(54) ИМПУЛЬСНО-ИНЕРЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
|
(19) |
RU |
(11) |
2285997 |
(13) |
C1 |
||
|
(51) МПК H02K23/04 (2006.01) | |||||||
| |||||||
(57) Реферат:
Изобретение относится к электротехнике, к электродвигателям постоянного тока, в частности к безредукторным коллекторным электродвигателям низкого напряжения, и может быть использовано в качестве мотор-колес на транспорте или иных областях техники. Технический результат состоит в улучшении эксплуатационно-технических характеристик при сохранении простоты конструкции и надежности. Электродвигатель содержит статор с магнитопроводем, на котором закреплено с одинаковым шагом четное количество постоянных магнитов. Ротор несет четное число электромагнитов, которые расположены попарно напротив друг друга. Распределительный коллектор закреплен на корпусе статора и имеет расположенные по окружности токопроводящие пластины, соединенные с чередованием полярности с источником постоянного тока и разделенные диэлектрическими промежутками. Токосъемники контактируют с пластинами коллектора и каждый из них подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов, имеющих по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки. Обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой. Количество n постоянных магнитов статора и количество m электромагнитов ротора подбирают таким образом, чтобы они удовлетворяли соотношениями n=10+4k, где k=0, 1, 2, 3..., m=4+2L, где 0<=L<=k. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области электродвигателей постоянного тока, в частности безредукторным коллекторным электродвигателям низкого напряжения, и может быть использовано в качестве мотор-колес в транспортных средствах: электроприводных велосипедах, скутерах, мотоциклах, электроавтомобилях и т.д., а также в иных областях техники.
Широкое применение в технике, в том числе и на транспорте, нашли устройства снабжаемые редуктором и асинхронным электродвигателем. Указанные электродвигатели имеют ряд преимуществ по сравнению с двигателями внутреннего сгорания, являясь экологически чистыми, надежными и экономичными.
Наиболее перспективными являются безредукторные мотор-колеса, у которых вращение колеса вызывается непосредственно электромагнитным взаимодействием магнитных систем ротора и статора. Известно мотор-колесо, содержащее обод и ось со встроенным асинхронным электродвигателем (SU 628008 А, 15.10.1978). Электродвигатель выполнен в виде дисковой асинхронной электромашины, статор которой с магнитопроводом, обмотками и токопроводом закреплен на неподвижной оси колеса, а ротор с короткозамкнутой обмоткой и магнитопроводами, размещенными с двух сторон статора, образуют колесо, выполненное с возможностью вращения. Такая конструкция мотор-колеса обеспечивает большую надежность за счет отсутствия механического редуктора и имеет улучшенное по сравнению с традиционной конструкцией охлаждение за счет радиальных каналов, омываемых охлаждающей средой. Однако использование такого элемента как асинхронный двигатель приводит к высокому тепловыделению, требует сложной системы управления и высоковольтных источников питания. Кроме того, такой мотор-колесо не имеет перспективы рекуперации электроэнергии как при движении, так и при торможении транспортного средства.
Известен встроенный электродвигатель (WO 93/08999 А1, 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.
Указанное мотор-колесо имеет различные модификации и варианты исполнения (US 6384496 B1, 07.05.2002; US 6617746 B1, 09.09.2003; RU 2129965 C1, 10.05.1999; RU 2072261 C1, 20.08.2001). К преимуществам такого устройства относятся: отсутствие редуктора, использование низковольтных источников питания, отсутствие дополнительных электронных схем, возможность рекуперции энергии, небольшие габариты и вес. Комбинирование основных элементов мотор-колеса в сочетании с дополнительными устройствами позволяет создавать аналогичные по принципу работы и обладающие указанными преимуществами мотор-колеса.
Однако описанное мотор-колесо и его разновидности имеют ряд недостатков, главный из которых заключается в необходимости больших пусковых и переходных токов при трогании и ускорении транспортного средства. Это приводит к быстрому износу и порче аккумуляторов и ухудшению теплового режима. Другим недостатком является недостаточно эффективное возвращение и использование электроэнергии. Также названные электродвигатели имеют низкий крутящий момент, что существенно ограничивает область их практического использования.
Известные технические решения, направленные на устранение указанных недостатков, связаны с применением высоковольтных источников питания и сложных схем управления, что делает их дорогостоящими и малонадежными в эксплуатации (US 6791226 B1, 14.09.2004; US 6727668 B1, 27.04.2004; US 6355996 B1, 12.03.2002).
Настоящее изобретение направлено на улучшение эксплуатационно-технических характеристик электродвигателя при сохранении относительной простоты конструкции и надежности.
Импульсно-инерционный электродвигатель, в соответствии с настоящим изобретением, содержит: статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов с одинаковым шагом;
ротор, отделенный от статора воздушным промежутком и несущий четное число электромагнитов, которые расположены попарно напротив друг друга;
распределительный коллектор, закрепленный на корпусе статора и имеющий расположенные по окружности токопроводящие пластины, соединенные с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделенные диэлектрическими промежутками;
токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора, причем каждый из токосъемников подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов.
Каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки, причем обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой. Количество постоянных магнитов статора, равное n и количество электромагнитов ротора равное m, подбирают таким образом, чтобы они удовлетворяли соотношениям:
n=10+4k, где k - целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.
m=4+2L, где L - любое целое число, удовлетворяющее условию 0<=L<=k.
Наиболее часто используемые соотношения количества постоянных магнитов и электромагнитов следующие: n=10, m=4; n=14, m=6; n=18, m=4; n=22, m=4, 6, 8, 10; n=26, m=4, 6, 8, 10, 12 и т.д.
Такое соотношение числа электромагнитов и постоянных магнитов, их взаиморасположение и используемая схема коммутации электромагнитов обеспечивает резонанс токов текущих через обмотки диаметрально противоположных электромагнитов,
и как следствие, уменьшает скачки напряжения (электропотребление) при трогании и разгоне электродвигателя и улучшает его динамические характеристики. Кроме того, такая конструкция электродвигателя позволяет максимально эффективно рекуперировать электроэнергию за счет возникновения противоЭДС при холостом ходе.
Практически ликвидировать искрение на токосъемниках можно путем выбора подходящего угла опережения между токосъемниками и токопроводящими пластинами коллектора. Поэтому обычно токосъемники устанавливают на электродвигателе с возможностью регулировки их положения относительно коллектора. Угол опережения лежит в диапазоне от 0 до 8°.
Общее число витков в обмотках катушек противоположных электромагнитов может быть различно. При этом резонансные явления усиливаются, если разница в количестве витков составляет величину 1/2 p от общего числа витков в одной из катушек, где р=2, 3, 4, 5 и т.д.
Настоящее изобретение может быть использовано как для электродвигателя однонаправленного вращения, так и для реверсивного электродвигателя, в зависимости от способа подключения электропитания. В первом случае положительные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединяют с положительным полюсом источника постоянного тока, а отрицательные токопроводящие пластины распределительного коллектора при этом замкнуты на корпус электродвигателя.
В реверсивном электродвигателе положительные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединяют с положительным полюсом источника постоянного тока, а отрицательные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединяют с отрицательным полюсом источника постоянного тока и изолируют от корпуса электродвигателя. Для изменения направления вращения электродвигателя меняют подключение полюсов источника постоянного тока на противоположное.
Конструктивно электродвигатель может быть выполнен так, что ротор будет расположен с внешней стороны статора или ротор будет расположен внутри статора.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 изображена схема электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, у которого статор электродвигателя расположен внутри ротора;
На фиг.2 изображена принципиальная электрическая схема реверсивного электродвигателя;
На фиг.3 изображена схема электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, у которого статор электродвигателя расположен снаружи ротора.
На фиг.1 представлен электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, который может быть использован как мотор-колесо для различных транспортных средств, например велосипеда с электроприводом. Электродвигатель содержит обечайку 1, выполняющую роль защитного кожуха, и непосредственно передающую вращение на колесо. Обечайка соединена посредством спиц с ободом колеса (не показано). Статор 2 электродвигателя расположен внутри ротора 3. Статор 2 имеет круговой магнитопровод 4, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов 5 с одинаковым шагом и чередующейся полярностью. В данном случае десять магнитов. Ротор 3 отделен от статора воздушным промежутком и несет четное число электромагнитов 6. В данном случае четыре. Электромагниты расположены попарно напротив друг друга и образуют две пары. Каждый из указанных электромагнитов имеет по две катушки 7 с последовательно встречным направлением обмотки, (то есть, если одна из катушек намотана по часовой стрелке, то другая против часовой). Между собой катушки одного электромагнита соединены последовательно, конец обмотки первой катушки электромагнита соединен с началом обмотки второй катушки электромагнита. На фиг.1 начало обмотки первой катушки обозначено буквой "Н", конец обмотки второй катушки обозначен буквой "К".
При работе электродвигателя катушки 7 электромагнитов 6, запитываются от источника постоянного тока (не показан) через распределительный коллектор 8 и токосъемники 9. Распределительный коллектор 8 неподвижен относительно статора, а токосъемники 9 связаны с ротором и при его вращении перемещаются относительно токоведущих пластин 10. Указанные пластины соединены с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделены диэлектрическими промежутками 11. Количество пластин в распределительном коллекторе соответствует числу магнитов статора и в данном случае равно десяти.
Каждый из токосъемников 9 подключен к одноименным выводам обмоток одного из электромагнитов 6. На фигуре изображен вариант подключения к началу обмотки первой катушки электромагнита, обозначенной буквой "Н". (Возможен также вариант подключения токосъемников к концу обмотки второй катушки, обозначенной буквой "К", в этом случае двигатель будет вращаться в противоположную сторону).
Между собой электромагниты 6 соединены по следующей схеме:
обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, то есть вывод обмотки "К" одного электромагнита соединяется с выводом "Н" соседнего электромагнита;
а выводы обмоток противоположных электромагнитов не подключенные к токосъемникам, в данном случае "К", соединены между собой.
Общее число постоянных магнитов статора - n, равное десяти и количество электромагнитов - m, равное четырем, удовлетворяют соотношениям:
n=10+4k,
m= 4+2L, гдеk=L=0.
Принцип действия электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, аналогичен традиционному электродвигателю постоянного тока и основан на силах электромагнитного притяжения и отталкивания, возникающих при взаимодействии электромагнитов 6 ротора и постоянных магнитов 5 статора. При прохождении электромагнитом положения, когда его ось расположена между осями постоянных магнитов, катушки электромагнита запитаны так, что создают магнитный полюс, противоположный полюсу последующего в направлении вращения постоянного магнита и одноименный с полюсом предыдущего постоянного магнита. Таким образом, электромагнит одновременно отталкивается от предыдущего и притягивается к последующему постоянному магниту. При прохождении электромагнитом положения напротив оси постоянного магнита он обесточен, поскольку токосъемник располагается напротив диэлектрического промежутка. Это положение электромагнит проходит по инерции. Преимущества настоящего электродвигателя заключаются в строго определенном соотношении числа электромагнитов и постоянных магнитов и их взаиморасположении, а также в используемой схеме коммутации электромагнитов.
На фиг.2 изображена принципиальная электрическая схема электродвигателя, в соответствии с настоящим изобретением. Общее число постоянных магнитов статора - n, равное четырнадцати и количество электромагнитов ротора - m, равное шести, удовлетворяют соотношениям:
n=10+4К,
m= 4+2L, гдеk=L=1.
Число витков в обмотках катушек противоположных электромагнитов может быть различно. Для усиления резонансных явлений предпочтительно, чтобы эта разница составляла величину 1/2p от общего числа витков в одной из катушек, где р=2, 3, 4, 5 и т.д. Например, если суммарное количество витков в катушках одного электромагнита равно 128 и р=5, то суммарное количество витков в катушках диаметрально противоположного электромагнита будет 124. Если р=4, то суммарное количество витков в катушках диаметрально противоположного электромагнита будет равно 120 и т.д.
Распределительный коллектор 8 подключен к источнику 13 постоянного тока. Ключ 14 осуществляет общее включение-выключение питания. Схема может также содержать дополнительный переключатель 15, изменяющий полярность подводимого к распределительному коллектору напряжения. Изменение положения переключателя 15 позволяет сразу изменять направление вращения электродвигателя с прямого на реверсивное. Кроме того, электрическая схема может включать дополнительные блоки (не показаны) для стабилизации и управления электрическим током. Например, для ускорений и трогания с места может быть использован накопитель-хемотрон, имеющий импульсный разряд большой емкости и высокую надежность.
На фиг.3 изображен электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, у которого статор 2 электродвигателя расположен снаружи ротора 3. Такой электродвигатель может быть использован для электроподъемников, электрогенераторов и т.п. Конструктивное исполнение и принцип действия у этого электродвигателя аналогичен описанному выше.
Примеры реализации.
Пример 1.
Электродвигатель, изготовленный в соответствии с настоящим изобретением, демонстрирует высокие эксплутационные характеристики и надежность конструкции.
Электродвигатель имеет 22 постоянных магнита статора, 3 пары электромагнитов ротора, обмотка каждой катушки электромагнита содержит 68 витков провода диаметром 1,06 мм. При этом электродвигатель обладает следующими параметрами.
Габариты - диаметр 300 мм, ширина 50 мм.
Вес - 7,5 кг.
Потребляемая мощность - 240 Вт.
Напряжение питания - 24 В.
Крутящий момент - 9,6 Н/м.
Данный электродвигатель был установлен в качестве мотор-колеса на велосипед марки "STELS" с диаметром колеса 26 дюймов. В качестве источника питания были использованы две аккумуляторные батареи по 12 В и емкостью 20 А/ч. Велосипед с электрическим приводом на трековых испытаниях показал следующие характеристики.
Грузоподъемность - 120 кг.
Крейсерская скорость - 25 км/ч.
Длина пробега - 40 км (при разряде батарей до уровня 10,5 В).
Пример 2.
Другой вариант электродвигателя имеет 22 постоянных магнита статора и 5 пар электромагнитов ротора, обмотка каждой катушки электромагнита содержит 50 витков провода диаметром 1,25 мм. При этом электродвигатель обладает следующими параметрами.
Габариты - диаметр 300 мм, ширина 60 мм.
Вес - 9,6 кг.
Потребляемая мощность - 1000 Вт.
Напряжение питания - 48 В.
Крутящий момент - 40 Н/м.
Данный электродвигатель был установлен в качестве мотор-колеса на скутер с диаметром мотоциклетного колеса 16 дюймов. В качестве источника питания были использованы 4 аккумуляторные батареи по 12 В и емкостью 20 А/ч. Данный скутер на трековых испытаниях показал следующие характеристики.
Грузоподъемность - 150 кг.
Крейсерская скорость - 45 км/ч (максимальная 60 км/ч).
Длина пробега - 50 км (при разряде батарей до уровня 10,5 В).
Пример 3.
Другой вариант электродвигателя имеет 18 постоянных магнитов статора и 4 пары электромагнитов ротора, обмотка каждой катушки электромагнита содержит 55 витков провода диаметром 1,32 мм. При этом электродвигатель обладает следующими параметрами.
Габариты - диаметр 306 мм, ширина 72 мм.
Вес - 11 кг.
Потребляемая мощность - 1500 Вт.
Напряжение питания - 48 В.
Крутящий момент - 52 Н/м.
Два таких электродвигателя были установлены в качестве мотор-колес на 3-колесную рикшу, рассчитанную на водителя и двух пассажиров. Диаметр мотоциклетного колеса с электродвигателем 16 дюймов. В качестве источника питания были использованы 4 аккумуляторные батареи по 12 В и емкостью 60 А/ч. Данная электрорикша на трековых испытаниях показала следующие характеристики.
Грузоподъемность - 500 кг.
Крейсерская скорость - 45 км/ч (максимальная 70 км/ч).
Длина пробега - 70 км (при разряде батарей до уровня 10,5 В).
Формула изобретения
1. Электродвигатель, содержащий статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов с одинаковым шагом; ротор, отделенный от статора воздушным промежутком и несущий четное число электромагнитов, каждый из которых имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки; распределительный коллектор, закрепленный на корпусе статора и имеющий расположенные по окружности токопроводящие пластины, соединенные с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделенные диэлектрическими промежутками; токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора, причем каждый из токосъемников подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов, где электромагниты расположены попарно напротив друг друга, и обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой, при этом количество постоянных магнитов статора, равное n, удовлетворяет соотношению n=10+4k, где k - целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3..., а количество электромагнитов ротора m удовлетворяет соотношению m=4+2L, где L - любое целое число, удовлетворяющее условию 0<=L<=k.
2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что количество токопроводящих пластин в распределительном коллекторе равно числу постоянных магнитов статора.
3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что осевые линии диэлектрических промежутков распределительного коллектора ориентированны по осевым линиям постоянных магнитов статора.
4. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что число витков в обмотках катушек противоположных электромагнитов различно и эта разница составляет величину 1/2 P от общего числа витков в одной из катушек, где р=2, 3, 4, 5 и т.д.
5. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что положительные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединены с положительным полюсом источника постоянного тока, а отрицательные токопроводящие пластины распределительного коллектора замкнуты на корпус электродвигателя.
6. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что положительные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединены с положительным полюсом источника постоянного тока, а отрицательные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединены с отрицательным полюсом источника постоянного тока и изолированы от корпуса электродвигателя.
7. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что угол опережения между токосъемниками и токопроводящими пластинами коллектора лежит в диапазоне от 0 до 8°.
8. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор расположен с внешней стороны статора.
9. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор расположен внутри статора.
РИСУНКИ
PC4A Государственная регистрация договора об отчуждении исключительного права
Дата и номер государственной регистрации договора: 25.10.2011 № РД0089196
Лицо(а), передающее(ие) исключительное право: Шкондин Василий Васильевич (RU)
Приобретатель исключительного права: Общество с ограниченной ответственностью "Мотор-Колесо Шкондина" (RU)
(73) Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Мотор-Колесо Шкондина" (RU)
Адрес для переписки: О.В.Комардину, ул.Ельнинская ,3, кв.71, Москва, 121467
Дата публикации: 10.12.2011
vitanar.narod.ru
Полезная модель касается конструкции электродвигателей постоянного тока, в частности безредукторных коллекторных электродвигателей низкого напряжения, и может быть использована в качестве мотор-колес на транспорте или иных областях техники.
Задача предлагаемого решения - повышение эксплуатационно-технических характеристик за счет повышения числа оборотов и снижения затрат энергии.
Для решения поставленной задачи предложена новая схема электродвигателя, в котором изменено расположение и связи между узлами. Электродвигатель содержит источник постоянного тока, электромагниты 3, каждый в виде двух катушек 4 с последовательно встречным направлением обмоток, чередующиеся постоянные магниты 6, расположенные по окружности, и распределительный коллектор, состоящий из токопроводящих пластин 7, которые разделены между собой диэлектрическими промежутками 8, а также токосъемные щетки 10, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора. В отличие от известных схем в предлагаемом электродвигателе электромагниты равномерно расположены на неподвижной окружности статора 2, чередующиеся постоянные магниты равномерно установлены по окружности вращающегося ротора 5, распределительный коллектор жестко соединен с ротором, токопроводящие пластины коллектора соединены друг с другом проводником 9, при этом каждая из токосъемных щеток состоит из двух частей, разделенных диэлетриком, а источник постоянного тока соединен с катушками электромагнитов.
Кроме того, токопроводящие пластины расположены по лучам промежутков между постоянными магнитами, при этом длина пластин соответствует промежутку между постоянными магнитами. Щетки токосъемников по длине соответствуют промежутку между пластинами коллектора. Количество токопроводящих пластин в распределительном коллекторе равно половине числа постоянных магнитов статора.
4 п.ср., 1 рис.
Полезная модель касается конструкции электродвигателей постоянного тока, в частности безредукторных коллекторных электродвигателей низкого напряжения, и может быть использована в качестве мотор-колес на транспорте или иных областях техники.
Известен встроенный электродвигатель (WO 93/08999 А1, 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. и 2303536 от 2006 г. Указанные электродвигатели содержат статор, на котором размещены с одинаковым шагом постоянные магниты. 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 импульсно-инерционному двигателю можно считать двигатель по патенту РФ на изобретение 2285997, 2005 г. Электродвигатель содержит статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов с одинаковым шагом;
ротор, отделенный от статора воздушным промежутком и несущий четное число электромагнитов, которые расположены попарно напротив друг друга;
распределительный коллектор, закрепленный на корпусе статора и имеющий расположенные по окружности токопроводящие пластины, соединенные с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделенные диэлектрическими промежутками;
токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора, причем каждый из токосъемников подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов.
Каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки, причем обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой.
Однако при таком схемном решении в процессе работы двигателя постоянно меняется направление поля, что снижает количество оборотов (до 300 об/мин) и повышает расход энергии.
Задача предлагаемого решения - повышение эксплуатационно-технических характеристик за счет повышения числа оборотов и снижения затрат энергии.
Для решения поставленной задачи предложена новая схема электродвигателя, в котором изменено расположение и связи между узлами.
Электродвигатель содержит источник постоянного тока, электромагниты, каждый в виде двух катушек с последовательно встречным направлением обмоток, чередующиеся постоянные магниты, расположенные по окружности, и распределительный коллектор, состоящий из токопроводящих пластин, которые разделены между собой диэлектрическими промежутками, а также токосъемные щетки, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора. В отличие от известных схем в предлагаемом электродвигателе электромагниты равномерно расположены на неподвижной окружности статора, чередующиеся постоянные магниты равномерно установлены по окружности вращающегося ротора, распределительный коллектор жестко соединен с ротором, токопроводящие пластины коллектора соединены друг с другом проводником, при этом каждая из токосъемных щеток состоит из двух частей, разделенных диэлетриком, а источник постоянного тока соединен с катушками электромагнитов.
Кроме того, токопроводящие пластины расположены по лучам промежутков между постоянными магнитами, при этом длина пластин соответствует промежутку между постоянными магнитами. Щетки токосъемников по длине соответствуют промежутку между пластинами коллектора. Количество токопроводящих пластин в распределительном коллекторе равно половине числа постоянных магнитов статора.
Предлагаемое схемное решение исключает изменение поля, уменьшает затраты энергии, позволяет повысить число оборотов двигателя и расширить сферу его применения.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами:
фиг.1 - схема электродвигателя.
На фиг.1 изображена схема электродвигателя. На оси 1 жестко закреплен статор 2, на неподвижной окружности которого равномерно расположено четное число электромагнитов 3, в данном случае 6 электромагнитов. Электромагниты расположены попарно напротив друг друга и образуют три пары. Каждый из указанных электромагнитов имеет по две катушки 4 (правую и левую) с последовательно встречным направлением обмотки, (то есть, если одна из катушек намотана по часовой стрелке, то другая - против часовой). Между собой катушки 4 одного электромагнита соединены последовательно, конец обмотки первой катушки электромагнита соединен с началом обмотки второй катушки электромагнита.
Катушки электромагнитов соединены с разноименными полюсами источника питания.
На оси 1 концентрично статору 2 закреплен вращающийся ротор 5, по окружности которого равномерно установлены чередующиеся постоянные магниты N-S 6. На роторе 5 концентрично постоянным магнитам 6 жестко закреплен распределительный коллектор, состоящий из равномерно расположенных по окружности токопроводящих пластин 7. Пластины 7 с наружной стороны разделены изоляционным материалом 8, а с противоположной стороны соединены друг с другом проводником 9. Количество токопроводящих пластин 7 всегда нечетно и определяется соотношением n:2, где n - количество постоянных магнитов.
Пластины 7 расположены по лучам промежутков между постоянными магнитами 6, через один, с небольшим сдвигом. Длина пластин 7 не должна быть меньше длины промежутка между постоянными магнитами 6.
Электродвигатель работает от источника питания. К его положительному контакту параллельно присоединены входы обмоток правых катушек электромагнитов, а к отрицательному - выходы обмоток левых катушек.
Выходы обмоток соединены с токосъемными щетками 10, которые закреплены с возможностью контакта с токопроводящими пластинами 7 коллектора. Щетки 10 также имеют правые и левые части, разделенные диэлектриком. Длина пластин щеток 10 соответствует ширине промежутка между пластинами 7 коллектора.
Принцип действия предлагаемого электродвигателя, аналогичен традиционному электродвигателю постоянного тока и основан на силах электромагнитного притяжения и отталкивания, возникающих при взаимодействии электромагнитов статора и постоянных магнитов ротора. При прохождении ротором положения, когда ось электромагнита расположена между осями постоянных магнитов, катушки электромагнита запитаны так, что создают магнитный полюс, противоположный полюсу последующего в направлении вращения постоянного магнита и одноименный с полюсом предыдущего постоянного магнита. Таким образом, электромагнит одновременно отталкивается от предыдущего и притягивается к последующему постоянному магниту. При прохождении постоянным магнитом положения напротив оси электромагнита последний обесточен, поскольку токосъемник располагается напротив диэлектрического промежутка. Это положение ротор проходит по инерции. Преимущества настоящего электродвигателя
заключаются в строго определенном соотношении числа электромагнитов и постоянных магнитов и их взаиморасположении, а также в используемой схеме коммутации электромагнитов.
Электродвигатель работает следующим образом. При включении источника питания ток от положительного полюса источника постоянного тока проходит через катушки 4 электромагнитов 3, далее через правые части щеток на соединенные между собой проводником пластины 7 коллектора. Далее, через пластины 7 коллектора, ток подается на левые щетки и через обмотки левых электромагнитов на отрицательный контакт источника питания, цепь замыкается. Поле электромагнита вступает во взаимодействие с постоянным магнитом и возникает момент силы, поворачивающий ротор, и подводящий токопроводящие пластины коллектора к следующим щеткам.
При изменении полярности тока на входе, двигатель крутится в противоположную сторону.
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 также при тех же энергетических затратах увеличить число оборотов двигателя и расширить тем самым область его применения.
Настоящее предложение позволило улучшить эксплуатационно-технических характеристик электродвигателя при сохранении относительной простоты конструкции и надежности.
1. Импульсно-инерционный электродвигатель, содержащий источник постоянного тока, электромагниты, каждый в виде двух катушек с последовательно встречным направлением обмоток, расположенные по окружности чередующиеся постоянные магниты и распределительный коллектор, состоящий из токопроводящих пластин, которые разделены между собой диэлектрическими промежутками, а также токосъемные щетки, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора, отличающийся тем, что электромагниты равномерно расположены на неподвижной окружности статора, чередующиеся постоянные магниты равномерно установлены по окружности вращающегося ротора, распределительный коллектор жестко соединен с ротором, токопроводящие пластины коллектора соединены друг с другом проводником, при этом каждая из токосъемных щеток состоит из двух частей, разделенных диэлетриком, а источник постоянного тока соединен с катушками электромагнитов.
2. Импульсно-инерционный электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что токопроводящие пластины расположены по лучам промежутков между постоянными магнитами, при этом длина пластин соответствует промежутку между постоянными магнитами.
3. Импульсно-инерционный электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что щетки токосъемников по длине соответствуют промежутку между пластинами коллектора.
4. Импульсно-инерционный электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что количество токопроводящих пластин в распределительном коллекторе равно половине числа постоянных магнитов статора.
poleznayamodel.ru
105 кгсм/кг. Скорость детонации углеводородных топлив достигает 3000 м/с, мощность топливного заряда определяется по формуле взрыва:
где Q удельная теплота смеси, кКал m масса топливного заряда, кг 427 механический эквивалент D скорость детонации, м/с l длина камеры сгорания, м. www.freepatent.ru
Гравитационно-инерционный двигатель (ГИД)
А. Д. Черногоров
Использование традиционных источников энергии органического происхождения поставило человечество в настоящее время перед угрозой экологической катастрофы. Поэтому в последние годы в мире резко активизировались поиски возобновляемых экологически чистых альтернативных источников энергии.
Одним из таких источников является гравитационное поле Земли, которое уже давно используется человечеством для выработки механической и электрической энергии в гидроэнергетике. Падающая вода, благодаря энергии гравитационного поля, вращает турбины на гидроэлектростанциях, колеса водоподъемников и водяных мельниц.
Строительство гидроэлектростанций в классическом виде является очень долговременным и дорогостоящим мероприятием, наносящим вред окружающей среде за счет затопления огромных площадей суши, пригодных для производства сельскохозяйственной продукции или для другой хозяйственной деятельности. Кроме того, рукотворные моря влияют на локальные климатические условия местности, нарушают экологический баланс в природе, что в совокупности приводит к непредсказуемым результатам.Других примеров реального использования энергии гравитационного поля для практических нужд человечества в настоящее время практически не существует.
Лучшие умы человечества на протяжении многих столетий пытались использовать гравитационное поле как источник нескончаемой энергии, создавая хитроумные устройства, в большинстве случаев называемые «вечными двигателями». Но они не могли решить проблемы, связанные с однонаправленностью гравитационного поля. В рамках классических представлений о механике Ньютона «вечные двигатели» невозможны, поскольку они нарушают закон сохранения энергии. После того, как Парижская академия наук приняла решение прекратить рассмотрение проектов вечных двигателей, как противоречащим законам физики, инженеры прекратили заниматься этими проблемами. В результате чего решение задач получения неиссякаемой энергии гравитационного поля было отдано на откуп дилетантам, не имеющим соответствующих знаний. В итоге никаких реальных решений, воплощенных в устройствах, которые могли бы использовать однонаправленную энергию гравитационного поля Земли, так и не было предложено.
Со временем накапливалось все больше проблем, которые классическая механика Ньютона объяснить не могла. Например, мы повсюду сталкиваемся с проявлением действий инерционных сил, но на вопрос, «что они представляют по своей природе?», классическая механика ответа не дает. В рамках классической механики не возможно создание механизмов и устройств, которые бы могли перемещаться в пространстве за счет только внутренних сил. Но такие механизмы созданы и показали практическую работоспособность.Родоначальниками по исследованию и созданию так называемых «инерциоидов» являются советские ученые. Определенную лепту в создание теории «инерциоидов» и получении практических результатов внес и автор данного изобретения.
Современная квантовая (волновая) механика, по утверждению д-ра тех. наук Льва Сапогина, все коренным образом меняет. Здесь имеют место другие соотношения и закономерности. В рамках так называемой унитарной квантовой теории закон сохранения энергии, стоящий преградой на пути создания вечного двигателя, не действует.
Величайшей победой человеческого разума над решением энергетических проблем явилось бы создание стационарных или передвижных устройств мощностью от нескольких кВт до сотен тысяч кВт, способных преобразовывать энергию гравитационного поля в удобные виды энергии (например, механическую, электрическую, тепловую), используемые людьми для практических целей.
В результате почти пятидесятилетних поисков у автора выкристаллизовалась идея создания таких устройств. В конце прошлого века были разработаны теоретические предпосылки для создания двухтактных и трехтактных силовых модулей гравитационно-инерционных двигателей (ГИД). В настоящее время уже построен двухтактный силовой модуль массой 70 кг и опытная установка для его наладки и испытаний. В связи с отсутствием практического финансирования, их строительство велось из подручных средств и затянулось на целых б лет, вместо реальных 6-ти месяцев.
Проведенные в конце 2002 - начале 2003 гг. испытания двухтактного силового модуля показали его работоспособность и подтвердили теоретические предпосылки, заложенные в его основу, что открыло перспективы строительства нескольких типов ГИД уже в этом году Изобретение является пионерским, уникальным, не имеющим аналогов в мире.
Испытания двухтактного модуля дали реальное доказательство того, что гравитационное поле Земли (как и других планет) действительно являются мощным энергетическим источником, энергию которого необходимо использовать для выработки 9 дешевой электроэнергии посредством ГИД в самое ближайшее время.
Двухтактный (трехтактный) силовой модуль представляет собой реактор, заключенный в прочный стальной корпус соответствующей конструкции, в котором отсутствуют какие-либо радиоактивные компоненты. На реакторе расположены механизмы управления его работой, механизмы передачи механической энергии.
ГИД включают в себя двухтактные или трехтактные силовые модули, связанные с высокоэффективными рекуператорам и энергии.Принцип действия ГИД уникален и основан на новых решениях, без теоретических знаний которых повторение установки посторонними лицами в настоящее время практически невозможно.
Гравитационно-инерционные двигатели, построенные на базе двухтактных и трехтактных силовых модулей, будут самыми экологически чистыми двигателями, которые будут вращать электрогенераторы без использования какого-либо топлива. Источником энергии для них будет являться необъятная, неиссякаемая энергия гравитационного поля Земли. Индивидуальная электростанция мощностью 5-15 кВт сможет полностью обеспечивать жилой дом в любом месте, где только может обосноваться человек. Практически отсутствуют принципиальные ограничения для создания ГИД больших мощностей.
Новая Энергетика N 4(23), 2005
chernogorov.umi.ru
