Магнітна пружина

Реферат: UA 116741 U UA 116741 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузей машинобудування, транспортних засобів, приладобудування, будівництва і може бути використана в техніці гасіння механічних коливань. З рівня техніки відома магнітна пружина [Авторське свідоцтво SU 1188392, МПК F16F6/00, опубл. 30.10.1985 р.], що містить співвісно встановлені нерухому і рухому частини, кожна з яких має постійні магніти, спрямовані однойменними полюсами один до одного, яка відрізняється тим, що, з метою поліпшення пружної характеристики, в її нерухомій частині виконаний отвір, а вона сама забезпечена жорстко пов'язаною з рухомою частиною і встановленою з проміжком в отворі трубою з немагнітного матеріалу і розміщеним в ній магнітом, встановленим однойменним полюсом назустріч аналогічного полюсу постійного магніту рухомої частини. Вказана пружина не забезпечує рівномірного гасіння коливань на всій ділянці демпфування. Відома магнітна пружина [Патент України № 958, МПК F16F 6/00, опубл. 16.07.2001, Бюл. № 6], що містить розташовані співвісно і встановлені з можливістю поступального взаємного переміщення і взаємодії магнітні елементи, які утворюють магнітний ланцюг, один із магнітних елементів має форму стакана з дном із магнітом'якого матеріалу і частково або повністю охоплює внутрішній магнітний елемент, виготовлений із намагніченого магнітотвердого матеріалу, в якій охоплюючий елемент повністю виконаний із магнітом'якого матеріалу і є магнітопроводом, а намагніченість внутрішнього елемента здійснена поперек напрямку його руху відносно охоплюючого елемента. Недоліками даного технічного рішення є - невелика потужність і негнучка силова характеристика. Відома магнітна пружина [Авторське свідоцтво SU, МПК F16F6/00, опубл. 23.04.1983], що містить кільцевий постійний магніт, намагнічений таким чином, що він має три точки з екстремальним значенням магнітної індукції вздовж поздовжньої осі і феромагнітне тіло, яке встановлене за допомогою напрямних так, що його центр ваги розташований на поздовжньої осі в точці з екстремальним значенням магнітної індукції. В пружині з метою розширення функціональних можливостей, внутрішній радіус кільцевого постійного магніту виконаний більше максимального розміру феромагнітного тіла, центр ваги якого розташований в одній з двох точок з екстремальним значенням магнітної індукції, симетричною відносно точки з максимальним значенням магнітної індукції. В такій конструкції дуже обмежений діапазон корисного переміщення, внаслідок чого ККД є дуже малим. Відома магнітна пружина [Патент України № 83234, МПК F16F 6/00, опубл. 27.08.2013, Бюл. № 16], що містить розташовані співвісно і встановлені з можливістю поступального взаємного переміщення і взаємодії магнітні елементи у формі коаксіальних кілець у поперечному перерізі, які утворюють магнітний ланцюг; один із магнітних елементів - зовнішній, має форму трубки, яка частково або повністю охоплює внутрішній магнітний елемент, при його робочому переміщенні, в якій зовнішній і внутрішній елементи є постійними магнітами, причому внутрішній магнітний елемент виконаний із магнітотвердого матеріалу у формі циліндра з довжиною більше або менше довжини зовнішнього елемента і має паралельну намагніченість вздовж напрямку його руху відносно зовнішнього магнітного елемента. Недоліками даного технічного рішення є невелика потужність і негнучка силова характеристика. Дане технічне рішення вибране за найближчий аналог. Задачею, на вирішення якої спрямована корисна модель, є розробка магнітної пружини, в якій завдяки новій запропонованої конструкції досягається підвищення робочого зусилля пружини (майже у два рази в порівнянні з найближчим аналогом) та з більш гнучкою силовою характеристикою та можливість суттєво впливати (змінювати) на форму силової характеристики пружини та довжину ходу. Поставлена задача вирішується тим, що запропонована магнітна пружина, що містить зовнішній постійний трубчастий магніт з намагнічуванням вздовж осі симетрії, всередині якого розташований контейнер з немагнітного матеріалу, в якому розміщено однойменними полюсами один до одного два постійних внутрішніх магніти (перший та другий), в якій згідно з корисною моделлю перший внутрішній магніт, який частково або повністю знаходиться в трубчастому магніті, має намагніченість антипаралельну намагніченості трубчастого магніту, а другий внутрішній магніт, який у початковому положенні пружини знаходиться за межами трубчастого магніту, має намагніченість, паралельну намагніченості трубчастого магніту, додатково між дотичними торцями першого та другого внутрішніх магнітів розташована немагнітна прокладка, товщиною від 0,01L до L, (де L - довжина трубчастого магніту), а на торці трубчастого магніту, де перший внутрішній магніт у початковому положенні не виходить з трубчастого магніту, встановлений торцевий магнітопровід. Крім того, всередину контейнера з немагнітного матеріалу встановлено додатковий третій постійний внутрішній магніт, що має намагніченість, паралельну намагніченості трубчастого 1 UA 116741 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 магніту, а між дотичними торцями першого та третього внутрішніх магнітів розташована немагнітна прокладка, товщиною від 0,01L до L, (де L - довжина трубчастого магніту). Крім того, торцевий магнітопровід виконано складеним: одна його частина закріплена на торці першого внутрішнього магніту, а друга закріплена на торці трубчастого магніту. Крім того, між торцевим магнітопроводом та першим внутрішнім магнітом розташована немагнітна прокладка, товщиною від 0,01L до 0,9 L, (де L –довжина трубчастого магніту). Крім того, між двома частинами магнітопроводу виконаний зазор. Крім того, зовнішній трубчастий магніт виконано у вигляді звичайного, або деформованого тіла обертання або прямокутної призми, або зрізаної піраміди, або їх комбінації. Крім того, трубчастий магніт виконаний з порожниною з однаковим поперечним перерізом, причому напрямок порожнини співпадає з напрямком намагнічування трубчастого магніту. Крім того, поперечний переріз порожнини трубчастого магніту є багатокутником або кругом, або еліпсом. Крім того, поперечний переріз внутрішніх магнітів подібний за формою поперечного перерізу порожнини трубчастого магніту і має менші розміри. Крім того, контейнер з внутрішніми магнітами встановлений з можливістю руху вздовж осі симетрії зовнішнього магніту. Крім того, контейнер з внутрішніми магнітами нерухомо закріплено відносно зовнішнього магніту, а внутрішні магніти додаткового закріплені між собою. Крім того, зовнішній трубчастий магніт та внутрішні магніти виконані складеними. Крім того, контейнер з внутрішніми магнітами виконано з можливістю руху через нерухомі котушки або кільця з невеликим електричним опором, що розташовані щонайменше з одного торця зовнішнього магніту, для демпфування механічного руху пружини. Конструктивне виконання в запропонованому технічному рішенні внутрішнього магніту, який частково або повністю знаходиться в трубчастому магніті, з намагніченістю, антипаралельною намагніченості трубчастого магніту, дозволяє створити пружину, яка об'єднує дві пружини (на вштовхування і виштовхування) з використанням всього одного трубчастого магніту. Причому силові характеристики такої об'єднаної пружини дуже сильно залежать від товщини немагнітної прокладки між дотичними торцями першого та другого, першого та третього внутрішніх магнітів. Експериментальні характеристики такої пружини будуть приведені нижче. Корисна модель пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 схематично зображено конструкцію магнітної пружини з двома внутрішніми магнітами, на Фіг. 2 схематично зображено конструкцію магнітної пружини з трьома внутрішніми магнітами, на Фіг. 3 показано переріз по А-А Фіг. 1, на Фіг. 4-7 показані силові характеристики пружини при різній товщині немагнітної прокладки між першим та другим внутрішніми магнітами. Магнітна пружина (як показано на Фіг. 1) містить зовнішній постійний трубчастий магніт 1 з намагнічуванням вздовж осі симетрії, всередині якого розташований контейнер 2 з немагнітного матеріалу, в якому розміщено однойменними полюсами один до одного перший внутрішній магніт 3 та другий внутрішній магніт 4. Перший внутрішній магніт 3, який частково або повністю знаходиться в трубчастому магніті 1, має намагніченість, антипаралельну намагніченості трубчастого магніту 1, а другий внутрішній магніт 4, який у початковому положенні пружини знаходиться за межами трубчастого магніту 1, має намагніченість, паралельну намагніченості трубчастого магніту 1. Додатково між дотичними торцями першого 3 та другого 4 внутрішніх магнітів розташована немагнітна прокладка 5, товщиною від 0,01L до L, (де L - довжина трубчастого магніту). На торці трубчастого магніту 1, де перший внутрішній магніт 3 у початковому положенні не виходить з трубчастого магніту встановлений торцевий магнітопровід 6. Між торцевим магнітопроводом 6 та першим внутрішнім магнітом розташована немагнітна прокладка 7, товщиною від 0,01L до 0,9L, (де L - довжина трубчастого магніту). Магнітна пружина (як показано на Фіг. 2) має таку конструкцію: всередину контейнера 2 з немагнітного матеріалу встановлено додатковий третій постійний внутрішній магніт 8, що має намагніченість, паралельну намагніченості трубчастого магніту 1, а між дотичними торцями першого та третього внутрішніх магнітів 8, розташована немагнітна прокладка 9, товщиною від 0,01L до L, (де L - довжина трубчастого магніту). Немагнітна прокладка 9 і магнітопровід 6 потрібні для змінення силової характеристики магнітної пружини. Торцевий магнітопровід може бути виконано складеним: одна його частина закріплена на торці першого внутрішнього магніту 3, а друга закріплена на торці трубчастого магніту 1. Крім того, є можливим виконання зазору (не показаний) між двома частинами магнітопроводу. Зовнішній трубчастий магніт 1 виконано у вигляді звичайного або здеформованого тіла обертання або прямокутної призми, або зрізаної піраміди, або їх комбінації. Крім того, 2 UA 116741 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 трубчастий магніт 1 виконаний з порожниною з однаковим поперечним перерізом, причому напрямок порожнини співпадає з напрямком намагнічування трубчастого магніту. А поперечний переріз порожнини трубчастого магніту 1 є багатокутником або кругом, або еліпсом. Також поперечний переріз внутрішніх магнітів подібний за формою поперечному перерізу порожнини трубчастого магніту і має менші розміри. На Фіг. 3 показані різні варіанти виконання трубчастого магніту 1 та внутрішнього магніту 3. Обидва постійних магніти 3 та 4 розташовані в немагнітному контейнері 2, який може вільно рухатись вздовж осі симетрії зовнішнього магніту 1 разом з магнітопроводом 6 або його частиною (як показано на Фіг.1). Також постійні магніти 3, 4 та 8 розташовані в немагнітному контейнері 2, який може вільно рухатись вздовж осі симетрії зовнішнього магніту 1 (як показано на Фіг. 2). Також в одному з варіантів реалізації корисної моделі контейнер з внутрішніми магнітами пересувається крізь нерухомі котушки або кільця з невеликим електричним опором, що розташовані щонайменше з одного торця зовнішнього магніту, для демпфування механічного руху пружини. Немагнітний контейнер 2 утримує внутрішні магніти від взаємного відштовхування, а також не допускає небажаних зсувів внутрішніх магнітів у напрямках, перпендикулярних осі симетрії всієї конструкції. Є можливим і інший варіант конструкції, коли контейнер 2 не може рухатися відносно трубчастого магніту 1, а внутрішні магніти пересуваються всередині контейнера. У цьому випадку внутрішні постійні магніти вимагають додаткового кріплення між собою для утримання відповідної відстані між їх торцями (наприклад за допомогою немагнітної осі, що проходить крізь через технологічний отвір у центрі внутрішніх магнітів та немагнітної прокладки) Пружина (Фіг. 1) краще за все працює на стискання. На розтягнення її зусилля помітно менше. Для того, щоб вона працювала і на розтягнення, потрібно або перевернути її на 180 градусів (зробити нижній кінець верхнім) або доповнити її третім внутрішнім постійним магнітом замість торцевого магнітопроводу таким чином, щоб зробити пружину симетричною відносно площини, перпендикулярної до осі руху магнітів (як показано на Фіг. 2). Намагніченість додаткового постійного магніту 8 має той же напрямок, що і намагніченість зовнішнього магніту 1. Довжини всіх внутрішніх магнітів можуть бути різними, як і товщини немагнітних прокладок між внутрішніми магнітами. Нижче наведені приклади роботи запропонованої пружини. Приклад 1. У випадку (як показано на Фіг. 1), коли до другого внутрішнього магніту 4 прикладене зовнішнє зусилля F (у напрямку вниз), то всі внутрішні магніти зміщаються на деяку відстань. У новому положенні другий внутрішній магніт 4 виштовхується полем зовнішнього трубчастого магніту 1 у початкове положення, а перший внутрішній магніт 3 втягується у зовнішній трубчастий магніт 1. Ці дві сили складаються в одну, яка намагається повернути внутрішні магніти 3 та 4 у початкове положення. У випадку (як показано на Фіг. 2), коли до другого внутрішньо магніту 4 прикладене зовнішнє зусилля F (у напрямку вверх), то всі внутрішні магніти зміщаються вгору на деяку відстань. У новому положенні третій внутрішній магніт 8 виштовхується полем зовнішнього трубчастого магніту 1 у початкове положення, а перший внутрішній магніт 3 втягується у зовнішній трубчастий магніт 1. Ці дві сили складаються в одну, яка намагається повернути внутрішні магніти у початкове положення. У першому випадку, пружина краще працює на стискання (повне зусилля), а при розтягненні працює тільки перший внутрішній магніт 3 (другий 4 не працює, так як віддаляється від зовнішнього, а третій внутрішній магніт 8 взагалі є відсутній). Тому зусилля розтягнення складає тільки приблизно половину повного зусилля пружини. Як було доведено на практиці, на зміну виду силових характеристик впливає співвідношення довжин внутрішніх магнітів 3 та 4, але цей вплив значно менше, ніж вплив, викликане зміною товщини немагнітної прокладки 5 між ними. На макетах експериментально визначалися довжина ходу і форма силових характеристик пружин в залежності від відстані між внутрішніми постійними магнітами (тобто товщиною немагнітної прокладки 5). Виявилося, що форма кривих дуже сильно залежить від відстані між внутрішніми магнітами. Отримані характеристики наведені на Фіг. 4-7. На Фіг. 4 хід пружини максимальний, але зусилля невелика (висота немагнітної прокладки 60 мм). У міру зменшення відстані між внутрішніми магнітами з'являється вузький центральний максимум (Фіг. 5). Потім цей максимум стає ширшим (Фіг. 6) і переходить в поличку (горизонтальну область) (Фіг. 7) при відстані між магнітами 20 мм. 3 UA 116741 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Запропонована конструкція магнітної пружини є найбільш перспективною для конкретних застосувань, так як при невеликому збільшенні ваги пружини (за рахунок використання другого внутрішнього магніту) відбувається значне збільшення робочого ходу або величини сили втягування-витягування. Можна значно підвищити зусилля втягування-витягування, прибравши або сильно зменшивши немагнітну прокладку між внутрішніми магнітами. Конструкція магнітної пружини передбачає використання відомих з рівня техніки матеріалів і технологій виробництва і не перешкоджає отриманню технічного результату, для здійснення якого направлена запропонована корисна модель. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Магнітна пружина, що містить зовнішній постійний трубчастий магніт з намагнічуванням вздовж осі симетрії, всередині якого розташований контейнер з немагнітного матеріалу, в якому розміщено однойменними полюсами один до одного два постійних внутрішніх магніти (перший та другий), яка відрізняється тим, що перший внутрішній магніт, який частково або повністю знаходиться в трубчастому магніті, має намагніченість, антипаралельну намагніченості трубчастого магніту, а другий внутрішній магніт, який у початковому положенні пружини знаходиться за межами трубчастого магніту, має намагніченість, паралельну намагніченості трубчастого магніту, додатково між дотичними торцями першого та другого внутрішніх магнітів розташована немагнітна прокладка, товщиною від 0,01L до L, (де L - довжина трубчастого магніту), а на торці трубчастого магніту, де перший внутрішній магніт у початковому положенні не виходить з трубчастого магніту, встановлений торцевий магнітопровід. 2. Магнітна пружина за п. 1, яка відрізняється тим, що всередину контейнера з немагнітного матеріалу встановлено додатковий третій постійний внутрішній магніт, що має намагніченість, паралельну намагніченості трубчастого магніту, а між дотичними торцями першого та третього внутрішніх магнітів розташована немагнітна прокладка, товщиною від 0,01L до L, (де L довжина трубчастого магніту). 3. Магнітна пружина за п. 1, яка відрізняється тим, що торцевий магнітопровід виконано складеним: одна його частина закріплена на торці першого внутрішнього магніту, а друга закріплена на торці трубчастого магніту. 4. Магнітна пружина за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що між торцевим магнітопроводом та першим внутрішнім магнітом розташована немагнітна прокладка, товщиною від 0,01L до 0,9L, (де L - довжина трубчастого магніту). 5. Магнітна пружина за п. 3, яка відрізняється тим, що між двома частинами магнітопроводу виконаний зазор. 6. Магнітна пружина за будь-яким з пп. 1-5, яка відрізняється тим, що зовнішній трубчастий магніт виконано у вигляді звичайного або деформованого тіла обертання або прямокутної призми, або зрізаної піраміди, або їх комбінації. 7. Магнітна пружина за будь-яким з пп. 1-6, яка відрізняється тим, що трубчастий магніт виконаний з порожниною з однаковим поперечним перерізом, причому напрямок порожнини співпадає з напрямком намагнічування трубчастого магніту. 8. Магнітна пружина за будь-яким з пп. 1-7, яка відрізняється тим, що поперечний переріз порожнини трубчастого магніту є багатокутником або кругом, або еліпсом. 9. Магнітна пружина за будь-яким з пп. 1-8, яка відрізняється тим, що поперечний переріз внутрішніх магнітів подібний за формою до поперечного перерізу порожнини трубчастого магніту і має менші розміри. 10. Магнітна пружина за п. 2, яка відрізняється тим, що контейнер з внутрішніми магнітами встановлений з можливістю руху вздовж осі симетрії зовнішнього магніту. 11. Магнітна пружина за п. 2, яка відрізняється тим, що контейнер з внутрішніми магнітами нерухомо закріплено відносно зовнішнього магніту, а внутрішні магніти додаткового закріплені між собою. 12. Магнітна пружина за будь-яким з пп. 1-11, яка відрізняється тим, що зовнішній трубчастий магніт та внутрішні магніти виконані складеними. 13. Магнітна пружина за п. 1 або п. 2, яка відрізняється тим, що контейнер з внутрішніми магнітами виконано з можливістю руху через нерухомі котушки або кільця з невеликим електричним опором, що розташовані щонайменше з одного торця зовнішнього магніту, для демпфування механічного руху пружини. 4 UA 116741 U 5 UA 116741 U 6 UA 116741 U 7 UA 116741 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8