RU2784028C1

RU2784028C1 - Linear motion drive (3 options)

Info

Publication number: RU2784028C1
Application number: RU2022106853A
Authority: RU
Inventors: Алексей Юрьевич Корроль
Original assignee: Алексей Юрьевич Корроль
Filing date: 2022-03-16
Publication date: 2022-11-23

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering. According to the first option, the linear displacement drive consists of at least one pair of magnets, which are rigidly fastened together by at least one elastic element. Said elastic element is made of non-magnetic material. The magnets are arranged differently in each pair relative to each other, and the elastic element is made with a compression function. All magnets are made in the form of electromagnets powered by an electric current source through a switch with a controller, and the elastic element is made in the form of two elastic plates, the area of which is equal to the area of the magnets.

EFFECT: improving manufacturability, reliability and performance.

5 cl, 12 dwg

Description

Группа изобретений относится к электрическим машинам, в частности к двигателям с возвратно-поступательным, колебательным или вибрационным движением магнита, и может быть использовано в электромеханике, а именно, в электродинамических элементах, предназначенных для преобразования электрической энергии в механическую.SUBSTANCE: group of inventions relates to electrical machines, in particular to motors with reciprocating, oscillatory or vibratory motion of a magnet, and can be used in electromechanics, namely, in electrodynamic elements designed to convert electrical energy into mechanical energy.

Из существующего уровня техники известен привод линейного перемещения (Патент SU 1386442 A1, 07.04.1988, B25J9/00), содержащий активный элемент, выполненный в виде петли из токопроводного материала, соединённой с источником постоянного тока, концы и средняя часть которой связаны с основаниями, установленными с возможностью перемещения друг относительно друга, а стороны петли скручены между собой, причём, с целью повышения надежности работы за счет исключения на выходе привода вращающего момента, он снабжен дополнительными активными элементами, при этом все активные элементы образуют две группы со встречным направлением закрутки петель.A linear motion drive is known from the prior art (Patent SU 1386442 A1, 04/07/1988, B25J9/00), containing an active element made in the form of a loop of conductive material connected to a direct current source, the ends and the middle part of which are connected to the bases, installed with the possibility of moving relative to each other, and the sides of the loop are twisted together, and, in order to increase the reliability of operation by eliminating torque at the output of the drive, it is equipped with additional active elements, while all active elements form two groups with the opposite direction of twisting of the loops .

Из уровня техники также известен привод линейного перемещения (Патент RU 2211523 C2, 27.08.2003, H02K41/00; H02K33/00; B25J9/08), содержащий расположенный в корпусе основной спирально-пространственный активный элемент, выполненный в виде двух скрученных между собой изолированных проводов, одни концы которых связаны с источником электрической энергии, а другие – соединены между собой и связаны с выходным штоком, причём, привод дополнительно снабжен С-образными магнитопроводами, расположенными в ряд в одной плоскости, и дополнительным спирально-пространственным активным элементом, витки которого последовательно охватывают торцы С-образных магнитопроводов, возбуждая магнитное поле в них, обеспечивающее чередование их полярности, а витки основного спирально-пространственного активного элемента расположены в зоне торцов С-образных магнитопроводов, причем каждый виток основного спирально-пространственного активного элемента соединен с помощью растяжки с корпусом, а выходной шток присоединен к крайнему витку основного спирально-пространственного активного элемента.Also known from the prior art is a linear motion drive (Patent RU 2211523 C2, 27.08.2003, H02K41/00; H02K33/00; B25J9/08), containing the main spiral-spatial active element located in the housing, made in the form of two insulated twisted together wires, one ends of which are connected to a source of electrical energy, and the other ends are connected to each other and connected to the output rod, moreover, the drive is additionally equipped with C-shaped magnetic circuits arranged in a row in one plane, and an additional spiral-spatial active element, the turns of which sequentially cover the ends of the C-shaped magnetic cores, exciting a magnetic field in them, which ensures the alternation of their polarity, and the turns of the main spiral-spatial active element are located in the area of the ends of the C-shaped magnetic cores, each turn of the main helical-spatial active element is connected by stretching with body, and the output stem is attached to the extreme turn of the main spiral-spatial active element.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является привод линейного перемещения (Патент RU 2592070 C2, 20.07.2016, H02K33/00, B25J9/12), содержащий активный элемент, выполненный в виде закрученной петли из провода с изоляцией, одни концы которой связаны с источником электрической энергии, а другие – соединены между собой и связаны с выходным штоком, причём, изоляция выполнена в виде набора шайб, которые в развертке имеют форму равностороннего треугольника и соединены между собой общей продольной нитью, высота которой проходит по осевой линии продольной нити.The closest technical solution chosen as a prototype is a linear motion drive (Patent RU 2592070 C2, 07/20/2016, H02K33/00, B25J9/12), containing an active element made in the form of a twisted loop of wire with insulation, one ends of which are connected to a source of electrical energy, while others are connected to each other and connected to the output rod, moreover, the insulation is made in the form of a set of washers, which in the sweep have the shape of an equilateral triangle and are interconnected by a common longitudinal thread, the height of which runs along the axial line of the longitudinal thread .

Основным недостатком вышеописанных технических решений является использование в качестве активных элементов гибких токопроводящих петель, что снижает удобство устройств в обслуживании, их ремонтопригодность и эксплуатационные характеристики.The main disadvantage of the above technical solutions is the use of flexible current-carrying loops as active elements, which reduces the convenience of devices in maintenance, their maintainability and performance.

Техническим результатом заявляемой группы изобретений является повышение простоты изготовления конструкции устройства, надежности и улучшение эксплуатационных характеристик.The technical result of the claimed group of inventions is to increase the ease of manufacture of the device design, reliability and performance improvement.

Для достижения указанного технического результата предлагается группа приводов линейного перемещения (3 варианта).To achieve the specified technical result, a group of linear displacement drives (3 options) is proposed.

По первому варианту исполнения привод линейного перемещения состоит, по меньшей мере, из одной пары магнитов, по меньшей мере, один из которых является электромагнитом, и которые жестко скреплены между собой, по меньшей мере, одним упругим элементом, упомянутый упругий элемент выполнен из немагнитного материала, магниты расположены разнополярно в каждой паре относительно друг друга, а упругий элемент выполнен с функцией сжатия.According to the first embodiment, the linear displacement drive consists of at least one pair of magnets, at least one of which is an electromagnet, and which are rigidly fastened together by at least one elastic element, said elastic element is made of a non-magnetic material , the magnets are located differently in each pair relative to each other, and the elastic element is made with a compression function.

Причём, все магниты выполнены в виде электромагнитов с электропитанием от источника электрического тока через коммутатор с контроллером, а упругий элемент выполнен в виде двух упругих пластин, площадь которых равна площади магнитов.Moreover, all the magnets are made in the form of electromagnets with power supply from an electric current source through a switch with a controller, and the elastic element is made in the form of two elastic plates, the area of which is equal to the area of the magnets.

По второму варианту исполнения привод линейного перемещения состоит, по меньшей мере, из двух магнитных с разнополярно и/или однополярно расположенными магнитами пар, в каждой из которых, по меньшей мере, один магнит является электромагнитом, и которые жестко скреплены между собой через торцевые части магнитов, по меньшей мере, тремя упругими элементами растяжения и/или сжатия, а каждый из упомянутых упругих элементов выполнен из диэлектрического материала в виде упругой пластины.According to the second embodiment, the linear displacement drive consists of at least two magnetic pairs with differently polar and/or unipolar magnets, in each of which at least one magnet is an electromagnet, and which are rigidly fastened together through the end parts of the magnets. , at least three elastic elements of tension and/or compression, and each of the mentioned elastic elements is made of a dielectric material in the form of an elastic plate.

В частности, все магниты могут быть выполнены в виде электромагнитов, а упругие пластины – прямоугольной формы.In particular, all magnets can be made in the form of electromagnets, and elastic plates can be rectangular.

По третьему варианту исполнения привод линейного перемещения состоит, по меньшей мере, из двух магнитных модулей, каждый из которых содержит, по меньшей мере, три магнита, скрепленных жестко между собой через торцевые части, по меньшей мере, двумя упругими элементами растяжения и/или сжатия, при этом магнитные модули также жестко скреплены между собой через торцевые части магнитов, по меньшей мере, двумя такими же упругими элементами растяжения и/или сжатия и расположены друг относительно друга с образованием, по меньшей мере, трёх магнитных с разнополярно и/или однополярно расположенными магнитами пар, в каждой из которых, по меньшей мере, один магнит является электромагнитом, а каждый из упомянутых упругих элементов выполнен из диэлектрического материала в виде упругой пластины.According to the third embodiment, the linear displacement drive consists of at least two magnetic modules, each of which contains at least three magnets rigidly fastened to each other through the end parts, at least by two elastic tension and/or compression elements , while the magnetic modules are also rigidly fastened to each other through the end parts of the magnets by at least two of the same elastic tension and/or compression elements and are located relative to each other to form at least three magnetic modules with bipolar and/or unipolar pair magnets, in each of which at least one magnet is an electromagnet, and each of the mentioned elastic elements is made of a dielectric material in the form of an elastic plate.

В частности, все магниты могут быть выполнены в виде электромагнитов, а привод линейного перемещения может содержать пять магнитных модулей.In particular, all magnets can be made in the form of electromagnets, and the linear movement drive can contain five magnetic modules.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлен частный случай исполнения заявляемой группы изобретений:The essence of the invention is illustrated by drawings, which show a particular case of the claimed group of inventions:

на фигуре 1 представлен схематичный вид привода линейного перемещения в первом варианте исполнения в разжатом или растянутом состоянии с упругим элементом круглой формы, площадь которой равна площади магнита; на фигуре 2 – схематичный вид привода линейного перемещения в первом варианте исполнения в сжатом состоянии с упругим элементом круглой формы, площадь которой равна площади магнита; на фигуре 3 – схематичный вид привода линейного перемещения в первом варианте исполнения в разжатом или растянутом состоянии с упругим элементом, выполненным в виде двух пар упругих плоских круглой формы пластин; на фигуре 4 – схематичный вид привода линейного перемещения в первом варианте исполнения в сжатом состоянии с упругим элементом, выполненным в виде двух пар упругих плоских круглой формы пластин; на фигуре 5 – схематичный вид привода линейного перемещения во втором варианте исполнения в разжатом или растянутом состоянии; на фигуре 6 – схематичный вид привода линейного перемещения во втором варианте исполнения в сжатом состоянии; 7 – схематичный вид магнитного модуля привода линейного перемещения в третьем варианте исполнения; 8 – схематичный вид привода линейного перемещения в третьем варианте исполнения с двумя магнитными модулями в разжатом или растянутом состоянии; 9 – схематичный вид привода линейного перемещения в третьем варианте исполнения с двумя магнитными модулями в сжатом состоянии; 10 – схематичный вид привода линейного перемещения в третьем варианте исполнения с пятью магнитными модулями в разжатом или растянутом состоянии; 11 – схематичный вид привода линейного перемещения в третьем варианте исполнения с пятью магнитными модулями в сжатом состоянии; 12 – схематичный вид сверху магнитного модуля привода линейного перемещения в третьем варианте исполнения с концентричным расположением магнитов, где:figure 1 shows a schematic view of a linear displacement drive in the first embodiment in an expanded or stretched state with a circular elastic element, the area of which is equal to the area of the magnet; figure 2 - a schematic view of a linear displacement drive in the first embodiment in a compressed state with a round elastic element, the area of \u200b\u200bwhich is equal to the area of the magnet; figure 3 is a schematic view of a linear displacement drive in the first embodiment in an expanded or stretched state with an elastic element made in the form of two pairs of elastic flat round plates; figure 4 is a schematic view of a linear displacement drive in the first embodiment in a compressed state with an elastic element made in the form of two pairs of elastic flat round plates; figure 5 is a schematic view of a linear displacement drive in the second version in an expanded or stretched state; figure 6 - a schematic view of the linear displacement drive in the second version in a compressed state; 7 is a schematic view of the magnetic module of the linear displacement drive in the third version; 8 is a schematic view of a linear displacement drive in the third version with two magnetic modules in an expanded or stretched state; 9 is a schematic view of a linear displacement drive in the third version with two magnetic modules in a compressed state; 10 is a schematic view of a linear motion drive in the third version with five magnetic modules in an expanded or stretched state; 11 is a schematic view of a linear displacement drive in the third version with five magnetic modules in a compressed state; 12 is a schematic top view of the magnetic module of the linear motion drive in the third embodiment with a concentric arrangement of magnets, where:

1 – магнит/электромагнит;1 – magnet/electromagnet;

2 – упругий элемент;2 – elastic element;

3 – упругая пластина;3 - elastic plate;

4 – источник электрического тока;4 - source of electric current;

5 – коммутатор.5 - switch.

По первому варианту исполнения частный случай реализации привода линейного перемещения может быть выполнен следующим образом (фиг. 1-4).According to the first embodiment, a special case of implementing a linear displacement drive can be performed as follows (Fig. 1-4).

Привод линейного перемещения состоит, по меньшей мере, из одной пары магнитов 1, по меньшей мере, один из которых является электромагнитом, и которые жестко скреплены между собой, по меньшей мере, одним упругим элементом 2, причём, упомянутый упругий элемент выполнен из немагнитного материала в виде витой цилиндрической, или витой конической, или спиральной, или тарельчатой, или волновой пружины, или упругой шайбы, или упругой пластины 3.The linear displacement drive consists of at least one pair of magnets 1, at least one of which is an electromagnet, and which are rigidly fastened together by at least one elastic element 2, moreover, said elastic element is made of a non-magnetic material in the form of a twisted cylindrical, or twisted conical, or spiral, or disc, or wave spring, or an elastic washer, or an elastic plate 3.

Магниты 1 могут быть расположены разнополярно в каждой паре относительно друг друга, а упругий элемент 2 может быть выполнен с функцией сжатия, обеспечивая позиционирование магнитов относительно друг друга.Magnets 1 can be arranged differently in each pair relative to each other, and the elastic element 2 can be made with the function of compression, ensuring the positioning of the magnets relative to each other.

Кроме этого, все магниты 1 могут быть выполнены в виде электромагнитов 1 с электропитанием от источника 4 электрического тока через коммутатор 5 с контроллером.In addition, all the magnets 1 can be made in the form of electromagnets 1 with power supply from the source 4 of electric current through the switch 5 with the controller.

Причём, упругий элемент 2 может быть выполнен в виде двух упругих пластин 3, площадь которых равна площади магнитов 1.Moreover, the elastic element 2 can be made in the form of two elastic plates 3, the area of which is equal to the area of the magnets 1.

По второму варианту исполнения частный случай реализации привода линейного перемещения может быть выполнен следующим образом (фиг. 5,6).According to the second embodiment, a special case of implementing a linear displacement drive can be performed as follows (Fig. 5.6).

Привод линейного перемещения состоит, по меньшей мере, из двух магнитных с разнополярно и/или однополярно расположенными магнитами 1 пар, в каждой из которых, по меньшей мере, один магнит 1 является электромагнитом, и которые жестко скреплены между собой через торцевые части магнитов 1, по меньшей мере, тремя упругими элементами 2 растяжения и/или сжатия, причём, каждый из упомянутых упругих элементов 2 выполнен из диэлектрического материала в виде витой цилиндрической, или витой конической, или спиральной, или тарельчатой, или волновой пружины, или упругой шайбы, или упругой пластины 3.The linear displacement drive consists of at least two magnetic pairs with bipolar and/or unipolar magnets 1, in each of which at least one magnet 1 is an electromagnet, and which are rigidly fastened together through the end parts of the magnets 1, at least three elastic elements 2 of tension and/or compression, moreover, each of the mentioned elastic elements 2 is made of a dielectric material in the form of a twisted cylindrical, or twisted conical, or spiral, or disk-shaped, or wave spring, or an elastic washer, or elastic plate 3.

Все магниты 1 могут быть выполнены в виде электромагнитов 1, а упругие пластины 3 – прямоугольной формы.All magnets 1 can be made in the form of electromagnets 1, and elastic plates 3 can be rectangular.

По третьему варианту исполнения частный случай реализации привода линейного перемещения может быть выполнен следующим образом (фиг. 7-11).According to the third embodiment, a special case of implementing a linear displacement drive can be performed as follows (Fig. 7-11).

Привод линейного перемещения состоит, по меньшей мере, из двух магнитных модулей, каждый из которых содержит, по меньшей мере, три магнита 1, скрепленных жестко между собой через торцевые части, по меньшей мере, двумя упругими элементами 2 растяжения и/или сжатия, при этом магнитные модули также жестко скреплены между собой через торцевые части магнитов 1, по меньшей мере, двумя такими же упругими элементами 2 растяжения и/или сжатия и расположены друг относительно друга с образованием, по меньшей мере, трёх магнитных с разнополярно и/или однополярно расположенными магнитами 1 пар, в каждой из которых, по меньшей мере, один магнит 1 является электромагнитом, причём, каждый из упомянутых упругих элементов 2 выполнен из диэлектрического материала в виде витой цилиндрической, или витой конической, или спиральной, или тарельчатой, или волновой пружины, или упругой шайбы, или упругой пластины 3.The linear displacement drive consists of at least two magnetic modules, each of which contains at least three magnets 1, rigidly fastened to each other through the end parts, at least by two elastic elements 2 of tension and / or compression, with In this case, the magnetic modules are also rigidly fastened to each other through the end parts of the magnets 1 by at least two of the same elastic tension and/or compression elements 2 and are located relative to each other to form at least three magnetic modules with bipolar and/or unipolar pairs of magnets 1, in each of which at least one magnet 1 is an electromagnet, and each of the mentioned elastic elements 2 is made of a dielectric material in the form of a twisted cylindrical, or twisted conical, or spiral, or disc, or wave spring, or elastic washer, or elastic plate 3.

Все магниты 1 могут быть выполнены в виде электромагнитов 1, а привод линейного перемещения может содержать пять магнитных модулей.All magnets 1 can be made in the form of electromagnets 1, and the linear movement drive can contain five magnetic modules.

Приводы линейного перемещения работают следующим образом: при включении источника электрического тока 4 посредством коммутатора 5 с контроллером обеспечивается регулировка подачи электропитания на электромагниты 1, попарно разнополярно и/или однополярно расположенных относительно друг друга в зависимости от варианта использования. Причём, с помощью контроллера задаётся частота включения/отключения электропитания на электромагниты 1 в соответствии с необходимым алгоритмом работы приводов. При подаче сигнала от контроллера через коммутатор 5 на включение электропитания электромагниты 1 в зависимости от полярности расположения в парах либо притягиваются друг к другу, либо отталкиваются друг от друга, а упругие элементы 2 либо сжимаются, либо растягиваются соответственно. А при подаче сигнала от контроллера через коммутатор 5 на выключение электропитания электромагниты 1 посредством упругих элементов 2, выполненных с упругими пластинами 3, возвращаются в исходное положение.Linear motion drives operate as follows: when the electric current source 4 is turned on, the switch 5 with the controller provides adjustment of the power supply to the electromagnets 1, which are bipolar and/or unipolar in pairs located relative to each other, depending on the use case. Moreover, with the help of the controller, the frequency of switching on / off the power supply to the electromagnets 1 is set in accordance with the necessary algorithm of the drives. When a signal is sent from the controller through the switch 5 to turn on the power supply, the electromagnets 1, depending on the polarity of the arrangement in pairs, are either attracted to each other or repelled from each other, and the elastic elements 2 are either compressed or stretched, respectively. And when a signal is sent from the controller through the switch 5 to turn off the power supply, the electromagnets 1 return to their original position by means of elastic elements 2 made with elastic plates 3.

Указанный технический результат достигается за счет того, что конструктивные особенности исполнения устройств позволяют реализовать, как минимизацию количества составных элементов данных устройств, так и уменьшение сложности изготовления данных элементов, обеспечивается возможность простоты изготовления конструкции устройств в целом (например способом 3D печати). При этом конструктивное выполнение устройств с минимальным количеством движущихся элементов и с максимальным исключением смазочных материалов, а также с возможностью унификации и взаимозаменяемости основных элементов устройств позволяет в полной мере повысить их надёжность и обеспечить улучшение таких эксплуатационных характеристик, как: снижение уровня шума и экологической нагрузки.The specified technical result is achieved due to the fact that the design features of the device design make it possible to realize both minimizing the number of component elements of these devices and reducing the complexity of manufacturing these elements, making it possible to easily manufacture the design of devices as a whole (for example, by 3D printing). At the same time, the design of devices with a minimum number of moving elements and with the maximum exclusion of lubricants, as well as with the possibility of unification and interchangeability of the main elements of devices, makes it possible to fully increase their reliability and improve such operational characteristics as: reduction of noise and environmental load.

Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемой группы изобретений, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой группы изобретений такому условию патентоспособности как «новизна».Technical solutions coinciding with the set of essential features of the claimed group of inventions have not been identified, which allows us to conclude that the claimed group of inventions complies with such a patentability condition as "novelty".

Заявляемые существенные признаки, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой группы изобретений такому условию патентоспособности как «изобретательский уровень».The claimed essential features that predetermine the receipt of the specified technical result do not explicitly follow from the prior art, which allows us to conclude that the claimed group of inventions complies with such a patentability condition as "inventive step".

Claims

1. A linear displacement drive, consisting of at least one pair of magnets, at least one of which is an electromagnet, and which are rigidly fastened together by at least one elastic element, said elastic element is made of a non-magnetic material, the magnets are located differently in each pair relative to each other, and the elastic element is made with a compression function, moreover, all the magnets are made in the form of electromagnets with power supply from an electric current source through a switch with a controller, and the elastic element is made in the form of two elastic plates, the area of which is equal to areas of the magnets.

2. A linear motion drive, consisting of at least two magnetic pairs with differently polar and/or unipolar magnets, in each of which at least one magnet is an electromagnet, and which are rigidly fastened together through the end parts of the magnets, at least three elastic tension and/or compression elements, and each of said elastic elements is made of a dielectric material in the form of an elastic plate.

3. Linear drive according to claim 2, characterized in that all the magnets are made in the form of electromagnets, and the elastic plates are rectangular.

4. A linear displacement drive, consisting of at least two magnetic modules, each of which contains at least three magnets, rigidly fastened to each other through the end parts, at least by two elastic tension and / or compression elements, at the same time, the magnetic modules are also rigidly fastened to each other through the end parts of the magnets by at least two of the same elastic tension and/or compression elements and are located relative to each other to form at least three magnetic modules with bipolar and/or unipolar magnets pairs, in each of which at least one magnet is an electromagnet, and each of the mentioned elastic elements is made of a dielectric material in the form of an elastic plate.

5. The linear movement drive according to claim 4, characterized in that all the magnets are made in the form of electromagnets, and the linear movement drive contains five magnetic modules.