RU2177201C1

RU2177201C1 - Electric motor based on permanent magnets

Info

Publication number: RU2177201C1
Application number: RU2000132045A
Authority: RU
Inventors: О.А. Рощин
Original assignee: Рощин Олег Алексеевич
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2001-12-20

Abstract

FIELD: electrical engineering, conversion of potential energy of permanent magnet to mechanical or other types of energy. SUBSTANCE: given electric motor can be used in pair with electric generator to generate electric energy. Electric motor has non-magnetic frame, two permanent magnets coming in the form of balls each being put on shaft fitted with drive for its turn. Permanent magnets are positioned inside frame on its opposite ends. Electric motor also has sliding magnet mounted in guides in central part of frame, between two rotating magnets, for reciprocating motion from one rotating magnet to another rotating magnet. Sliding magnet is manufactured in the form of cube with spherical recesses in its sides. Crank mechanism is attached to middle part of it with the aid of pin. Sliding magnet sets crankshaft in rotary motion with the use of crank mechanism. EFFECT: increased reliability of conversion of potential energy of permanent magnet to mechanical energy. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области получения энергии и предназначено для преобразования потенциальной энергии постоянного магнита в механическую и другие виды энергии и может быть использовано в паре с электрогенератором для получения электрической энергии. The invention relates to the field of energy production and is intended to convert the potential energy of a permanent magnet into mechanical and other types of energy and can be used in conjunction with an electric generator to produce electrical energy.

Известно устройство для перемещения объектов, преимущественно игровых элементов игрушек (ЕР 0627248, МКИ 7 A 63 H 33/26, 1994). A device for moving objects, mainly game elements of toys (EP 0627248, MKI 7 A 63 H 33/26, 1994).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для перемещения объектов игрушек, содержащее корпус из немагнитного материала, два постоянных магнита, размещенных внутри корпуса на противоположных его концах и перемещаемый элемент - постоянный магнит - ползун, установленный в средней части корпуса между постоянными шаровыми магнитами (Патент РФ 2124379, МКИ 7 A 63 H 33/26, 1998). The closest in technical essence to the present invention is a device for moving objects of toys, containing a body of non-magnetic material, two permanent magnets placed inside the body at its opposite ends and a movable element - a permanent magnet - a slider mounted in the middle of the body between the permanent ball magnets (RF patent 2124379, MKI 7 A 63 H 33/26, 1998).

Недостатком известного устройства является невозможность преобразовывать потенциальную энергию постоянного магнита в механическую энергию и в другие виды энергии. A disadvantage of the known device is the inability to convert the potential energy of a permanent magnet into mechanical energy and into other types of energy.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка двигателя, позволяющего преобразовывать потенциальную энергию постоянного магнита в механическую и в другие виды энергии. The objective of the invention is to develop an engine that allows you to convert the potential energy of a permanent magnet into mechanical and other types of energy.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность преобразовывания потенциальной энергии постоянного магнита в механическую и в другие виды энергии. As a result of using the present invention, it becomes possible to convert the potential energy of a permanent magnet into mechanical and other types of energy.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что двигатель, предназначенный для преобразования потенциальной энергии постоянного магнита во вращательное движение коленчатого вала, содержит корпус из немагнитного материала, два постоянных магнита, выполненных в виде шаров, каждый из которых закреплен на валу, снабженным приводом для его поворота. Эти два постоянных магнита размещены внутри корпуса на противоположных его концах. Двигатель содержит перемещаемый третий магнит, установленный в средней части корпуса, между двумя вращающимися магнитами, на направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения, от одного вращающегося магнита к другому. Третий перемещающийся магнит-ползун выполнен в виде куба с расположенными по бокам сферическими впадинами, для возможного вращения вращающихся магнитов в непосредственной близости к ним. Он также выполняет функцию ползуна, к нему в средней части при помощи пальца прикреплен кривошипно-шатунный механизм. Производя возвратно-поступательное движение между двумя вращающимися магнитами третий магнит-ползун с помощью кривошипно-шатунного механизма приводит коленчатый вал во вращательное движение. The above technical result is achieved in that the engine, designed to convert the potential energy of a permanent magnet into rotational motion of the crankshaft, contains a body of non-magnetic material, two permanent magnets made in the form of balls, each of which is mounted on a shaft equipped with a drive for turning it. These two permanent magnets are placed inside the case at opposite ends. The engine comprises a movable third magnet mounted in the middle of the housing, between two rotating magnets, on guides with the possibility of reciprocating movement, from one rotating magnet to another. The third moving magnet-slider is made in the form of a cube with spherical depressions located on the sides, for the possible rotation of rotating magnets in close proximity to them. It also performs the function of a slider, and a crank mechanism is attached to it in the middle part with a finger. Producing a reciprocating movement between two rotating magnets, the third magnet-slider using a crank mechanism causes the crankshaft to rotate.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1, 2, 3. The essence of the invention is illustrated in FIG. 1, 2, 3.

На фиг. 1 представлена общая схема двигателя с постоянными магнитами в продольном разрезе, вид спереди. In FIG. 1 shows a general view of a permanent magnet motor in longitudinal section, front view.

На фиг. 2 представлен вариант выполнения управления двигателя автоматически, вид с обратной стороны. In FIG. 2 shows an embodiment of engine control automatically, view from the reverse side.

На фиг. 3 представлена диаграмма распределения сил, действующих на постоянные магниты в двигателе. In FIG. 3 is a diagram of the distribution of forces acting on permanent magnets in an engine.

Двигатель с постоянными магнитами содержит корпус из немагнитного материала, например, алюминия 1, внутри корпуса 1 установлены постоянные магниты 2 и 3, выполненные в виде шаров и установленные на валах 4 и 5 с возможностью вращения от приводов 6 и 7, в корпусе установлены направляющие 8 и 9, выполненные из титана в виде стержней, концы которых закреплены на боковых стенках корпуса 1. На направляющих 8 и 9 установлен между двумя вращающимися магнитами 2 и 3 ползун, перемещающийся постоянный магнит 10. Перемещающийся ползун 10 выполнен в виде куба, полюса которого обращены к полюсам вращающихся магнитов 2 и 3. Стороны-полюса ползуна 10 имеют сферические выемки 11 и 12 для свободного вращения вращающихся магнитов 2 и 3 в тот же момент, когда ползун 10 подходит вплотную к одному из них. К средней части ползуна 10 при помощи пальца 13 крепится толкатель 14, который в своем поступательном движении удерживается направляющей 17 и соединен через подшипник шатуна 18 с шатуном 15, который в свою очередь соединен с подшипником шейки 16 коленчатого вала 20. Таким образом осуществляется связь между ползуном 10 и коленчатым валом 21. The permanent magnet motor contains a housing made of non-magnetic material, for example, aluminum 1, permanent magnets 2 and 3 are installed inside the housing 1, made in the form of balls and mounted on shafts 4 and 5 with the possibility of rotation from drives 6 and 7, guides 8 are installed in the housing and 9, made of titanium in the form of rods, the ends of which are fixed on the side walls of the housing 1. On the guides 8 and 9, a slide is mounted between two rotating magnets 2 and 3, a moving permanent magnet 10. The moving slide 10 is made in the form of a cube, floor whose faces face the poles of the rotating magnets 2 and 3. The side-poles of the slider 10 have spherical recesses 11 and 12 for free rotation of the rotating magnets 2 and 3 at the same time that the slider 10 fits close to one of them. A pusher 14 is fastened to the middle part of the slider 10 using a finger 13, which is held in its forward motion by the guide 17 and is connected via the connecting rod bearing 18 to the connecting rod 15, which in turn is connected to the journal bearing 16 of the crankshaft 20. In this way, the connection between the slider 10 and crankshaft 21.

Все вращающиеся элементы данного двигателя выполнены на шариковых подшипниках закрытого типа, что и осуществляет смазку двигателя. На коленвалу расположен блок с подвижными контактами 28 и блок 31 с неподвижными контактами 26, 27 и 32 и 33 для управления соленоидами 22, 23, 24, 25. All rotating elements of this engine are made on ball bearings of a closed type, which lubricates the engine. A block with movable contacts 28 and a block 31 with fixed contacts 26, 27 and 32 and 33 is located on the crankshaft for controlling solenoids 22, 23, 24, 25.

В неработающем состоянии двигателя соленоиды управления 22, 23, 24 и 25 вращающимися магнитами 2 и 3 отключены и вращающиеся магниты 2 и 3 установлены к ползуну "нейтральными" сторонами, т.е. S/N соответственно, не оказывая на ползун 10 никакого воздействия, и все находится в покое. In the idle state of the engine, the control solenoids 22, 23, 24 and 25 of the rotating magnets 2 and 3 are turned off and the rotating magnets 2 and 3 are set to the slider by the "neutral" sides, i.e. S / N, respectively, without any effect on the slider 10, and everything is at rest.

Двигатель на постоянных магнитах работает следующим образом. The permanent magnet engine operates as follows.

Включив тумблер 36 на пульте управления двигателем 34, мы подаем напряжение от независимого источника (аккумулятора) на пульт управления двигателя 34. Автоматика подает команду на соленоиды 22, 23, 24 и 25 управления поворотом вращающихся магнитов 2 и 3 в зависимости от положения ползуна 10 и коленчатого вала 21. Допустим ползун 10 движется вверх к ВМТ, тогда соленоид 22 включен, а соленоид 23 отключен, следовательно вращающийся магнит 2 повернут стороной-полюсом N к стороне S магнита ползуна 10. Разность полюсов образует силу притяжения. Одновременно подаются команда на включение соленоида 25 и отключения соленоида 24, следовательно вращающийся магнит 3 поворачивается стороной-полюсом N к стороне-полюсу N магнита ползуна 10, что создает отталкивающую силу. Под действием этих двух сил притягивающей и отталкивающей поршень движется к верхней мертвой точке (ВМТ) увлекая за собой кривошипно-шатунный механизм и раскручивая коленвал. Не доходя 45 по повороту коленвала до ВМТ замыкается подвижный контакт 28 с неподвижным контактом 27. Сигнал поступает в блок управления двигателя 34, а затем подается команда на отключения соленоида 22, что приводит к повороту вращающегося магнита 2 и он становится нейтральной стороной S/N к стороне-полюсу S ползуна 10, действие притягивающей силы прекращается, но продолжает действовать отталкивающая сила магнита 3 и ползун 10 продолжает двигаться. Как только ползун 10 подходит к ВМТ, замыкается подвижной контакт 28 с неподвижным контактом 26, сигнал через блок управления 34 попадает на соленоид 22 и он разворачивает вращающийся магнит 2 стороной-полюсом S к стороне-полюсу S ползуна 10, одноименные полюса отталкиваются, следовательно возникает отталкивающая сила. Одновременно с этим замыкаются подвижной контакт 31 с неподвижным 33, идет команда через блок управления 34 на отключение соленоида 25 и включение соленоида 24, вращающийся магнит 3 поворачивается стороной-полюсом S к стороне-полюсу N ползуна 10. Разноименные полюса образуют притягивающую силу. Под воздействием двух сил - отталкивающей и притягивающей - ползун 10 устремляется от ВМТ к нижней мертвой точке (НМТ), раскручивая коленвал. Не доходя ползуна 10 до НМТ 45^o по повороту коленвала, замыкается подвижный контакт 28 с неподвижным контактом 32, сигнал поступает на блок управления 34, и отключается соленоид 24, вращающийся магнит 3 разворачивается стороной-полюсом. S/N к стороне-полюсу N ползуна 10, что приводит к прекращению действия силы притяжения, но продолжает действовать сила отталкивания и ползун 10 продолжает двигаться к НТМ. При подходе ползуна 10 к НМТ замыкается подвижной контакт 28 с неподвижным контактом 33, сигнал через блок управления 34 поступает на соленоид 24, который разворачивает вращающийся магнит 3 стороной-полюсом N к стороне-полюсу N ползуна 10, возникает отталкивающая сила. Одновременно подвижной контакт 31 замыкает с неподвижным контактом 26, сигнал через блок управления 34 поступает на отключение соленоида 22 и включение соленоида 23. Вращающийся магнит 2 разворачивается стороной-полюсом N к стороне-полюсу S ползуна 10, разноименные полюса образуют притягивающую силу. Таким образом, две силы - отталкивающая и притягивающая - заставляют двигаться от НМТ к ВМТ, а следовательно и вращается коленвал. Цикл замкнулся. Так повторяется до бесконечности.Turning on the toggle switch 36 on the engine control panel 34, we apply voltage from an independent source (battery) to the engine control panel 34. The automation sends a command to the solenoids 22, 23, 24 and 25 to control the rotation of the rotating magnets 2 and 3 depending on the position of the slider 10 and of the crankshaft 21. Suppose the slider 10 moves upward to the TDC, then the solenoid 22 is turned on and the solenoid 23 is turned off, therefore, the rotating magnet 2 is turned by the side-pole N to the side S of the magnet of the slider 10. The difference of the poles forms an attractive force. At the same time, a command is issued to turn on the solenoid 25 and turn off the solenoid 24, therefore, the rotating magnet 3 is rotated by the side-pole N to the side-pole N of the magnet of the slider 10, which creates a repulsive force. Under the influence of these two forces attracting and repelling, the piston moves to the top dead center (TDC), dragging along the crank mechanism and untwisting the crankshaft. Without reaching 45 by turning the crankshaft, the TDC closes the movable contact 28 with the fixed contact 27. The signal is sent to the engine control unit 34, and then a command is issued to turn off the solenoid 22, which leads to the rotation of the rotating magnet 2 and it becomes the neutral side S / N to side-pole S of the slider 10, the action of the attractive force is terminated, but the repulsive force of the magnet 3 continues to act and the slider 10 continues to move. As soon as the slider 10 approaches the TDC, the movable contact 28 closes with the fixed contact 26, the signal passes to the solenoid 22 through the control unit 34 and it deploys the rotating magnet 2 with the pole side S to the pole side S of the slider 10, the poles of the same name repel, therefore, repulsive force. At the same time, the movable contact 31 with the stationary 33 closes, a command is sent through the control unit 34 to turn off the solenoid 25 and turn on the solenoid 24, the rotating magnet 3 is rotated by the side-pole S to the side-pole N of the slider 10. Unlike poles form an attractive force. Under the influence of two forces - repulsive and attractive - the slider 10 rushes from the top dead center to the bottom dead center (BDC), spinning the crankshaft. Without reaching the slider 10 to the BDC 45 ^o by turning the crankshaft, the movable contact 28 closes with the fixed contact 32, the signal goes to the control unit 34, and the solenoid 24 is turned off, the rotating magnet 3 is rotated by the pole side. S / N to the side-pole N of the slider 10, which leads to the termination of the force of attraction, but the repulsive force continues to act and the slider 10 continues to move to the NTM. When the slider 10 approaches the BDC, the movable contact 28 closes with the fixed contact 33, the signal through the control unit 34 enters the solenoid 24, which rotates the rotating magnet 3 with the side of the pole N to the side of the pole N of the slider 10, a repulsive force occurs. At the same time, the movable contact 31 closes with the fixed contact 26, the signal through the control unit 34 is supplied to turn off the solenoid 22 and turn on the solenoid 23. The rotating magnet 2 is deployed by the side-pole N to the side-pole S of the slider 10, the opposite poles form an attractive force. Thus, two forces - repulsive and attracting - make you move from BDC to TDC, and therefore the crankshaft rotates. The cycle is closed. This is repeated indefinitely.

В случае отключения двигателя необходимо выключить тумблер 36 на блоке управления 34, на соленоиды подается команда на их отключение и они устанавливают вращающиеся магниты 2 и 3 в нейтральное положение по отношению к ползуну 10, на него перестают действовать силы и двигатель останавливается. In case of engine shutdown, it is necessary to turn off the toggle switch 36 on the control unit 34, a command is issued to the solenoids to turn them off and they set the rotating magnets 2 and 3 to a neutral position with respect to the slider 10, the forces cease to act on it and the engine stops.

Рассмотрим диаграмму сил, действующих на перемещающийся магнит-ползун (фиг. 3). Consider the diagram of forces acting on a moving magnet-slider (Fig. 3).

При движении ползуна от НТМ к ВМТ и наоборот на него действуют постоянно две силы - сила притяжения, куда он двигается и сила отталкивания, откуда он движется и только в одном месте, когда поршень подходит к мертвой точке смены движения за 45^o, прекращает действовать сила притяжения, но продолжает действовать сила отталкивания, это связано с тем, чтобы не терять лишнюю энергию на поворот магнита, если мы будем поворачивать магнит в непосредственной близости с поршнем, то потеряем мощность двигателя ≈ 60%.When the slider moves from NTM to TDC and vice versa, two forces act constantly on it - the force of attraction, where it moves and the repulsive force, where it moves from and only in one place, when the piston approaches the dead point of the change of motion for 45 ^o , the force ceases to act attraction, but the repulsive force continues to act, this is due to the fact that we do not lose excess energy on the rotation of the magnet, if we turn the magnet in close proximity to the piston, we will lose engine power ≈ 60%.

Поворачивая магнит заранее, за 45^o по повороту коленчатого вала мы теряем всего 10% мощности.By turning the magnet in advance, for 45 ^o by turning the crankshaft, we lose only 10% of the power.

На фиг. 3 (a) из графика силы взаимодействия двух магнитов в зависимости от расстояния эта зависимость параболическая при непосредственной близости двух магнитов сила взаимодействия (неважно притягивающая или отталкивающая) примем за 100%, а на определенном расстоянии L эта сила будет 10%. Данные параметры определяли практически на своей модели, практически определили расстояние L это расстояние приняли за величину хода ползуна и это расстояние стало базовым при дальнейшей разработке модели. In FIG. 3 (a) from the graph of the interaction force of two magnets versus distance, this dependence is parabolic, when the two magnets are in close proximity (the force of attraction or repulsion is not important) is taken as 100%, and at a certain distance L this force will be 10%. These parameters were determined practically on their model, they practically determined the distance L, this distance was taken as the value of the slide stroke, and this distance became basic in the further development of the model.

На фиг. 3 (в) показано ход ползуна, расстояние L и разбивка по градусам поворота коленчатого вала. In FIG. 3 (c) shows the stroke of the slider, the distance L and the breakdown by degrees of rotation of the crankshaft.

На фиг. 3 (c) показаны силы отталкивания в %, действующие на поршень, когда он движется к НМТ. In FIG. 3 (c) shows the repulsive forces in% acting on the piston as it moves toward the BDC.

На фиг. 3 (д) показаны силы притяжения в %, действующие на поршень, когда он движется к НМТ. In FIG. 3 (e) shows the attractive forces in% acting on the piston as it moves toward the BDC.

На фиг. 3 (e) показана сумма сил, действующих на поршень, когда он движется к НМТ. In FIG. 3 (e) shows the sum of the forces acting on the piston as it moves toward the BDC.

На фиг. 3 (ж) показана сумма сил, действующих на ползун, когда он движется к ВМТ. In FIG. 3 (g) shows the sum of the forces acting on the slider as it moves toward the top dead center.

По данным графикам мы можем определить величину сил, действующих на поршень в любой фазе его движения. According to these graphs, we can determine the magnitude of the forces acting on the piston in any phase of its movement.

Коэффициент полезной мощности данного двигателя, если брать за основу постоянные сверхмощные магниты, примерно 78,5%. The net power factor of this engine, if we take the basis of permanent heavy duty magnets, is approximately 78.5%.

В нашем случае были использованы магниты силой притяжения 1 г на 1 кг. In our case, magnets were used with an attractive force of 1 g per 1 kg.

Claims

A permanent magnet motor, comprising a housing made of non-magnetic material, two permanent magnets in the form of balls, each of which is mounted on a shaft rotatably from the drive, permanent magnets in the form of balls are placed inside the housing of non-magnetic material at opposite ends, a permanent magnet slider installed in the middle part of the body of non-magnetic material on the rails with the possibility of reciprocating movement from one permanent magnet in the form of a ball to another, characterized in that The second magnet-slider is made in the form of a cube and on the sides with spherical cavities-poles N and S for rotation of the permanent magnets in the form of balls with poles N and S, a crank mechanism is attached to the middle part of the permanent magnet-slider, which leads in rotation, the crankshaft, on which the block with moving contacts is placed with the possibility of their closure with fixed contacts, when the permanent magnet-slide moves to one dead point to transmit a signal to the control unit of solenoids of permanent magnet drives form of balls depending on the position of the permanent magnet slider and the crankshaft for rotation of the permanent magnets such as a ball, to a permanent magnet slider rushed to the other dead center position.