устройство для перемещения объекта

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТА, содержащее приводное средство качения, связанное посредством стойки с платформой для размещения объекта с расположенными системами электроуправления и электропитания, отличающееся тем, что приводное средство качения выполнено в виде статора с индуктором высокочастотного магнитного поля и ротора с электромагнитным реактором, установленного с возможностью вращения относительно статора и механического контакта с поверхностью, а система электропитания содержит накопитель электрической энергии, при этом статор жестко соединен с концом стойки, а индуктор высокочастотного магнитного поля электрически соединен с системами электроуправления и электропитания для обеспечения возможности управления спектром переменного тока индуктора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стойка выполнена в виде демпфера-амортизатора.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что демпфер-амортизатор содержит приспособление для преобразования энергии вертикальных колебаний приводного средства качения в электрическую энергию.

4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что накопитель электрической энергии содержит ионисторы.

5. Устройство по пп.1 - 4, отличающееся тем, что система электроуправления содержит рычаг управления.

6. Устройство по пп.1 - 5, отличающееся тем, что оно имеет несколько приводных средств качения с аналогичными по конструкции статорами, роторами и стойками.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что приводные средства качения расположены в продольном направлении одно за другим.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что приводные средства качения разнесены один от другого в поперечном направлении.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что одно из приводных средств качения связано с другими приводными средствами качения, разнесенными одно от другого в поперечном направлении.

10. Устройство по пп.1 - 9, отличающееся тем, что приводные средства качения выполнены с возможностью поворота в горизонтальной плоскости относительно платформы.

11. Устройство по пп.1 - 10, отличающееся тем, что механический контакт ротора с поверхностью осуществлен посредством шины.

12. Устройство по пп.1 - 10, отличающееся тем, что механический контакт ротора с поверхностью осуществлен посредством гусеницы.

13. Устройство по пп.1 - 10, отличающееся тем, что механический контакт ротора с поверхностью осуществлен посредством рельса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для перемещения объекта по поверхности, в частности имеющей спуски и подъемы, например, в цирковых аттракционах, в инвалидных колясках с электрическим приводом, в автомобилях, в конструкциях, связанных с преобразованием электрической энергии в механическую, и наоборот, и др.

Известно устройство для перемещения объекта, содержащее приводное средство качения, связанное посредством стойки с платформой для размещения объекта с расположенными системами электроуправления и электропитания. Недостатком известного устройства является низкая эффективность перемещения объекта.

Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение эффективности перемещения объекта за счет обеспечения возможности использования электрической энергии, полученной за счет торможения устройства во время движения.

На фиг. 1 и 2 изображено устройство в сборе; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1.

Устройство содержит приводное средство качения, состоящее из статора 1 с индуктором высокочастотного магнитного поля с цилиндрической поверхностью 2, магнитно взаимодействующей с цилиндрической поверхностью 3 ротора 4, содержащего электромагнитный реактор. Ротор 4 при механическом контакте 5 с поверхностью 6 имеет возможность вращаться относительно статора 1. Статор 1 жестко связан с нижним концом, например, демпфер-амортизатор 7, верхний конец которого жестко связан с платформой 8. На платформе 8 расположены системы электроуправления 9, электропитания 10 и место 11 пользователя. Системы 9 и 10 электрически связаны с индуктором высокочастотного магнитного поля, расположенным в статоре 1, содержащем в канавках обмотку 12 индуктора (фиг. 3), а в канавках корпуса ротора 4 расположена обмотка 13 реактора. Демпфер-амортизатор 7 содержит приспособление (не показано), преобразующее энергию вертикальных колебаний приводного средства качения, возникающих при перемещении по неровной поверхности, в электрическую энергию, поступающую в систему 10. Система 10 содержит накопитель электрической энергии (не показан), позволяющий накапливать возвращаемую электрическую энергию для повторного использования, выполненный на базе электрических конденсаторов, ионисторов, маховичных или других типов накопителей электроэнергии. Приводное средство качения имеет возможность поворота вокруг оси, перпендикулярной поверхности перемещения, с целью изменения направления перемещения. Система 9 имеет рычаг управления (не показан), с помощью которого пользователь может изменять величину и направление силы механической тяги, а также управлять поворотом приводного средства качения. Устройство может иметь несколько приводных средств качения, расположенных на одной платформе продольно одно за другим, как, например, у двухколесного велосипеда. Устройство может иметь несколько приводных средств качения, расположенных на одной платформе и разнесенных одно относительно другого в поперечном направлении, как, например, у инвалидной коляски. Устройство может иметь одно приводное средство качения, связанное с несколькими приводными средствами качения, расположенными на одной платформе и разнесенными одно относительно другого в поперечном направлении, как, например, у трехколесного велосипеда. Механический контакт 5 с поверхностью 6 может осуществляться с помощью шины, как, например, у автомобиля, или с помощью гусеницы, как, например, у трактора, или с помощью рельса, как, например, у железнодорожной платформы.

Устройство функционирует следующим образом.

Переменный ток от системы 9, протекая по обмотке 12 индуктора, возбуждает в пространстве переменное магнитное поле, которое по закону электромагнитной индукции создает переменную электродвижущую силу в обмотке 13 реактора, что порождает электромагнитный колебательный процесс, сопровождаемый появлением переменного электрического тока в обмотке 13 реактора, который благодаря явлению взаимоиндукции возбуждает электродвижущую силу в обмотке 12 индуктора, создавая в ней переменный ток, взаимодействующий с переменным током от системы электроуправления 9, питающим индуктор.

На фиг. 3 изображена часть сечения фрагмента 1 устройства, где показана часть сечения обмотки 12 индуктора, расположенная в канавках корпуса 1 индуктора, и часть сечения обмотки 13 реактора, расположенная в канавках корпуса 4 реактора. Эти обмотки 12, 13 имеют конструкцию, в которой в частях каждой из обмоток, расположенных в смежных канавках, протекающий в них электрический ток имеет противоположное направление. Направление тока на фиг. 3 показано в светлых квадратиках. По закону Ампера между двумя проводниками с током возникает механическая сила, прямо пропорциональная произведению мгновенных значений токов в проводниках. Направление силы зависит от взаимного направления токов в проводниках. При встречном направлении токов возникает сила отталкивания, при попутном направлении - сила притягивания. В данном устройстве каждая часть обмотки 13, расположенная в корпусе 4 реактора, механически взаимодействует с двумя частями обмотки 12, расположенными в соседних канавках корпуса 1 индуктора.

При взаимодействии с частью обмотки 12, ток в которой не совпадает с направлением тока в рассматриваемой части обмотки 13, между ними возникает сила отталкивания F_o, а с частью обмотки 12, в которой направление тока совпадает - возникает сила притягивания F_п. В результате на каждую часть обмотки 13 воздействует результирующая сила F_р, направленная перпендикулярно направлению канавок. Благодаря механической жесткости конструкции обмоток 12, 13 и корпусов индуктора и реактора суммарная по всем частям обмотки 13 сила создает момент силы на оси ротора 4. При этом направление силового воздействия зависит от относительного направления мгновенных значений токов в обмотках 12, 13 и так как частота индуцированного в обмотке 13 реактора переменного тока совпадает с частотой переменного тока в обмотке 12 индуктора средняя по времени величина суммарного силового воздействия прямо пропорциональна произведению эффективных значений токов, протекающих в обмотках 12, 13 индуктора и реактора.

С энергетической точки зрения для системы электропитания 10, с которой электрически связана система электроуправления 9, электромагнитный реактор является энергетическим зеркалом, отражающим часть электрической энергии через систему 9 обратно в систему 10. Коэффициент отражения является сложной функцией, зависящей от физической конструкции механической системы, и спектра переменного тока, генерируемого системой 9.

Существуют определенные соотношения параметров функции отражения, при которых коэффициент отражения стремится к единице. При этом практически вся электрическая энергия системы 10, переданная в электромагнитный реактор, возвращается назад в систему 10. Это справедливо в том случае, если ротор 4 устройства сохраняет свое пространственное положение относительно статора 1, т.е. суммарная механическая сила, порожденная и однозначно определяемая, при условии неизменности коэффициента отражения силой электрического напряжения системы 10, воздействующей на устройство, компенсируется силой механического напряжения, возникающей при механическом контакте 5 с поверхностью 6. Другими словами, существует баланс электрической и механической сил взаимодействия. Таким образом, для перемещения объекта посредством данного устройства необходимо, чтобы суммарная результирующая сила F_р по всем частям обмотки реактора была больше силы механического сопротивления. Для этого посредством управления спектром переменного тока индуктора с помощью системы электроуправления 9 создается сила, необходимая для преодоления силы механического сопротивления, которая перемещает устройство с объектом по поверхности 6. При этом совершаются работа по перемещению устройства за счет энергии системы 10 и преобразование электрической энергии в кинетическую энергию движения устройства. При движении пользователь, используя систему электроуправления 9, может изменить направление момента силы, в результате чего происходит торможение движения устройства. При этом массой устройства при торможении совершается работа против электромагнитных сил взаимодействующих обмоток 12, 13 реактора и индуктора, что приводит к увеличению энергии, циркулирующей в реакторе, и возвращению части этой энергии через систему 9 в систему 10. Т. е. при торможении происходит преобразование кинетической энергии в электрическую энергию. Результатом процесса ускорения и последующего торможения будет перемещение устройства в пространстве.

Изобретение позволяет повысить эффективность перемещения объекта за счет обеспечения возможности возвращения части кинетической энергии при торможении устройства в систему электропитания и дальнейшего ее использования при разгоне устройства.