Способ и устройство для преобразования между электрической и механической энергией

Способ и устройство для преобразования между электрической и механической энергией

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Родственные заявки

[0001] Эта заявка притязает на приоритет предварительной заявки на патент Австралии №2011905005 от компании Е.M.I.Р. Pty Ltd, которая была подана 1 декабря 2011 под названием "Method and Apparatus for Converting Between Electrical and Mechanical Energy" и нового патента Австралии №2012101645 от компании E.М.I.P. Pty Ltd, который был подан 8 ноября 2012 под названием "Method and Apparatus for Converting Between Electrical and Mechanical Energy" и нового патента Австралии №2012101646 от компании E.М.I.P. Pty Ltd, которая была подана 8 ноября 2012 под названием "Method and Apparatus for Converting Between Electrical and Mechanical Energy" и нового патента Австралии № 2012101648 от компании E.М.I.P. Pty Ltd, который был подан 8 ноября 2012 под названием "Method and Apparatus for Converting Between Electrical and Mechanical Energy" и нового патента Австралии №2012101649 от компании E.М.I.P. Pty Ltd, который был подан 8 ноября 2012 под названием "Method and Apparatus for Converting Between Electrical and Mechanical Energy", их описания включены здесь путем ссылки во всей полноте и для всех целей.

Область техники

[0002] Настоящее изобретение относится к преобразованию между электрической и механической энергией. В одной форме настоящее изобретение относится к средству для преобразования электрической мощности в механическое движение в электродвигателе. Здесь будет целесообразно описать изобретение относительно электродвигателя, такого как возвратно-поступательный двигатель, включающий в себя или использующий один или более электромагнитов (соленоидов) согласно предпочтительным вариантам выполнения изобретения, однако, должно быть принято во внимание, что настоящее изобретение не ограничивается только таким использованием.

Уровень техники

[0003] На протяжении всего описания использование слова "автор" в форме единственного числа может быть взята со ссылкой на одного (единственного) автора или более чем одного (множества) автора настоящего изобретения.

[0004] Должно быть принято во внимание, что любое обсуждение документов, устройств, действий или знаний в этом описании включены для объяснения контекста настоящего изобретения. Дополнительно, обсуждение на протяжении всего описания происходят на основе реализации автора и/или обнаружении автором некоторых проблем в известном уровне техники. Более того, любое обсуждение материала, такого как документы, устройства, действия или знания в этом описании включены для объяснения контекста изобретения в рамках знаний и опыта автора и, соответственно, любое такое обсуждение не должно быть воспринято в качестве допущения того, что любая часть из этого материала составляет часть известного уровня техники или общедоступных сведений в релевантном уровне техники в Австралии, или иначе, на или до даты приоритета описания и формулы изобретения.

[0005] Известны различные способы и устройство для преобразования электрической энергии во вращательное движение. Например, вращательное движение обычно получают с помощью традиционной роторного электродвигателя или машины. Традиционный роторный электродвигатель или машина включает в себя статор и ротор, причем статор обеспечивает вращательное магнитное поле, и ротор взаимодействует с этим вращательным полем для создания крутящего момента или вращательного движения.

[0006] Эффективность преобразования роторного электродвигателя, представляющая собой механическую выходную мощностью, деленную на электрическую входную мощность, изменяется в зависимости от его конструкции и мощности, но обычно составляет не более около 60%, например, в маломощном электродвигателе.

[0007] Электромагнитный линейный привод раскрыт в JP 2000-224826 (Denso Corp). Эта конструкция включает в себя трехкомпонентный плунжер и три катушки, которые работают непрерывно с токами, прогрессивно переходящими на каждую из трех катушек для управления движением плунжера при его возвратно-поступательном перемещении. Привод Denso имеет, в качестве его цели, средство обеспечения привода с большой тягой и способностью возвращаться в установленное положение, когда заданный ток выключается. Это подразумевает, что эффективность должна достигаться за счет существенного момента и соответственно существенных изменений момента плунжера. Дополнительная зубчатая конструкция Denso представляет собой сложную конфигурацию, обеспечивающую требуемую тягу, развиваемую, когда ток переключается, при этом считается, что в этой сложной конфигурации может быть необходимо устранять трение в подвижных частях конструкции Denso.

[0008] Патент США № 3832608 (Mills) раскрывает массив радиально и продольно размещенных рядов экранированных соленоидных катушек, окружающих чувствительный к электромагнитному полю подвижный поршень, и узел таймера для последовательного выборочного приведения в действие участков катушек, реагирующих на положение поршня относительного него для обеспечения перемещения центра магнитного поля относительно подвижного поршня при точном поддержании направления намагниченности поршня. Этот процесс и конструкции нацелены на исключение создания вихревых токов и длинных путей магнитного потока через подвижный элемент поперечно его направлению движения и возвратно-поступательного движения поршня без появления заметного тепла и использование транзисторного отпирающего тока для соленоида с большой силой тока, создающего токи, которые исключают газообразование и дуговой разряд. Обнаружено, что эта система имеет недостатки, например, отметим, что подвижный поршень представляет собой цельную часть из одного материала, которая может влиять на движение поршня в условиях разного тока в катушках.

[0009] Патент США № 4510420 (Sasso) раскрывает серводвигатель, использующий широтно-импульсную модуляцию в схеме генерации мощности для управления временем подачи импульсов тока в катушках в электродвигателе. Двигатель Sasso требует закрытой смазочной системы для устранения трения подвижных частей, в частности подвижных поршней. Также за счет добавленных средств охлаждения необходимо устранять нагревание в двигателе Sasso.

[0010] Патент США № 3328656 (Dotson) раскрывает возвратно-поступательный двигатель, работающий на соленоидах, выполненный с возможностью достигать высокой добротности Q для катушечного узла, связанного с совершающим возвратно-поступательное движение плунжером путем обеспечения множества катушечных обмоток для каждого плунжера соленоида, соединенных параллельно. Это обеспечивает увеличение количества заданных ампер-витков в заданном пространстве катушки на оптимальное количество по сравнению с увеличением сопротивления обмотки катушки. Соответственно, катушечный узел способен обеспечивать относительно низкое сопротивление, низкий импеданс и высокую токовую характеристику, соответствующую источнику с низким напряжением, высоким током, например, аккумулятору. Дополнительно, циклическая подача тока возбуждения в катушечные узлы рассчитана по времени в сочетании с соединением накопительного конденсатора высокой емкости поперечно параллельно соединенным обмоткам катушечных узлов для того, чтобы продлевать смещающую силу, приложенную сердечниками катушки, обеспечивая и усиление, и ослабление магнитного потока, созданного включением и выключением питания катушечных узлов.

[0011] Патент США № 4017103 (Davis и др.) раскрывает электромагнитный двигатель и генератор, имеющий пару соленоидов, намотанных на цилиндр, каждый из соленоидов содержит три отдельные, но соединенные обмотки. Намагничиваемый поршень размещен с возможностью возвратно-поступательного движения в цилиндре и соединен с установленным с возможностью вращения коленвалом. Коммутатор, соединенный с коленвалом и размещенный в электрической схеме, выборочно возбуждает соленоиды, чтобы вызывать вращательное движение коленвала. Дополнительное схемное средство также обеспечивает повторный захват электрической энергии, созданной в каждом из соленоидов при отключении электромагнита путем переключения. Коммутатор на коленвале двигателя эффективно управляет возбуждением катушек. Имеется также необходимость в дополнительной схеме для повторного захвата энергии, созданной в каждом соленоиде при отключении соленоида.

[0012] В каждой из выше отмеченных известных из уровня техники систем имеется по меньшей мере один недостаток в том, что поддержание рабочего магнитного поля максимально долго без введения дополнительной энергии во время фаз(ы) цикла соленоида или двигателя не может быть достигнуто.

Краткое изложение сущности изобретения

[0013] Задачей вариантов выполнения, описанных здесь, является преодоление или смягчение по меньшей мере одного недостатка известных в уровне техники систем или по меньшей мере обеспечение пригодной альтернативы известным в уровне техники системам. Для сравнения, настоящее изобретение может обеспечивать, в одной форме, электромагнит и/или электродвигатель или машину приводимую в действие соленоидом, которые по меньшей мере смягчают недостатки известного уровня техники.

[0014] В других формах настоящее изобретение обеспечивает соленоидный узел, пригодный для преобразования между электрической энергией и механическим движением, причем соленоидный узел содержит:

корпус, вмещающий в себя элемент сердечника и катушечный узел, включающий в себя по меньшей мере одну катушку;

плунжерный узел, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пределах корпуса между первым положением и вторым положением; и

схему возбуждения для возбуждения катушечного узла, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться по меньшей мере между первым и вторым положениями. Соленоидный узел может дополнительно содержать узел линейной опоры, функционально соединяющий плунжерный узел с корпусом для выравнивания возвратно-поступательного перемещения плунжерного узла с продольной осью корпуса. Более того, узел линейной опоры предпочтительно содержит:

по меньшей мере одну скобу, соединенную с плунжерным узлом;

по меньшей мере один опорный блок, прикрепленный к по меньшей мере одной скобе для размещения по меньшей мере одной линейной опоры;

по меньшей мере один стержень с возможностью скользящего зацепления с по меньшей мере одной линейной опорой, причем по меньшей мере один стержень соединен на каждом своем конце с корпусом и расположен параллельно направлению возвратно-поступательного перемещения плунжерного узла. Соленоидный узел в этой форме может дополнительно содержать поддерживающий плунжер стержень, соединенный с вершиной части плунжера плунжерного узла и проходящий через элемент сердечника к поддерживающей линейной опоре, расположенной в корпусе снаружи элемента сердечника.

[0015] Предпочтительно, катушки могут быть обмотаны круглой проволокой, хотя квадратная или прямоугольная проволока является предпочтительной, если рассматривать с точки зрения уменьшения омического сопротивления.

[0016] В другой форме вариантов выполнения настоящее изобретение обеспечивает соленоидный узел, пригодный для преобразования между электрической энергией и механическим движением, причем соленоидный узел содержит:

корпус, вмещающий элемент сердечника и катушечный узел, включающий в себя по меньшей мере одну катушку;

плунжерный узел, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пределах указанного корпуса между первым положением и вторым положением; и

схему возбуждения для возбуждения указанного катушечного узла, характеризующуюся средством управления для настраивания схемы возбуждения для возбуждения катушечного узла по меньшей мере одним первоначальным импульсом тока и заданным количеством следующих импульсов тока, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться по меньшей мере между первым и вторым положениями.

[0017] Альтернативно, варианты выполнения могут обеспечивать соленоидный узел, пригодный для преобразования между электрической энергией и механическим движением, причем соленоидный узел содержит:

корпус, вмещающий элемент сердечника и катушечный узел, включающий в себя по меньшей мере одну катушку;

плунжерный узел, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пределах корпуса между первым положением и вторым положением; и

схему возбуждения для возбуждения катушечного узла для создания возвратно-поступательном перемещения плунжерного узла за счет возбуждения по меньшей мере одной катушки по меньшей мере одним первоначальным импульсом тока и заданным количеством следующих импульсов тока так, что по меньшей мере одна катушка создает притягивающее магнитное поле в элементе сердечника соленоидного узла относительно плунжерного узла для перемещения плунжерного узла из первого положения во второе положение, за которым следует отталкивающее или по меньшей мере нулевое нейтральное магнитное поле для перемещения плунжерного узла из второго положения в первое положение.

[0018] В другой форме варианты выполнения настоящего изобретения обеспечивают способ возбуждения соленоидного узла, пригодного для преобразования между электрической энергией и механическим движением, причем соленоидный узел содержит корпус, вмещающий элемент сердечника и катушечный узел, включающий в себя по меньшей мере одну катушку; плунжерный узел, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пределах корпуса между первым положением и вторым положением; и схему возбуждения для возбуждения катушечного узла, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться по меньшей мере между первым и вторым положениями, причем способ содержит этапы, на которых:

а) подают по меньшей мере первоначальный импульс тока от схемы возбуждения к по меньшей мере одной катушке для создания магнитного поля в корпусе соленоидного узла, что вызывает притяжение между элементом сердечника и плунжерным узлом, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться между первым и вторым положением. В предпочтительных вариантах выполнения способ может дополнительно содержать один или совокупность этапов, на которых:

b) ослабляют ток, поданный от схемы возбуждения к по меньшей мере одной катушке на относительно короткий период времени;

c) повторно возбуждают по меньшей мере одну катушку дополнительным импульсом тока от схемы возбуждения. Способ также может быть определен тем, что этап b) дополнительно содержит этап, на котором поддерживают ток, протекающий в по меньшей мере одной катушке, от первоначального импульса тока во время этапа ослабления так, что магнитное поле, соизмеримое с полем, созданным от первоначального импульса тока, остается, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться между первым и вторым положением.

[0019] Способ может дополнительно содержать этапы, на которых:

d) повторяют этапы а)-c) первое заданное количество раз для около 50% перемещения плунжерного узла между первым и вторым положением и;

e) как только плунжерный узел перемещается во второе положение, повторяют этапы а)-c) второе заданное количество раз для перемещения плунжерного узла между вторым и первым положением;

причем полярность импульсов тока на этапах а)-d) противоположна полярности импульсов тока на этапе e), чтобы вызывать возвратно-поступательное перемещение плунжерного узла между первым и вторым положениями, соответственно;

причем относительно короткий период времени на этапе b) имеет значение между около 2 мс и около 5 мс;

ослабление на этапе b) вызывают коротким замыканием по меньшей мере одной катушки; и

этап c) применяют после этапа b), когда ток, протекающий в по меньшей мере одной катушке, ослаблен на между около 5% и около 10%;

[0020] В дополнительных вариантах выполнения обеспечен плунжерный узел для соленоидного узла, причем соленоидный узел выполнен с возможностью преобразования между электрической энергией и механическим движением и содержит корпус, вмещающий элемент сердечника и катушечный узел, включающий в себя по меньшей мере одну катушку, и схему возбуждения для возбуждения катушечного узла, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться по меньшей мере между первым и вторым положениями, причем плунжерный узел содержит:

первый участок материала, содержащий материал постоянного магнита и;

второй участок материала, содержащий материал с высокой относительной магнитной проницаемостью, причем материал первого участка материала расположен между материалом второго участка материала. Плунжерный узел может дополнительно содержать поддерживающий плунжер стержень, функционально соединяющий плунжерный узел с корпусом соленоидного узла для выравнивания возвратно-поступательного перемещения плунжерного узла с продольной осью корпуса. Плунжерный узел может дополнительно содержать бандаж из тонкого металлического покрытия вокруг участков плунжера, при этом второй участок материала содержит две части, каждая из которых размещена на каждом соответственном конце первого участка материала.

[0021] Предпочтительно может быть определен плунжерный узел, в котором:

материал постоянного магнита первого участка содержит сильный магнит; и;

материал второго участка имеет магнитную проницаемость µ между около 4500 и около 20000. Материал постоянного магнита первого участка предпочтительно содержит NdFeB; и материал второго участка содержит FeCo; и бандаж содержит стальную шайбу.

[0022] В других вариантах выполнения обеспечен соленоидный узел, пригодный для преобразования между электрической энергией и механическим движением, причем соленоидный узел содержит:

корпус, вмещающий элемент сердечника и катушечный узел, включающий в себя по меньшей мере одну катушку;

плунжерный узел, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пределах корпуса между первым положением и вторым положением, функционально соединенный с поворотным ярмом для преобразования возвратно-поступательного прямолинейного движения плунжерного узла во вращательное движение коленвала, и

схему возбуждения для возбуждения катушечного узла, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться по меньшей мере между первым и вторым положениями.

[0023] Функциональное соединение плунжерного узла с поворотным ярмом обеспечивает вращательное движение коленвала за счет совершающего возвратно-поступательное движение плунжерного узла, непосредственно соединенного со скользящим ярмом с щелью, которая зацепляет палец на вращательном коленвале. Предпочтительно, плунжерный узел содержит по меньшей мере два плунжера, расположенных на каждом конце поворотного ярма, и схема возбуждения выполнена с возможностью возбуждения катушечного узла так, чтобы выравнивать магнитную полярность обоих плунжеров. Предпочтительно, соленоидный узел содержит два плунжерных узла, выполненных с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пределах соответственных корпусов, вмещающих элемент сердечника и катушечный узел, включающий в себя по меньшей мере одну катушку, при этом плунжерные узлы перпендикулярно расположены друг относительно друга и каждый плунжерный узел содержит два плунжера, расположенных на каждом конце соответственного поворотного ярма, и схема возбуждения выполнена с возможностью возбуждения соответственных катушечных узлов для синхронизации перемещения плунжерных узлов, приводя в действие их соответственные поворотные ярма для объединения при преобразовании линейного движения соответственных плунжерных узлов во вращательное движение коленвала.

[0024] В одном аспекте вариантов выполнения, описанных здесь, настоящее изобретение может обеспечивать электрический соленоидный узел и электродвигатель или машину с соленоидным приводом, который выполнен с возможностью преобразовывать линейное или возвратно-поступательное движение одной или более частей, связанных с соленоидным узлом, во вращательное движение машины или наоборот.

[0025] Этот или каждый соленоидный узел может включать в себя одну или более катушек и плунжерный узел, например, поршень или стержень, который выполнен с возможностью перемещаться или возвратно-поступательно двигаться относительно катушки(ек). Двигатель или машина может использовать полученную электродвижущую силу (эдс) во время работы в качестве двигателя для увеличения эффективности преобразования машины.

[0026] В другом аспекте вариантов выполнения в некоторых конфигурациях роторная машина может быть выполнена с возможностью вести себя как генератор. В этой последней конфигурации эдс может быть получено от собственной индуктивности, взаимной индуктивности и/или эдс, вызываемой перемещением магнитного плунжерного узла относительно катушки(ек). В этом отношении следует отметить, что там, где представленное описание и приложенная формула изобретения относятся к преобразованию между электрической энергией и механической энергией, далее ссылка на "преобразование между" должна восприниматься как либо преобразование из электрической энергии в механическую энергию (или движение), либо преобразование из механической энергии/движения в электрическую энергию.

[0027] В еще одном дополнительном аспекте вариантов выполнения, описанных здесь и выше, множество соленоидных узлов могут работать в противоположных парах наподобие двигателя внутреннего сгорания (IС), который размещен в "коробчатой" конфигурации. В этом отношении плунжерные узлы, связанные с соленоидными узлами, могут быть соединены с коленвалом с помощью соединительных стержней таким образом, чтобы также быть подобными двигателю IC. Предпочтительно, подшипники или втулки с низким коэффициентом трения используются для больших и маленьких концов соединительных стержней.

[0028] В альтернативном и предпочтительном варианте выполнения плунжерные узлы, связанные с соленоидными узлами, могут быть соединены с поворотным ярмом для преобразования возвратно-поступательного линейного движения плунжерного узла во вращательное движение коленвала за счет совершающих возвратно-поступательное движение плунжерных узлов, непосредственно соединенных со скользящим ярмом с щелью, которая зацепляет палец на вращательном коленвале. Более того, в предпочтительном варианте выполнения двойная конфигурация поворотного ярма может быть применена для преобразования возвратно-поступательного линейного движения плунжерных узлов во вращательное движение коленвала.

[0029] Указанный или каждый соленоидный узел предпочтительно включает в себя одну катушку, но может включать в себя и до по меньшей мере трех катушек или обмоток статора. В одной форме вариантов выполнения, например, которые отмечены выше, используют конструкцию поворотного ярма, а также горизонтально оппозитный сдвоенный вариант выполнения, который использует только одну катушку. Катушки или обмотки статора могут быть соединяемыми в последовательную или параллельную конфигурации так, что одна или более катушек или обмоток могут быть возбуждены индивидуально или совместно посредством схемы возбуждения по требованию. Схема возбуждения может срабатывать с помощью детектора положения коленвала, который реагирует на угловое положение коленвала двигателя. В одной форме схема возбуждения может срабатывать с помощью датчика положения вала, имеющего по меньшей мере 64 цикла за полный оборот коленвала.

[0030] Указанный или каждый магнитный плунжерный узел может включать в себя по меньшей мере три части или секции. По меньшей мере одна часть или секция плунжерного узла может включать в себя относительно мощный постоянный магнит. Предпочтительно, указанный или каждый постоянный магнит включает в себя высококачественный (N42 или более высокая марка является предпочтительным) магнит из редкоземельных металлов, например, неодимовый (NdFeB) магнит марки N52. Например, 750-ваттный двигатель может требовать высококачественный магнит из NdFeB и магнитное поле, которое составляет около 1,2 Тл (тесла) или около 12000 Гс (гаусс) напряженности.

[0031] Схема возбуждения может быть выполнена с возможностью возбуждать одну или более катушек во время прямого хода магнитного плунжерного узла для облегчения или содействия естественного притяжения между магнитным плунжерным узлом и элементом сердечника соленоида во время обратного хода. Во время обратного хода магнитного плунжерного узла схема возбуждения может быть выполнена с возможностью возбуждения одной или более катушек одного или более соленоидных узлов, чтобы по меньшей мере исключать или нейтрализовать естественное притяжение между магнитным плунжерным узлом и соответственным элементом сердечника указанного или каждого соленоидного узла. Более того, схема возбуждения может быть выполнена с возможностью возбуждения одной или более катушек, чтобы отталкивать плунжерный узел. Это может содействовать обратному ходу магнитного плунжерного узла. Обратный ход магнитного плунжерного узла может дополнительно сопровождаться угловым моментом соответственного маховика. Нужно отметить, что в других вариантах выполнения необходимость в маховике отсутствует. Например, в предпочтительном варианте выполнения, который использует конструкцию поворотного ярма, отсутствует необходимость в маховике.

[0032] Согласно одному аспекту вариантов выполнения настоящего изобретения, обеспечен соленоидный узел, пригодный для преобразования между электрической энергией и механическим движением (или наоборот), например, при питании электродвигателя, причем соленоидный узел содержит: корпус, вмещающий элемент сердечника и катушечный узел, включающий в себя по меньшей мере одну катушку; плунжерный узел, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в пределах корпуса между первым положением и вторым положением; и схему возбуждения для возбуждения катушечного узла, чтобы заставлять плунжерный узел перемещаться по меньшей мере между первым и вторым положениями.

[0033] В предпочтительном варианте выполнения катушечный узел включает в себя по меньшей мере одну катушку, выполненную с возможностью возбуждения посредством схемы возбуждения. В других вариантах выполнения катушечный узел может включать в себя множество катушек, например, по меньшей мере три катушки, при этом каждая катушка выполнена с возможностью возбуждения отдельно или совместно посредством схемы возбуждения. Каждая катушка может включать в себя множественные витки медной обмоточной проволоки в виде множественных слоев.

[0034] Плунжерный узел может включать в себя по меньшей мере три части плунжера, и по меньшей мере одна из частей плунжера может включать в себя постоянный магнит. Магнитное поле, связанное с этим постоянным магнитом, может быть ориентировано вдоль оси перемещения плунжерного узла. Постоянный магнит может содержать магнит из редкоземельных металлов, например, неодимовый (NdFeB) магнит.

[0035] Схема возбуждения может быть выполнена с возможностью создавать множество импульсов тока. Импульсы тока могут включать в себя импульсы тока прямого хода и обратного хода. Каждый импульс тока прямого хода может быть подан в каждую катушку в катушечном узле во время перемещения плунжерного узла между первым и вторым положениями. Каждый импульс тока прямого хода может достигать пикового тока в пределах приблизительно 5-50% от его продолжительности и может падать до нуля до достижения плунжерным узлом второго положения. В противном случае, если все же в катушке имеется энергия, электронное возбуждение может захватывать остаточную энергию в конденсатор и повторно использовать эту энергию для следующего в очереди импульса, каждый импульс тока прямого хода может достигать пика при заданном токе, который может зависеть от физических размеров устройства, использующего плунжерный узел, например, двигателя. В некоторых вариантах выполнения обнаружено, что каждый импульс тока прямого хода достигает пика при приблизительно 3-9 Амперах. Однако, это может зависеть от размера катушки, требуемой мощности двигателя и напряжения возбуждения.

[0036] Каждый импульс тока обратного хода может быть применен к по меньшей мере одной катушке в катушечном узле во время перемещения плунжерного узла между вторым и первым положениями. Каждый импульс тока обратного хода может достигать пикового тока в пределах приблизительно 5-50% от его продолжительности. В том случае, если в катушке(ах) все же может оставаться энергия при BDC для работы двигателя, электронное возбуждение может захватывать остаточную энергию в конденсатор и повторно использовать эту энергию для следующего в очереди импульса. Импульс тока обратного хода может, в некоторых вариантах выполнения, падать до нуля до достижения плунжерным узлом первого или внешнего положения. В другом случае каждый импульс тока обратного хода может достигать пика при заданном токе. В некоторых вариантах выполнения обнаружено, что каждый импульс тока обратного хода достигает пика при между около 5 и 9 Ампер. Схема возбуждения может быть осуществлена с помощью цифрового управления, включающего ШИМ.

[0037] Согласно дополнительному аспекту вариантов выполнения настоящего изобретения, обеспечен электродвигатель, включающий в себя по меньшей мере один или по меньшей мере одну пару соленоидных узлов, при этом каждый соленоидный узел соответствует узлу, описанному выше. Электродвигатель может включать в себя по меньшей мере одну пару соленоидных узлов, размещенных в подходящей конфигурации, как например, коробчатой конфигурации, конфигурации поворотного ярма или конфигурации двойного ярма. Электродвигатель может быть по существу способен работать без смазки. Электродвигатель может включать в себя электрический генератор, приводимый в действие с помощью двигателя, для питания схемы возбуждения.

[0038] Согласно еще одному дополнительному аспекту вариантов выполнения настоящего изобретения, обеспечен способ функционирования соленоидного узла, пригодного для питания электродвигателя, причем соленоидный узел содержит: статор, включающий в себя по меньшей мере одну или множество катушек и совершающий возвратно-поступательное движение плунжерный узел, причем способ включает этапы, на которых: возбуждают катушку(и) для создания магнитного поля в статоре, которое изменяется по амплитуде и полярности, чтобы вызывать поочередное притяжение и отталкивание между по меньшей мере частью статора и плунжерным узлом для создания возвратно-поступательного перемещения; причем возбуждение включает в себя создание импульсов тока прямого хода для катушки или для первого поднабора из множества катушек во время прямого хода плунжерного узла; и возбуждение включает в себя создание импульсов тока обратного хода для катушки или второго поднабора из множества катушек во время обратного хода плунжерного узла; причем в случае одиночной катушки катушка взаимодействует с плунжерным узлом при создании импульсов тока прямого хода для создания первого магнитного контура и взаимодействует с плунжерным узлом при создании импульсов тока обратного хода для создания второго магнитного контура, отличного от первого магнитного контура; и в случае множества катушек первый поднабор из катушек взаимодействует с плунжерным узлом для создания первого магнитного контура, и второй поднабор катушек взаимодействует с плунжерным узлом для создания второго магнитного контура, отличного от первого магнитного контура.

[0039] Согласно еще одному другому аспекту вариантов выполнения настоящего изобретения, обеспечен способ преобразования между электрической энергией и механическим движением в системе, включающей в себя корпус, состоящий из катушечного узла и сердечника, причем система дополнительно включает в себя плунжерный узел, выполненный с возможностью перемещения в корпусе между первым положением и вторым положением, и способ содержит этапы, на которых:

[0040] физически содействуют движению по меньшей мере намагниченного участка плунжерного узла, в зависимости от места между первым и вторым положениями.

[0041] Этап физического содействия может включать в себя один или совокупность этапов, на которых:

подают импульс по меньшей мере одного тока, подаваемого в катушечный узел, на заданных интервалах;

обеспечивают градиент магнитной проницаемости материалу одного или совокупности корпуса и плунжерного узла, и обеспечивают накопленную энергию из средства накопления энергии, функционально связанного с системой.

[0042] Перемещение плунжерного узла в корпусе предпочтительно совершается через центр катушки(ек).

[0043] Средство накопления энергии может включать в себя маховик в традиционной или коробчатой конфигурации для узла двигателя или может включать в себя противовес вала, например, в конфигурации поворотного ярма.

[0044] В выше описанном способе заданные интервалы могут соответствовать прямому ходу и обратному ходу перемещения намагниченного участка плунжера в корпусе.

[0045] В выше описанном способе этап физического содействия может включать в себя ускорение, где ускорение включает в себя одно из положительного ускорения или отрицательного ускорения.

[0046] Другой аспект вариантов выполнения изобретения обеспечивает устройство для преобразования между электрической энергией и механическим движением, включающее:

корпус, вмещающий катушечный узел и сердечник;

плунжерный узел, выполненный с возможностью перемещения в пределах корпуса между первым положением и вторым положением, и

средство содействия движению для физического содействия движению по меньшей мере намагниченного участка плунжерного узла, как функции от места между первым и вторым положениями.

[0047] Средство содействия движению может включать в себя одно или совокупность:

схемы возбуждения, выполненной с возможностью подавать импульс по меньшей мере одного тока, подаваемого к катушечному узлу, на заданных интервалах;

градиента магнитной проницаемости для материала одного или совокупности корпуса и плунжерного узла;

средства накопления энергии, функционально соединенного с плунжерным узлом, выполненного с возможностью накопления углового момента. В одном варианте выполнения средство накопления энергии содержит маховик.

[0048] Заданные интервалы могут соответствовать прямому ходу и обратному ходу перемещения намагниченного участка плунжера в корпусе.

[0049] Средство содействия движению предпочтительно выполнено с возможностью ускорения намагниченного участка плунжерного узла, где ускорение включает в себя одно из положительного ускорения или отрицательного ускорения.

[0050] Также в вариантах выполнения изобретения может быть обеспечено средство накопления энергии, выполненное с возможностью функционального соединения с электродвигателем, который раскрыт здесь, для накопления углового момента соответственного коленвала, причем средство накопления энергии выполнено с возможностью подавать накопленную энергию в соленоидный узел, который раскрыт здесь.

[0051] В сущности, многие аспекты настоящего изобретения проистекают из понимания того, что результирующее магнитное поле, созданное и поддерживаемое управлением конструкцией и катушками, заставляет плунжер перемещаться в подходящих направлениях независимо от того, приложена к нему мощность или нет. Это - одна из главных причин, по которой такая высокая энергоэффективность достигается в предпочтительных вариантах выполнения. Способ управления катушками также предпочтительно должен быть дополнен плунжером, который способен иметь магнитное поле, создаваемое в нем так, что это магнитное поле может изменяться по напряженности относительно требований положения плунжера.

[0052] Другие аспекты и предпочтительные формы раскрыты в описании и/или определены в приложенной формуле изобретения, образующей часть описания изобретения.

[0053] Дополнительные сведения о применении вариантов выполнения настоящего изобретения станут очевидными из подробного описания, представленного далее. Однако должно быть понятно, что подробное описание и конкретные примеры, при этом указывающие предпочтительные варианты выполнения изобретения, представлены исключительно для иллюстрации, так как различные изменения и преобразования в пределах замысла и объема охраны раскрытия здесь станут