Изобретение относится к области электротехники, касается конструктивного выполнения электродвигателей постоянного тока и может быть использовано в качестве мотор-колес на транспорте или в иных областях техники. Технический результат, достигаемый при использованнии предлагаемого изобретения, состоит в повышении эксплуатационно-технических характеристик электромагнитного двигателя при сохранении относительной простоты его конструкции и надежности. Указанный технический результат достигается тем, что в электромагнитном двигателе, содержащем источник питания, распределительный коллектор, а также закрепленные на одной оси статор с постоянными магнитами и ротор с расположенными по его окружности соленоидами, соединенными с распределительным коллектором, согласно настоящему изобретению статор содержит два магнитопровода в форме кольца с постоянными магнитами, которые установлены с чередующейся полярностью, причем постоянные магниты верхнего кольца расположены напротив постоянных магнитов нижнего кольца и направлены друг на друга одноименными полюсами, между верхним и нижним кольцами статора на одной с ним оси установлен ротор в форме кольца из немагнитного материала, на котором смонтированы четное число постоянных магнитов с направленными друг на друга одноименными полюсами и катушки соленоида, а между постоянными магнитами расположены магнитные наконечники. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение касается конструкции электродвигателей постоянного тока и может быть использована в качестве мотор-колес на транспорте или иных областях
техники.
Известен встроенный электродвигатель (WO 93/08999, 13.05.93), содержащий две основные части: неподвижный статор, закрепленный на оси и имеющий магнитопровод с постоянными магнитами, размещенными равномерно, и подвижный ротор, несущий обод и содержащий, по крайней мере, две группы электромагнитов, а также распределительный коллектор, закрепленный на статоре и имеющий токопроводящие пластины, соединенные с источником постоянного тока. На роторе закреплены токосъемники, имеющие электрический контакт с пластинами распределительного коллектора.
Однако описанный электродвигатель и его разновидности имеют ряд недостатков, главный из которых заключается в необходимости больших пусковых и переходных токов при начале движения и ускорении транспортного средства. Это приводит к быстрому износу и порче аккумуляторов и ухудшению теплового режима. Также названные электродвигатели имеют низкий крутящий момент, что существенно ограничивает область их практического использования.
Известны аналогичные электродвигатели по патентам на изобретения №2248657 от 2003 г., №2285997 от 2005 г. и №2303536 от 2006 г. Указанные электродвигатели содержат статор, на котором размещены с одинаковым шагом постоянные магниты. Статор расположен внутри ротора и разделен с ним воздушным промежутком. На роторе закреплено четное число электромагнитов, которые расположены попарно напротив друг друга. Каждый электромагнит содержит две катушки с последовательно встречным направлением обмоток. Распределительный коллектор закреплен на корпусе статора и состоит из токопроводящих пластин, которые расположены по окружности, разделены диэлектрическими промежутками и соединены с чередованием полярности с источником постоянного тока. С пластинами коллектора контактируют токосъемники, при этом каждый из них подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов. Обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой. Алгоритм работы указанных двигателей, а также их эксплуатационно-технические характеристики не обеспечивают эффективной и надежной работы.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому электромагнитному двигателю можно считать двигатель по патенту РФ на изобретение №2303536. В этом двигателе, как в обычном классическом электромагнитном двигателе, использованы классические сердечники из магнитомягких материалов, которые в процессе работы требуют дополнительного времени и энергии для перемагничивания, что приводит к ограничению количества оборотов и снижает производительность и надежность работы.
Задача предлагаемого изобретения - повышение эксплуатационно-технических характеристик электромагнитного двигателя.
Для решения поставленной задачи предложена новая схема электродвигателя, в котором изменены конструкции отдельных узлов и связи между узлами. Электромагнитный двигатель содержит источник питания, распределительный коллектор и закрепленные на одной оси статор с постоянными магнитами и ротор с расположенными по его окружности соленоидами, соединенными с распределительным коллектором. В предлагаемом двигателе существенно изменена конструкция статора. Статор содержит два магнитопровода форме кольца с постоянными магнитами, которые установлены с чередующейся полярностью, причем постоянные магниты верхнего кольца расположены напротив постоянных магнитов нижнего кольца и направлены друг на друга одноименными полюсами, между верхним и нижним кольцами статора на одной с ним оси установлен ротор в форме кольца из немагнитного материала, на котором смонтированы четное число постоянных магнитов с направленными друг на друга одноименными полюсами и катушки соленоида, а между магнитами расположены магнитные наконечники.
Постоянные магниты статора и ротора выполнены в форме усеченного сектора причем магниты статора с выступами по внешнему и внутреннему краю.
Длина по дуге постоянных магнитов статора и ротора равна. Количество постоянных магнитов на кольцах статора и ротора четное, количество катушек соленоида ротора нечетное.
Токонесущие щетки распределительного коллектора расположены по лучам, проходящим по центрам постоянных магнитов статора.
Длина катушки соленоида ротора равна длине постоянного магнита. В предлагаемом схемном решении отсутствуют классическая схема электромагнита с сердечником из магнитомягкого материала, потребляющая энергию на намагничивание и перемагничивание. Благодаря этому повышаеся производительность двигателя.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где показаны:
фиг.1 - взрыв-схема колец статора и ротора, фиг.2 - вид двигателя сбоку.
На оси 1 двигателя соосно закреплены статор и ротор (фиг.1, 2). Двигатель представляет собой магнитную муфту и состоит из трех круговых колец - верхнего 2, нижнего 3 и расположенного между ними центрального 4. На верхнем 2 и нижнем 3 кольцевых магнитопроводах статора установлено по четному количеству постоянных магнитов 5 и 6, в данном случае, по два магнита (магниты 5 верхнего кольца смонтированы со стороны центрального кольца 4 и на фиг.1 показаны штриховой линией). Постоянные магниты 6 нижнего кольца 3 расположены напротив постоянных магнитов 5 верхнего кольца 2 и направлены друг на друга одноименными полюсами. Постоянные магниты 5 и 6 имеют форму усеченных секторов с выступами по внутреннему и наружному краю. При большем количестве постоянных магнитов на кольцах 2 и 3 они должны быть расположены по окружности колец равномерно с одинаковыми промежутками и чередующейся полярностью.
Ротором является центральное круговое кольцо 4, которое выполнено из немагнитного материала. На кольце установлены постоянные магниты 7 и 8 (две штуки) в форме усеченных секторов, которые направлены друг на друга одноименными полюсами. Между магнитами 7 и 8 размещены полюсные наконечники 9. Длины по дуге всех магнитов и полюсных наконечников равны.
На роторе 4 смонтировано нечеткое количество обмоток соленоидов 10, в данном случае три соленоида. Каждый из указанных соленоидов 10 имеет вытянутую вдоль окружности ротора форму так, что кольцо 4 ротора размещено внутри обмоток соленоидов 10.
Кольцо 4 ротора центрируется между боковыми кольцами 2 и 3 статора с помощью опорных роликов 11.
На корпусе двигателя по лучам, проходящим по центрам постоянных магнитов 5 и 6, установлены две пары токонесущих щеток 12. Каждая пара щеток соединена с источником постоянного тока (фиг.1). Направление тока в парах чередуется.
На корпусе ротора 14 размещен распределительный коллектор 13, имеющий пары токосъемных пластин, разделенных диэлектрическими промежутками.
Каждая пара пластин соединена с началом и концом обмотки соленоида 10 (не показано), напротив которой она расположена. Количество пластин соответствует количеству соленоидов. Длина каждой пластины по дуге равна дуговой длине обмотки соленоида.
Принцип действия предлагаемого электродвигателя основан на взаимодействии проводника с током, помещенного в магнитное поле. Между находящимися друг напротив друга одноименными полюсами постоянных магнитов 5 и 6 верхнего 2 и нижнего 3 кольцевого магнитопровода, и расположенными между ними полюсными наконечниками 9, установленными между одноименными полюсами постоянных магнитов 7 и 8 центрального кольца 4, образующими противоположные полюса, возникает направленный магнитный поток. Векторы магнитных полей, проходящие по воздушным зазорам между указанными магнитными полюсами образуют радиальное магнитное поле, которое фиксирует кольцо ротора 4 от поворачивания.
Если в обмотку соленоида 10, находящегося в зоне действия магнитного поля, подать ток, то возникнут электромагнитные силы, стремящиеся вытолкнуть проводники обмоток из магнитного поля. Симметрично сходящиеся на одних полюсах и расходящиеся на противоположных полюсах векторы магнитных полей выталкивают проводники с током обмоток соленоидов 10 (в зависимости от направления тока в обмотках) в одном направлении, возникает результирующая сила, проталкивающая соленоид сквозь магнитное поле.
После выхода одной из обмоток соленоида 10 из зоны эффективного действия результирующей силы подача тока в эту обмотку прекращается. Ротор продолжает вращение за счет работы других катушек.
Далее при вхождении катушки 10 в зону действия последующих полюсов противоположного направления ток в обмотку подается в противоположном направлении, и возникающая результирующая сила задает момент движения.
Направление тока в обмотках задается токонесущими контактами (щетками 12).
Таким образом, в предлагаемом двигателе отсутствует классическая схема электромагнита с сердечником из магнитомягкого материала, потребляющая энергию на намагничивание и перемагничивание, для которых также затрачивается дополнительное время. Это позволяет сделать двигатель более экономичным и с большей производительностью.
В данной схеме электродвигателя достигнуто уменьшение скачков напряжения (электропотребление) при разгоне электродвигателя и улучшены его динамические характеристики. Электродвигатель работает без изменения направления поля, уменьшена длина пути, которую ротор проходит по инерции, что позволило снизить его энергоемкость. Предлагаемая схема позволила при тех же энергетических затратах увеличить число оборотов двигателя и расширить тем область его применения. Настоящее предложение позволило улучшить эксплутационно-технических характеристик электродвигателя при сохранении относительной простоты конструкции и надежности.
1. Электромагнитный двигатель, содержащий источник питания, распределительный коллектор и закрепленные на одной оси статор с постоянными магнитами и ротор с расположенными по его окружности соленоидами, соединенными с распределительным коллектором, отличающийся тем, что статор содержит два магнитопровода в форме кольца с постоянными магнитами, которые установлены с чередующейся полярностью, причем постоянные магниты верхнего кольца расположены напротив постоянных магнитов нижнего кольца и направлены друг на друга одноименными полюсами, между верхним и нижним кольцами статора установлен ротор в форме кольца из немагнитного материала, на котором смонтированы четное число постоянных магнитов с направленными друг на друга одноименными полюсами и катушки соленоида, а между магнитами расположены магнитные наконечники.
2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что постоянные магниты статора и ротора выполнены в форме усеченного сектора, причем магниты статора имеют выступы по внешнему и внутреннему краю.
3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что длина по дуге постоянных магнитов статора и ротора равна.
4. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что количество постоянных магнитов на кольцах статора и ротора четное, количество катушек соленоида ротора нечетное.
5. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что токонесущие щетки распределительного коллектора расположены по лучам, проходящим по центрам постоянных магнитов статора.
6. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что длина катушки соленоида ротора равна длине постоянного магнита.
www.findpatent.ru
Изобретение относится к области электротехники, касается конструктивного выполнения электродвигателей постоянного тока и может быть использовано в качестве мотор-колес на транспорте или в иных областях техники. Технический результат, достигаемый при использованнии предлагаемого изобретения, состоит в повышении эксплуатационно-технических характеристик электромагнитного двигателя при сохранении относительной простоты его конструкции и надежности. Указанный технический результат достигается тем, что в электромагнитном двигателе, содержащем источник питания, распределительный коллектор, а также закрепленные на одной оси статор с постоянными магнитами и ротор с расположенными по его окружности соленоидами, соединенными с распределительным коллектором, согласно настоящему изобретению статор содержит два магнитопровода в форме кольца с постоянными магнитами, которые установлены с чередующейся полярностью, причем постоянные магниты верхнего кольца расположены напротив постоянных магнитов нижнего кольца и направлены друг на друга одноименными полюсами, между верхним и нижним кольцами статора на одной с ним оси установлен ротор в форме кольца из немагнитного материала, на котором смонтированы четное число постоянных магнитов с направленными друг на друга одноименными полюсами и катушки соленоида, а между постоянными магнитами расположены магнитные наконечники. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
| МПК H02K 23/04 | Коллекторные двигатели и генераторы постоянного тока с механической коммутацией; универсальные коллекторные двигатели, допускающие питание как переменным, так и постоянным током - с возбуждением постоянным магнитом |
| МПК H02K 23/34 | Коллекторные двигатели и генераторы постоянного тока с механической коммутацией; универсальные коллекторные двигатели, допускающие питание как переменным, так и постоянным током - со смешанными обмотками |
allpatents.ru
Изобретение касается конструкции электродвигателей постоянного тока и может быть использована в качестве мотор-колес на транспорте или иных областях
техники.
Известен встроенный электродвигатель (WO 93/08999, 13.05.93), содержащий две основные части: неподвижный статор, закрепленный на оси и имеющий магнитопровод с постоянными магнитами, размещенными равномерно, и подвижный ротор, несущий обод и содержащий, по крайней мере, две группы электромагнитов, а также распределительный коллектор, закрепленный на статоре и имеющий токопроводящие пластины, соединенные с источником постоянного тока. На роторе закреплены токосъемники, имеющие электрический контакт с пластинами распределительного коллектора.
Однако описанный электродвигатель и его разновидности имеют ряд недостатков, главный из которых заключается в необходимости больших пусковых и переходных токов при начале движения и ускорении транспортного средства. Это приводит к быстрому износу и порче аккумуляторов и ухудшению теплового режима. Также названные электродвигатели имеют низкий крутящий момент, что существенно ограничивает область их практического использования.
Известны аналогичные электродвигатели по патентам на изобретения №2248657 от 2003 г., №2285997 от 2005 г. и №2303536 от 2006 г. Указанные электродвигатели содержат статор, на котором размещены с одинаковым шагом постоянные магниты. Статор расположен внутри ротора и разделен с ним воздушным промежутком. На роторе закреплено четное число электромагнитов, которые расположены попарно напротив друг друга. Каждый электромагнит содержит две катушки с последовательно встречным направлением обмоток. Распределительный коллектор закреплен на корпусе статора и состоит из токопроводящих пластин, которые расположены по окружности, разделены диэлектрическими промежутками и соединены с чередованием полярности с источником постоянного тока. С пластинами коллектора контактируют токосъемники, при этом каждый из них подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов. Обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой. Алгоритм работы указанных двигателей, а также их эксплуатационно-технические характеристики не обеспечивают эффективной и надежной работы.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому электромагнитному двигателю можно считать двигатель по патенту РФ на изобретение №2303536. В этом двигателе, как в обычном классическом электромагнитном двигателе, использованы классические сердечники из магнитомягких материалов, которые в процессе работы требуют дополнительного времени и энергии для перемагничивания, что приводит к ограничению количества оборотов и снижает производительность и надежность работы.
Задача предлагаемого изобретения - повышение эксплуатационно-технических характеристик электромагнитного двигателя.
Для решения поставленной задачи предложена новая схема электродвигателя, в котором изменены конструкции отдельных узлов и связи между узлами. Электромагнитный двигатель содержит источник питания, распределительный коллектор и закрепленные на одной оси статор с постоянными магнитами и ротор с расположенными по его окружности соленоидами, соединенными с распределительным коллектором. В предлагаемом двигателе существенно изменена конструкция статора. Статор содержит два магнитопровода форме кольца с постоянными магнитами, которые установлены с чередующейся полярностью, причем постоянные магниты верхнего кольца расположены напротив постоянных магнитов нижнего кольца и направлены друг на друга одноименными полюсами, между верхним и нижним кольцами статора на одной с ним оси установлен ротор в форме кольца из немагнитного материала, на котором смонтированы четное число постоянных магнитов с направленными друг на друга одноименными полюсами и катушки соленоида, а между магнитами расположены магнитные наконечники.
Постоянные магниты статора и ротора выполнены в форме усеченного сектора причем магниты статора с выступами по внешнему и внутреннему краю.
Длина по дуге постоянных магнитов статора и ротора равна. Количество постоянных магнитов на кольцах статора и ротора четное, количество катушек соленоида ротора нечетное.
Токонесущие щетки распределительного коллектора расположены по лучам, проходящим по центрам постоянных магнитов статора.
Длина катушки соленоида ротора равна длине постоянного магнита. В предлагаемом схемном решении отсутствуют классическая схема электромагнита с сердечником из магнитомягкого материала, потребляющая энергию на намагничивание и перемагничивание. Благодаря этому повышаеся производительность двигателя.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где показаны:
фиг.1 - взрыв-схема колец статора и ротора, фиг.2 - вид двигателя сбоку.
На оси 1 двигателя соосно закреплены статор и ротор (фиг.1, 2). Двигатель представляет собой магнитную муфту и состоит из трех круговых колец - верхнего 2, нижнего 3 и расположенного между ними центрального 4. На верхнем 2 и нижнем 3 кольцевых магнитопроводах статора установлено по четному количеству постоянных магнитов 5 и 6, в данном случае, по два магнита (магниты 5 верхнего кольца смонтированы со стороны центрального кольца 4 и на фиг.1 показаны штриховой линией). Постоянные магниты 6 нижнего кольца 3 расположены напротив постоянных магнитов 5 верхнего кольца 2 и направлены друг на друга одноименными полюсами. Постоянные магниты 5 и 6 имеют форму усеченных секторов с выступами по внутреннему и наружному краю. При большем количестве постоянных магнитов на кольцах 2 и 3 они должны быть расположены по окружности колец равномерно с одинаковыми промежутками и чередующейся полярностью.
Ротором является центральное круговое кольцо 4, которое выполнено из немагнитного материала. На кольце установлены постоянные магниты 7 и 8 (две штуки) в форме усеченных секторов, которые направлены друг на друга одноименными полюсами. Между магнитами 7 и 8 размещены полюсные наконечники 9. Длины по дуге всех магнитов и полюсных наконечников равны.
На роторе 4 смонтировано нечеткое количество обмоток соленоидов 10, в данном случае три соленоида. Каждый из указанных соленоидов 10 имеет вытянутую вдоль окружности ротора форму так, что кольцо 4 ротора размещено внутри обмоток соленоидов 10.
Кольцо 4 ротора центрируется между боковыми кольцами 2 и 3 статора с помощью опорных роликов 11.
На корпусе двигателя по лучам, проходящим по центрам постоянных магнитов 5 и 6, установлены две пары токонесущих щеток 12. Каждая пара щеток соединена с источником постоянного тока (фиг.1). Направление тока в парах чередуется.
На корпусе ротора 14 размещен распределительный коллектор 13, имеющий пары токосъемных пластин, разделенных диэлектрическими промежутками.
Каждая пара пластин соединена с началом и концом обмотки соленоида 10 (не показано), напротив которой она расположена. Количество пластин соответствует количеству соленоидов. Длина каждой пластины по дуге равна дуговой длине обмотки соленоида.
Принцип действия предлагаемого электродвигателя основан на взаимодействии проводника с током, помещенного в магнитное поле. Между находящимися друг напротив друга одноименными полюсами постоянных магнитов 5 и 6 верхнего 2 и нижнего 3 кольцевого магнитопровода, и расположенными между ними полюсными наконечниками 9, установленными между одноименными полюсами постоянных магнитов 7 и 8 центрального кольца 4, образующими противоположные полюса, возникает направленный магнитный поток. Векторы магнитных полей, проходящие по воздушным зазорам между указанными магнитными полюсами образуют радиальное магнитное поле, которое фиксирует кольцо ротора 4 от поворачивания.
Если в обмотку соленоида 10, находящегося в зоне действия магнитного поля, подать ток, то возникнут электромагнитные силы, стремящиеся вытолкнуть проводники обмоток из магнитного поля. Симметрично сходящиеся на одних полюсах и расходящиеся на противоположных полюсах векторы магнитных полей выталкивают проводники с током обмоток соленоидов 10 (в зависимости от направления тока в обмотках) в одном направлении, возникает результирующая сила, проталкивающая соленоид сквозь магнитное поле.
После выхода одной из обмоток соленоида 10 из зоны эффективного действия результирующей силы подача тока в эту обмотку прекращается. Ротор продолжает вращение за счет работы других катушек.
Далее при вхождении катушки 10 в зону действия последующих полюсов противоположного направления ток в обмотку подается в противоположном направлении, и возникающая результирующая сила задает момент движения.
Направление тока в обмотках задается токонесущими контактами (щетками 12).
Таким образом, в предлагаемом двигателе отсутствует классическая схема электромагнита с сердечником из магнитомягкого материала, потребляющая энергию на намагничивание и перемагничивание, для которых также затрачивается дополнительное время. Это позволяет сделать двигатель более экономичным и с большей производительностью.
В данной схеме электродвигателя достигнуто уменьшение скачков напряжения (электропотребление) при разгоне электродвигателя и улучшены его динамические характеристики. Электродвигатель работает без изменения направления поля, уменьшена длина пути, которую ротор проходит по инерции, что позволило снизить его энергоемкость. Предлагаемая схема позволила при тех же энергетических затратах увеличить число оборотов двигателя и расширить тем область его применения. Настоящее предложение позволило улучшить эксплутационно-технических характеристик электродвигателя при сохранении относительной простоты конструкции и надежности.
edrid.ru
ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ
НИКОЛА ТЕСЛА, ПРОЖИВАЮЩИЙ В НЬЮ-ЙОРКЕ, ШТАТ НЬЮ-ЙОРК, ПЕРЕУСТУПАЮЩИЙ ПРАВА НА ДАННОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ ФИРМЕ «ТЕСЛА ЭЛЕКТРИК КОМПАНИ», НЬЮ-ЙОРК
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
ОПИСАНИЕ, ЯВЛЯЮЩЕЕСЯ ЧАСТЬЮ ПАТЕНТА № 424036 ОТ 25 МАРТА 1890 Г. ЗАЯВКА ОТ 20 МАЯ 1889 Г., НОМЕР ЗАЯВКИ 311416 (МОДЕЛЬ НЕ ПРИЛАГАЕТСЯ)
Всем заинтересованным лицам:
Я, Никола Тесла, подданный Австрийской империи, родившийся в Смилянах Лики (провинция Австро-Венгрии), проживающий ныне в Нью-Йорке, штат Нью-Йорк, изобрел некоторые новые и полезные усовершенствования в электромагнитных двигателях, описание которых со ссылками на прилагающиеся чертежи приводится ниже.
Я изобрел и описал электромагнитный двигатель, приводимый в действие — или могущий быть приведенным в действие — переменным электрическим током, который теперь, правильно или нет, именуется двигателем с магнитной задержкой. Основной отличительный признак этого двигателя таков: якорь установлен в магнитном поле некоторого числа индукторов или полюсов различной магнитной проницаемости, то есть полюсов неодинаковой длины, массы или состава, и имеющих обмотку для управления двигателем, соединяемую с источником переменного тока. Когда по обмотке такого двигателя пропускается переменный ток, магниты или полюса не оказывают притяжения на якорь одновременно, и момент максимальной силы притяжения одних отстает от других, в результате чего возникает вращающий момент и двигатель начинает работать. Ранее я конструировал такие двигатели с замкнутыми якорными обмотками.
Еще один тип двигателя, который по тем же причинам может быть назван двигателем с магнитной задержкой, функционирование которого отличается от вышеописанного тем, что эффекты притяжения или фазы магнитных полюсов, отставая от фаз тока, которые их вызывают, проявляются синхронно, а не последовательно.
Для реализации этого изобретения я использую двигатель, в основу которого положен принцип, описанный в качестве формулы изобретения в моей заявке № 295745 от 8 января 1889 г.: якорь и обмотка индуктора намагничиваются единственной рабочей обмоткой или несколькими обмотками, действующими как одна.
Несколько модифицированная форма изобретенного мной двигателя представлена на прилагаемых рисунках.
Рисунок 1 — вид сбоку двигателя. Рисунок 2 — двигатель с частичным разрезом, расположен под прямым углом к рисунку 1. Рисунок 3 — вид спереди, и частичный разрез модифицированного типа, а рисунок 4 — подобный вид другой модификации.
На рисунках 1 и 2 А — основа или опора, В В — несущая рама двигателя. К ней привинчены два магнитных сердечника или полюсных наконечника СС" из железа или мягкой стали. Их можно разделить на секции или набрать из пластин, в последнем случае следует использовать пластины из твердого железа или стали, или же намотать на них замкнутую обмотку. О — якорь в форме диска из секций или пластин из железа и смонтированный внутри рамы между полюсными наконечниками СС', которые лучше сделать искривленными для их соответствия форме диска. На диске я могу расположить некоторое число замкнутых обмоток Е. ЕЕ — основные рабочие обмотки, закрепленные обычным способом опорной рамой или по-иному, но так, чтобы их магнитное поле охватывало наконечники С С' и якорь £). Наконечники С С' выступают за обмотку ЕЕ с противоположных сторон, как изображено на рисунках. Если по обмоткам ЕЕ пустить переменный ток, то якорь придет во вращение, что я объясняю следующим очевидной особенностью функционирования: импульс тока в обмотках ЕЕ устанавливает в двигателе два полюса. Выступающий конец полюсного наконечника С, например, будет иметь один знак, а соответствующий конец полюса С' — противоположный. На якоре также образуются два полюса под прямым углом к обмоткам ЕЕ: подобно полюсам на электромагните, они располагаются по тем же сторонам обмоток. Пока в них протекает ток, сколько-нибудь заметной тенденции к вращению не будет; но, когда импульс тока исчезнет или начнет ослабевать, магнитный эффект на якоре и на полюсных наконечниках СС' задержится или продолжится, что вызовет вращение якоря под действием силы отталкивания между двумя ближайшими точками максимального магнитного эффекта. Этот эффект поддерживается реверсированием тока, причем полярность обмотки возбуждения и якоря просто изменяется на противоположную. На один или оба элемента, то есть на якорь или рабочую обмотку, можно намотать замкнутые индуцированные обмотки для усиления этого эффекта, хотя на иллюстрациях я показал только одну обмотку, а в действительности каждый элемент двигателя образует обмотку возбуждения, на которой находятся обмотки с замкнутыми витками, причем токи наводятся главным образом в витках или обмотках, параллельных обмоткам /\Р. Модифицированный тип этого двигателя представлен на рисунке 3. Здесь С — одна из опор стоек, несущих подшипники для вала якоря. НН — стойки или стороны рамы, предпочтительно из ферромагнетика, концы СС' которых изогнуты для соответствия форме якоря И и образования полюсов индуктора. Конструкция якоря может быть такой же, как и на предыдущем рисунке, или же им может быть просто ферромагнитный диск или цилиндр, как показано, а обмотка или обмотки Т7/7 располагаются так, чтобы охватывать и якорь, и полюса СС'. Якорь можно снять с вала, причем последний пропускается через якорь после того, как он был установлен в надлежащем положении. Приведение в действие этого типа двигателя в принципе не отличается от описанного ранее и не нуждается в дальнейшем объяснении.
Один из наиболее важных отличительных признаков двигателей переменного тока заключается в том, что они должны быть приспособлены для эффективной работы в существующих системах переменного тока, где почти все без исключения генераторы дают ток с большим числом периодов. Подобный двигатель я получил, развивая принцип работы двигателя, изображенного на рисунке 3, и сконструировав таким образом многополюсный двигатель, представленный на рисунке 4. Для этого я использую кольцевую раму / из ферромагнетика с направленными внутрь ребрами или выступами К, концы которых согнуты в одном направлении и, как правило, имеют такую форму, чтобы соответствовать кривизне поверхности якоря. Обмотки Т7/7 наматываются от каждого элемента К к ближайшему, а концы или петли каждой обмотки или пучка провода направляются в сторону вала так, чтобы с каждой стороны якоря образовывались 11-образные группы витков. Наконечники СС', обычно концентрические с якорем, образуют реборды, вдоль которых укладывается обмотка, и должны несколько выступать за нее, как изображено. Якорь И в форме цилиндра или барабана имеет ту же конструкцию, что и в описанных ранее двигателях, и смонтирован так, чтобы вращаться внутри кольцевой рамы J и между и-образными концами или дугами обмоток Т7. Обмотки Т7 соединены параллельно или последовательно с источником переменного тока и намотаны так, что с импульсом тока заданного направления образуют переменные полюсные наконечники С одного знака и наконечники С' противоположного знака. Принцип работы этого двигателя тот же, что и у описанного выше, поскольку, если взять два произвольных наконечника СС', то импульс тока, проходящий по соединяющей их — или уложенной на обоих — обмотке, стремится установить на их концах полюса противоположного знака и установить на якорном сердечнике между ними полюса того же знака, что и полюса ближайшего наконечника С. После ослабления или прекращения импульса тока, установившего эти полюса, магнитный эффект, отстающий от соответствующей фазы тока и продолжающийся в полюсных наконечниках С С' и на якоре, из-за силы отталкивания вызывает вращение якоря. Этот эффект продолжается с каждым реверсированием тока. Что происходит с одной парой полюсных наконечников, одновременно происходит со всеми, так что импульс вращения вычисляется как сумма сил, генерированных наконечниками, как описано выше. В таком двигателе магнитная задержка или магнитный эффект также усилится, если один или оба сердечника обмотать замкнутыми обмотками. На рисунке якорный сердечник изображен именно с такой обмоткой. При использовании замкнутых обмоток сердечники должны быть набраны из отдельных пластин.
Очевидно, что для приведения в движение описанного двигателя или управления им можно использовать как пульсирующий, так и переменный ток; но я предпочитаю использовать переменный.
Разумеется, для рациональной конструкции следует учитывать число секций, массу железа в сердечниках, их размер и число периодических изменений тока, используемого для питания двигателя. Иными словами, для достижения наилучших результатов во всех таких двигателях следует придерживаться верного соотношения между числом периодических изменений и массой, размером и составом железа. Всё это легко поймет специалист в данной сфере.
Формула изобретения такова:
Никола Тесла.
Свидетели: Р.Дж.Стоуни Младший, Э.П. Коффин.
Н. ТЕСЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ № 424036 25 МАРТА 1890 Г.
Н. ТЕСЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ № 424036 25 МАРТА 1890 Г.
radiofanatic.ru
Использование: в качестве электропривода. Электромагнитный двигатель по первому варианту содержит ротор, на котором равномерно и радиально по окружности размещены N+1 постоянных магнитов, статор, на котором равномерно по окружности установлены постоянные магниты, на торцах которых радиально размещены электромагниты, соединенные с коммутатором. При этом число постоянных магнитов статора составляет N, а угол наклона постоянных магнитов ротора в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, составляет 1-75o. У второго варианта исполнения двигателя число постоянных магнитов статора составляет N, число постоянных магнитов ротора составляет 2(N+1), угол наклона постоянных магнитов ротора в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, составляет 1-75o, а расстояние от латеральной части электромагнитов статора до постоянных магнитов составляет не менее 1/4 длины дуги окружности, занимаемой постоянным магнитом ротора. 2 c.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромагнитным двигателям, используемым в различных отраслях науки и техники.
Известен электромагнитный двигатель, содержащий ротор барабанного типа, на котором равномерно установлены постоянные магниты, статор с постоянным магнитом с разноудаленными торцами от ротора и электромагнитом, соединенным с распределителем подачи тока. Статор состоит из постоянного магнита, занимающего угол 300o, и обмотки электромагнита с углом 60o. Магнит статора выполнен по очень пологой спирали, радиус которой увеличивается по направлению вращения ротора. Соответственно возрастает с 0,1 до 5 мм зазор между ротором и статором на угле 300o (US 3115941, H 02 K 37/00, 1964 г.). Недостатком указанного двигателя заключается в недостаточно реализуемой мощности и низком КПД. Кроме того, для запуска данного двигателя необходим стартер. Известен электромагнитный шаговый двигатель, содержащий ротор барабанного типа и статор, на которых равномерно по окружностям установлены постоянные магниты, и электромагнит, соединенный с коммутатором, причем на статоре установлено N-1 постоянных магнитов, на торцах которых радиально размещены электромагниты, а постоянные магниты ротора размещены по окружности радиально и их число равно N+1 (патент SU N 1755721, H 02 К 11/00, опубл. 15.08.92 г.). Недостатком известного технического решения также является недостаточно реализуемая мощность вследствие нерационального расположения магнитных линий. Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по оптимизации расположения магнитных линий. Достигаемый при этом технический результат заключается в увеличении мощности и КПД двигателя. Указанный результат достигается тем, что в электромагнитном двигателе согласно одному варианту исполнения, содержащем ротор барабанного типа, на котором по окружности равномерно размещены N+1 постоянных магнитов, статор, на котором равномерно в направлении по окружности установлены постоянные магниты, на торцах которых размещены радиально направленные электромагниты, соединенные с коммутатором, число постоянных магнитов статора составляет N, постоянные магниты ротора установлены с наклоном 1 - 75o в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, так, что вектор силы взаимодействия постоянных магнитов ротора и статора направлен в сторону вращения ротора. Указанный результат также достигается тем, что в электромагнитном двигателе согласно другому варианту исполнения, содержащем ротор барабанного типа и статор, на которых равномерно в направлении по окружностям размещены постоянные магниты, причем на торцах постоянных магнитов статора размещены радиально направленные электромагниты, соединенные с коммутатором, число постоянных магнитов статора составляет N, число постоянных магнитов ротора составляет 2(N+1), постоянные магниты ротора установлены с наклоном 1-75o в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, так, что вектор силы взаимодействия постоянных магнитов ротора и статора направлен в сторону вращения ротора, а расстояние от латеральной части электромагнитов статора до постоянных магнитов статора составляет не менее 1/4 длины дуги окружности, занимаемой постоянным магнитом ротора. Указанные признаки являются существенными с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого результата по каждому из вариантов. Возможность осуществления изобретения может быть подтверждена описанием возможной конструкции электромагнитного двигателя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, что поясняется графическими материалами, на которых изображены: фиг. 1 - схема двигателя по первому варианту исполнения, поперечный разрез; фиг. 2 - схема двигателя по второму варианту исполнения, поперечный разрез; фиг. 3 - схема взаимодействия магнитных полей ротора и статора. Конструкция электромагнитного двигателя, выполненного в соответствии с заявленным изобретением, обеспечивающая достижение указанного технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, согласно изобретению характеризуется следующей совокупностью признаков. По первому варианту исполнения электромагнитный двигатель характеризуется тем, что содержит ротор барабанного типа, на котором равномерно и радиально по окружности размещены N+1 постоянных магнитов. Двигатель содержит статор, на котором равномерно по окружности установлены постоянные магниты, на торцах которых размещены радиально направленные электромагниты, соединенные с коммутатором. Число постоянных магнитов статора составляет N и угол
наклона постоянных магнитов ротора в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, составляет 1-75o. Электромагнитный двигатель по второму варианту содержит ротор барабанного типа и статор, на которых равномерно в направлении по окружностям размещены постоянные магниты, причем на торцах постоянных магнитов статора размещены радиально направленные электромагниты, соединенные с коммутатором. Число постоянных магнитов статора составляет N, а число постоянных магнитов ротора составляет 2(N+1). Угол наклона постоянных магнитов ротора в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, составляет 1-75o. Расстояние от латеральной части электромагнитов статора до постоянных магнитов составляет не менее 1/4 длины дуги окружности, занимаемой постоянным магнитом ротора. Примеры конкретной реализации двигателей по первому и второму вариантам Электромагнитный двигатель по первому варианту исполнения (фиг. 1) содержит ротор 1 барабанного типа, на котором в направлении по окружности равномерно и радиально направленные размещены семь постоянных магнитов 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, статор 9, на котором равномерно в направлении по окружности установлено шесть постоянных магнитов 10, на торцах которых радиально размещены электромагниты 11, соединенные с коммутатором. Угол наклона постоянных магнитов ротора в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, в данном конкретном примере исполнения составляет 10o. Электромагнитный двигатель по второму варианту исполнения (фиг. 2) содержит ротор 1 барабанного типа, на котором в направлении по окружности равномерно и радиально направленные размещены четырнадцать постоянных магнитов 2,3,4,5,6,7,8, 12,13,14,15,16,17,18, статор 9, на котором равномерно в направлении по окружностям установлено шесть постоянных магнитов 10. На торцах постоянных магнитов 10 статора размещены радиально направленные электромагниты 11, соединенные с коммутатором. Угол наклона постоянных магнитов ротора в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, в данном конкретном примере исполнения составляет 10o. Расстояние от латеральной части электромагнитов статора до постоянных магнитов статора составляет 1/4 длины дуги окружности, занимаемой постоянным магнитом ротора. Устройство работает следующим образом. Электромагнит 11 статора включается в тот момент, когда напротив него находится постоянный магнит ротора 1, в это время создается силовой импульс вращения (фиг. 3). Электромагнит 11 остается включенным до тех пор, пока постоянный магнит не войдет в зону взаимодействия с соответствующим постоянным магнитом 10 статора 9 и начнет отталкиваться им в сторону вращения. При этом следующий постоянный магнит ротора войдет в зону взаимодействия с электромагнитом 11 статора 9, и цикл повторяется. Замкнутый цикл строго поочередного взаимодействия постоянных магнитов ротора 1 с электромагнитами 11 и постоянными магнитами статора 10 является основным признаком работы двигателя. Все постоянные магниты ротора, не находящиеся в контакте с электромагнитами статора, отталкиваются от постоянных магнитов статора в направлении вращения. При изменении угла наклона постоянных магнитов ротора вектор силы F1 взаимодействия постоянных магнитов ротора и статора оказывается направленным в сторону вращения ротора, что способствует увеличению силы вращения. Данный эффект усиливается при уменьшении длины постоянных магнитов статора как минимум на 1/4 от длины окружности, занимаемой постоянным магнитом ротора. При этом происходят экономия материала и уменьшение веса электродвигателя. Настоящее изобретение промышленно применимо, так как сущность изобретения касается не конструкции нового типа двигателя, а рационального и оптимального расположения элементов и узлов в двигателе, производство которого хорошо освоено промышленностью.Формула изобретения
1. Электромагнитный двигатель, содержащий ротор барабанного типа и статор, на которых равномерно в направлении по окружности установлены постоянные магниты, на торцах постоянных магнитов статора размещены радиально направленные электромагниты, соединенные с коммутатором, отличающийся тем, что на роторе размещены N+1 постоянных магнитов, число постоянных магнитов статора составляет N, постоянные магниты ротора установлены с наклоном 1-75o в плоскости, перпендикулярной оси двигателя так, что вектор силы взаимодействия постоянных магнитов ротора и статора направлен в сторону вращения ротора. 2. Электромагнитный двигатель, содержащий ротор барабанного типа и статор, на которых равномерно в направлении по окружности размещены постоянные магниты, на торцах постоянных магнитов статора размещены радиально направленные электромагниты, соединенные с коммутатором, отличающийся тем, что число постоянных магнитов статора составляет N, число постоянных магнитов ротора составляет 2(N+1), постоянные магниты ротора установлены с наклоном 1-75o в плоскости, перпендикулярной оси двигателя так, что вектор силы взаимодействия ротора и статора направлен в сторону вращения ротора, а расстояние от латеральной части электромагнитов статора до постоянных магнитов статора составляет не менее 1/4 длины дуги окружности, занимаемой постоянным магнитом ротора.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3www.findpatent.ru
1 и 2 Направляющий ферромагнитный корпус 6 по отношению к статору 1 выполнен конструктивно с меньшей площадью поперечного сечения. Линейный электромагнитный двигатель работает следующим образом. В исходном состоянии якорь 3 под действием усилия возвратной пружины 9 находится в крайнем верхнем положении, т.е. внешняя дисковая часть 5 якоря 3 через регулировочную ферромагнитную шайбу 10 плотно поджата к направляющему ферромагнитному корпусу 6. При подаче на катушку 2 импульса напряжения в ней возбуждается магнитный поток 
который последовательно замыкается по цепи: статор двигателя 1, направляющий ферромагнитный корпус 6, регулировочная ферромагнитная шайба 10, дисковая часть якоря 5, цилиндрическая часть якоря 4, рабочий воздушный зазор d1, статор двигателя 1. В начальный момент времени усилие удержания Fy, образованное поверхностями внешней дисковой части якоря 5 и ферромагнитного направляющего корпуса 6, превышает усилие в рабочем воздушном зазоре F1 Fy > F1 и таким образом функция обмотки 2 двигателя в этот период заключается в создании усилия удержания якоря 3. По мере нарастания тока в цепи катушки 2 и увеличения рабочего магнитного потока происходит насыщение участков магнитной цепи направляющего ферромагнитного корпуса 6. Это приводит к увеличению его магнитного сопротивления и перераспределению пути замыкания основного магнитного потока F статор двигателя 1, рабочий воздушный зазор d2 дисковая часть якоря 5, цилиндрическая часть якоря 4, рабочий воздушный зазор 1 статор двигателя 1. Начиная с момента времени, когда Fy1+ F2, происходят отрыв якоря 3 и ускоренное его перемещение. При отключении импульса напряжения якорь 3 под действием усилия возвратной пружины 9 возвращается в исходное состояние. Такое конструктивное исполнение позволяет повысить ток трогания якоря и тем самым увеличить его конечную скорость движения и как следствие этого энергию удара. Для регулирования усилия удержания якоря 3 и энергии удара в процессе настройки двигателя путем изменения поверхности соприкосновения внешней дисковой части якоря 5 с направляющим ферромагнитным корпусом 6 предусмотрена регулировочная ферромагнитная шайба 10. Для предотвращения влияния нерабочих потоков технологический зазор 
следует выбирать максимально возможным. www.freepatent.ru
