Изобретение относится к области электротехники и энергетики, в частности к электромагнитным двигателям. Электромагнитный двигатель содержит ротор, выполненный в виде вала, установленного с возможностью вращения, по крайней мере, двух дисков, установленных на валу, с расположенными по их периферии постоянными магнитами, статор, содержащий электромагниты, установленные с возможностью взаимодействия с постоянными магнитами, причем постоянные магниты выполнены в форме цилиндров, плоскости торцов которых расположены в радиальной плоскости каждого из дисков, при этом постоянные магниты первого и второго дисков обращены друг к другу разноименными полюсами, а статор содержит электромагниты в виде соленоидов без магнитопроводов, установленные между дисками ротора, два пусковых электромагнита, имеющие несвязанные магнитопроводы и установленные напротив постоянного магнита, любого из дисков ротора, выключатель бесконтактный индукционный, установленный на статоре напротив любого из постоянных магнитов дисков ротора с возможностью взаимодействия с каждым из постоянных магнитов, размещенных на одном из вращающихся дисков ротора, в момент прохождения постоянным магнитом зоны чувствительности сенсорной части выключателя бесконтактного индукционного. Технический результат - повышение мощности двигателя. 8 ил. 
Изобретение относится к области энергетики, в частности к электромагнитным двигателям.
Известен магнитодинамический двигатель с бесконтактной коммутацией, содержащий источник постоянного тока, статор с равномерно расположенными по его окружности соленоидами, ротор с постоянными магнитами, распределительный коллектор, оптический датчик, закрепленный на статоре, светоотражающие полосы на роторе, взаимодействующие с оптическим датчиком, при этом соленоиды соединены с источником постоянного тока параллельно, постоянные магниты соединены между собой одноименными полюсами, а распределительный коллектор выполнен в виде электронных ключей, включенных в цепь питания соленоидов и управляемых через микропроцессор сигналами с оптического датчика (1) (полезная модель RU № 89301, кл. H02K 29/03, опубл. 2009 г.).
Недостатками известного устройства является то, что для запуска двигателя требуется мощный источник тока, соединенные между собой одноименными полюсами постоянные магниты ротора в процессе работы двигателя под нагрузкой теряют свои магнитные свойства, что может привести к остановке двигателя, сборка такого двигателя большой мощности вызовет затруднения в связи с тем, что необходимо соединять одноименными полюсами сильные магниты, которые будут при этом отталкиваться.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому электромагнитному двигателю является электромагнитный двигатель, содержащий ротор, выполненный в виде вала, установленного с возможностью вращения двух дисков, установленных на валу с расположенными на них по периферии дисков постоянными магнитами и балансирами, статор, содержащий электромагниты, установленные с внешней стороны дисков с возможностью взаимодействия с постоянными магнитами, соединенные между собой магнитопроводом микровыключатель и маховик, при этом постоянные магниты выполнены в виде прямоугольников и расположены на поверхности дисков таким образом, что одноименные их полюсы направлены вдоль наружной поверхности дисков, а противоположные - к центру дисков, причем постоянные магниты расположены на поверхности дисков таким образом, что продольные их оси расположены под углом к радиусам дисков (патент US № 5594289, кл. H02K 16/00, опубл. 1997 г.).
Недостатком известного электромагнитного двигателя является низкая мощность двигателя из-за того, что магниты ротора размещены под углом к осям катушек электромагнитов статора, образующаяся при этом область взаимодействия постоянных магнитов ротора и электромагнитов статора характеризуется тем, что в ней плотность силовых линий постоянных магнитов меньше, чем на их полюсных торцах, следовательно, будет меньше отталкивающая сила, возникающая при взаимодействии постоянных магнитов ротора и возбужденных электромагнитов статора; кроме того, для любого из взаимодействующих постоянных магнитов ротора вектор сил отталкивания направлен не по касательной к окружности диска, а по хорде, что снижает крутящий момент двигателя.
Задачей настоящего изобретения является повышение мощности двигателя.
Сущность настоящего изобретения заключается в том, что в известном электромагнитном двигателе, содержащем ротор, выполненный в виде вала, установленного с возможностью вращения, и, по крайней мере, двух дисков, установленных на валу, с расположенными по их периферии постоянными магнитами и статор, содержащий электромагниты, установленные с возможностью взаимодействия с постоянными магнитами, согласно изобретению постоянные магниты выполнены в форме цилиндров, плоскости торцов которых расположены в радиальной плоскости каждого из дисков, при этом постоянные магниты первого и второго дисков обращены друг к другу разноименными полюсами, а статор содержит электромагниты в виде соленоидов без магнитопроводов, установленные между дисками ротора, два пусковых электромагнита, имеющие несвязанные магнитопроводы и установленные напротив постоянного магнита, любого из дисков ротора, выключатель бесконтактный индукционный, установленный на статоре напротив любого из постоянных магнитов дисков ротора с возможностью взаимодействия с каждым из постоянных магнитов, размещенных на одном из вращающихся дисков ротора, в момент прохождения постоянным магнитом зоны чувствительности сенсорной части выключателя бесконтактного индукционного.
На фиг.1 изображен заявляемый электромагнитный двигатель в разрезе А-А.
На фиг.2 представлен диск ротора в разрезе Б-Б.
На фиг.3 представлен статор в разрезе В-В.
На фиг.4 представлены пусковые электромагниты в разрезе Г-Г,
На фиг.5 представлена схема управления заявляемым электромагнитным двигателем.
На фиг.6 представлен фрагмент схемы электродвигателя с обозначением полюсов на магнитах и соленоидах.
На фиг.7 представлена схема сил отталкивания на первом диске ротора.
На фиг.8 представлена схема сил отталкивания на втором диске ротора.
Заявляемый электромагнитный двигатель содержит ротор, состоящий из вала 1, установленного с возможностью вращения на опорных подшипниках 2, 3, размещенных в вертикальных опорных плитах 4, 5 соответственно, опорные плиты, стянутые шпильками 6, первый диск 7 с закрепленными на нем постоянными магнитами 8, второй диск 9 с закрепленными на нем постоянными магнитами 10, причем постоянные магниты 8 и 10 выполнены цилиндрическими и расположены по периферии дисков 7 и 9 ротора соответственно по окружности постоянного радиуса практически, равного радиусу дисков 7 и 9 ротора, при этом плоскости торцов постоянных магнитов 8 и 10, на которых находятся полюсы, расположены в радиальной плоскости каждого из дисков 7 и 9, постоянные магниты 8 первого диска 7 обращены в область между дисками 7 и 9 полюсами одной полярности, а постоянные магниты 10 второго диска 9 обращены в вышеуказанную область полюсами противоположной полярности, диски 7 и 9 ротора изготовлены из немагнитного материала, например стеклотекстолита, и с помощью втулок 11, 12 жестко соединены с валом 1. Между дисками 7 и 9 ротора размещен статор 13, содержащий соленоиды 14 без магнитопроводов, установленные напротив постоянных магнитов 8 и 10, соответственно дисков 7 и 9 ротора, причем каждый из соленоидов 14 одним торцом обращен к полюсам постоянных магнитов 8 первого диска 7 ротора, а другим - противоположным - к полюсам постоянных магнитов 10 второго диска 9 ротора, тем самым для создания вращательного движения будут задействованы оба полюса каждого соленоида 14, что обеспечит существенное повышение мощности двигателя, кроме того, взаимодействие между постоянными магнитами 8 и 10 дисков 7 и 9 ротора и соленоидами 14 статора 13 будет происходить практически в области максимальной плотности силовых линий магнитного поля каждого из взаимодействующих постоянных магнитов 8 и 10, а для создания крутящего момента используется максимально возможное значение радиуса периферии дисков 7 и 9 ротора, являющееся плечом для вектора сил отталкивания, действие которого направлено практически по касательной к окружности периферии дисков 7 и 9.
Напротив одного из постоянных магнитов 10 второго диска 9 ротора установлены и закреплены два пусковых электромагнита 15, 16, магнитопроводы которых не связаны между собой. Магнитопроводы изготовлены из материала, обеспечивающего взаимодействие их с постоянными магнитами. Между торцами постоянных магнитов 10 второго диска 9 ротора и торцами электромагнитов 15, 16 предусмотрен зазор, не препятствующий вращению ротора. Пусковые электромагниты 15 и 16 обращены к постоянным магнитам 10 второго диска 9 ротора одноименными полюсами, обеспечивая тем самым возникновение сил отталкивания между ними, при подаче электрического питания на любой из электромагнитов 15 или 16. У периферии второго диска 9 ротора, в непосредственной близости к линии окружности диска, на которой размещены постоянные магниты 10, неподвижно установлен выключатель бесконтактный индукционный 17, включение которого происходит в результате взаимодействия с каждым из постоянных магнитов 10, размещенных на вращающемся вместе с валом диске 9 ротора, в момент прохождения постоянным магнитом 10 зоны чуствительности сенсорной части выключателя 17. В нерабочем состоянии двигателя любой из постоянных магнитов 10 второго диска 9 ротора, свободно вращающегося вместе с валом 1, имеет возможность устанавливаться между пусковыми электромагнитами 15, 16 вследствие взаимодействия постоянного магнита 10 второго диска 9 ротора с магнитопроводами пусковых электромагнитов 15, 16.
Заявляемый электромагнитный двигатель работает следующим образом.
При включении тумблера 18 напряжение подается от независимого источника электрического питания 19 (аккумулятора) на схему управления двигателем, состоящую из схемы управления 20 пусковыми электромагнитами 15, 16, выключателя бесконтактного индукционного 17 и схемы управления 21 соленоидами 14 статора двигателя 13, состоящей из пяти каналов, в соответствии с числом соленоидов 14. Выбрав направление вращения двигателя и нажав соответствующую кнопку 22 или 23, подают напряжение электрического питания на электромагнит 15 или 16. В результате взаимодействия, например, пускового электромагнита 16 с постоянным магнитом 10 второго диска 9 ротор получит начальное вращение в выбранном направлении. В течение времени поворота ротора постоянные магниты 8, 10 соответственно дисков 7, 9 ротора, совершая вращательное движение вокруг оси вала 1, устанавливаются напротив соленоидов 14 статора 13 таким образом, что магнитные нейтрали постоянных магнитов 10 и оси соленоидов 14 оказываются смещенными относительно друг друга. В этот момент один из постоянных магнитов 10 второго диска 9 ротора, поворачиваясь вокруг оси вала 1, попадает в зону чувствительности выключателя 17, взаимодействие магнитного поля постоянного магнита 10 второго диска 9 ротора с чувствительным элементом выключателя 17 приводит к тому, что на выходе последнего формируется сигнал, обеспечивающий включение схемы управления 21 соленоидами 14 статора 13, коммутирующей источник питания одновременно со всеми соленоидами 14 статора 13, что приводит к одновременному возникновению магнитного поля на каждом из соленоидов 14 статора 13. Возникшие магнитные поля соленоидов 14 будут взаимодействовать с магнитными полями постоянных магнитов 8 и 10. Вследствие взаимодействия магнитных полей постоянных магнитов 8 и 10 соответственно дисков 7 и 9 ротора с магнитными полями соленоидов 14 статора 13 ротор приобретает основное вращательное движение. Соленоиды 14 статора 13 будут получать электрическое питание до тех пор, пока постоянный магнит 10 второго диска 9, находящийся во взаимодействии с выключателем 17, вращаясь вместе с диском 9, не выйдет из зоны чувствительности выключателя 17. После чего уровень сигнала на выходе выключателя 17 становится равным нулю, схема управления 21 соленоидами 14 статора 13 выключается, соленоиды 14 обесточиваются, что приводит к исчезновению их магнитных полей и прекращению взаимодействия с постоянными магнитами 8 и 10 дисков 7 и 9 ротора. С этого момента ротор совершает вращательное движение по инерции. Вместе с ним поворачиваются вокруг оси вала постоянные магниты 8 и 10. Так как постоянные магниты 8 и 10 распределены на периферии дисков 7 и 9 равномерно и следуют один за другим, то при вращении ротора следующий очередной постоянный магнит 10 второго диска 9 ротора войдет в зону чувствительности выключателя 17. Одновременно с этим, относительно соленоидов 14, следующие очередные постоянные магниты 8 и 10 дисков 7 и 9 ротора, после поворота вокруг оси вала двигателя, устанавливаются напротив соленоидов 14 статора 13 таким образом, что магнитные нейтрали постоянных магнитов 8 и 10 и оси соленоидов 14 оказываются смещенными относительно друг друга, на выходе выключателя 17 опять появляется сигнал, обеспечивающий включение схемы управления 21 соленоидами 14 статора 13. Взаимодействие магнитных полей соленоидов 14 с магнитными полями постоянных магнитов 8 и 10 дисков 7 и 9 ротора соответственно опять приводит к возникновению сил отталкивания между полюсами соленоидов 14 статора 13 и полюсами постоянных магнитов 8 и 10 дисков 7 и 9 ротора соответственно, что обеспечивает вращательное движение последнего.
Ротор двигателя приобретает устойчивое вращение, а процесс преобразования потенциальной энергии постоянных магнитов 8 и 10 в механическую энергию становится непрерывным.
Для перевода двигателя из рабочего режима в режим остановки необходимо выключить тумблер 18, при этом прекращается подача электрического питания на схему управления 20 пусковыми электромагнитами 15, 16, выключатель 17 и схему управления 21 соленоидами 14 статора 13, взаимодействие между постоянными магнитами 8 и 10 дисков 7 и 9 ротора соответственно и соленоидами 14 статора 13 прекращается, на ротор перестают действовать силы и двигатель останавливается. В момент полной остановки двигателя один из постоянных магнитов 10 второго диска 9 ротора, вследствие взаимодействия с магнитопроводами пусковых электромагнитов 15, 16, устанавливается между пусковыми электромагнитами 15 и 16, обеспечивая готовность двигателя для следующего запуска.
Источники информации
1. Полезная модель RU № 89301, кл. H02K 29/03, опубл. 2009 г.
2. Патент US № 5594289, кл. H02K 16/00, опубл. 1997 г. - прототип.
Электромагнитный двигатель, содержащий ротор, выполненный в виде вала, установленного с возможностью вращения и, по крайней мере, двух дисков, установленных на валу, с расположенными по их периферии постоянными магнитами и статор, содержащий электромагниты, установленные с возможностью взаимодействия с постоянными магнитами, отличающийся тем, что постоянные магниты выполнены в форме цилиндров, плоскости торцов которых расположены в радиальной плоскости каждого из дисков, при этом постоянные магниты первого и второго дисков обращены друг к другу разноименными полюсами, а статор содержит электромагниты в виде соленоидов без магнитопроводов, установленные между дисками ротора, два пусковых электромагнита, имеющие не связанные магнитопроводы, и установленные напротив постоянного магнита, любого из дисков ротора, выключатель бесконтактный индукционный, установленный на статоре напротив любого из постоянных магнитов дисков ротора с возможностью взаимодействия с каждым из постоянных магнитов, размещенных на одном из вращающихся дисков ротора, в момент прохождения постоянным магнитом зоны чувствительности сенсорной части выключателя бесконтактного индукционного.
www.freepatent.ru
Конструкции электромагнитных двигателей только получают известность, широко они не используются. По сей день тема вечного двигателя будоражит конструкторов во всём мире. Стоимость электроэнергии довольно низкая, если сравнивать с бензином или соляркой. Каждый человек желает иметь под рукой вечное устройство, которое будет работать, не требуя ухода и большого количества топлива. Двигатели с электромагнитными клапанами (внутреннего сгорания) работают более эффективно, но добиться высокого КПД и снизить расходы на энергоносители все равно не получается.
В качестве основы для своих конструкций инженеры выбирают постоянные магниты. В них имеется огромная энергия, которой нужно только уметь воспользоваться. Двигатели, изготовленные по таким технологиям, довольно просты в производстве. Но вот выжать максимальное количество энергии вряд ли сможет каждый в домашних условиях. На то есть множество причин, главная – сложность конструкций.
Каждый постоянный магнит обладает очень сильным полем, у которого высокая энергетика. Поэтому многие разработчики электромагнитных двигателей пытаются преобразовать магнитное поле в механическую энергию, заставляя непрерывно вращаться ротор. Для сравнения:
В теории постоянный магнит может выделить около 17 млрд Джоулей на каждый грамм (а это примерно треть от аналогичного параметра урана). Вот только коэффициент полезного действия у магнита не будет равен 100 %. Ресурс магнитов на основе феррита - не более 70 лет. Но это при том, что на него не воздействуют большие перепады температуры, физическая и магнитная нагрузки. Конечно, не заменит бензиновый агрегат V8 электромагнитный двигатель, но вот на легкой технике он может использоваться.
Промышленностью на данный момент выпускаются магниты, которые изготавливаются из редких металлов. Они в десятки раз мощнее, нежели простые ферритовые. Следовательно, эффективность их использования намного выше. Если такой постоянный магнит потеряет свою силу, то его запросто можно заново зарядить. Для этого достаточно воздействовать на него магнитным полем с большой силой. Они могут применяться в двигателях с электромагнитными клапанами. В них отсутствует распределительный вал, его функции берет на себя электроника.
Многие инженеры уже запатентовали свои конструкции двигателей. Но вот только реализовать работоспособный вечный двигатель ещё никто не смог. Такие устройства ещё не освоены, редко внедряются в технику, встретить в продаже их вряд ли получится. Намного чаще используются электромагнитные клапаны (дизельные двигатели работают под управлением электроники стабильнее и способны выдать большую мощность). Некоторые конструкторы уверены, что до серийного выпуска не доводятся электромагнитные двигатели, потому что все разработки засекречиваются. И большинство проблем в таких двигателях до сих пор не решены полностью.
Среди большого количества конструкций магнитных двигателей можно выделить следующие:
Существует множество других конструкций, в том числе и работоспособных, но они построены по вышеприведенным схемам. Двигатель-генераторы электромагнитного типа получают огромную популярность среди энтузиастов, причём некоторые конструкции уже были внедрены в серийный выпуск. Но это, как правило, самые простые механизмы. На электровелосипедах в последнее время часто применяется мотор-колесо конструкции Шкондина. Но для нормальной работы любого электромагнитного мотора необходимо наличие источника энергии. Даже электромагнитный соленоидный двигатель не сможет работать без дополнительного питания.
Без аккумулятора обойтись не могут такие механизмы. Обязательно требуется запитать обмотку электромагнита для того, чтобы создать поле и раскрутить ротор до минимальной частоты. По сути, получается электромагнитный двигатель постоянного тока, который способен осуществлять рекуперацию энергии. Другими словами, мотор работает только при разгоне, а при торможении он переводится в режим генератора. Такими особенностями обладают любые электромобили, которые можно встретить в продаже. У некоторых попросту отсутствует система торможения как таковая, функции колодок выполняют двигатели, работающие в режиме генератора. Чем больше нагрузка на обмотке, тем сильнее будет сила противодействия.
Устройство состоит из таких узлов:
Статорные электромагниты статического типа выполняются на магнитопроводе в форме кольца и вырезанными сегментами.
В конструкции также имеется индуктивная катушка и коммутатор, позволяющий осуществить в ней реверс тока. Постоянный магнит устанавливается на роторе. Обязательно должен быть двигатель с электромагнитной муфтой, с ее помощью ротор соединяется с валом генератора. Обязательно в конструкции должен быть автономный инвертор, который выполняет функцию простейшего регулятора.
Используется схема простейшего мостового автономного инвертора, соединяется он с выходом индуктивной обмотки электрического магнита. Вход питания подключается к аккумуляторной батарее. Электромагнитный генератор соединяется либо с обмоткой, либо же при помощи выпрямителя с аккумуляторной батареей.
Самая простая конструкция электронного коммутатора выполняется на четырех силовых ключах. В каждом плече мостовой схемы присутствует по два мощных транзистора, столько же электронных ключей с односторонней проводимостью. Напротив ротора магнитного двигателя размещается два датчика, которые контролируют положение постоянного магнита на нем. Располагаются они как можно ближе от ротора. Функции этого датчика выполняет простейший прибор, который способен работать под воздействием магнитного поля — геркон.
Датчики, считывающие положение постоянного магнита на роторе, размещаются следующим образом:
Выходы датчиков подключаются к логическому устройству, которое усиливает сигнал, а затем подает его на входы управления полупроводниковых транзисторов. С помощью подобных цепей работает и электромагнитный клапан остановки двигателя внутреннего сгорания.
На обмотках электрического генератора установлена нагрузка. В цепях питания катушки и коммутатора есть элементы, предназначенные для управления и защиты. При помощи автоматического переключателя можно произвести отключение аккумуляторной батареи, чтобы вся машина перешла на питание от электрического генератора (автономный режим).
Если сравнивать с аналогичными устройствами, то вышеприведенная конструкция имеет следующие особенности:
В зазорах электромагнита постоянно изменяется полярность. Ротор изготавливается из немагнитных материалов, причём желательно, чтобы он был тяжёлым. Он выполняет функцию инерционного маховика. А вот в конструкции электромагнитного клапана остановки двигателя необходимо использовать сердечник из магнитных материалов.
Чтобы провести примерный расчёт электрического магнита, необходимо задать тяговое усилие, которое требуется для мотора. Допустим, требуется произвести расчёт электрического магнита с тяговым усилием 100 Н (10 кг). Теперь после этого можно рассчитать параметры конструкции электромагнита, если зазор его составляет 10-20 мм. Тяговая сила, которая развивается электромагнитом, считается так:
Если задать индукцию 1,1 Тл, то можно вычислить площадь сечения магнитопровода:
Для трансформаторной стали, которая используется в магнитопроводах, индукция в среднем равна 1,1 Тл. Используя кривую намагничивания низкоуглеродистой стали, можно определить среднее значение напряженности магнитного поля. Если правильно сконструировать электрический магнит, то вы достигнете максимальной силы потока. Причём электропотребление обмотки будет минимальным.
Чтобы изготовить электромагнитный двигатель своими руками, потребуется подобрать все компоненты. И самое главное — это постоянные магниты. У них имеется три основных характеристики:
Для остановы двигателя электромагнитный клапан необходимо запитывать от мощного источника. Либо же можно применять сильные магниты. Поэтому желательно такие конструкции применять на мощной технике. А чтобы самостоятельно изготовить мотор-генератор, желательно использовать ферритовые или неодимовые магниты. Характеристики постоянных магнитов:
Вдвое дешевле бариевые постоянные магниты, нежели неодимовые. Но габариты генераторов на таких магнитах намного больше. По этой причине лучше всего использовать в самодельных электромагнитных моторах неодимовые магниты. Двигатель с электромагнитным тормозом, выполненный из таких материалов, сможет намного больше восстанавливать энергии при остановке.
Генераторы, оснащенные электромагнитами переменного тока, могут быть выполнены и по другой схеме. Можно также с успехом использовать электрические магниты постоянного тока. Причём нет необходимости устанавливать коммутатор и устройство для переполюсовки торцов в зазорах с помощью реверса тока. Такими действиями можно существенно упростить всю силовую часть и управление магнитным двигателем.
Но придётся установить магнитный экран, который будет коммутироваться механическим способом. Обязательно требуется синхронно экранировать магнитные полюса на статоре и роторе в нужный в момент времени. Мощность электромагнитного двигателя от этого не пострадает, так как потерь при механической регулировке практически не будет. Работа двигателя с механической регулировкой происходит таким же образом, как и с электронной.
На статоре установлен неподвижный кольцевой электромагнит, на котором имеется обмотка. Между магнитопроводом и ротором присутствует небольшой зазор. На роторе располагается постоянный магнит и шторки. Это магнитные экраны, они расположены с внешней стороны и вращаются независимо от ротора. На валу двигателя находится маховик и стартер-генератор. На электромагните статора располагается обмотка, которая соединяется посредством выпрямителя со стартер-генератором.
Запуск такой конструкции осуществляется при помощи стартера, который находится на одном валу с мотором. После того, как запустится электродвигатель и он выйдет в нормальный режим работы, стартер начинает работать как генератор, то есть, вырабатывает напряжение. Шторки перемещаются на диске при повороте ротора максимально синхронно. При этом обеспечивается циклическая экранировка одноименных полюсов электромагнита.
Другими словами, обязательно нужно обеспечить при помощи различных технических средств такое перемещение диска со шторками и ротора, чтобы экраны располагались между одноименными полюсами неподвижного электрического магнита и постоянного на роторе. Возможности работы электрического магнитного двигателя в установившемся режиме:
Момент электромагнитного двигателя может быть практически любым. Если реализовать простейшую конструкцию с малой мощностью, то сделать это можно с помощью обычного электрического счётчика. Правда, такие конструкции уже не используются для контроля потребления электроэнергии. Но найти их можно. Дисковый электросчетчик — это уже готовый механизм двигателя. В нём имеется:
Отсутствуют только постоянные магниты на роторе и коммутатор. Зазор между нижней и верхней частями магнитопровода сравнительно маленький. Благодаря этому получается повысить момент вращения. Но обязательно необходимо, чтобы зазор в магнитопроводе был достаточным, чтобы в нём проходил ротор с постоянными магнитами.
Желательно применять от 3 до 6 мощных магнитов, высота должна быть не больше 10 мм. Крепить на роторе необходимо их как можно жестче, используя специальные обоймы из немагнитных материалов. Коммутатор выполняется в виде инвертора мостового типа, соединяется с выходом обмотки электрического магнита. При запуске двигателя питание производится от аккумулятора.
ashanet.ru
Изобретение может быть использовано в электромеханических устройствах с поступательным перемещением рабочего звена, например для привода дозировочных насосов. Техническим результатом является создание двигателя с повышенной экономичностью. В электромагнитном двигателе, содержащем цилиндрический магнитопровод, включающий внешний втяжной якорь и статор, в состав которого входят обмотка, сердечник, внешняя стенка и фланец, соединяющий их, обмотка уложена вокруг цилиндрический части сердечника таким образом, что в сечении ее плоскостью, проходящей через ось симметрии двигателя, она представляет собой трапецию, основания которой параллельны оси двигателя. По крайней мере, один из внутренних углов трапеции равен α, где 45°<α<85°, а поверхность втягиваемой части якоря, обращенная к обмотке, выполнена под углом β к оси симметрии двигателя, где 45°<β<85°. Внешняя боковая поверхность сердечника и внутренняя боковая поверхность внешней стенки могут быть выполнены с наклоном к оси симметрии двигателя, а втягиваемая часть якоря - в виде кольца с усеченно-коническими боковыми поверхностями. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, в частности к электромагнитным двигателям (ЭМД), и может быть использовано в электромеханических устройствах с поступательным перемещением рабочего звена. Такие двигатели могут быть использованы, например, для привода дозировочных насосов.
Известны электромагнитные устройства со втяжным якорем (Любчик М.А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов. М, Энергия, 1974, с.106, рис.1-18; с.122, рис.1-34, с.126, рис.1-38), в которых подбором профиля и размеров ферромагнитного шунта в области рабочего зазора достигаются оптимальные тяговые усилия и имеет место перераспределение энергии.
Недостатком известных устройств является слишком большая величина рабочего зазора и, как следствие, низкая величина тягового усилия, а также недостаточно эффективное использование площади поверхности ферромагнитного шунта.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является электромагнитный двигатель (Любчик М.А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов. М: Энергия, 1974, с.111, рис.1-23), содержащий цилиндрический магнитопровод, состоящий из корпуса, сердечника, соединяющего их фланца, обмотки, расположенной вокруг сердечника и плоского внешнего прямоходного якоря с ферромагнитным шунтом в виде кольца, имеющего внешнюю и внутреннюю цилиндрические поверхности, причем кольцо жестко скреплено с якорем. Между фланцем и сердечником имеется нерабочий зазор.
Недостаток известного двигателя в том, что для формирования тяговой характеристики используется нерабочий зазор, что приводит к снижению экономичности двигателя.
Изобретение направлено на решение технической задачи создания электромагнитного двигателя заданных размеров и с существенно увеличенным тяговым усилием на протяжении всего рабочего хода якоря без использования нерабочих зазоров, что позволит повысить экономичность двигателя.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении экономичности двигателя за счет применения статора и якоря особой формы.
Сущность изобретения состоит в том, что в электромагнитном двигателе, содержащем цилиндрический магнитопровод, состоящий из внешнего втяжного якоря и статора, в состав которого входят сердечник, обмотка, внешняя стенка и фланец, их соединяющий, обмотка уложена вокруг цилиндрической части сердечника таким образом, что в сечении ее плоскостью, проходящей через ось симметрии двигателя, она представляет собой трапецию, основания которой параллельны оси двигателя, а хотя бы один из внутренних углов трапеции равен α, где 45°≤α≤85°, при этом поверхность втягиваемой части якоря, обращенная к обмотке, выполнена под углом β к оси симметрии двигателя, где 45°≤β≤85°.
Выполнение обмотки такой формы позволяет увеличить открытую ее площадь без увеличения диаметра магнитопровода и способствует наилучшему распределению магнитного потока в системе.
Выполнение втягиваемой части якоря такой формы приводит к общему росту тягового усилия, в первой половине рабочего хода якоря обусловленному тем, что в начале движения якорь уже частично втянут в полость магнитопровода, тем самым уменьшая один из рабочих зазоров и, как следствие, увеличивая тяговое усилие даже при малом магнитном потоке, а во второй половине рабочего хода якоря - за счет увеличения площади поверхности якоря, обращенной к обмотке.
Угол α выбран в таких пределах в связи с тем, что использование в конструкции двигателя углов вне указанных пределов не дает ожидаемого увеличения тягового усилия.
Угол β выбран в таких пределах в связи с тем, что использование в конструкции двигателя углов вне указанных пределов не дает ожидаемого увеличения тягового усилия.
Углы α и β могут быть выполнены как одинаковыми, так и отличными друг от друга. Равенство этих углов обеспечивает дополнительную стабильность тяговой характеристики.
Сущность изобретения также состоит в том, что в верхней части статора над обмоткой внешняя боковая поверхность сердечника и внутренняя боковая поверхность внешней стенки могут быть выполнены с наклоном к оси симметрии двигателя, а втягиваемая часть якоря выполнена в виде кольца так, что боковые поверхности кольца выполнены усеченно-коническими.
Выполнение боковых поверхностей усеченно-конической формы позволяет за счет изменения углов наклона регулировать плавность тяговой характеристики и добиться оптимальной тяговой характеристики для конкретных условий.
На фигуре приведен разрез ЭМД, содержащего признаки, описанные как в самостоятельном, так и в зависимом пункте формулы изобретения.
ЭМД содержит цилиндрический магнитопровод, состоящий из внешнего втяжного якоря и статора. Якорь состоит из жестко скрепленных между собой дисковой 1 и втягиваемой 2 частей и снабжен возвратной пружиной, не показанной на приведенном чертеже. Втягиваемая часть 2 якоря выполнена в виде кольца, а боковые поверхности кольца могут быть выполнены усеченно-коническими, а поверхность, обращенная к обмотке, выполнена под углом β к оси симметрии двигателя, где 45°≤β≤85°.
В состав статора входят сердечник 3, внешняя стенка 4, фланец 5, их соединяющий, и обмотка 6, уложенная вокруг сердечника. Обмотка 6 уложена вокруг цилиндрической части сердечника особым образом. Сечение ее плоскостью, проходящей через ось симметрии двигателя, представляет собой трапецию, основания которой параллельны оси двигателя, а хотя бы один из внутренних углов трапеции равен α, где 45°≤α≤85°.
На чертеже приведен разрез двигателя, сечение обмотки которого выполнено в виде прямоугольной трапеции, что является технологически более выгодным по сравнению с сечением в виде обыкновенной или равнобочной трапеции.
Вместе с тем, в верхней части статора над обмоткой 6 внешняя боковая поверхность сердечника 3 и внутренняя боковая поверхность внешней стенки 4 выполнены с наклоном к оси симметрии двигателя. Угол наклона этих поверхностей в предлагаемом изобретении одинаков, однако могут применяться и отличные друг от друга углы наклона.
Расчетным путем доказано, что одинаковые величины углов наклона способствуют наиболее эффективному использованию рабочих зазоров, росту тягового усилия и наилучшему распределению магнитного потока в системе.
ЭМД работает следующим образом: при подаче импульса напряжения в обмотку 6 якорь втягивается в полость магнитопровода, совершая рабочий ход. При этом усилие, создаваемое якорем, передается на нагрузку. По окончании импульса якорь возвращается в исходное положение под действием возвратной пружины. В начале движения якоря магнитный поток системы мал, поэтому вследствие того, что поверхность втягиваемой части якоря 2, обращенная к обмотке 6, выполнена под углом β к оси симметрии двигателя, в начале движения втягиваемая часть якоря 2 оказывается частично втянутой в промежуток между сердечником 3 и внешней стенкой 4 магнитопровода, тем самым уменьшая один из рабочих зазоров и обеспечивая высокое тяговое усилие даже при малом магнитном потоке. При дальнейшем движении якоря магнитный поток системы возрастает, а тяговое усилие не только не ослабевает, но и продолжает возрастать до определенного момента. Тяговая характеристика в таком случае имеет достаточно резкий синусоидальный характер, а выполнение в верхней части статора над обмоткой боковых поверхностей сердечника 3 и внешней стенки 4 усеченно-коническими, и, кроме того, выполнение в виде кольца с усеченно-коническими боковыми поверхностями втягиваемой части якоря 2 позволяет сгладить тяговую характеристику. Плавность такого сглаживания регулируется величиной углов наклона этих боковых поверхностей к оси симметрии двигателя.
Предлагаемое изобретение позволяет повысить экономичность двигателя и по сравнению с известными электромагнитными механизмами существенно увеличить тяговое усилие.
1. Электромагнитный двигатель, содержащий цилиндрический магнитопровод, состоящий из внешнего втяжного якоря и статора, в состав которого входят сердечник, внешняя стенка и обмотка, уложенная вокруг сердечника, отличающийся тем, что обмотка уложена таким образом, что в сечении ее плоскостью, проходящей через ось симметрии двигателя, она представляет собой трапецию, основания которой параллельны оси двигателя, а хотя бы один из внутренних углов трапеции равен α, где 45°≤α≤85° и, кроме того, поверхность втягиваемой части якоря, обращенная к обмотке, выполнена под углом β к оси симметрии двигателя, где 45°≤β≤85°.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в верхней части статора над обмоткой внешняя боковая поверхность сердечника и внутренняя боковая поверхность внешней стенки выполнены с наклоном к оси симметрии двигателя, а втягиваемая часть якоря выполнена в виде кольца так, что боковые поверхности кольца выполнены усеченно-коническими.
www.findpatent.ru
