для преобразования между электрической энергией и механическим движением, включающее:

корпус, вмещающий катушечный узел и сердечник;

плунжерный узел, выполненный с возможностью перемещения в пределах корпуса между первым положением и вторым положением, и

средство содействия движению для физического содействия движению по меньшей мере намагниченного участка плунжерного узла, как функции от места между первым и вторым положениями.

[0047] Средство содействия движению может включать в себя одно или совокупность:

схемы возбуждения, выполненной с возможностью подавать импульс по меньшей мере одного тока, подаваемого к катушечному узлу, на заданных интервалах;

градиента магнитной проницаемости для материала одного или совокупности корпуса и плунжерного узла;

средства накопления энергии, функционально соединенного с плунжерным узлом, выполненного с возможностью накопления углового момента. В одном варианте выполнения средство накопления энергии содержит маховик.

[0048] Заданные интервалы могут соответствовать прямому ходу и обратному ходу перемещения намагниченного участка плунжера в корпусе.

[0049] Средство содействия движению предпочтительно выполнено с возможностью ускорения намагниченного участка плунжерного узла, где ускорение включает в себя одно из положительного ускорения или отрицательного ускорения.

[0050] Также в вариантах выполнения изобретения может быть обеспечено средство накопления энергии, выполненное с возможностью функционального соединения с электродвигателем, который раскрыт здесь, для накопления углового момента соответственного коленвала, причем средство накопления энергии выполнено с возможностью подавать накопленную энергию в соленоидный узел, который раскрыт здесь.

[0051] В сущности, многие аспекты настоящего изобретения проистекают из понимания того, что результирующее магнитное поле, созданное и поддерживаемое управлением конструкцией и катушками, заставляет плунжер перемещаться в подходящих направлениях независимо от того, приложена к нему мощность или нет. Это - одна из главных причин, по которой такая высокая энергоэффективность достигается в предпочтительных вариантах выполнения. Способ управления катушками также предпочтительно должен быть дополнен плунжером, который способен иметь магнитное поле, создаваемое в нем так, что это магнитное поле может изменяться по напряженности относительно требований положения плунжера.

[0052] Другие аспекты и предпочтительные формы раскрыты в описании и/или определены в приложенной формуле изобретения, образующей часть описания изобретения.

[0053] Дополнительные сведения о применении вариантов выполнения настоящего изобретения станут очевидными из подробного описания, представленного далее. Однако должно быть понятно, что подробное описание и конкретные примеры, при этом указывающие предпочтительные варианты выполнения изобретения, представлены исключительно для иллюстрации, так как различные изменения и преобразования в пределах замысла и объема охраны раскрытия здесь станут очевидными специалисту в области техники из этого подробного описания.

Краткое описание чертежей

[0054] Дополнительное раскрытие, задачи, преимущества и аспекты предпочтительных и других вариантов выполнения настоящего изобретения могут быть лучше понятны специалистом в области техники путем обращения к следующему далее описанию вариантов выполнения, взятому в сочетании с сопровождающими чертежами, которые представлены исключительно для иллюстрации и таким образом не ограничивают раскрытие изобретения, на которых:

Фигура 1 иллюстрирует вид в перспективе двигателя с соленоидным приводом согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения;

Фигура 2 показывает вид в поперечном сечении двигателя с соленоидным приводом на фигуре 1;

Фигура 3 показывает пример схемы возбуждения и соответственной электроники в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения, который пригоден для использования с двигателем с соленоидным приводом на фигуре 1;

Фигура 4 показывает временную диаграмму, иллюстрирующую общее поведение тока внутри катушек предпочтительной конструкции соленоида, связанной с одним вариантом выполнения схемы возбуждения на фигуре 3;

Фигура 5 показывает последовательности временных диаграмм, подобных диаграммам на фигуре 4, но более подробно связанных с другим вариантом выполнения схемы возбуждения на фигуре 3;

Фигура 6 представляет собой вид в перспективе в разрезе двигателя с соленоидным приводом согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения;

Фигура 7 представляет собой вид в перспективе в частичном разрезе двигателя с соленоидным приводом на фигуре 6;

Фигура 8 представляет собой вид в частичном боковом поперечном сечении двигателя с соленоидным приводом на фигуре 6;

Фигура 9 представляет собой дополнительный вид в частичном боковом поперечном сечении двигателя с соленоидным приводом на фигуре 6, показывающий детали конструкции линейной опоры в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фигура 10 показывает осциллограмму тока в пределах одной катушки в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фигура 11 показывает виды сбоку, спереди и сзади плунжерного узла в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фигуры 12а и 12b представляют собой виды сбоку плунжерных узлов, выполненных для конструкции поворотного ярма в соответствии с предпочтительными вариантами выполнения настоящего изобретения;

Фигура 13 представляет собой вид в перспективе в разрезе двигателя с соленоидным приводом в соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, включающего две конструкции поворотного ярма, использующие конструкцию поворотного ярма, показанную на фигуре 12b.

Фигуры 14 и 15 показывают виды сверху в поперечном сечении конструкции двигателя с соленоидным приводом, проиллюстрированным на Фигуре 13, показывающие постепенные стадии цикла движения, совершаемого плунжерным узлом, применяемым предпочтительную конструкцию поворотного ярма.

Описание предпочтительных вариантов воплощения

[0055] Примерные электродвигатели и соответственные роторные машины, описанные далее, представляют собой предпочтительные варианты выполнения изобретения. Соответственно, следует отметить, что в определенных чередующихся конфигурациях один или совокупность электродвигателя и роторной машины могут быть выполнены с возможностью вести себя как генератор. В этом отношении система и устройство настоящего изобретения могут быть выполнены в 750-ваттном электродвигателе, представляющем собой примерную форму изобретения, однако, следует отметить, что новые признаки представленной системы могут быть пропорционально изменены под большие системы или пропорционально изменены под менее мощные системы.

Горизонтально оппозитные сдвоенные (HOT) варианты выполнения

[0056] Как видно на фигурах 1 и 2, соленоидный двигатель 10 включает в себя пару соленоидных узлов 20, 21, размещенных в противоположной конфигурации наподобие двигателя IC, который работает в "коробчатой" конфигурации. Соленоидный узел 20 будут описан ниже более подробно. Должно быть понятно, что соленоидный узел 21 может быть выполнен подобным соленоидному узлу 20 образом, хотя он может быть латерально смещен относительно аксиального продолжения для облегчения зацепления с общим коленвалом.

[0057] Соленоидный узел 20 включает в себя корпус соленоида, содержащий внутреннюю и внешнюю втулки 22, 23 соленоида и внутреннюю и внешнюю концевые пластины 24, 25 соленоида. Каждая из втулок 22, 23 соленоида содержит материал с относительно очень высокой магнитной проницаемостью (µ = около 20000), например, сплав, содержащий около 49% железа, около 49% кобальта и около 2% ванадия, который целесообразно обработан для увеличения его магнитных свойств, например, обожжен. Каждая из внутренней и внешней концевых пластин 24, 25 содержит материал с относительно очень высокой магнитной проницаемостью (µ = около 14000), например, сплав, содержащий около 49% железа, около 49% кобальта и около 2% ванадия. Причина, по которой используют очень высокую магнитную проницаемость втулок 22, 23 заключается в лучшем захвате и концентрации магнитного поля.

[0058] Более того, улучшенная эффективность соответственного магнитного контура может быть получена обеспечением "градиента" проницаемостей, причем высокая проницаемость материала является предпочтительной на внешней стороне соленоидного узла, и менее проницаемый материал относительно проницаемости корпуса соленоида является предпочтительным внутри соленоидного узла.

[0059] Относительно низкая магнитная проницаемость (µ = около 14000) по сравнению с проницаемостью втулок 22, 23 может быть допустима для концевых пластин 24, 25. Это может быть осуществлено частично для соответственного процесса изготовления, который может вызывать уменьшение проницаемости. Однако это может содействовать обеспечению выше отмеченного "градиента" проницаемости вдоль траектории магнитного контура, начинающейся на сердечнике 29, далее проходящей поперечно концевым пластинам 24, 25 и далее вниз к втулкам 22, 23.

[0060] Как показано на Фигуре 2, соленоидный узел 20 включает в себя катушечный узел, содержащий внутреннюю, среднюю и внешнюю катушки 26, 27, 28, соответственно. Каждая катушка 26, 27, 28 предпочтительно содержит приблизительно 638 витков из медной обмоточной проволоки диаметром 2,1 мм в 22 слоях. Количество витков и размер или калибр проволоки могут изменяться в зависимости от двигателя и его мощности, как будет понятно специалисту в области техники. Каждая катушка 26, 27, 28 является соединяемой со схемой возбуждения так, что она может быть возбуждена индивидуально или в совокупности с другой катушкой. Катушечный узел предпочтительно расположен латерально относительно и по существу смежно области хода совершающего возвратно-поступательное движение плунжерного узла, как описано ниже. В варианте выполнения, проиллюстрированном на фигурах 1 и 2, катушечный узел расположен таким образом коаксиально с областью хода.

[0061] Соленоидный узел 20 включает в себя элемент 29 сердечника, смежный концевой пластине 25. Элемент 29 сердечника содержит материал с относительно высокой магнитной проницаемостью (например, µ около 4500) и насыщением (например, около 2 Тесла), например, сплав, содержащий около 50% железа и около 50% кобальта. Проницаемость элемента 29 сердечника является относительно более низкой по сравнению с частями 22-24 корпуса соленоида. Внутренняя поверхность 30 элемента 29 сердечника включает в себя вогнутую поверхность, которая имеет по существу коническую форму. Коническая поверхность может быть образована под углом между приблизительно 30-60 градусами.

[0062] Соленоидный узел 20 включает в себя подвижный плунжерный узел, содержащий внутреннюю, среднюю и внешнюю части 31, 32, 33, соответственно. Каждая из внутренней и внешней частей 31 и 33 плунжерного узла содержит материал с относительно высокой магнитной проницаемостью (например, µ около 4500), например, сплав, содержащий около 50% железа и около 50% кобальта. Внешняя часть 33 плунжерного узла включает в себя выпуклую и по существу коническую вершину 34, выполненную с возможностью вставляться в вогнутую поверхность 30 элемента 29 сердечника. Может иметься зазор между внешней частью 33 плунжерного узла и поверхностью 30 элемента 29 сердечника. В одной форме зазор между частью 33 и элементом 29 сердечника при TDC может быть приблизительно равен 1 мм.

[0063] Средняя часть 32 плунжерного узла содержит постоянный магнит, например, высококачественный постоянный магнит из редкоземельных материалов. Один пример постоянного магнита представляет собой неодимовый (NdFeB) магнит марки N52 с напряженностью магнитного поля, составляющей около 1,2 Тл. В результате исследования методом конечных элементов, моделирующего систему, было выявлено, что чрезмерная проницаемость для внутренней концевой пластины 24 предпочтительно должна быть исключена, так как она может приводить к замыканию в магнитном контуре на обратному ходу плунжерного узла. Однако в практических вариантах выполнения эта проблема с чрезмерной проницаемостью не возникала.

Чрезмерная проницаемость для элемента 29 сердечника и частей 31 и 33 плунжерного узла предпочтительно должна быть исключена, так как из-за этого слишком трудно смещать плунжерный узел из верхнего мертвого положения (TDC) в начале обратного хода по направлению к нижнему мертвому положению (BDC).

[0064] Плунжерный узел выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно корпуса соленоида между верхним мертвым положением (TDC) и нижним мертвым положением (BDC). Возвратно-поступательное перемещение достигается частично возбуждением одной или более катушек 26, 27, 28 так, что катушка(ки) создает(ют) притягивающее магнитное поле в элементе 29 сердечника соленоидного узла относительно плунжерного узла, за которым следует отталкивание или по меньшей мере нулевое нейтральное магнитное поле.

[0065] Магнитное поле, связанное с постоянным магнитом средней части 32 плунжерного узла, может быть таким, что оно ориентировано вдоль оси перемещения плунжерного узла. Части 31, 32, 33 плунжерного узла могут быть соединены или объединены посредством адгезива, например, эпоксидной смолы.

[0066] Чтобы уменьшать трение, трубчатая втулка 35, образованная из материала, имеющего низкий коэффициент трением, например, Teflon или PTFE, помещена между неподвижным катушечным узлом и совершающим возвратно-поступательное движение плунжерным узлом. Втулка 35 может включать множество (например, шесть) радиально выступающих продольных шлицов вдоль ее внутренней поверхности, чтобы по существу уменьшать область контакта между самой втулкой и совершающим возвратно-поступательное движение плунжерным узлом. В одной форме выступающие шлицы могут уменьшать область контакта на около 90%. В некоторых вариантах выполнения трубчатая втулка 35 может включать в себя металлические шлицы или шлицы из металлического сплава, например, бронзы. В одном особом варианте выполнения для HOT двигателей только гладкая тонкая трубка из жесткого немагнитного материала, предпочтительно бронзы, используется для поддержания катушки(ек) так, что плунжер не создает контакт с катушками. Другое средство для уменьшения трения рассматривается ниже.

[0067] Соленоидный узел 20 включает установочное кольцо 36, помещенное между концевой пластиной 24 и втулкой 35. Установочное кольцо 36 образовано из магнитно инертного материала, например, алюминия, так, что оно может эффективно функционировать в качестве воздушного зазора между концевой пластиной 24 и внешней частью 31 плунжерного узла. В некоторых вариантах выполнения установочное кольцо 36 может быть образовано из магнитно проницаемого материала, подобного материалу, используемому для концевой пластины 24. В некоторых вариантах выполнения установочное кольцо 36 может быть снято. Вместо этого концевая пластина 24 может иметь входное отверстие с размером, соответствующим внешнему диаметру трубчатой втулки 35. Это может увеличивать силу, созданную во время прямого хода.

[0068] Соленоидный узел 20 включает в себя наружную оболочку 37. Оболочка 37 имеет по существу чашеобразную форму для обеспечения плотной посадки на части 22, 23 и 25 корпуса соленоида. Наружная оболочка 37 может включать множество радиально продолжающихся ребер по ее периферии для облегчения или по меньшей мере улучшения рассеивания тепла от соленоидного узла. Оболочка 37 образована из магнитно инертного материала, например, алюминия.

[0069] Соленоидные узлы 20, 21 прикреплены к корпусу картера, содержащему концевые стенки 40-44. Узел 45 коленвала поддерживается с возможностью вращения на концевых стенках 42, 43 с помощью кольцеобразных керамических опор 46, 47.

[0070] Плунжерный узел (31, 32, 33), связанный с соленоидным узлом 20, соединен с шатунной шейкой 45а узла 45 коленвала с помощью соединительного стержня (шатуна) 48 и граничной вилки 49. Граничная вилка 49 прикреплена к поверхности внутренней части 31 с помощью высокопрочных болтов. Большой конец шатуна 48 прикреплен к шатунной шейке 45а посредством кольцеобразной керамической опоры 50. Маленький конец шатуна 48 соединен с граничной вилкой 49 с помощью пальца крейцкопфа 51.

[0071] Узел 45 коленвала образован в двух частях для обеспечения цельных соединительных стержней и опор. Узел 45 коленвала образован из магнитно инертного материала, например, аустенитной нержавеющей стали.

[0072] Маховик 52 прикреплен к одному концу узла 45 коленвала для накопления углового момента, связанного с соленоидным двигателем. Маховик 52 образован из магнитно инертного материала, например, алюминия или другого немагнитного или слабомагнитного материала.

[0073] Электрический генератор 53 может быть прикреплен с помощью адаптера 54 к другому концу узла 45 коленвала для создания подачи электрической мощности. Электрическая мощность может быть использована для зарядки аккумулятора и/или для питания соответственного схемы возбуждения и детектора положения коленвала и/или любого другого устройства, независимо от того связано оно с двигателем с соленоидным приводом или нет. Более того, электрическая мощность может быть обеспечена таким образом для любого устройства. В одной форме двигатель, обеспеченный в этом варианте выполнения, может быть гибридом бесщеточного электродвигателя постоянного тока и асинхронного двигателя переменного тока. Это возможно, при условии, что этот двигатель представляет собой по сути бесщеточный электродвигатель постоянного тока, использующий постоянные магниты, но также и асинхронный двигатель переменного тока при условии, что источник питания вместе с другой электроникой, например, управлением катушки, может быть выполнен с возможностью иметь привод от переменного тока, и что магнитное поле создается в пределах частей плунжера на одной или другой стороне участка постоянного магнита.

[0074] Фигура 3 показывает блок-схему схемы возбуждения для приведения в действие катушек 26-28, связанных с соленоидным узлом 20. Подобный приводной контур (не показан) может быть выполнен с возможностью приведения в действие катушек 21а-c, связанных с соленоидным узлом 21. Схема возбуждения включает в себя источник 60 питания, повторно используемый модуль 61 накопления энергии, привод 62 соленоида, контроллер 63 устройства и пользовательский интерфейс 64. Приводы 62, контроллер 63 и пользовательский интерфейс 64 могут быть осуществлены с помощью цифровых или аналоговых средств управления.

[0075] Предпочтительно, элементы 62-64 осуществлены с помощью цифровых средств управления, например привод 62 и контроллер 63 могут включать цифровые средства управления, такие как широтно-импульсная модуляция (ШИМ), осуществленная в аппаратном и/или программном обеспечении.

[0076] Источник 60 питания выполнен с возможностью подачи электрической мощности к одной или более частям 61-64 соленоидного узла и/или электродвигателя. Источник 60 питания может включать в себя аккумулятор. Аккумулятор может быть заряжен с помощью электрического генератора, например, генератора 53, связанного с соленоидным двигателем и/или внешним источником питания. В одном предпочтительном варианте выполнения аккумулятор заменен встроенным источником питания, специально разработанным для запуска электронных компонентов двигателя. Модуль 61 накопления может включать любое пригодное устройство временного накопления энергии, например, конденсатор.

[0077] Привод 62 соленоида и контроллер 63 соленоида выполнены с возможностью питать внутреннюю, среднюю и внешнюю катушки 26-28 импульсами тока, импульсы тока в общем показаны на Фигуре 4. Например, во время прямого хода плунжерного узла катушки 26-28 могут питаться соответственными симметричными или асимметричными импульсами тока, например, пилообразными импульсами, как показано на Фигуре 4, а также как показано более подробно на фигуре 5. Импульсы тока могут включать в себя импульсы тока прямого и обратного хода. Импульсы тока создают магнитное поле в сердечнике соленоидного узла, которое изменяется по амплитуде и полярности, чтобы вызывать поочередные притяжение и/или отталкивание между элементом 29 сердечника и плунжерным узлом. Следует отметить, что рабочий цикл является по существу относительно низким, например, около 55% по сравнению с известными в уровне техники электродвигателями, в общем имеющими рабочий цикл, который может быть ненамного ниже 100%.

[0078] Фигура 4 показывает импульсы тока, созданные одним вариантом выполнения схемы возбуждения на Фигуре 3. Как видно на Фигуре 4 импульсы тока прямого хода начинаются на BDC. При условии, что продолжительность прямого хода составляет приблизительно 50 мс, продолжительность каждого импульса тока прямого хода может быть равна приблизительно 43 мс или около 86% от продолжительности прямого хода. Пик импульса прямого хода может составлять около 4 Ампер и может быть достигнут спустя около 11 мс - около 23 мс или приблизительно 26% - около 50% от продолжительности прямого хода. Импульс прямого хода может далее опускаться или падать до около 0 Ампер. Затухание импульса прямого хода может сопровождаться противодействующим эдс в катушках и перемещением магнитного плунжерного узла через катушки. Схема возбуждения может прикладывать напряжение возбуждения к катушкам только до тех пор, пока не будет достигнут пиковый ток.

[0079] Как только ток прямого хода падает до около 0 Ампер, индуцированная эдс, созданная перемещающимся(имися) постоянным(и) магнитом(ами) может быть захвачена. Захваченная энергия может быть направлена в модуль 61 накопления с помощью привода 62 и контроллера 63. Модуль 61 накопления может включать конденсатор, который может иметь размеры с возможностью удерживать корректный уровень напряжения для обратного хода, следующего непосредственно за прямым ходом. Это emf имеет противоположную полярность напряжения возбуждения, приложенного для прямого хода, и может, в связи с этим, иметь корректную полярность для следующего обратного хода.

[0080] Как может быть видно на Фигуре 4, когда катушки 26-28, связанные с соленоидным узлом 20 возбуждаются во время прямого хода, три катушки 21а-c, связанные с соленоидным узлом 21 не возбуждаются. При следующем прямом ходе, когда катушки 21а-c, связанные с соленоидным узлом 21, возбуждаются, катушки 26-28, связанные с соленоидным узлом 20, не возбуждаются. Это может позволять катушкам соленоидных узлов 20, 21 перенастраиваться во время чередующихся циклов прямого хода для увеличения охлаждения и надежности соленоидного двигателя. В некоторых вариантах выполнения оба соленоида могут возбуждаться во время прямого хода.

[0081] Во время обратного хода плунжерного узла средняя катушка 27, связанная с соленоидным узлом 20, возбуждается вместе со средней катушкой 21b, связанной с соленоидным узлом 21. Средние катушки соленоидного узла 20, 21 питаются соответственными асимметричными пилообразными импульсами тока, как показано на Фигурах 4B и 4E.

[0082] Импульсы тока обратного хода начинаются на TDC. При условии, что продолжительность обратного хода составляет приблизительно 50 мс, каждый импульс тока обратного хода может быть равен приблизительно 5 мс - около 10 мс или около 11% - около 22% от продолжительности обратного хода. Пик импульса обратного хода может составлять около 7 Ампер и может быть достигнут в пределах около 5 мс - около 10 мс или около 11% - около 22% от продолжительности обратного хода. Ток может далее падать до около 0 Ампер на протяжении следующего периода времени около 42 мс. За приблизительно последние 3 мс созданная эдс, противо эдс и эдс, которая совместно создана в катушках 26, 28, 21а, 21c захватываются в модуле 61 накопления для использования в следующем прямом ходе. Захваченная эдс имеет полярность, противоположную полярности, используемой для обратного хода, и является, в связи с этим, корректной полярностью для следующего прямого хода. Импульс обратного хода может требовать более высокое напряжение возбуждения, чем импульс прямого хода за счет требуемого более быстрого времени нарастания. Однако на практике в общем это не происходит. Дополнительное напряжение возбуждения может быть захвачено из предыдущего прямого хода.

[0083] Теоретически, более высокое напряжение может требоваться для достижения пикового тока (7 А) во время обратного хода по сравнению с прямым ходом (4 А), так как ток выше. Однако, на практике, возникает почти противоположное, так как при возбуждении всех катушек имеется большое сопротивление, и требуется более высокое напряжение. Затухание импульсов может сопровождаться противодействующей эдс в катушках и перемещением магнитного плунжерного узла через катушки. Остаточная эдс может быть захвачена в катушках, которые не возбуждены, может быть отведена с помощью привода 62 и контроллера 63 в устройство 61 накопления, например, конденсатор, для использования в приведении в действие катушек во время других циклов. Захваченная энергия частично является следствием фазы торможения. Захваченная энергия может храниться в конденсаторе. Смена полярности на катушке ведет энергию в конденсатор, только когда плунжерный узел доходит до остановки при TDC или BDC до смены направления.

[0084] Фигура 5 показывает более подробно, чем фигура 4, импульсы тока, созданные другим вариантом выполнения схемы возбуждения на Фигуре 3, на всем цикле коленвала. Как видно на Фигуре 5 импульсы тока прямого хода начинаются при BDC. Каждый импульс тока прямого хода включает в себя фазу возбуждения катушки, фазу свободного хода катушки и фазу торможения катушки. При условии, что продолжительность прямого хода составляет приблизительно 50 мс, продолжительность каждого импульса тока прямого хода может быть равна приблизительно 11 мс - около 23 мс или около 26% - около 50% от продолжительности прямого хода. Пик импульса прямого хода может составлять около 4 Ампер и может быть достигнут спустя около 11 мс - около 23 мс или приблизительно 26% - около 50% от продолжительности прямого хода. Импульс прямого хода может далее опускаться или падать до около 0 ампер во время фазы свободного хода катушки (короткого замыкания), за которым следует фаза торможения катушки (обратной полярности).

[0085] Как только ток прямого хода падает до около 0 Ампер, индуцированная эдс, созданная перемещением постоянного(ых) магнита(ов), может быть захвачена в катушках, которые не возбуждены, для следующего использования при приведении в действии катушек во время других циклов. Захваченная энергия может быть направлена в модуль 61 накопления с помощью привода 62 и контроллера 63. Модуль 61 накопления может включать конденсатор, который может иметь размеры с возможностью удерживать корректный уровень напряжения для обратного хода, который следует непосредственно за прямым ходом. Это emf имеет противоположную напряжению возбуждения полярность, приложенному для прямого хода, и может, в связи с этим, иметь корректную полярность для следующего обратного хода.

[0086] Как может быть видно на Фигуре 5, когда катушки 26-28, связанные с соленоидным узлом 20, возбуждаются во время прямого хода, три катушки 21А-C, связанные с соленоидным узлом 21, не возбуждаются. При следующем прямом ходе, когда катушки 21А-С, связанные с соленоидным узлом 21, возбуждаются, катушки 26-28, связанные с соленоидным узлом 20, не возбуждаются. Это может позволять катушкам соленоидных узлов 20, 21 перенастраиваться во время чередующихся циклов прямого хода для увеличения охлаждения и надежности соленоидного двигателя. В некоторых вариантах выполнения оба соленоида могут возбуждаться во время прямого хода. Для вариантов выполнения, где двигатель может работать только на одну катушку, соленоиды возбуждаются и для прямого хода, и для обратного хода.

[0087] Во время обратного хода плунжерного узла, средняя катушка 27, связанная с соленоидным узлом 20, возбуждается вместе со средней катушкой 21В, связанной с соленоидным узлом 21. Средние катушки соленоидного узла 20, 21 питаются соответственными асимметричными пилообразными импульсами тока, как показано на Фигурах 5B и 5E.

[0088] Импульсы тока обратного хода начинаются на TDC. Каждый обратный ход включает в себя фазу возбуждения катушки и фазу свободного хода катушки и фазу торможения катушки. При условии, что продолжительность обратного хода составляет приблизительно 50 мс, каждый импульс тока обратного хода может быть равен приблизительно 5 мс - около 10 мс или около 11% - около 22% от продолжительности обратного хода. Пик импульса обратного хода может составлять около 7 Ампер и может быть достигнут в пределах около 5 мс - около 10 мс или около 11% - около 22% от продолжительности импульса обратного хода. Далее ток может падать до около 0 Ампер на протяжении следующего периода времени около 38 мс во время фазы свободного хода катушки (короткого замыкания) и фазы торможения катушки (обратно полярности). За около последние 4 мс созданная эдс, обратная эдс и эдс, которая совместно создана в катушках 26, 28, 21а, 21c, захватываются в модуле 61 накопления для использования в следующем прямом ходе. Захваченная эдс имеет полярность, противоположную полярности, используемой для обратного хода, и является, в связи с этим, корректной полярностью для следующего прямого хода. Импульс обратного хода может требовать более высокое напряжение возбуждения, чем импульс прямого хода за счет требуемого более быстрого времени нарастания. Дополнительное напряжение возбуждения может быть захвачено из предыдущего прямого хода.

[0089] На практике, при возбуждении всех катушек требуется большее сопротивление и более высокое напряжение. Затухание импульсов может сопровождаться противодействующей эдс в катушках и перемещением магнитного плунжерного узла через катушки. Остаточная эдс, захваченная в катушках, которые не возбуждены, может быть отклонена с помощью привода 62 и контроллера 63 в устройство 61 накопления для использования при приведении в действие катушек во время других циклов.

[0090] В одном варианте выполнения согласование во времени для привода 62 и контроллера 63 обеспечено с помощью детектора 65 положения коленвала, например, поворотного энкодера или дистанционного датчика, который обнаруживает присутствие шкалы синхронизации (не показана), прикрепленной к маховику 52 для облегчения синхронизации импульсов тока прямого хода и обратного хода с циклами TDC и BDC плунжерного узла. В предпочтительном варианте выполнения детектор 65 положения коленвала содержит поворотный энкодер, имеющий по меньшей мере 64 цикла за полный оборот коленвала. Поворотный энкодер может быть использован для управления импульсами для каждой катушки относительно положения коленвала.

[0091] Пользовательский интерфейс 64 может включать цифровое устройство, например, целесообразно запрограммированный персональный компьютер. Пользовательский интерфейс 64 может быть использован для преобразования пиковых уровней тока для импульсов прямого хода и обратного хода, а также продолжительности импульсов и времени начала импульсов относительно TDC, BDC и/или затухания предыдущего импульса или импульсов. Пользовательский интерфейс 64 может быть использован для оптимизации рабочих условий соленоидного двигателя относительно предполагаемой и/или действующей скорости и/или нагрузки, прикладываемой к узлу 45 коленвала.

[0092] При работе во время прямого хода плунжерного узла часть 32 постоянного магнита (PM) магнитно насыщается (µ около 1), таким образом добавляется незначительная сила магнитного поля, когда катушки 26-28 возбуждаются. Однако магнитное поле и соответственная сила добавляются к конической вершине 34 плунжерного узла, нижней секции плунжерного узла и вогнутой поверхности 30 элемента сердечника. Это может улучшать целостность и работоспособность магнитного контура. Материал, используемый для частей 31, 33 плунжера имеет точку насыщения около 2 Тл, и она может зависеть от номинальной мощности двигателя. Магнитные поля части 32 PM (около 1,2 Тл) и соленоидных катушек 26-28 объединяются и обеспечивают значительную величину магнитной силы, прикладываемой к плунжерному узлу (около 1,6 кН наверху прямого хода, и снова она может зависеть от номинальной мощности двигателя). Части 31, 33 плунжера постоянно намагничиваются до определенной степени вследствие их близости к части 32 PM. Когда магнитное поле вводится в магнитный контур с помощью катушек 26-28, эти части "пополняются" в смысле их уровня напряженности магнитного поля силы, прикладываемой этим полем. Когда питание катушек выключается, участок "пополнения" магнитного поля также удаляется.

[0093] Увеличение силы, приложенной к плунжерному узлу, увеличивает угловой момент, прикладываемый к маховику 52. Момент, хранящийся в маховике 52, помогает преодолевать естественное магнитное притяжение между частями 32 PM и элементом 29 сердечника, когда плунжерный узел находится в TDC и начинает свое движение по направлению к BDC. Когда плунжерный узел достигает TDC, кинетическая энергия передается от плунжерного узла к маховику 52, и магнитные поля больше не присутствуют в частях 31, 33 плунжера.

[0094] Во время начала обратного хода плунжерного узла естественное магнитное притяжение между плунжерным узлом и элементом 29 сердечника необходимо преодолевать, чтобы минимизировать потери углового момента при перемещении от прямого хода до обратного хода плунжерного узла.

[0095] В сущности, угловой момент, хранящийся в маховике 52, может действовать в качестве "рычага", причем энергия, прикладываемая к узлу 45 коленвала (и, в связи с этим, к плунжерному узлу), может быть подана от маховика 52. Например, вместо требования непосредственной линейной приложенной силы около 1,6 кН для сдвигания плунжерного узла от элемента 29 сердечника, может быть необходимо только около 400 Н при учете "действия рычага" маховика 52. Маховик 52 должен иметь размеры и форму в соответствии с этим требованием и массой/инерцией плунжерного узла.

[0096] Степень естественного магнитного притяжения для преодоления во время обратного хода по существу определяется силой от части 32 PM. Как отмечено выше, эта силы по существу преодолевается угловым моментом, хранящимся в маховике 52. Величина силы, созданной во время прямого хода, может быть изменена возбуждением катушек 26-28 и далее позволением им "свободного хода", который может продолжать время действия магнитного поля в катушках, пока части 32 PM перемещаются ближе к элементу сердечника 29. Чем ближе часть 32 PM перемещается к элементу 29 сердечника, тем больше проявлена магнитная сила на плунжерном узле за счет уменьшающегося воздушного зазора, и тем больше скорость плунжерного узла.

[0097] Когда выше описанный подход используется с пиковым током около 4 Ампер, пиковая скорость плунжерного узла, близкая к TDC, составляет около 2,5 м/с после прямого хода продолжительностью приближенно около 45 мс. Также в предпочтительном варианте выполнения, описанном выше, импульс тока прямого хода активен только в течение около половины продолжительности прямого хода. Теоретически, слишком высокий ток прямого хода должен быть исключен, так как это может приводить к чрезмерной величине силы за относительно короткий период времени. Смысл этой силы заключается в том, что слишком высокая результирующая частота возвратно-поступательного движения может вызывать слишком большую вибрацию на PM, которая может далее ослаблять магнитное поле от PM. Однако на практике в предпочтительном варианте выполнения ситуация, в которой слишком большая вибрация создается на постоянном магните, не возникает и, в связи с этим, магнитное поле от PM не ослабляется.

[0098] Помимо вариантов выполнения, использующих только одну катушку, так как другой магнитный контур является активным во время обратного хода плунжерного узла от TDC, магнитное поле в конической вершине 34 плунжерного узла не является настолько сильным по сравнению с тем, каким оно было при перемещении по направлению к TDC. После того, как плунжерный узел перемещается на небольшое расстояние от элемента 29 сердечника, естественное магнитное притяжение падает относительно быстро. Это также возникает частично из-за естественного магнетизма части 32 PM, действующего в железной конической вершине 34. Если материал конический вершины 34 имеет слишком высокую проницаемость, придется преодолевать слишком большое магнитное притяжение. Это одна причина, по которой материал, имеющий более низкую проницаемость, используется для частей 31, 33 плунжера по сравнению с концевыми пластинами 24, 25 и частями 22, 23 корпуса.

[0099] Причина, по которой другой магнитный контур является активным во время цикла обратного хода по сравнению с циклом прямого хода, заключается в использовании средних катушек 27, 21b только для отталкивания плунжерного узла во время цикла обратного хода, так как магнитное соединение между частями 32 PM и средней катушкой 27 сильнее на этой стадии цикла, чем магнитное соединение между частями 32 PM и элементом 29 сердечника. Когда коническая вершина 34 плунжерного узла устанавливается на TDC, часть 32 PM расположена с не более чем около максимум 45% от части 32 PM внутри средней катушки 27. Так как средняя катушка 27 возбуждается в полярности, противоположной прямому ходу, это позиционирование располагает противоположные полюса средней катушки 27 и магнитное поле частей 32 PM очень близко друг к другу, приводя к сильно отталкивающему магнитному соединению. Магнитный контур, хотя и не такой "чистый" в корпусе, как в контуре прямого хода, является достаточным, чтобы заставлять плунжер перемещаться наружу и поддерживать возвратно-поступательное поведение. Этот сценарий применяется для множественных катушек, но не является применимым для конструкции с одной катушкой.

[0100] В одном варианте выполнения может быть предпочтительно иметь концевые пластины 24, 25 только во время циклов прямого хода и не иметь концевых пластин во время цикла обратного хода, так как это будет давать сильный магнитный контур в элементе 29 сердечника во время прямого хода и слишком слабый контур в элементе 29 сердечника во время обратного хода. Учитывая передачу энергии от плунжерного узла к маховику 52 и обратно каждый раз, плунжерный узел входит либо в TDC, либо в BDC, обратный ход нужно вызывать только естественным образом, так как инерции маховика 52 достаточно, чтобы позволять соленоидному двигателю работать очень эффективно без приложения слишком большой силы во время цикла обратного хода.

[0101] Уменьшение проницаемости концевых пластин 24, 25 или введение воздушного зазора в магнитный контур, также содействует преодолению естественного магнитного притяжения, отмеченного выше. В некоторых вариантах выполнения может быть возможным добавлять механизм (не показан) для перемещения концевой пластины 25 (или концевой пластины 24, хотя концевой пластины 25 - предпочтительно) наружу из соленоидного узла на несколько миллиметров в начале каждого обратного хода, так как это может улучшать работоспособность магнитного контура обратного хода за счет введения дополнительного воздушного зазора в магнитный контур. Хотя это и может быть благоприятным, это не требуется для работы изобретения. Проницаемость одной или обеих пластин 24, 25 также может быть уменьшена во время обратного хода введением магнитного поля переменного тока 15 МГц или более во время обратного хода, обеспечивая, что H-поле переменного тока выше любого B-поля в пластине от катушек 26-28 или части 32 РМ. Обмотка специальной плоской катушки сверху каждой пластины 24, 25 может достигать требуемого результата, обеспечивающего, что в специальных катушках применяется подходящее количество ампер-витков. Это не может быть слишком трудным для достижения, так как PM и поля катушек являются относительно слабыми внутри пластин 24, 25. Большая часть магнитной силы сосредоточена между плунжерным узлом и элементом 29 сердечника. Признаки, перечисленные в этом параграфе, должны быть рассмотрены лишь в качестве возможных улучшений и не обязательных для работы основного соленоида и двигателя.

[0102] Дополнительные улучшения могут включать регулирование возбуждения различных катушек в конкретной последовательности для оптимизации магнитного соединения с частью 32 PM для обратного хода. Это может быть выполнено, учитывая положение части 32 PM относительно средней и нижней катушек 27, 26. Снова, этот аспект не должен рассматриваться основополагающим, но может предоставлять улучшение для контура обратного хода и всей работоспособности. Пользовательский интерфейс 64, описанный выше, может облегчать это регулирование.

Решение задачи трения

[0103] Вариант выполнения на фигуре 1 содержит двигатель с соленоидным приводом, который, как отмечено выше, находится в конфигурации горизонтально оппозитного сдвоенного (HOT) приводного механизма, как на Фигурах 1 и 2. В одном предпочтительном варианте выполнения HOT приводного механизма используется средство уменьшения трения и в этом отношении делается дополнительная ссылка на фигуры 6-9.

[0104] Выше приведенное описание имеет отношение к уменьшению трения, как показано на Фигуре 2, с помощью трубчатой втулки 35, образованной из материала, имеющего низкий коэффициент трения, например, Teflon или PTFE, и помещенной между неподвижным катушечным узлом и совершающим возвратно-поступательное движение плунжерным узлом, где втулка 35 может включать множество (например, шесть) радиально выступающих продольных шлицов вдоль ее внутренней поверхности, чтобы по существу уменьшать область контакта между совершающим возвратно-поступательное движение плунжерным узлом и втулкой 35. Для сравнения, вариант выполнения, показанный на Фигурах 6-9, обеспечивает решение задачи трения с использованием линейных опор. Предпочтительно, линейные опоры содержат керамический материал, но могут содержать любой пригодный материал, известный специалисту в области техники. Имеются две опоры 66, 67 в основании плунжерного узла, прикрепленные к плунжерному узлу скобами 66а, 67а, которые сами прикреплены к пальцу крейцкопфа 51 в основании вилки 49, которая сама прикреплена к плунжеру. Скобы имеют форму "бумеранга". Скобы прикрепляются к двум опорным блокам 68, 69, одна наверху и одна внизу скоб. Каждый из опорных блоков 68, 69 удерживают одну линейную опору 66, 67. Каждая линейная опора 66, 67 скользит вдоль стержня 70 из упрочненной стали, который двигается вдоль оси плунжера и между каждой концевой пластиной 71 картера.

[0105] Как лучше показано на фигуре 8, для поддержания вершины плунжера крепится стержень 72 из упрочненной стали, который двигается от вершины и полностью до и через сердечник соленоида. На внешней стороне сердечника одна линейная опора 73 закреплена во внешнем корпусе соленоида. Стержень поддерживается опорой и не трется о любую другую часть узла, когда стержень продолжается через отверстие во внешнем корпусе. Плунжер также обернут стальной прокладкой (не показана), чтобы делать его более жестким и лучше поддерживать вершину 72 стального стержня.

[0106] Тонкая бронзовая трубка 74 вставлена между катушками 26, 27, 28 и плунжерным узлом. Ее назначение заключается в поддержании ориентации катушки и предотвращении плунжера от касания любой из катушек. Эта трубка 74 может быть такой же трубкой, которая отмечена в параграфах выше, описывающих первое отмеченное решение задачи трения, но с выступающими шлицами, расточенными для обеспечения зазора плунжера около 0,5 мм по всей его периферии.

Альтернатива управления катушкой

[0107] Описание обеспечено выше для "идеальных форм волны", связанных с импульсами тока, созданными одним вариантом выполнения схемы возбуждения со ссылкой на фигуры 3 и 4. Следует отметить, что выше упомянутые формы волны на Фигурах 4 и 5 относятся к работе трех катушек в пределах соленоида согласно одному варианту выполнения изобретения. Катушки "функционируют" с использованием последовательности импульсов постоянного тока. Соответственно, катушка(и) возбуждается(ются) первоначальным импульсом, при этом результирующее магнитное поле перемещает плунжер(ы) в направлении, которое зависит от полярности поля катушки. Автором обнаружено, что, чтобы работа выполнялась наилучшим образом, катушка(и) возбуждается(ются) максимально быстро для получения наиболее быстрого роста тока, который может быть достигнут. В настоящее время первоначальный импульс в общем занимает около 15 мс - около 25 мс, но это зависит от скорости, с которой двигатель работает, и уровня нагрузки, с которой двигатель приводится в движение.

[0108] Начало этих первоначальных импульсов, используемых для зарядки катушки(ек) находится в TDC или BDC. Полярность требуемого импульса зависит от того, где находится плунжер - в TDC или BDC. Несмотря на полярность импульса, основное управление катушкой может выполняться равным образом в одном или другом направлении хода плунжера.

[0109] В этом альтернативном варианте выполнения как только подается первоначальный импульс, следующий этап должен подавлять ток, подаваемый от схемы возбуждения в по меньшей мере одну катушку. Это может быть достигнуто следующим образом.

[0110] При достижении требуемого первоначального уровня тока в катушке(ах) катушка(и) далее замыкается(ются) накоротко, что позволяет существующему току продолжать протекать. Короткое замыкание катушек выполняется только на относительно малое количество времени, например, около 2 мс - около 5 мс. Ток будет начинать опускаться из-за сопротивления медных обмоток, однако, он падает медленнее по сравнению с простым выключением катушек (т.е. размыканием контура), и это представляет собой требуемый эффект и называется автором "свободным ходом", как отмечено выше. Во время фазы свободного хода мощность в катушки не подается, однако, магнитное поле катушки все же соизмеримо со значением в фазе первоначального возбуждения и, в связи с этим, все же заставляет плунжер перемещаться.

[0111] Как только фаза свободного хода позволяет току опускаться до небольшой величины, скажем, около 5-10% от первоначальной амплитуды тока, катушка(и) повторно возбуждается(ются) за короткое время, например, за около несколько мс, и уровень тока увеличивается обратно до приблизительно значения, до которого он опустился. Это тратит очень маленькое количество энергии на "добавление тока", когда разница амплитуд является крайне маленькой, и уровень импеданса от индуктивности также является маленьким относительно первоначального импульса возбуждения. Посла этого свободный ход повторяется, и плунжер по-прежнему продолжает перемещаться. Посла этого катушка(и) повторно возбуждается(ются) снова, так как плунжер по-прежнему продолжает перемещаться.

[0112] Как только достигается приближенно 50% от расстояния хода плунжера, контур катушки совершает свободный ход на следующих 25%-30% от перемещения плунжера и далее размыкается и естественным образом образующийся ток падает до значения близкого к около 0 примерно в тот момент, когда плунжер достигает TOC или BDC, так как плунжер по-прежнему продолжает перемещаться.

[0113] Выше описанная процедура далее повторяется для следующего перемещения плунжера, но используя обратную полярность только что завершенной половины хода.

[0114] Эта процедура приведения в движение по-прежнему работает хорошо, если по-прежнему имеется ток в катушке(ах), когда плунжер достигает TDC или BDC, так как возможно повторно использовать любую энергию, покинувшую катушки, перехватывая ее, например, в конденсаторе модуля 61 накопления и используя эту энергию в качестве части следующей фазы первоначального возбуждения для катушки(ек).

[0115] Пиковый ток определяется сопротивлением катушки, индуктивным импедансом и размером катушки (относительно подаваемого напряжения), где размер катушки обусловлен толщиной проволоки и количеством витков проволоки в катушке. Время нарастания первоначального импульса также определяется этими же параметрами.

[0116] Говоря простым языком, магнитное поле поддерживается для наименьшего количества подводимой энергии, которое может быть достигнуто для перемещения плунжера. Каждый раз, когда система находится в фазе свободного хода, по-прежнему имеется достаточно сильное поле, которое перемещает плунжер, но во время такой фазы свободного хода подвод энергии отсутствует. Даже когда серия импульсов завершена, падающий ток в катушках по-прежнему обеспечивает магнитное поле, несмотря на убывание напряженности.

[0117] Количество импульсов для "прямого хода" плунжера и "обратного хода" плунжера может отличаться. Это может происходить при условии, что имеются различные характеристики индуктивности между этими двумя ходами. На прямом ходу индуктивность быстро увеличивается за счет закрытия воздушного зазора между плунжером и сердечником соленоида. Это необязательно происходит для обратного хода, так как воздушный зазор увеличивается между плунжером и сердечником соленоида. Обнаружено, что более длительная серия импульсов работает наилучшим образом для обратного хода (скажем, всего 5 импульсов) и более короткая серия импульсов работает лучше для прямого хода (скажем, всего 3 импульса). Также, при перемещении через конечную фазу "падения", ток падает более медленно в фазе обратного хода, чем во время фазы прямого хода.

[0118] Фигура 10 показывает актуальную осциллограмму одной катушки в выше описанном процессе, показывающую, что картина повторяется на кривой фигуры 10.

[0119] Кривая А на фигуре 10 представляет собой ток в типичной катушке 2 в соленоиде 1. Вертикальные пунктирные линии определяют один оборот, как показано, например, между BDC₁, достигаемый за один цикл, и следующим положением BDC₂ плунжерного узла. Вертикальная пунктирная линия слева показывает положение BDC₁ только там, где плунжер начинает перемещаться по направлению к TDC. Вертикальная пунктирная линия справа показывает то же положение, в связи с этим, она представляет один полный оборот двигателя относительного левой пунктирной линии. Выше отметки 0 А на оси X представлен прямой ход в соответствии с Кривой А. Ниже этой отметки обратный ход изображен Кривой B.

[0120] Из фигуры 10 видно, что первоначальный импульс "прямого хода " достигает пика в около 9 А, и для достижения этого пика затрачивается около 9 мс. Далее ток падает до точки выше 6,3 А, т.е. свободного хода. Далее, ток растет обратно до 7,8 А за короткую фазу возбуждения импульса. Далее, за коротким импульсом следует другой свободный ход, далее за последним коротким импульсом следует другой свободный ход, завершаясь в значении немного ниже 7 А. После этого контур катушки размыкается, и ток падает до 0 A. Ток остается в 0 A в течение короткого времени, и то место, где он начинает смещаться ниже 0 A, представляет собой начало фазы "обратного хода" и последовательностей его импульсов/свободных ходов.

[0121] Цикл одного полного оборота занимает около 63,4 мс, что составляет около 15,77 Гц или 946 оборотов в минуту. Эти изменения во времени зависят от прикладываемого напряжения, нагрузки и скорости.

[0122] Обратный ход в этом примере имеет 7 импульсов по сравнению с 4 импульсами в фазе прямого хода. Так как он ниже 0 A (противоположная прямому ходу полярность), импульсы и свободные ходы имеют ориентацию относительно оси Y, противоположную прямому ходу. Количество подаваемых импульсов является примерным и может быть изменено в других вариантах выполнения.

[0123] Выше описанный способ возбуждения, включающий поочередное обеспечение импульсов "свободного хода" является применимым к любому количеству конструкций катушки и плунжерных узлов.

Альтернатива плунжерному узлу

[0124] Фигура 11 иллюстрирует предпочтительную форму плунжерного узла, который также выполнен с возможностью вставки поддерживающих стержней. Как отмечено в выше приведенном описании, указанный или каждый магнитный плунжерный узел может включать по меньшей мере три части или секции. По меньшей мере одна часть или секция плунжерного узла может включать относительно мощный постоянный магнит. Предпочтительно, указанный или каждый постоянный магнит включает высококачественный (N42 или более высокая марка является предпочтительным) магнит из редкоземельных металлов, например, неодимовый (NdFeB) магнит марки N52. Например, 750-ваттный двигатель может требовать высококачественный магнит из NdFeB и магнитное поле, которое составляет около 1,2 Тл (тесла) или 12000 Гаусс напряженности. Говоря в общем, в этом варианте выполнения обеспечен плунжерный узел для соленоидного узла, причем указанный соленоидный узел выполнен с возможностью преобразования между электрической энергией и механическим движением и содержит корпус, содержащий элемент сердечника и катушечный узел, включающий по меньшей мере одну катушку, и, схема возбуждения для возбуждения указанного катушечного узла, чтобы заставлять указанный плунжерный узел перемещаться по меньшей мере между первым и вторым положениями, причем плунжерный узел содержит:

первый участок материала, содержащий материал постоянного магнита и

второй участок материала, содержащий материал с высокой относительной магнитной проницаемостью, причем материал первого участка расположен между материалом второго участка. Второй участок материала может содержать две части, каждая из которых размещена на каждом соответственном конце первого участка материала.

[0125] Фактически, плунжер содержит по меньшей мере два материала, один представляет собой материал сильного постоянного магнита, например, NdFeB, а другой представляет собой материал с высокой относительной магнитной проницаемостью около по меньшей мере µ=4500 - около µ=9000, например, FeCo. Могут быть рассмотрены и другие железные материалы с целесообразно высокой проницаемостью и насыщением. Относительная магнитная проницаемость может изменяться в диапазоне от около µ=450 до около µ=20000 или более в зависимости от материала и конструкции двигателя. Ключевой момент заключается в том, что он должен иметь высокий уровень проницаемости и насыщения, более высокий, чем магнитные поля, применяемые соленоидом.

[0126] Плунжер этого варианта выполнения улучшает работу соленоида и при его использовании с электродвигателем плунжер включает добавление жесткого стержня, предпочтительно из упрочненной стали, расположенный от конической вершины плунжера до конца наружной оболочки двигатели для стабилизации возвратно-поступательного движения плунжера. Более того, оболочка из тонкой пластины, предпочтительно стальной прокладки, чтобы делать плунжер более жестким, может смягчать добавочные механические силы, которые могут быть размещены на плунжере за счет того, что он поддерживается жестким стержнем.

Конструкцию поворотного ярма

[0127] На фигурах 12-15 чередующаяся конструкция включает использование по меньшей мере одного поворотного ярма. Этот вариант включает поворотное ярмо 75 с плунжером на каждой стороне или конце ярма, как показано, например, на Фигуре 12а.

[0128] Как в вариантах выполнения, описанных выше, плунжерный узел состоит из в общем конической носовой части или носовой части в форме усеченного конуса из FeCo, магнита NdFeB и далее основания, также изготовленного из FeCo. При работе во время одной фазы движения магнит в пределах участков или секций 31, 32, 33 плунжера, слева на фигуре 12, имеет северный полюс, обращенный в левостороннем направлении чертежа, идущем через вершину плунжера. В случае, когда поле магнита на правой стороне ориентировано в точно таком же направлении, то в результате мы получим все ярмо и плунжерный узел с северной полярностью на одном конце и южной полярностью на другом конце, образуя один длинный магнит с полем, сконцентрированным на каждой вершине соответственных плунжеров.

[0129] Во время движения одного ярма 75 оно будет перемещаться от одного соленоида и по направлению к противоположному соленоиду. Другие ярмо делает то же самое, только на 90 градусов по фазе от первого ярма, однако, их соответственные основные действия являются одинаковыми. Это показано наилучшим образом на фигурах 14 и 15, когда оно совершает свой цикл движения. Функциональное соединение плунжерного узла 31, 32, 33 с поворотным ярмом 75 обеспечивает вращательное движение коленвала за счет совершающего возвратно-поступательное движение плунжерного узла, непосредственно соединенного со скользящим ярмом с щелью 80, которая зацепляет палец 85 на вращательном коленвале 45.

[0130] При удалении от конца соленоида ярмо отталкивается катушкой или катушками соленоида за счет полярности поля катушки на конце, и ярмо удаляется от него. В это же время конец ярма, перемещающийся по направлению к соленоиду, притягивается катушками в этом соленоиде за счет полярности катушки(ек). В результате, одна сторона отталкивает, другая притягивает. Как только ярмо заканчивает свое движение, и полярности катушки(ек) соленоида меняются на противоположные, и ярмо перемещается обратно туда, где оно начинало свое движение. Ярмо поворачивает коленвал в этом повторяющемся процессе.

[0131] В каждом соленоиде может быть по меньшей мере одна, две, три или более катушек. Катушки управляются в основном таким же образом, как описано выше относительно предпочтительного метода управления катушкой. Есть только одна разница в отношении использования поворотных ярм, которая заключается в согласовании по времени двух пар соленоида и их соответственных катушек. Тот факт, что имеются два ярма, создает небольшую разницу, которая заключается только в согласовании по времени импульсов, управляемых электроникой и определенных положением вала. Дополнительно, в версии HOT поворотный энкодер прикреплен к валу для определения согласования времени. Датчик TDC прикреплен к маховику. В настоящем варианте выполнения, использующем поворотное ярмо, используется датчик "абсолютного положения" и, в связи с этим, отсутствует необходимость в индикаторе TDC. При применении двух поворотных ярм, отделенных и работающих под 90° друг относительно друга, разница во времени между SY1 и SY2 заключается в том, что они возбуждаются при 90° по фазе друг относительно друга. Также, для одного поворотного ярма нижний соленоид отталкивает, а верхней соленоид притягивает, таким образом они имеют различные электрические полярности.

[0132] Имеется некоторое количество сравнительных отличий между конструкцией поворотного ярма и версией HOT вариантов выполнения, описанных выше. Например, маховик не требуется с конструкцией поворотного ярма. Функция маховика обеспечена противовесами вала (вращательные белые "крылья" в центре активности) и частично инерцией фазового сдвига якорей, которая соответствует ситуации, когда одно ярмо находится в конце своего хода, другое ярмо находится в середине своего хода. Это делает инерцию массы двух ярм комплементарной. Имеются линейные опоры, используемые только на вершинах каждого стержня, продолжающегося от плунжеров. Опоры в основании плунжера, используемого в одном из вариантов выполнения, описанных выше для версии HOT (и рельсы, по которым они двигаются) больше не требуются в конструкции поворотного ярма. В предпочтительном варианте выполнения имеются 4 "цилиндра" вместо двух. В этом отношении использование только одного ярма будет вызывать недопустимую вибрацию из-за всей массы ярма, перемещающейся в одном направлении в одно время, тогда как с двумя ярмами, расположенными под 90° друг к другу, движения соответственных плунжеров легко уравновешивается.

[0133] Упрочненный стержень 72, описанный в вариантах выполнения выше, который двигается от вершины каждого плунжера в версии HOT, теперь является частью самого ярма и двигается через отверстие в центре каждого плунжерного узла. Стержень 72 является предпочтительно частью ярма и перемещается с ярмом и плунжером. Альтернативно, стержень 72 может быть прикреплен или соединен с наружной оболочкой так, что плунжер может перемещаться вдоль стержня 72. Также предусмотрено, что стержень 72 может быть соединен или прикреплен к плунжеру, однако, это может требовать опорную конструкцию на наружной оболочке, чтобы обеспечивать относительное перемещение стержня 72 относительно наружной оболочки. Это использование упрочненного стержня 72, особенно в предпочтительной конструкции, где он соединен с наружной оболочкой, делает узел крайне прочным и жестким и исключает необходимость в обертывании стальной прокладки вокруг плунжерного узла.

[0134] Имеются несколько преимуществ конструкции поворотного ярма по сравнению с версией HOT. Например, она является более мощной за счет более сильного магнитного контура, продолжающегося от одного конца ярма до другого. Она меньше и легче, чем в версии HOT. Два ярма, расположенных под 90 градусов по фазе создают почти идеальный баланс. Сила прикладывается в точном направлении движения ярма, тогда как в версии HOT имеются соединительные стержни, которые вставляются под углом между плунжером и поворачиваемым валом, что вызывает крутящий момент в поперечном направлении, который создает нежелательные вибрации. В конструкции поворотного ярма требуется меньше опор, и ее размеры могут полностью меняться (увеличиваться или уменьшаться), и она может быть выполнена модульной так, что множественные блоки могут быть размещены на одном валу для двойной/тройной мощности двигателя. Машина может запускаться из любого положения, так как всегда ни одно из по меньшей мере одного ярма не касается сердечника соленоида. В отличие от наружной оболочки 37, изображенной на фигурах 1 и 2, в конструкции поворотного ярма на Фигурах 12 и 13 не обязательно включать множество радиально продолжающихся ребер вокруг ее периферии для облегчения или по меньшей мере улучшения рассеивания тепла от соленоидного узла, так как имеется небольшое количество тепла, созданного катушками. Однако в других вариантах выполнения охлаждающие ребра вдоль линий, которые показаны на Фигурах 1 и 2, могут быть применены в конструкции поворотного ярма.

[0135] Тогда как это изобретение описано в связи с его конкретными вариантами выполнения, будет понятно, что оно может быть дополнительно преобразовано. Эта заявка предназначена для покрытия любых изменений, применений или адаптаций изобретения, следующих в основном принципам изобретения и включающим такие отклонения от настоящего раскрытия, которые подпадают под известную или общепринятую практику в уровне техники, к которому относится изобретение, и которые могут быть применены к существенным признакам, изложенным выше.

[0136] Так как настоящее изобретение может быть выполнено в нескольких формах без отклонения от замысла существенных характеристик изобретения, должно быть понятно, что выше описанные варианты выполнения не должны ограничивать настоящее изобретение, кроме тех случаев, когда установлено иначе, а точнее должны быть истолкованы в целом как входящие в пределы замысла и объема охраны изобретения, который определен в приложенной формуле изобретения. Описанные варианты выполнения должны рассматриваться во всех отношениях в качестве лишь иллюстративных, а не ограничивающих.

[0137] Различные преобразования и эквивалентные конструкции предназначены для включения в пределы замысла и объема охраны изобретения и приложенной формулы изобретения. В связи с этим конкретные варианты выполнения должны пониматься в качестве иллюстрации многих путей реализации на практике принципов настоящего изобретения. В следящей далее формуле изобретения пункты "средство плюс функция" предназначены покрывать конструкции, выполняющие определенную функцию, и не только конструктивные эквиваленты, но и эквивалентные конструкции. Например, несмотря на то, что гвоздь и винт не могут быть конструктивным эквивалентами из-за того, что гвоздь применяет цилиндрическую поверхность для скрепления деревянных частей, тогда как винт применяет винтовую поверхность для скрепления деревянных частей, в области крепления деревянных частей, гвоздь и винт являются эквивалентными конструкциями.

[0138] Различные варианты выполнения изобретения могут быть выполнены во многих различных формах, включая логику компьютерной программы для использования с процессором (например, микропроцессор, микроконтроллер, цифровой сигнальный процессор или компьютер общего назначения и в сущности любой промышленный процессор могут быть использованы для осуществления вариантов выполнения изобретения в виде одного процессора, серийного или параллельного набора процессоров в системе и, соответственно, примеры промышленных процессоров включают, но не ограничивая, Merced™, Pentium™, Pentium II™, Xeon™, Celeron™, Pentium Pro™, Efficeon™, Athlon™, AMD™ и т.п.), программируемую логику для использования с программируемым логическим устройством (например, программируемая пользователем вентильная матрица (FPGA) или другая PLD), дискретные компоненты; интегральную схемотехнику (например, специализированная интегральная микросхема (ASIC)), или любое другое средство, включающее любую их совокупность. В примерном варианте выполнения настоящего изобретения преимущественно любая связь между пользователями и исполнительными устройствами осуществляется в виде набора инструкций компьютерной программы, которые преобразуются в исполняемую компьютером форму, хранится соответственно в машиночитаемом носителе и выполняется микропроцессором под управлением рабочей системы.

[0139] Логика компьютерной программы, осуществляющая всю или часть функциональности, описанной здесь, может быть выполнена в различных формах, включая форму исходного кода, исполняемую компьютером форму и различные промежуточные форму (например, формы, созданные сборочным устройством, компилятором, линкером или локатором). Исходный код может включать последовательность инструкций компьютерной программы, выполняемых на любом из различных языков программирования (например, выходной язык транслятора, язык ассемблера или высокоуровневый язык, например, Fortran, C, C++, JAVA или HTML. Более того, имеются сотни допустимых компьютерных языков, которые могут быть использованы для осущест вления вариантов выполнения изобретения, среди более известных - Ada; Algol; APL; awk; Basic; C; C++; Conol; Delphi; Eiffel; Euphoria; Forth; Fortran; или HTML; Icon; Java; Javascript; Lisp; Logo; Mathematica; MatLab; Miranda; Modula-2; Oberon; Pascal; Peri; PL/I; Prolog; Python; Rexx; SAS; Scheme; sed; Simula; Smalltalk; Snobol; SQL; Visual Basic; Visual C++; Linux и XML) для использования с различными рабочими системами или рабочими средами. Исходный код может определять и использовать различные структуры данных и коммуникационные сообщения. Исходный код может иметь исполняемую компьютером форму (например, с помощью интерпретатора), или исходный код может быть преобразован (например, с помощью транслятора, сборочного устройства или компилятора) в исполняемую компьютером форму.

[0140] Компьютерная программа может быть зафиксирована в любой форме (например, форме исходного кода, исполняемой компьютером форме или промежуточной форме) либо постоянно, либо временно в материальном носителе данных, например, полупроводниковом запоминающем устройстве (например, RAM, ROM, PROM, EEPROM или программируемом флэш-RAM), магнитном запоминающем устройстве (например, дискете или жестком диске), оптическом запоминающем устройстве (например, CD-ROM или DVD-ROM), PC-карте (например, карте PCMCIA) или другом запоминающем устройстве. Компьютерная программа может быть зафиксирована в любой форме в сигнале, который является передаваемым в компьютер, используя любую из различных коммуникационных технологий, включая, но никоим образом не ограничивая, аналоговые технологии, цифровые технологии, оптические технологии, беспроводные технологии (например, Bluetooth), сетевые технологии и межсетевые технологии. Компьютерная программа может быть распространена в любой форме в виде удаляемого носителя данных с сопровождающей печатной или электронной документацией (например, закрытые программные средства), предварительно загруженной компьютерной системой (например, на системе ROM или жестком диске), или распространена с сервера или электронной службы новостей в системе связи (например, Интернете или всемирной сети).

[0141] Аппаратная логика (включающая программируемую логику для использования с программируемым логическим устройством), осуществляющая все или часть функциональности, описанной здесь, может быть выполнена с использованием традиционных ручных способов или может быть выполнена, записана, симулирована или документирована электронно, используя различные инструменты, например, автоматизированное проектирование (CAD), язык описания технических средств (например, VHDL или AHDL) или язык программирования PLD (например, PALASM, ABEL или CUPL). Аппаратная логика также может быть включена в дисплейные экраны при осуществлении вариантов выполнения изобретения и которые могут быть сегментированными дисплейными экранами, аналоговыми дисплейными экранами, цифровыми дисплейными экранами, CRTs, светодиодными экранами, плазменными экранами, жидкокристаллическими диодными экранами, и т.п.

[0142] Программируемая логика может быть зафиксирована либо постоянно или временно в материальном носителе данных, например, полупроводниковом запоминающем устройстве (например, RAM, ROM, PROM, EEPROM или программируемом флэш-RAM), магнитном запоминающем устройстве (например, дискете или жестком диске), оптическом запоминающем устройстве (например, CD-ROM или DVD-ROM) или другом запоминающем устройстве. Программируемая логика может быть зафиксирована в сигнале, который является передаваемым в компьютер, используя любую из различных коммуникационных технологий, включая, но никоим образом не ограничивая, аналоговые технологии, цифровые технологии, оптические технологии, беспроводные технологии (например, Bluetooth), сетевые технологии и межсетевые технологии. Программируемая логика может быть распространена в виде удаляемого носителя данных с сопровождающей печатной или электронной документацией (например, закрытые программные средства), предварительно загруженной компьютерной системой (например, на системе ROM или жестком диске), или распространена с сервера или электронной службы новостей в системе связи (например, Интернете или всемирной сети).

[0143] "Содержит/содержащий" и "включает/включающий" при использовании в этом описании используется для указания на наличие изложенных признаков, целых чисел, этапов или компонентов, но не исключает наличие или добавление одного или более других признаков, целых чисел, этапов, компонентов или групп. Таким образом, кроме тех случаев, когда контекст явно требует иное, во всем описании и формуле изобретения слово "содержать", "содержащий", "включает", "включающий" и т.п. должны истолковываться в широком смысле, отличающемся от исключительного или исчерпывающего смысла; иначе говоря, в смысле "включающий", но не "ограниченный".

Claims

1. Соленоидный узел, выполненный с возможностью преобразования между электрической энергией и механическим движением, причем указанный соленоидный узел содержит:
корпус, вмещающий элемент сердечника и катушечный узел;
плунжерный узел, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пределах корпуса между первым положением и вторым положением; и
схему возбуждения для возбуждения катушечного узла, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться по меньшей мере между первым и вторым положениями,
при этом плунжерный узел содержит по меньшей мере первый участок материала, содержащий материал постоянного магнита, который обеспечивает градиент магнитной проницаемости в одном или в совокупности корпуса и плунжерного узла для физического содействия движению плунжерного узла в зависимости от места между первым и вторым положениями.

2. Соленоидный узел по п. 1, в котором плунжерный узел содержит по меньшей мере три части плунжера, причем по меньшей мере одна из частей плунжера содержит постоянный магнит.

3. Соленоидный узел по п. 2, в котором магнитное поле, связанное с постоянным магнитом, ориентировано вдоль оси перемещения плунжерного узла.

4. Соленоидный узел по п. 2 или 3, в котором постоянный магнит содержит магнит из редкоземельных металлов.

5. Соленоидный узел по п. 4, в котором магнит из редкоземельных металлов представляет собой неодимовый (NdFebB) магнит.

6. Плунжерный узел для соленоидного узла по пп. 1-5, причем соленоидный узел выполнен с возможностью преобразования между электрической энергией и механическим движением и содержит:
корпус, вмещающий элемент сердечника и катушечный узел, и схему возбуждения для возбуждения катушечного узла, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться между первым и вторым положениями, первый участок материала, содержащий материал постоянного магнита, и
второй участок материала, содержащий материал с высокой относительной магнитной проницаемостью, причем материал первого участка материала расположен между материалом второго участка материала.

7. Плунжерный узел по п. 6, дополнительно содержащий поддерживающий плунжер стержень, функционально соединяющий плунжерный узел с корпусом соленоидного узла для выравнивания возвратно-поступательного перемещения плунжерного узла с продольной осью корпуса.

8. Плунжерный узел по п. 6 или 7, дополнительно содержащий бандаж из тонкого металлического покрытия вокруг участков плунжера, при этом второй участок материала содержит две части, каждая из которых размещена на каждом соответственном конце первого участка материала.

9. Плунжерный узел по п. 8, в котором:
материал постоянного магнита первого участка содержит сильный магнит; и,
материал второго участка имеет магнитную проницаемость µ между 4500 и 20000.

10. Плунжерный узел по п. 9, в котором:
материал постоянного магнита первого участка содержит NdFeB; и
материал второго участка содержит FeCo; и
бандаж содержит стальную шайбу.

11. Электрическая машина, включающая в себя по меньшей мере одну пару соленоидных узлов по любому из пп. 1-5.

12. Электрическая машина по п. 11, в которой по меньшей мере одна пара соленоидных узлов размещена в коробчатой конфигурации.

13. Электрическая машина по п. 11 или 12, причем машина по существу способна работать без смазки.

14. Способ преобразования между электрической энергией и механическим движением в системе, включающей в себя корпус, содержащий катушечный узел и сердечник, причем система дополнительно включает в себя плунжерный узел по пп. 6-10, выполненный с возможностью перемещения в корпусе между первым положением и вторым положением, и способ содержит этап, на котором:
физически содействуют движению по меньшей мере постоянно намагниченного участка плунжерного узла в зависимости от места между первым и вторым положениями.

15. Способ по п. 14, в котором постоянно намагниченный участок плунжерного узла
обеспечивает градиент магнитной проницаемости материала одного или совокупности корпуса и плунжерного узла.

16. Устройство для преобразования между электрической энергией и механическим движением, содержащее:
корпус, содержащий катушечный узел и сердечник;
плунжерный узел по пп. 6-10, выполненный с возможностью перемещения в пределах корпуса между первым положением и вторым положением, и
средство содействия движению для физического содействия движению по меньшей мере постоянно намагниченного участка плунжерного узла в зависимости от места между первым и вторым положениями.

17. Устройство по п. 16, в котором постоянно намагниченный участок плунжерного узла обеспечивает
градиент магнитной проницаемости материала одного или совокупности из корпуса и плунжерного узла.