Кривошипно-шатунний електромагнітний двигун

Кривошипно-шатунний електромагнітний двигун, який має статор з котушками прямого і зворотного руху, підживленим через діоди та феромагнітний якір, розташований в середині статора, з 37393 додається ще одна котушка збудження. Котушки намагнічування з'єднані послідовно і живляться змінним струмом, а котушки збудження також з'єднані послідовно, але живляться постійним струмом. Отже, завдяки змінному струму, яким живляться котушки намагнічування, в них відбувається зміна полюсів, що і призводять до механічних коливань з частотою, яка дорівнює частоті змінного струму. Такий електромагнітний генератор є більш досконалим, ніж вище згаданий електромагнітний двигун, бо має можливість регулювати частоту механічних коливань за допомогою регулювання частоти змінного електричного струму. Але велика кількість електромагнітних котушок (в ньому їх п'ять) призведуть до перевитрат електричної енергії, а сам генератор сягає дуже великих розмірів. Найбільш досконалим серед відомих і найближчим до запропонованого пристрою за технічною суттю є електромагнітний двигун зворотнопоступального руху (див.: А.с. СССР № 936258 М. кл. Н/02К33/12). Він має статор, на якому розташовані котушки прямого і зворотного руху. Ці котушки живляться від мережі змінного струму за допомогою напівпровідникових діодів. Всередині між котушками знаходяться якір та електромагнітна котушка, яка живиться від змінного струму. Таким чином, завдяки змінному струму на якорі відбувається зміна магнітних полюсів, що і призводить його до зворотно-поступального руху з частотою, яка дорівнює частоті змінного струму. Отже, тільки зі зміною частоти електричного струму з'являється можливість регулювання частоти зворотно-поступального руху якоря, а при зменшенні або збільшенні електричного струму цього досягти не вдається. Як відомо, регулювання за допомогою змінення частоти електричного струму потребує багато додаткових пристроїв і не завжди ефективне. Крім того, відстань, яку долає якір, рухаючись в прямому і зворотному напрямках, обмежена часом, за який змінюється електричний струм. Все це призводить до того, що цей електромагнітний двигун має можливість застосовуватись лише там, де є мережа змінного електричного струму. Тому застосовувати його в технічних засобах, які живляться від мережі постійного струму, недоцільно. Зокрема, в транспортних засобах та інших. А застосування в транспортних засобах традиційних електричних двигунів постійного струму теж не задовольняє вимогам часу. Тому потрібно шукати більш досконале рішення, якому відповідає запропонований винахід. В основу винаходу покладена мета удосконалення електромагнітного двигуна зворотно-поступального руху, завдяки застосуванню в ньому однієї котушки статора і однієї котушки якоря, а також завдяки поєднання його з кривошипношатунним пристроєм, який дає змогу перетворювати зворотно-поступальний рух в обертальний і дозволяє за споживання одного електричного імпульсу здійснити повний зворотно-поступальний рух якоря, при цьому, рухаючись в зворотному напрямку, в котушці статора виникає індукційний струм, який спрямовується до допоміжного джерела живлення. Досягнення цієї мети забезпечується тим, що в відомому електромагнітному двигуні зворотно-поступальнрго руху, що має статор з котушками прямого і зворотного руху, підживлених через діоди та феромагнітний якір, розташований всередині статора з електромагнітною котушкою, підживленою змінним струмом, запропоновано вищезгаданий статор забезпечити однією електромагнітною котушкою, підживленою від допоміжного джерела живлення, батареї конденсаторів, а розташований всередині феромагнітний якір з електромагнітною котушкою та з'єднаний з кривошипно-шатунним пристроєм, підживленим за допомогою струмопровідних пружин від окремого генератора постійного струму, з'єднаного з електронним комутатором, що задіяний від кривошипного пристрою. Технічним вирішенням поставленої мети є перетворення зворотно-поступального руху якоря в обертання кривошипного пристрою і економічно вживання електричної енергії завдяки малій кількості електромагнітних котушок, та корисне використання самоіндукційного і індукційного струмів. Загальними ознаками з прототипом слід вважати: статор з електромагнітними котушками; якір зворотно-поступального руху з електромагнітною котушкою. До нових ознак винаходу слід віднести: статор, забезпечений однією електромагнітною котушкою, яка підживлена від допоміжного джерела живлення, батареї конденсаторів; якір з електромагнітною котушкою, яка підживлена від окремого генератора постійного струму; електронний комутатор, який з'єднаний з генератором постійного струму і задіяний від кривошипного пристрою. При цьому більш доцільно електромагнітну котушку якоря з'єднати з генератором постійного струму за допомогою струмопровідних пружин. Внаслідок запропонованих удосконалень КШЕД являє собою поєднані два в одному електромагнітний двигун зворотно-поступального руху і кривошипно-шатунний пристрій. Останній дає змогу перетворювати зворотно-поступальний рух якоря в обертання кривошипа, що дозволяє застосовувати його в різних галузях техніки і, зокрема, в транспортних засобах. Завдяки живленню котушки статора короткочасними імпульсами електричного струму від допоміжного джерела живлення, батареї конденсаторів з'являється можливість корисного використання індукційних та самоіндукційних струмів, які виникають в цій котушці під час руху якоря та внаслідок появи і затухання електричних імпульсів. Крім того, в разі застосування кривошипно-шатунного пристрою з багатьма виступами кривошипів дає змогу розташовувати на ньому декілька електромагнітних двигунів зворотнопоступального руху. Наприклад, як це зроблено у двигунах внутрішнього згоряння. І ще, важливим є те, що регулювання кількості обертів кривошипа в цьому двигуні здійснюється за допомогою зміни сили електричного струму. Суть винаходу ілюструється кресленнями: на фіг. 1 зображено кривошипно-шатунний електромагнітний двигун в розрізі; на фіг. 2 зображено електричну схему з елементами живлення та керування електричним струмом. КШЕД, який зображений на фіг. 1, має електромагнітну котушку статора 1 з контактами а, б, яка прикріплена до циліндра 2 за допомогою шпильок 3, з'єднаних з направляючими 4. Всередині електромагнітної котушки 1 розташований якір 5 з 2 37393 електромагнітною котушкою 6, яка живиться за допомогою струмопровідних пружин 7, приєднаних до струмонепровідного фланця 8 з колодками 9, та контактних гвинтів в, г. Якір 5 прикріплено до поршня 10 гвинтами 11. Він має можливість рухатись в зворотно-поступальному напрямку по направляючих 4 за допомогою кульок 12, а також поршень 10 з'єднано з шатуном 13 за допомогою пальця 14 і далі з кривошипом 15, який міститься всередині корпуса 16. До корпуса 16 прилаштовано генератор постійного струму 17 з електронним комутатором 18. З зовнішнього боку двигун має вентиляційну камеру 19, яка забезпечує охолодження електромагнітної котушки 1 та інших частин двигуна під час тривалої роботи. Для спрямування повітря від вентиляційної камери 19 двигун має кожух 20. Контактні гвинти л, г закріплені на діелектричній кришці 21. Головним джерелом живлення може бути батарея акумуляторів Б1, яка зображена на електричній схемі (фіг. 2). Допоміжним джерелом живлення обов'язково повинна бути батарея конденсаторів С1. Інші елементи електричної схеми мають такі позначення: R1 - резистор змінного опору, R2 - резистор змінного опору, R3 резистор змінного опору, V1 - випрямляч змінного струму, V2 - випрямляч змінного струму, V3 - випрямляч змінного струму, VD - незапираючий триністор, VE - запираючий триністор, S1, S2, S3 вмикачі електричного струму, а, б та в, г - електричні контакти, 17 - електронний комутатор, 18 - генератор постійного струму. Запропонований КШЕД працює таким чином. (Для кращого розуміння потрібно поєднати аркуш з кресленнями фіг. 1 та фіг. 2 так, щоб збігалися контакти а, б на обох фігурах.) Отже, головним джерелом живлення двигуна є батарея акумуляторів Б1 (див. електричну схему фіг. 2), а допоміжним джерелом живлення є батарея конденсаторів С1, яка живить електромагнітну котушку статора 1. Електромагнітна котушка якоря 6 живиться за допомогою струмопровідних пружин 7 від окремого генератора постійного струму 17, (див. фіг. 1). Постійний струм від генератора 17 надходить на контактні гвинти в, г (на кресленні це не зображено). Якщо ввімкнути вмикач 1 (див. фіг. 2), струм від батареї акумуляторів Б1 надійде до батареї конденсаторів С1 через відкритий триністор VЕ. Таким чином, батарея конденсаторів С1 накопичить необхідну кількість енергії, але далі струм не піде, бо триністор VD закритий. В разі тимчасового натискання на вмикач S2 струм від батареї акумуляторів Б1 підживить генератор постійного струму 17, який в режимі рекуперації спрацює як електричний двигун і тим самим задасть напрямок руху кривошипа 15 і якоря 5, як це показано стрілками на фіг. 1. Одночасно з обертанням генератора 17 почне обертатись і електронний комутатор 18, бо вони поєднані між собою. Обертання електронного комутатора 13 спричинить виникнення в ньому короткочасного електричного імпульсу, який буде переданий через випрямлячі електричного струму V2 та V3 на керуючі електроди триністорів VD та VE. Внаслідок цього триністор VЕ буде закритий, а триністор VD відкритий і струм від батареї конденсаторів С1 миттєво буде передано до електромагнітної котушки статора 1, через триністор VD, контакт б, далі контакт а і резистор змінного опору R1. Отримавши електричний імпульс, в електромагнітній котушці статора 1 з'явиться магнітне поле, яке примусить рухатись якір 5 з електромагнітною котушкою 6. На фіг. 1 це показано стрілками. Внаслідок руху якоря 5 почнуть стискатись струмопровідні пружини 7. Коли якір 5 дійде до кінцевої точки руху в прямому напрямку, то енергія електромагнітної котушки 1 буде зовсім витрачена. Згідно з правилом Ленца, під час появи та зникнення електричного струму в електромагнітній котушці статора 1 з'явиться індукційний та самоіндукційний струми, які будуть спрямовані до батареї конденсаторів С1 через випрямляч електричного струму 1. В цей час струм до батареї конденсаторів С1 від батареї акумуляторів Б1 надходити не буде,бо електронний комутатор 18 подасть на триністори VD і VE ще один імпульс електричного струму і триністор VЕ буде закрито. Разом з цим поєднаний з якорем 5 кривошип 15 під впливом набутої відцентрової сили буде продовжувати рух, і якір 5 з електромагнітною котушкою 6 почне рухатись в зворотному напрямку. Цьому руху буде сприяти енергія пружин, що розтискаються, та його власна вага. Але під час руху якоря 5 в зворотному напрямку буде змінюватись і магнітне поле, яке наводить електромагнітна котушка 6, бо вона постійно підживлюється за допомогою струмопровідних пружин 7, від генератора постійного струму 17. Зміна магнітного поля призведе до появи в електромагнітній котушці статора 1 індукційного струму, який буде також передано через випрямляч V1 до батареї конденсаторів С1. Цей струм буде діяти і на триністор VD, але в зворотному напрямку, і примусить його закритись. Триністор VЕ. знаходиться завжди відкритим, бо він запираючий, тому електричний струм, якого не достає до повного накопичення батареї конденсаторів С1, надійде від батареї акумуляторів Б1. Коли якір 5 дійде до кінцевої точки руху у зворотному напрямку, електронний комутатор 18 знову надасть електричний імпульс до триністорів VD та VE. Внаслідок цього триністор VЕ буде закритим, а триністор VD буде відкритий і електричний струм від батареї конденсаторів С1 знову буде спрямовано до електромагнітної котушки статора 1, що призведе до появи в ній магнітного поля і т. д. Таким чином, відбувається процес перетворення електричної енергії в механічну, але він може перетворюватись і навпаки. Якщо припустимо, що запропонований двигун встановлено на транспортний засіб, який рухається з повною швидкістю, то під час гальмування або руху з гори повзунок резистора змінного опору R1 буде пересунуто в стан найбільшого опору і струм від батареї конденсаторів С1 не зможе надходити до електромагнітної котушки статора 1. В цей час разом з пересуванням повзунка резистора змінного опору R1, буде ввімкнено вмикач S3 і з'єднає електромагнітну котушку статора 1 з батареєю акумуляторів Б1, і наведений в електромагнітній котушці статора 1 індукційний струм почне підживлювати батарею акумуляторів Б1 через випрямляч V1. Ось так працює кривошипно-шатунний електромагнітний двигун. 3 37393 Фіг. 1 4 37393 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5