ротор и устройство для использования вращения тела для выполнения полезной работы
Классы МПК: | G01C19/06 роторы A63H1/00 Волчки |
Автор(ы): | ПЕДЛАР Моанануи Майкл Кеннет (NZ) |
Патентообладатель(и): | ДЗЕ ПЕДЛАР ФЭМИЛИ ТРАСТ (NZ) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-02-03 публикация патента:
10.03.2002 |
Изобретение относится к роторам и может быть использовано в устройствах, использующих вращающиеся тела для выполнения полезной работы. Ротор содержит сферическое тело, в котором часть одной половины сферического тела не включена или удалена, причем весовое соотношение одной половины к другой половине сферического тела таково, что ротор приспособлен для непрерывного одновременного вращения вокруг пары ортогональных осей. Одна из ортогональных осей ограничена кромкой сферического тела между указанными первой и второй половинами, а другая, по существу, ортогональна к плоскости, определяемой кромкой сферического тела. При этом часть одной половины сферического тела, которая удалена или не включена, составляет приблизительно 1/10 - 1/3 общего веса сферического тела, если бы упомянутая часть не была удалена или не включена. Устройство, использующее вращающиеся тела для выполнения полезной работы, содержит статор и описанный выше ротор. Работа ротора характеризуется значительным снижением потерь при его вращении. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8
Формула изобретения
1. Ротор, содержащий сферическое тело, в котором часть одной половины сферического тела не включена или удалена, причем весовое соотношение одной половины к другой половине сферического тела таково, что ротор приспособлен для вращения вокруг пары ортогональных осей, одна из которых ограничена кромкой сферического тела между указанными первой и второй половинами, отличающийся тем, что другая ось, по существу, ортогональна к плоскости, определяемой кромкой сферического тела, при этом часть одной половины сферического тела, которая удалена или не включена, составляет приблизительно 1/10 - 1/3 общего веса сферического тела, если бы упомянутая часть не была удалена или не включена. 2. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что первая ортогональная ось расположена параллельно вектору количества движения, образованному вращением сферического тела, а вторая ортогональная ось параллельна оси вращательной симметрии сферического тела. 3. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что ротор имеет, в основном, форму гриба. 4. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что кромка ограничивает плоскость, пересекающую центр сферического тела. 5. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что весовое соотношение одной половины к другой половине сферического тела составляет примерно 0,75 - 0,85. 6. Ротор по п. 5, отличающийся тем, что весовое соотношение одной половины к другой половине сферического тела составляет приблизительно 0,8. 7. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что удаленная или не включенная часть образована прямоугольным вырезом по экватору сферического тела, при этом формируется ствол со сторонами, по существу, перпендикулярными к плоскости, образованной кромкой. 8. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что ротор включает сферическое ядро, содержащее материал с более высокой относительной плотностью, чем материал сферического тела. 9. Ротор по п. 8, отличающийся тем, что материал сферического ядра выбран из группы, состоящей из ртути, трития, иттрия, плутония и смесей одного или более из их устойчивых или неустойчивых изотопов. 10. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что он содержит керамическое покрытие на своей наружной поверхности. 11. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что он целиком или частично включает магнитный или намагничиваемый материал. 12. Ротор по п. 11, отличающийся тем, что магнитный или намагничиваемый материал содержит материал, выбранный из группы, состоящей из неодима или изотопа неодима, соли неодима, окиси неодима и сплава неодима. 13. Устройство для использования вращения тела для выполнения полезной работы, включающее статор и ротор, причем ротор содержит сферическое тело, в котором часть одной половины сферического тела не включена или удалена, а весовое соотношение одной половины к другой половине сферического тела таково, что ротор приспособлен для вращения вокруг пары ортогональных осей, одна из которых ограничена кромкой сферического тела между первой и второй половинами, отличающееся тем, что другая ось, по существу, ортогональна к плоскости, определяемой кромкой сферического тела, при этом часть одной половины сферического тела, которая удалена или не включена, составляет приблизительно 1/10 - 1/3 общего веса сферического тела, если бы упомянутая часть не была удалена или не включена, причем ротор расположен с возможностью вращения в статоре.Описание изобретения к патенту
Настоящая группа изобретений относится к ротору, а также к устройству, содержащему указанный ротор и использующему вращение тела для выполнения полезной работы. Термин "ротор" использован в настоящем описании как термин, имеющий очень широкое значение, подразумевающий любое вращающееся тело, вращение которого способно выполнять полезную работу. Такая работа может включать функции, аналогичные функциям, выполняемым известными гироскопами и устройствами, связанными с накоплением вращательной энергии, также как и с функциями смещения и управления ориентируемыми телами. Бесчисленное количество вариантов использования настоящего изобретения станет очевидным для специалистов в областях техники, аэронавтики и других областях, но нужно понимать, что настоящее изобретение имеет применение везде, где применяется вращение тела для выполнения полезной работы. Совершенно очевидные варианты использования настоящего изобретения будут, таким образом, включать вращающийся сердечник электрического генератора или турбины, гироскопическое тело, вращение которого может применяться в качестве стабилизатора в наземном, морском, воздушном или космическом транспортном средстве или как средство, вызывающее смещение наземного, воздушного, космического или морского транспортного средства, как вращающееся измельчающее средство распылителей или даже как игрушка. Всякий раз, когда термин "ротор" используется в настоящем описании, нужно, таким образом, понимать, что он предназначен для всех возможных вариантов применения. До настоящего времени, хорошо известны различные типы роторов, включая роторы, предназначенные для указанных выше целей, но все из них страдали одним или более недостатков, относящихся, например, к эффективности, стоимости и/или устойчивости. Например, в PCT/AU 97/00417 предложено использование гироскопических роторов для создания противодействующей силы. В различных типах устройств, вырабатывающих вибрацию, например, см. патент США 4257648 и Британский патент 540093, вибрации могут либо создаваться, либо поглощаться с использованием ротора. В любом типичном электрическом генераторе или двигателе, ротор, содержащий якорь, будет вращаться внутри статора. Во всех таких случаях будут испытываться значительные потери энергии, когда ротор будет раскручиваться до определенной скорости, или когда скорость его вращения изменяется, в особенности, в результате потерь вследствие работы, производимой с преодолением трения. Желательно, чтобы, когда энергия передается ротору в форме вращательного момента количества движения, ротор сохранял эту энергию как можно дольше. Таким образом, преобразование вращательной энергии в полезную работу, выполняемое ротором, может быть более эффективным. Для этого такие потери энергии, как потери, возникающие в результате трения и им подобные, должны устраняться или, по меньшей мере, сводиться к минимуму. Подобным образом, геометрии ротора могут подбираться так, чтобы обеспечивалось получение лучших характеристик сохранения энергии, реальных в конкретной ситуации, в которой ротор должен применяться. Известен ротор, содержащий сферическое тело, в котором часть одной половины сферического тела не включена или удалена, причем весовое соотношение одной половины к другой половине сферического тела таково, что ротор приспособлен для вращения вокруг пары ортогональных осей, одна из которых ограничена кромкой сферического тела между указанными первой и второй половинами (US 2332507 A. Owen R.Dailey, 26.10.1943). Известно производящее работу устройство, включающее статор и ротор, расположенный в нем с возможностью вращения (JP 6253528 A, Mitsubishi Heavy Ind. Ltd, 09.09.1995). Таким образом, задача предпочтительного варианта воплощения настоящего изобретения состоит в создании ротора, потери которого при работе будут существенно сокращены или, по меньшей мере, сохранены на минимальном уровне. Согласно задаче одного предпочтительного варианта воплощения настоящего изобретения, ротор должен быть способным воспринимать внешние силы, прилагаемые к нему, и путем адаптации вращения должен быть способным полностью или частично компенсировать эти внешние силы. Другой задачей предпочтительного варианта воплощения настоящего изобретения является создание ротора, который способен сохранять момент количества движения, вследствие чего вращательная энергия, полученная таким образом, способна выполнять, по меньшей мере, полностью или частично, функции ориентации и смещения относительно указанного ротора или, по меньшей мере, давать обществу полезную возможность выбора. Задача изобретения состоит также в создании производящего работу устройства, которое включает вышеуказанный ротор. Другие задачи настоящего изобретения во всех его различных вариантах воплощения будут понятными из следующего описания. Согласно одному аспекту настоящего изобретения, обеспечивается создание ротора, содержащего сферическое тело, в котором часть одной половины сферического тела не включена или удалена, причем весовое соотношение одной половины к другой половине сферического тела таково, что ротор приспособлен для вращения вокруг пары ортогональных осей, одна из которых ограничена кромкой сферического тела между указанными первой и второй половинами, а другая ось, по существу ортогональна к плоскости, определяемой кромкой сферического тела, при этом часть одной половины сферического тела, которая удалена или не включена, составляет приблизительно от 1/10 до 1/3, общего веса сферического тела, если бы упомянутая часть не была удалена или не включена. Согласно другому варианту первая ортогональная ось расположена параллельно вектору количества движения, образованному вращением сферического тела, а вторая ортогональная ось параллельна оси вращательной симметрии сферического тела. Согласно еще одному варианту настоящего изобретения обеспечивается создание ротора, который имеет, в основном форму "гриба". Согласно еще одному варианту настоящего изобретения обеспечивается создание ротора, в котором кромка ограничивает плоскость, пересекающую центр сферического тела. В одном варианте осуществления изобретения весовое соотношение одной половины к другой половине сферического тела составляет от 0,75 до 0,85 и более предпочтительно - 0,8. В одном варианте осуществления изобретения удаленная или не включенная часть образована прямоугольным вырезом по экватору сферического тела, при этом формируется ствол со сторонами, по существу, перпендикулярными плоскости, образованной кромкой. В одном варианте осуществления изобретения ротор включает сферическое ядро, содержащее материал с более высокой относительной плотностью, чем сферическое тело. Сферическое ядро может быть изготовлено из иттрия, плутония и смесей одного или более из их устойчивых или неустойчивых изотопов. В одном варианте осуществления изобретения ротор может содержать керамическое покрытие на своей наружной поверхности. В одном варианте осуществления изобретения ротор может целиком или частично включать магнитный или намагничиваемый материал. В одном варианте осуществления изобретения магнитный или намагничиваемый материал содержит материал, выбранный из группы, состоящей из неодима или изотопа неодима, соли неодима, окиси неодима и сплава неодима. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения обеспечивается создание устройства, включающего статор и ротор, причем ротор содержит сферическое тело, в котором часть одной половины сферического тела не включена или удалена, а весовое соотношение одной половины к другой половине сферического тела таково, что ротор приспособлен для вращения вокруг пары ортогональных осей, одна из которых ограничена кромкой сферического тела между первой и второй половинами, а другая ось, по существу, ортогональна к плоскости, определяемой кромкой сферического тела, при этом часть одной половины сферического тела, которая удалена или не включена, составляет приблизительно от 1/10 до 1/3 общего веса сферического тела, если бы упомянутая часть не была удалена или не включена, причем ротор расположен с возможностью вращения в статоре. Другие аспекты этого изобретения, которые следует рассматривать во всех их элементах новизны, станут понятны из последующего описания, данного на примере возможных вариантов воплощения изобретения, и в котором сделаны ссылки на сопутствующие чертежи. Краткое описание чертежейФиг. 1, 2 и 3 схематически изображают соответственно виды спереди, сбоку и в перспективе ротора согласно одному возможному варианту воплощения изобретения;
фиг. 4 схематически изображает вид в перспективе ротора с обозначенными осями вращения;
фиг. 5-8 схематически изображают работу ротора и его возможное использование в качестве игрушки. Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Роторы любого назначения должны иметь, по меньшей мере, одну ось симметрии. Такие роторы, как правило, цилиндрические и могут вращаться вокруг одной, типично-продольной оси. Пока движущая сила воздействует на ротор, он будет продолжать вращение вокруг этой одной оси с эффективностью, в большей степени зависящей от природы движущейся силы и ее взаимодействия с ротором и от сил трения, воздействующих на ротор. При устранении движущей силы, ротор будет иметь тенденцию к быстрому возвращению в неподвижное положение. Подшипники, втулки и т. п. обычно применяются для того, чтобы ротор вращался вокруг одной оси, не подвергаясь влиянию воздействующих на статор внешних сил. В противоположность этому настоящее изобретение предлагает ротор, который способен вращаться вокруг пары ортогональных осей, и который способен преобразовывать влияние внешних сил в пригодное изменение ориентации этих осей. Без связи с какой-либо конкретной теорией, представляется, что среди других аспектов, векторы моментов количества движения, связанные с взаимно ортогональными вращениями, накладываются друг на друга, обеспечивая описанные здесь характеристики ротора. Таким образом, ротор, соответствующий настоящему изобретению, может использоваться как стабилизатор внутри движущегося тела или как само по себе движущееся тело. Неожиданно заявитель обнаружил, что если ограниченная часть одной половины сферического тела не включена или удалена, когда сферическое тело затем вращается, оно будет вращаться вокруг пары ортогональных осей, одна из которых параллельна плоскости, образованной кромкой, проходящей вокруг экватора сферического тела. Другая ось параллельна оси вращательной симметрии тела. Наблюдается сопряженное вращательное движение, посредством чего "кувыркающееся" вращение сопровождается вращением вокруг оси вращательной симметрии. В зависимости от материала, используемого для изготовления сферического тела, и, в частности, от плотности или удельного веса (на каждый из которых влияет конкретный элемент/элементы, используемые наряду с их конкретными изотопами), объем, удаляемый из сферического тела или не включаемый в него, допустим в пределах от 1/10 до 1/3 общего веса первичного сферического тела. Удаление или не включение материала выполняют у экваториальной плоскости между двумя половинами сферического тела так, чтобы оставить, по существу, прямую или плоскую кромку между ними. Удаление материала может производиться путем выполнения выреза под прямым углом по экватору, таким образом, создается конфигурация "ствол и головка", как показано на чертежах. Глубина выреза и длина произведенного ствола математически связаны с объемом (и, таким образом, для получения однородной плотности - с массой) оставшейся части. Если глубина выреза равна D (как показано на фиг.2), объем ствольной части 3 и 4 может быть выражен как:
V=V(3)+V(4);
где

и
V(3) = P1*(R-D)


где
K = (2*R*D-D

где R является радиусом сферы 2. Уравнения даны в форме, которая должна быть понятна компьютерному программисту, и их интерпретация и применение будут понятны среднему специалисту в данной области техники. Объем головки 4 будет просто составлять половину от объема сферы с радиусом R. При помощи этих уравнений был произведен конкретный вариант воплощения изобретения с отношением веса ствола к весу головки, составляющим приблизительно 0,80


летающий заводной вертолет - патент 2452871 (10.06.2012) | |
волчок - патент 2215567 (10.11.2003) | |
способ изготовления волчка - патент 2162360 (27.01.2001) | |
демонстрационный волчок - патент 2156502 (20.09.2000) | |
способ изготовления выпуклых волчков - патент 2108837 (20.04.1998) | |
музыкальный конструктор - патент 2027424 (27.01.1995) | |
волчок в.г.вохмянина - патент 2008061 (28.02.1994) |