устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное

Формула изобретения

1. Устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, содержащее направляющий стержень с подвижной короткозамкнутой электромагнитной катушкой, отличающееся тем, что один конец направляющего стержня жестко закреплен в неподвижной электромагнитной катушке, к которой одним своим концом жестко прикреплена возвратная пружина, которая другим своим концом жестко закреплена с подвижной катушкой и насажена на направляющий стержень, который расположен во внутренней полости С-образного в продольном сечении ферромагнитного магнитопровода, закрепленного на валу электродвигателя, торцевые части магнитопровода в поперечном сечении выполнены в виде сегментов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что направляющий стержень выполнен из ферромагнитного материала.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сегменты торцевых частей магнитопровода выполнены переменной толщины.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что торцевые ферромагнитные сегменты чередуются с сегментами из немагнитного материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области преобразования движения одного вида в движение другого вида, а конкретнее к устройствам преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.

Известны устройства, использующие передачу винт-гайка для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное (Д. Н. Решетов. Детали машин. - М. : Машиностроение, 1974. - 400 с.; Д.Н. Решетов. Детали и механизмы станков. Т.2. - М.: Машиностроение, 1972. - 520 с.).

Механический контакт пары винт-гайка обуславливает большие потери на трение и низкий КПД.

Известно устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное (Патент ФРГ N 2435316, МКИ F 16 Н 49/00, опубл. в сборнике ЦНТИ "Изобретения в СССР и за рубежом". БИ N 7, 1974), выбранное в качестве прототипа, имеет корпус, с заключенными внутри него двумя двухполюсными магнитами, неподвижным и вращающимся, в некоторых случаях постоянные магниты заменяются электромагнитными катушками. Между ними расположен прямолинейный магнит, который может осуществлять возвратно-поступательное движение вдоль направляющей. В этом устройстве ось вращения вращающегося магнита перпендикулярна направлению возвратно-поступательного движения прямолинейного магнита. Для случая, когда ось вращения вращающегося магнита и линия возвратно-поступательного движения параллельны, данное устройство требует применения дополнительного механизма, осуществляющего поворот оси вращения вращающегося магнита на 90^o. Это приводит к усложнению конструкции и ограничению функциональных возможностей.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей устройства, которое заключается в возможности передачи вращательного движения в возвратно-поступательное в случае, когда оси вращения и направления возвратно-поступательного движения параллельны без применения дополнительного механизма.

Указанная задача достигается тем, что в устройстве для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, содержащем направляющий стержень с подвижной короткозамкнутой электромагнитной катушкой, один конец направляющего стержня жестко закреплен в неподвижной электромагнитной катушке, к которой одним своим концом жестко прикреплена возвратная пружина, которая другим своим концом жестко закреплена с подвижной катушкой и насажена на направляющий стержень, который расположен во внутренней полости С-образного в продольном сечении ферромагнитного магнитопровода, закрепленного на валу электродвигателя, торцевые части магнитопровода в поперечном сечении выполнены в виде сегментов. Направляющий стержень выполнен из ферромагнитного материала. Сегменты торцевых частей магнитопровода выполнены переменной толщины. Торцевые ферромагнитные сегменты чередуются с сегментами из немагнитного материала.

Сопостовительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается; 1) наличием С-образного в продольном сечении ферромагнитного магнитопровода с возможностью вращательного движения, 2) наличием неподвижной электромагнитной катушки и возвратной пружины, 3) наличием направляющего стержня, выполненного из ферромагнитного материала, 4) наличием сегментов торцевых частей магнитопровода, выполненных переменной толщины, 5) наличием торцевых ферромагнитных сегментов, чередующихся с сегментами из немагнитного материала.

Отмеченные отличия позволяют использовать метод бесконтактной передачи вращательного движения С-образного магнитопровода в возвратно-поступательное движение короткозамкнутой электромагнитной катушки.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". Отмеченная новизна заявляемого устройства исследована по его существенным признакам на соответствие критерию "изобретательский уровень", при этом были приняты во внимание источники информации в данной и родственных областях техники, а также те условия, что все существенные признаки изобретения находятся в единой логической взаимосвязи и направлены в совокупности на достижение единого результата.

Так, в источнике (Автомобили ВАЗ-2103, ВАЗ-2106 и ВАЗ-21061. Многокрасочный альбом / В.А. Вершигора, А.П. Игнатов, К.В. Новокшонов и др. - М.: Машиностроение, 1993. - с. 20-21.) выявлен газораспределительный механизм, который обеспечивает наполнение цилиндров двигателя свежим зарядом горючей смеси и выпуск отработавших газов. Очевидно, что данное устройство по своей конструкции, выполняемым функциям и достигнутым результатам не эквивалентно заявляемому устройству. Это позволяет заключить, что заявляемый фрикционный насос с электромагнитным приводом обладает новизной и отвечает критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемое устройство показано на фиг. 1.

Электромагнитная катушка 1, закрепленная на корпусе 2 из немагнитного материала, через ключ присоединена к источнику переменного напряжения (не показаны на фиг. 1). В неподвижной электромагнитной катушке 1 жестко закреплен один конец направляющего стержня 3, на который насажена подвижная короткозамкнутая электромагнитная катушка 4. К электромагнитной катушке 1 одним своим концом жестко прикреплена возвратная пружина 5, другим своим концом возвратная пружина 5 жестко прикреплена к подвижной короткозамкнутой электромагнитной катушке 4. Возвратная пружина 5 насажена на направляющий стержень 3. В корпусе 2 расположен ферромагнитный С-образный магнитопровод переменной толщины 6 (показан на фиг. 2), жестко связанный с валом электродвигателя 7.

На фиг. 2. показано поперечное сечение магнитопровода 6. Ферромагнитные (карбонильное железо, гайперник) сегменты магнитопровода 6 (переменной толщины), закрепленные на валу 7, чередуются с сегментами 8, выполненными из немагнитного материала (фторопласт).

Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом.

Катушка 1 (фиг. 1) запитывается от источника переменного напряжения. Переменный ток, протекающий по катушке 1, посредством части магнитного потока Ф" (на фиг. не показан) индуцирует в короткозамкнутой катушке 4 вихревой ток, из-за их взаимодействия возникает сила отталкивания, действующая на короткозамкнутую катушку 4. В результате этого короткозамкнутая катушка 4 начинает движение вдоль направляющего стержня 3, растягивая возвратную пружину 5. Движение короткозамкнутой катушки 4 происходит до тех пор, пока сила отталкивания не уравновесится силой упругости растянутой возвратной пружины 5.

Допустим, что магнитопровод 6 (фиг. 1) находится в положении, при котором сегмент 8 (фиг. 2) расположен над торцом катушки 1, поэтому сопротивление (R_м) магнитной цепи, по которой замыкаются линии магнитной индукции поля катушки 1 максимально. В результате этого магнитный поток (Ф), пронизывающий короткозамкнутую катушку 4, минимален (Ф = i w/R_м, где i - ток в катушке 1, w - число витков катушки 1). Сказанное приводит к уменьшению магнитной индукции (В) в области короткозамкнутой катушки 4 (В = Ф/S, где S - площадь поперечного сечения кольца 4), а следовательно, и к уменьшению удельной электромагнитной силы отталкивания (f) короткозамкнутой катушки 4 от катушки 1 (f = B²/(2₀), где ₀ - магнитная постоянная).

Под действием двигателя (на фиг. не показан) магнитопровод 6 поворачивается, и в положении, когда h = h₁, магнитное сопротивление R_м уменьшается, т.к. данный сегмент магнитопровода 6 выполнен из ферромагнетика, и это приводит к возрастанию силы отталкивания f, под действием которой короткозамкнутая катушка 4 начинает движение, растягивая возвратную пружину 5. По мере вращения магнитопровода 6 толщина h возрастает до величины h₃, что приводит к соответствующему увеличению силы отталкивания f. При дальнейшем вращении магнитопровода 6 толщина h уменьшается до величины h₁, что приводит к соответствующему уменьшению силы отталкивания f. Под действием возвратной пружины 5 короткозамкнутая катушка 4 возвращается в исходное положение.

Далее весь процесс повторяется.

Как можно заметить, использование заявляемого устройства, работающего на принципе изменения величины магнитного сопротивления пути магнитного потока, позволяет упростить конструкцию и расширить функциональные возможности устройства из-за того, что в заявляемом устройстве уменьшено число электромагнитных катушек за счет использования С-образного в продольном сечении ферромагнитного магнитопровода с возможностью вращательного движения и возвратной пружины.