початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2210849

ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИЙ рекуперативним ПЕРЕТВОРЮВАЧ

Ім'я винахідника: Носов Олег Миколайович
Ім'я патентовласника: Носов Олег Миколайович
Адреса для листування: 144006, Московська обл., М Електросталь, пр. Леніна, 1, кв.183, О.Н. Носову
Дата початку дії патенту: 2001.12.27

Винахід відноситься до області електротехніки та машинобудування і може бути використано при акумулюванні та перетворенні енергії. Технічним результатом винаходу є створення багатофункціонального електромеханічного пристрою, що дозволяє управляти процесами накопичення і передачі механічної енергії, і для перетворення одного виду енергії в інший. Суть винаходу полягає в тому, що перетворювач містить корпус, розміщені в ньому провідний і ведений вали, не менше 3 встановлених послідовно перетворюють механізмів, виконаних у вигляді диференціального механізму з некруглим центральним колесом, що має переважне негативне змінне передавальне відношення при зупиненому некруглих центральному колесі, два вихідних валу, один з яких жорстко пов'язаний з некруглим центральним колесом і є веденим, а другий вихідний вал виконаний складовим і утворені не менш ніж 3 порожніми коаксіальними валами, жорстко пов'язаними з зубчастими колесами, що утворюють складене центральне колесо, водило, жорстко пов'язане з провідним валом і несе осі 2-рядних сателітів, що знаходяться в зачепленні з центральними колесами і забезпечують кінематичний зв'язок кожного коаксіального вала з веденим валом. Масивні ланки виконані у вигляді електромагнітів, якорі та котушки яких жорстко закріплені на своїх коаксіальних валах, що утворюють складовою вихідний вал. На коаксіальних валах закріплені контактні кільця, ізольовані електрично один від одного і від коаксіальних валів і пов'язані електрично з котушками електромагнітів. Перетворювач забезпечений датчиками положень сателітів щодо некруглого центрального колеса, що виробляють сигнальні імпульси електричного струму, а електромагніти управляються імпульсами електричного струму, які подаються синхронно фазовим положенням сателітів щодо некруглого центрального колеса в відповідну котушку електромагніта в залежності від режиму роботи перетворювача.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до машинобудування і може бути використано при акумулюванні та перетворенні енергії.

Відомий електромаховічний акумулятор. Див. Авторське свідоцтво СРСР 544049, кл. Н 02 К 7/02, 1977 г. Пристрій містить статор і зовнішній ротор, забезпечений крученим ободом з магнітопроводящего матеріалу, баластом, що контактують з внутрішніми витками обода, маточиною, в якій укріплений обід, короткозамкненою обмоткою. Баласт виконаний у вигляді радіально намагнічених магнітів, розподілених на внутрішній поверхні ротора і встановлених в прорізах маточини з чергується полярністю.

Недоліком даного акумулятора є можливість віддачі тільки механічної енергії.

Відомий і рекуперативний гальмо. Див. Авторське свідоцтво СРСР 171607, Кл. 47 h, 23, F 16 H 33/02, 1977р. Пристрій містить маховик з механічним приводом зі змінним передавальним відношенням, виконаним у вигляді диференційованого касетного блоку з гнучкою металевою або неметалевої стрічкою, забезпеченого запобіжним пристроєм, з двома механізмами реверсу, кожен з яких забезпечений обгонной муфтою, муфтою включення і пружними муфтами.

Недоліком даного пристрою є безперервна зміна передавального відношення при передачі енергії маховика і при відборі від нього.

Іншим недоліком є ​​складність і ненадійність конструкції.

Найбільш близьким за технічною сутністю до винаходу є акумулятор електромеханічної енергії. Див. Авторське свідоцтво СРСР 1126746, кл. F 16 Н 33/02, 1985р. Пристрій містить двигун-генератор, що включає ротор, статор і маховик, укладений в герметичний кожух, забезпечений гальмом, розміщеним на кожусі, останній встановлений з можливістю обертання, а статор розташований на внутрішній поверхні кожуха.

Недоліком даного акумулятора є неможливість плавного підключення обертається з великою швидкістю маховика до валу відбору потужності.

Завдання цього винаходу полягає в створенні багатофункціонального електромеханічного пристрою, що дозволяє управляти процесами накопичення і передачі механічної енергії, і для перетворення одного виду енергії в інший.

Поставлена ​​задача досягається тим, що в електромеханічному рекуперативному перетворювачі, що містить корпус, розміщені в ньому провідний і ведений вали, не менше 3 встановлених послідовно перетворюють механізмів, утворених зубчастими передачами із змінним передавальним відношенням і масивними ланками, що мають кінематичні і електромагнітні зв'язку, відповідно до винаходу, встановлені послідовно перетворюють механізми виконані у вигляді диференціального механізму з некруглим центральним колесом, що має переважне негативне змінне передавальне відношення при зупиненому некруглих центральному колесі, два вихідних валу, один з яких жорстко пов'язаний з некруглим центральним колесом і є веденим, а другий вихідний вал виконаний складовим і утворені не менш ніж 3 порожніми коаксіальними валами, жорстко пов'язаними з зубчастими колесами, що утворюють складене центральне колесо, водило, жорстко пов'язане з провідним валом і несе осі сателітів, що знаходяться в зачепленні з некруглим і складовим центральними колесами і забезпечують кінематичний зв'язок кожного коаксіального вала з веденим валом, масивні ланки виконані у вигляді електромагнітів, якорі та котушки яких жорстко закріплені на своїх коаксіальних валах, що утворюють складовою вихідний вал, на коаксіальних валах закріплені контактні кільця, ізольовані електрично один від одного, від коаксіальних валів і пов'язані електрично з котушками електромагнітів, при цьому перетворювач забезпечений датчиками положень сателітів щодо некруглого центрального колеса, що виробляють сигнальні імпульси електричного струму, а електромагніти управляються імпульсами електричного струму, які подаються синхронно відповідно фазовим положенням сателітів щодо некруглого центрального колеса в відповідну котушку електромагніта в залежності від необхідного режиму роботи перетворювача.

Імпульси електричного струму подаються в котушки електромагнітів через ковзаючі контакти і контактні кільця від блоку живлення, керованого сигнальними імпульсами електричного струму, що виробляються датчиками положень сателітів щодо некруглого центрального колеса диференціального механізму.

Водило диференціального механізму виконано масивним і служить накопичувачем механічної енергії.

Таке конструктивне виконання електромеханічного рекуперативного перетворювача забезпечить досягнення заданого технічного результату за рахунок відповідних кінематичних зв'язків трьох вихідних валів диференціального механізму з керованими масивними ланками, застосування масивного водила для накопичення механічної енергії і передачі її відомому валу. Застосування вузла синхронізації і блоку живлення дозволяє змінювати режим роботи пристрою, передавати механічну енергію масивному водив від ведучого або веденого вала, або навпаки, а й використовувати імпульси електричного струму, що виникають при зміні індуктивностей котушок електромагнітів, в електричному накопичувачі.

Для пояснення винаходу нижче наводиться конкретний приклад виконання винаходу з посиланням на прикладені креслення, на яких:

Фіг. 1 зображена кінематична схема електромеханічного рекуперативного перетворювача з мінімальною кількістю коаксіальних валів, рівним трьом.

Фіг. 2 зображена схема положень початкових кіл двох сателітів, жорстко закріплених на одній осі, щодо некруглого центрального колеса і зубчастого колеса, що входить до складеного центральне колесо в 2-х екстремальних положеннях.

Фіг. 3 зображена схема положень початкових кіл сателітів щодо некруглого і складеного центральних коліс (відповідає розташуванню осей сателітів на водію) в довільному положенні.

Фіг.4 зображений поперечний розріз електромагнітів.

Фіг. 5 зображені схематично по позиціях положення сателітів (відповідають поворотам водила на 45 ^o) і відповідні їм положення котушок і загального якоря.

Електромеханічний рекуперативний перетворювач (фіг.1) складається зі стійок 10 і 11, розташованих співвісно, ​​встановлених в них рухливо коаксіальних валів 5.1, 5.2, і 5.3, жорстко пов'язаних з зубчастими колесами 4.1, 4.2 і 4.3, що утворюють складене центральне колесо 4, ведучого вала 7, жорстко пов'язаного з масивним водилом В, веденого вала 9, жорстко пов'язаного з некруглим колесом 1. На водію В рухомо встановлені осі 8.1, 8.2 і 8.3 з жорстко закріпленими сателітами 2.1 і 3.1, 2.2 і 3.2, 2.3 і 3.3 (вісь 8.3 з жорстко закріпленими сателітами 2.3 і 3.3 умовно не показані). На коаксіальному валу 5.2 жорстко закріплений загальний для 2-х котушок якір 6.2 двостороннього дії, виконаний у вигляді сектора кільця прямокутного перерізу і поміщений з зазорами в котушки електромагнітів 6.1 і 6.3, що мають каркаси і зігнутої по радіусах форми і закріплені на коаксіальних валах 5.1 і 5.3 . На цих же валах закріплені контактні кільця 12.1 і 12.2, ізольовані електрично один від одного і від валів і пов'язані електрично з котушками 6.1 і 6.3. На відомому валу 9 і водію У встановлені датчики положень сателітів щодо некруглого центрального колеса 14, 15 і 17. Пристрій містить блок живлення 18, підключений входом до датчиків положень легкими контактами 16 (або безконтактно) і виходом до котушок електромагнітів легкими контактами 13.1 і 13.2.

Пристрій працює наступним чином

У режимі перетворення механічної енергії в електричну обертання ведучого вала 7, жорстко пов'язаного з водилом В, повідомляє через осі 8.1, 8.2 і 8.3 з закріпленими на них сателітами 2.1 і 3.1, 2.2 і 3.2, 2.3 і 3.3 рух обкатування останніми зубчастих коліс 1 і 4.1 , 4.2, 4.3, утворюють складене центральне колесо 4 (фіг.1). Центральне колесо 1, встановлене на відомому валу 9 зі зміщенням і має некруглу форму, знаходиться в нерухомому стані при початку руху або внаслідок сил опору від дії навантаження. Сателіти 2.1, 2.2, 2.3, пов'язані з ним, мають круглу форму і встановлені ексцентрично щодо своїх осей обертання. Рух обкатування ними некруглого центрального колеса викликає їх радіальні биття і, як наслідок, нерівномірне обертання осей 8.1, 8.2, 8.3, яке передається сателітами 3.1, 3.2, 3.3 зубчастих коліс 4.1, 4.2, 4.3 і через коаксіальні вали 5.1, 5.2, 5.3 котушок 6.1 , 6.3 і якоря 6.2. Передавальне відношення між некруглим і складовим центральними колесами за кожен оборот водила змінюється від цього значення (визначається співвідношенням чисел зубів складеного центрального колеса і знаходяться в зачепленні з ним сателітів) до рівного або близького одиниці. Нерівномірне обертання кожного коаксіального вала із закріпленими на них зубчастими колесами і електромагнітами при негативному передавальному відношенні відбувається в напрямку, протилежному обертанню водила з фазовим зрушенням імпульсів обертання 90 ^o, що визначаються положенням на водію В осей 8.1, 8.2, 8.3 із закріпленими на них сателітами 2.1 і 3.1, 2.2 і 3.2, 2.3 і 3.3 (див. фіг.3), і викликає імпульси крутять моментів від виникаючих тангенціальних сил інерції. Величина цих імпульсів залежить в основному від махових моментів якоря і котушок електромагнітів, кутової швидкості водила, величини зсуву зубчастих коліс, діапазону зміни передавального відношення і ККД диференціального механізму. При передавальному відношенні, що дорівнює або близькому одиниці, відбувається вирівнювання швидкостей вихідних валів диференціального механізму.

На фіг.2 зображено схема положень початкових кіл сателітів 2.1 і 3.1 щодо початкових кіл некруглого центрального колеса 1 і зубчастого колеса 4.1, що входить до складеного центральне колесо 4 з двома екстремальними положеннями. Миттєве значення передавального відношення для верхнього за схемою положення при ₁ = 0 і має параметри

R ₃ = R _'2; R _'1 = R _4; R _'2 -R ₂ = R ₁ -R' ₁ = e

визначається за формулою



де е - зміщення некруглого центрального колеса і пов'язаних з ним сателітів;

_{1, в, 4} - кутові швидкості відповідно некруглого центрального колеса 1, водила В і зубчастого колеса 4.1;

R _'1, R' ₂ - миттєві значення радіусів початкових кіл некруглого центрального колеса 1 і ексцентричного сателіта 2.1 в точці їх дотику;

R _3, R ₄ - радіуси початкових кіл сателіта 3.1 і зубчастого колеса 4.1.

Для цього положення співвідношення



тобто швидкість зубчастого колеса 4.1 ₄ = 0.

У разі обертання некруглого центрального колеса 1 це відповідає рівності швидкостей некруглого центрального колеса 1 і зубчастого колеса 4.1, що входить до складеного центральне колесо 4.

Поворот водила на кут = 180 ^o з верхнього положення супроводжується зміною миттєвих значень радіусів ексцентричного сателіта 2.1 і некруглого центрального колеса 1: R ₃ - R _'2 = R' ₁ -R ₄ = ₂ = 2 e;

співвідношення



- Відповідає максимальній швидкості обертання зубчастого колеса 4.1 з негативним знаком, т. Е. Напрямку обертання водила і колеса 4.1 різні. Поворот водила з верхнього положення в нижнє викликає прискорене обертання зубчастого колеса 4.1 з негативним знаком до максимального значення в нижньому за схемою положенні (ділянка прискорення), а з нижнього у верхнє - з уповільненням (ділянка уповільнення) до вирівнювання швидкостей некруглого центрального колеса 1 і зубчастого колеса 4.1.

На фіг.3 зображена схема розташування початкових кіл сателітів 2.1 і 3.1, 2.2 і 3.2, 2.3 і 3.3 щодо початкових кіл некруглого центрального колеса 1 і складеного центрального колеса 4, яка відповідає розташуванню осей 8.1, 8.2, 8.3 (фіг.1) на водію В. Рух сателітів 2.2 і 3.2, 2.3 і 3.3 (див. фіг.3) щодо некруглого центрального колеса 1 і складеного центрального колеса 4 відбувається аналогічно. На ділянках прискорення нерівномірне обертання сателітів, коліс 4.1, 4.2, 4.3 і пов'язаних з ними якоря і котушок електромагнітів, що мають однакові махові моменти, викликає реактивні імпульси крутять моментів, які передаються через зачеплення диференціального механізму некруглих центральному колесу 1 і веденого валу 9. Перехід сателітів на ділянку уповільнення супроводжується зміною знака імпульсу крутного моменту на протилежний. У диференціальному механізмі цей імпульс розподіляється між водилом, напрямок обертання якого збігається з напрямком приходить на нього через осі сателітів частини цього імпульсу, і веденим валом, що має протилежний зміст обертання. Співвідношення частин, що приходять на водило і ведений вал, крім перерахованих вище факторів, залежить і від махового моменту водила. Проходження сателітами верхнього на схемі 2 ділянки відповідає дуже великим значенням передавальних відносин при дуже низькому ККД (менше 0,01), і диференційний механізм може розглядатися як наведений, тобто механізм з зупиненим водилом. Частина, що залишилася імпульсу приходить на некруглих центральне колесо, де відбувається складання всіх імпульсів крутять моментів. В результаті на ведений вал діють імпульси крутять моментів одного знака.

Нерівномірне обертання котушок і якоря електромагнітів пов'язано зі зміною їх кутових положень щодо один одного. Якір електромагніту 6.2 двостороннього дії, виконаний у вигляді сектора кільця (фіг.4) прямокутного перерізу, поміщений в котушки 6.1 і 6.3. Під час роботи перетворювача відбувається безперервна зміна зазорів ₁ і ₂ між якорем 6.2 і сердечниками 19 і 20 котушок, пов'язане зі зміною їх індуктивностей і наведенням в них ЕРС, яку можна використовувати для накопичення електричної енергії.

Збільшення швидкості обертання водила викликає збільшення імпульсів крутять моментів пропорційно квадрату швидкості і підвищення наведеної ЕРС в котушках електромагнітів. Перевищення імпульсами крутять моментів моменту опору на валу викличе його обертання. Подальше збільшення швидкості обертання водила призводить до більшого розподілу крутного моменту від водила до веденого валу і збільшення швидкості його обертання. За кожен оборот водила відбувається вирівнювання швидкостей обох вихідних валів диференціального механізму, що призводить до безперервного збільшення їх середніх швидкостей обертання в напрямку обертання водила.

В цьому режимі роботи перетворювача крутний момент від водила У розподіляється в диференціальному механізмі між двома вихідними валами веденим валом з доданим до нього моментом опору від дії навантаження і складовим вихідним валом, жорстко пов'язаним з котушками і якорем електромагнітів, які виконують дві функції: функцію, аналогічну функції масивних ланок інерційного автоматичного імпульсивного варіатора, що працює на принципі використання тангенціальних сил інерції, і функцію генератора електричних імпульсів.

На фіг. 5 схематично показані по позиціях положення котушок 6.1, 6.3 і якоря 6.2 щодо один одного і зміна зазорів ₁ і ₂ при обкатуванні сателітами 2.1, 2.2, 2.3 некруглого центрального колеса 1. Положення сателітів змінюється до кожної наступної позиції на 45 ^o. Стрілками показані напрямки обертань сателітів і електромагнітів щодо некруглого центрального колеса.

У режимі накопичення механічної енергії від ведучого вала при ₁ = const проводиться подача імпульсів електричного струму синхронно певним положенням сателітів щодо некруглого центрального колеса 1 в котушки електромагнітів з урахуванням часу наростання електричного струму в індуктивності і магнітних властивостей матеріалу якоря. Управління моментом подачі імпульсу здійснюється датчиками положень сателітів 14 і 15 (фіг.1) і блоком живлення 18, на вхід якого приходить сигнальний імпульс через ковзаючі контакти 16 (або безконтактно). У таблиці показані номери позицій і котушок електромагнітів, в яких діють імпульси електричного струму для даного режиму роботи пристрою.

Під дією електромагнітних сил тяжіння між котушками і якорем електромагнітів на коаксіальних валах 5.1, 5.2, 5.3 виникають імпульси крутять моментів, що знижують моменти опору від дії сил інерції на складеному вихідному валу, що відповідає зменшенню махових моментів котушок і якоря електромагнітів. В результаті зниження навантаження зростає швидкість обертання водила при постійній швидкості обертання або при нерухомому стані веденого вала. Максимальний крутний момент, діючий на водило від сил електромагнітного тяжіння між котушками і якорем, відповідає положенню сателітів на фіг.5, поз.7. У цьому положенні сателіт 2.1 знаходиться на ділянці зачеплення, відповідного максимального значення передавального відношення при найменших значеннях швидкості обертання котушки 6.1, пов'язаної з ним, і ККД диференціального механізму. Сателіт 2.2 знаходиться на ділянці уповільнення, і пов'язаний з ним якір 6.2 наближається до сердечника котушки 6.1, зменшуючи зазор ₂ до поз.8 до мінімального і збільшуючи до максимального значення магнітної індукції і силу втягування якоря. Крутний момент, що передається водив, проте, дуже малий через дуже низький ККД. Сателіт 2.3 переходить на ділянку уповільнення при найбільшому ККД механізму, і котушка 6.3, пов'язана з ним, притягаючи до якоря 6.2, створює найбільший крутний момент на водію В, що збільшує швидкість його обертання.

У режимі передачі механічної енергії від водила відомому валу подача імпульсів електричного струму виробляється в котушки при зростаючих зазорах ₁ і _2, що перерозподіляє крутний момент від водила між двома вихідними валами диференціального механізму до веденого валу. Максимальний крутний момент від дії електромагнітних сил для даного режиму роботи відповідає положенню на фіг.5 поз.3.

У режимі передачі механічної енергії від веденого вала водив (режим рекуперації механічної енергії) подача імпульсів електричного струму виробляється, як і в режимі передачі механічної енергії, від водила відомому валу. Крутний момент від веденого вала передається водив, що має такий же напрямок обертання, і складеному вихідного валу, швидкість і напрямок обертання яких відносно один одного залежать від величин електромагнітної взаємодії якоря 6.2 і котушок 6.1 і 6.3.

У режимі перетворення електричної енергії в механічну закріплюється вихідний вал 9, а веденим стає вал 7, жорстко пов'язаний з водилом В. В цьому випадку диференційний механізм перетворюється в планетарний. Імпульси електричного струму подаються, як і в режимі накопичення механічної енергії, від ведучого вала (див. Вище). Для роботи пристрою в цьому режимі необхідна попередня розкрутка вала 7 і пов'язаного з ним водила до певної швидкості обертання, після чого відбувається перехід в режим роботи від стрибків напруги струму.

Підвищення рівномірності крутять моментів від дії електромагнітних сил пов'язано зі збільшенням числа електромагнітів при незначному ускладненні перетворює диференціального механізму (збільшується число коаксіальних валів, що утворюють складовою вихідний вал, і додаються кінематичні зв'язку).

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Електромеханічний рекуперативних перетворювач, що містить корпус, розміщені в ньому провідний і ведений вали, не менше 3 встановлених послідовно перетворюють механізмів, утворених зубчастими передачами із змінним передавальним відношенням і масивними ланками, що мають кінематичні і електромагнітні зв'язку, що відрізняється тим, що встановлені послідовно перетворюють механізми виконані у вигляді диференціального механізму з некруглим центральним колесом, що має переважне негативне змінне передавальне відношення при зупиненому некруглих центральному колесі, два вихідних валу, один з яких жорстко пов'язаний з некруглим центральним колесом і є веденим, а другий вихідний вал виконаний складовим і утворені не менш ніж 3 порожніми коаксіальними валами, жорстко пов'язаними з зубчастими колесами, що утворюють складене центральне колесо, водило, жорстко пов'язане з провідним валом і несе осі сателітів, що знаходяться в зачепленні з некруглим і складовим центральними колесами і забезпечують кінематичний зв'язок кожного коаксіального вала з веденим валом, масивні ланки виконані у вигляді електромагнітів, якорі та котушки яких жорстко закріплені на своїх коаксіальних валах, що утворюють складовою вихідний вал, на коаксіальних валах закріплені контактні кільця, ізольовані електрично один від одного і від коаксіальних валів, і пов'язані електрично з котушками електромагнітів, при цьому перетворювач забезпечений датчиками положень сателітів щодо некруглого центрального колеса, що виробляють сигнальні імпульси електричного струму, а електромагніти управляються імпульсами електричного струму, які подаються синхронно фазовим положенням сателітів щодо некруглого центрального колеса в відповідну котушку в залежності від режиму роботи перетворювача.

2. Перетворювач по п. 1, який відрізняється тим, що імпульси електричного струму подаються в котушки електромагнітів через ковзаючі контакти і контактні кільця від блоку живлення, керованого сигнальними імпульсами електричного струму, що виробляються датчиками положень сателітів щодо некруглого центрального колеса диференціального механізму.

3. Перетворювач по п. 1 або 2, який відрізняється тим, що водило диференціального механізму виконано масивним і служить накопичувачем механічної енергії.

Версія для друку
Дата публікації 16.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів