Шкондин патенты

мотор-колесо

Использование: в качестве мотор-колес транспортных, дорожных и других средств. Сущность изобретения: в мотор-колесе, содержащем электропривод, состоящий из источника регулируемого напряжения и электродвигателя, якорь с магнитопроводом и электромагнитами закреплен на оси, индуктор с магнитопроводом и постоянными магнитами закреплен на ободе, распределительный коллектор, образованный расположенными по окружности пластинами закреплен на якоре, токосъемники щетками закреплены на индукторе, дополнительно введены минимум один индукторный токосъемник на индукторе, имеющий щетку, и минимум один кольцевой контакт, закрепленный на якоре. Пластины соединены с катушками электромагнитов. Указанное мотор-колесо имеет ряд модификаций и может использоваться для создания экологически чистых, надежных и экономичных транспортных средств. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Рисунки к патенту РФ 2038985

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве мотор-колес транспортных, дорожных и других передвижных средств.

Известно мотор-колесо, содержащее встроенную в колесо асинхронную электрическую машину, при этом статор с магнитопроводом неподвижно закреплен на оси колеса, на магнитопроводе статора размещены магнитные элементы статора, ротор установлен подвижно по оси колеса и имеет магнитопровод с короткозамкнутыми обмотками.

Известное мотор-колесо имеет ряд недостатков: плохие тепловой режим и регулировочные характеристики, высоковольт- ное питание, сложную систему управления и другие.

Известно мотор-колесо, которое выбрано за прототип, содержащее электропривод, состоящий из источника регулируемого напряжения и электродвигателя, содержащего закрепленную на ободе колеса подвижную часть и закрепленную на оси колеса неподвижную часть, одна из которых выполнена в виде якоря с магнитопроводом и полюсами в виде электромагнитов, а другая в виде индуктора с магнитопроводом и полюсами в виде постоянных магнитов, распределительный коллектор, расположенный на якоре и образованный расположенными по окружности и изолированными друг от друга токопроводными пластинами, токосъемники с элементами токосъема, полюса неподвижной части равномерно распределены по окружности, а полюса подвижной части электродвигателя сгруппированы в группы, расстояние между серединами полюсов в каждой группе которой и полюсов неподвижной части кратно полюсному делению неподвижной части, при этом, любые два полюса одной группы, подвижной и неподвижной частей имеют противоположную полярность, если расстояние между их серединами кратно четному числу полюсных делений неподвижной части и одинаковую, если нечетному их числу; группы полюсов подвижной части смещены относительно друг друга таким образом, что, когда середины полюсов одной группы полюсов подвижной части совпадают с серединами полюсов неподвижной части, то середины полюсов подвижной части не совпадают с серединами полюсов неподвижной части, подвижной частью электродвигателя, закрепленной на ободе колеса, является индуктор, а неподвижной якорь, каждая группа полюсов подвижного индуктора разделена на две подгруппы, расстояние между соседними подгруппами кратно полюсному делению якоря, при этом дополнительно введен индукторный токосъемник, жестко закрепленный на индукторе и имеющий минимум один элемент токосъема и минимум один кольцевой контакт, расположенный на якоре, число пластин равно числу электромагнитов, каждая из них соединена с одним из выводов катушек двух соседних электромагнитов, а выводы катушек каждого электромагнита соединены с двумя соседними пластинами, при этом, когда середины любой одной группы магнитов находятся строго посередине между серединами соответствующих электромагнитов, элементы токосъема этой группы находятся на пластинах распределительного коллектора.

Его недостатками является сложность в силу размещения электромагнитов на роторе, недостаточные мощности и скорость в силу невозможности подачи большого тока в катушки ротора через щетки, недостаточно хороший тепловой режим за счет недостаточного воздушного охлаждения постоянных магнитов (так как они неподвижны).

Цель изобретения улучшение регулировочных свойств, увеличение мощности и повышение надежности.

На фиг. 1 изображено предлагаемое мотор-колесо без кожухов (электромагнитная зона), вид сбоку; на фиг. 2 то же, разрез; на фиг. 3 схема электрической цепи мотор-колеса; на фиг. 4 статор.

Мотор-колесо содержит обод 1, ось 2, электропривод, состоящий из источника регулируемого напряжения и электродвигателя, содержащего якорь 3 с магнитопроводом 4 и электромагнитами 5, индуктор 6 с магнитопроводом 7 и по меньшей мере двумя группами А и Б постоянных магнитов 8, распределительный коллектор 9, расположенный на якоре 3 и образованный расположенными по окружности изолированными друг от друга токопроводными пластинами 10. Индуктор 6 электродвигателя закреплен на ободе 1 колеса, якорь 3 неподвижно закреплен на оси 2 колеса. В каждой (А или Б) группе постоянные магниты 8 сгруппированы в две соседние подгруппы, постоянные магниты в каждой подгруппе и электромагниты по окружности якоря размещены так, что (угловые) расстояния между серединами (осями) любых двух постоянных магнитов одной подгруппы и электромагнитов кратно (угловому) расстоянию . При этом любые два постоянных магнита одной подгруппы и электромагнита имеют противоположную полярность, если (угловое) расстояние между их серединами (осями) кратно нечетному числу расстояний , и одинаковую если четному числу расстояний . Группы (А и Б) постоянных магнитов смещены друг относительно друга таким образом, что, когда середины (оси) постоянных магнитов как минимум одной группы совпадают с серединами (осями) соответствующих электромагнитов, то середины (оси) постоянных магнитов как минимум одной другой группы не совпадают с серединами (осями) электромагнитов. Мотор-колесо также содержит индукторный токосъемник 11, жестко закрепленный на индукторе 6 и имеющий минимум один элемент токосъема 12 и минимум один кольцевой контакт 13, расположенный на якоре 3 и токосъемники 14.1 и 14.2 (по числу групп). Число пластин равно числу электромагнитов. Расстояние между ближайшими магнитами подгрупп одной группы кратно , и они имеют одинаковую полярность, если (угловое) расстояние между их серединами (осями) кратно нечетному числу (угловых) расстояний , и противоположную, если (угловое) расстояние между их серединами (осями) кратно четному числу (угловых) расстояний . Токосъемники 14.1 и 14.2 имеют три элемента токосъема 15.1, 15.2, 15.3 и 16.1, 16.2 и 16.3 соответственно и жестко закреплены на индукторе. Пластины 10 соединены каждая с одним из выводов катушек двух соседних электромагнитов 5, а выводы катушек каждого электромагнита 5 соединены с двумя соседними пластинами 10. Расстояние между любыми элементами токосъема каждого токосъемника кратно , при этом, когда середины (оси) любой одной группы магнитов находятся строго посередине между серединами (осями) соответствующих электромагнитов, элементы токосъема этой группы находятся на (имеют электрический контакт) пластинах.

При этом в конструкции электропривода с одним кольцевым контактом 13 он соединен с одним выводом источника регулируемого напряжения, индукторный токосъемник 11 имеет один элемент токосъема 12, имеющий возможность электрического контакта с кольцевым контактом 13 и электрически соединенный с крайними элементами токосъема всех токосъемников 15.1 и 15.3 (16.1 и 16.3), а другой вывод источника регулируемого напряжения соединен со средними элементами токосъема всех токосъемников 15.2 (16.2) например, через корпус.

Якорь 3 может представлять собой диски 17, на который крепятся магнитопровод 4, электромагниты 5, коллектор 9, контакт 13. Индуктор 6 также может представлять собой два кожуха 18, на который крепятся магнитопровод 7, магниты 8, токосъемники 11, 14 с щетками 12 и 15.

Напряжение от источника регулируемого напряжения 19 подается на кольцевой контакт 13 и через щетки 12 и 15.1 и 15.3 (16.1 и 16.3) на пластины 10. Выводы заземления в текущий момент через корпус и щетки 15.2 также электрически соединены с пластиной 10, находящейся между пластинами, на которых находятся щетки 15.1 и 15.3. Таким образом, между пластинами с щетками 15.1, 15.3 и 15.2 (через катушки электромагнитов) протекает ток. При равномерном расположении магнитов и электромагнитов они чередуются полюсами и каждый постоянный магнит взаимодействует с электромагнитами так, что отталкивается от предыдущего и притягивается к последующему в направлении вращения.

Необходимо отметить, что ток протекает только между щетками, т.е. так как «зоны щеток» токосъемников не перекрываются (фиг. 1), то не происходит неравномерности или неправильности запитки электромагнитов.

Выбор расстояний между осями магнитов и электромагнитов, кратных , обеспечивает правильность электромагнитных взаимодействий и их чередование в направлении вращения.

В группах магнитов выделены подгруппы, так как ток к средней 15.2 (16.2) щетке течет в противоположных направлениях, т.е. электромагниты, между которыми находится средняя щетка, несмотря на различие в намотке (противоположные) имеют одинаковый полюс в текущий момент.

Мотор-колесо работает следующим образом.

При включении источника 19 регулируемого напряжения напряжение через контакт 13 и щетки 12, 15.1-15.3 подается на пластины 10 в области взаимодействия электромагнитов 5 с группой (А) постоянных магнитов, т.е. на те электромагниты, которые не должны участвовать во взаимодействии (например, когда группа Б находится строго напротив них) напряжение не подается.

При равномерном расположении электромагнитов и магнитов их полюса чередуются и приходят в электромагнитное взаимодействие: постоянный магнит отталкивается от предыдущего и притягивается к последующему электромагниту в направлении вращения.

В момент, когда щетки 15.1-15.3 сходят с пластин 10 (т.е. оси магнитной группы А подходят к моменту совпадения с осями электромагнитов), щетки 16.1-16.3 выходят на пластины 10 и начинают аналогично запитывать соответствующие электромагниты, которые приходят в электромагнитное взаимодействие с постоянными магнитами группы Б.

Таким образом группы постоянных магнитов периодически взаимодействуют с электромагнитами, обеспечивая вращение обода 1. Скорость вращения в общем случае регулируется количеством электричества, подаваемого от источника 19 на пластины 10.

Предлагаемое мотор-колесо может иметь ряд конструкций.

В конструкции электропривода с двумя кольцевыми контактами 13.1 и 13.2 индукторный токосъемник 11 имеет два элемента токосъема 12.1 и 12.2, имеющие возможность электрического контакта с соответствующими кольцевыми контактами 13.1 и 13.2 и электрически соединенные соответственно со средними и крайними элементами токосъема всех токосъемников. Кольцевые контакты 13.1 и 13.2 соединены с разными выводами источника 19 регулируемого напряжения (т.е. электрическое соединение не через корпус).

Электромагниты 5 могут быть размещены равномерно по окружности якоря с чередующимися по окружности полюсами, постоянные магниты 8 в каждой подгруппе расположены равномерно с чередующимися полюсами, при этом (угловые) расстояния между серединами (осями) двух любых соседних электромагнитов и любых двух соседних постоянных магнитов в любой подгруппе равны между собой и равны , а =360/М, где М натуральное четное число, равное числу электромагнитов.

Индуктор может быть снабжен вторыми магнитопроводом с постоянными магнитами, распределительным коллектором и токосъемниками с элементами токосъема, выполненными, расположенными и соединенными подобно (аналогично) основным магнитопроводу, распределительному коллектору и токосъемникам (т.е. более мощная цилиндрическая машина с большим числом магнитовзаимодействующих частей).

Электромагниты 5 могут быть расположены с двух сторон магнитопровода якоря, магнитопроводы индуктора с токосъемниками расположены по сторонам магнитопровода якоря, постоянные магниты размещены напротив электромагнитов, а магнитные оси (оси намагниченности) постоянных магнитов и электромагнитов параллельны оси колеса.

Электромагниты 5 могут быть расположены в пазах якоря, магнитопроводы индуктора расположены по сторонам магнитопровода якоря, постоянные магниты размещены напротив электромагнитов, а магнитные оси (оси намагниченности) постоянных магнитов и электромагнитов параллельны оси колеса.

Последние два варианта представляют собой торцовые электрические машины.

Якорь может быть снабжен минимум одним дополнительным магнитопроводом с электромагнитами и токосъемниками, индуктор снабжен минимум двумя магнитопроводами с постоянными магнитами и токосъемниками, выполненными, расположенными и соединенными соответственно подобно основному якорю и магнитопроводу индуктора с токосъемниками.

Распределительный коллектор и/или токосъемники могут быть выполнены с возможностью углового смещения относительно оси колеса.

Для обеспечения регулировки угла начала подачи напряжения предлагаемая конструкция мотор-колеса имеет специальный эффект, заключающийся в возможности создания экологически чистых транспортных средств, и экономический эффект, заключающийся в упрощении и экономичности.

Таким образом предложена конструкция, выгодно отличающаяся от известных мотор-колес и прототипа за счет расположения постоянных магнитов на вращающейся части.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. МОТОР-КОЛЕСО, содержащее электропривод, состоящий из источника регулируемого напряжения и электродвигателя, содержащего закрепленную на ободе колеса подвижную часть и закрепленную на оси колеса неподвижную часть, одна из которых выполнена в виде якоря с магнитопроводом и полюсами в виде электромагнитов, а другая в виде индуктора с магнитопроводом и полюсами в виде постоянных магнитов, распределительный коллектор, расположенный на якоре и образованный расположенными по окружности и изолированными друг от друга токопроводными пластинами, токосъемники с элементами токосъема, полюса неподвижной части равномерно распределены по окружности, а полюса подвижной части электродвигателя сгруппированы в группы, расстояние между серединами полюсов в каждой группе которой и полюсов неподвижной части кратно полюсному делению неподвижной части, при этом любые два полюса одной группы подвижной и неподвижной частей имеют противоположную полярность, если расстояние между их серединами кратно четному числу полюсных делений неподвижной части, и одинаковую если нечетному их числу, группы полюсов подвижной части смещены относительно друг друга таким образом, что, когда середины полюсов одной группы полюсов подвижной части совпадают с серединами полюсов неподвижной части, то середины полюсов подвижной части не совпадают с серединами полюсов неподвижной части, отличающееся тем, что подвижной частью электродвигателя, закрепленной на ободе колеса, является индуктор, а неподвижной якорь, каждая группа полюсов подвижного индуктора разделена на две подгруппы, расстояние между соседними подгруппами кратно полюсному делению якоря, при этом дополнительно введен индукторный токосъемник, жестко закрепленный на индукторе и имеющий минимум один элемент токосъема и минимум один кольцевой контакт, расположенный на якоре, число пластин равно числу электромагнитов, а выводы катушки каждого электромагнита соединены с двумя соседними пластинами, при этом, когда середины любой одной группы магнитов находятся строго посередине между серединами соответствующих электромагнитов, элементы токосъема этой группы находятся на пластинах распределительного коллектора.

2. Мотор-колесо по п.1, отличающееся тем, что в конструкции электропривода с одним кольцевым контактом он соединен с одним выводом источника регулируемого напряжения, индукторный токосъемник имеет один элемент токосъема, имеющий возможность электрического контакта с кольцевым контактом и электрически соединенный либо со средним элементом, либо с крайними элементами токосъема всех токосъемников, а другой вывод источника регулируемого напряжения соединен соответственно либо с крайними, либо со средними элементами токосъема всех токосъемников, например, через «корпус».

3. Мотор-колесо по п.1, отличающееся тем, что в конструкции электропривода с двумя кольцевыми контактами, индукторный токосъемник имеет два элемента токосъема, имеющие возможность электрического контакта с соответствующими кольцевыми контактами и электрически соединенный соответственно со средними и крайними элементами токосъема всех токосъемников, кольцевые контакты соединены с разными выводами источника регулируемого напряжения.

4. Мотор-колесо по пп.1 3, отличающееся тем, что индуктор снабжен вторыми магнитопроводом с постоянными магнитами, распределительным коллектором и токосъемниками с элементами токосъема, выполненными, расположенными и соединенными подобно основному магнитопроводу, распределительному коллектору и токосъемникам.

5. Мотор-колесо по пп.1 4, отличающееся тем, что электромагниты расположены с двух сторон магнитопровода якоря, магнитопроводы индуктора с токосъемниками расположены по сторонам магнитопровода якоря, постоянные магниты размещены напротив электромагнитов, а магнитные оси постоянных магнитов и электромагнитов параллельны оси колеса.

6. Мотор-колесо по пп.1 4, отличающееся тем, что электромагниты расположены в пазах якоря, магнитопроводы индуктора расположены по сторонам магнитопровода якоря, постоянные магниты размещены напротив электромагнитов, а магнитные оси постоянных магнитов и электромагнитов параллельны оси колеса.

7. Мотор-колесо по пп.1 4, отличающееся тем, что магнитные оси постоянных магнитов и электромагнитов радиальны.

8. Мотор-колесо по пп.1 7, отличающееся тем, что якорь снабжен минимум одним дополнительным магнитопроводом с электромагнитами и токосъемниками, индуктор снабжен минимум двумя магнитопроводами с постоянными магнитами и токосъемниками, выполненными, расположенными и соединенными соответственно подобно основному якорю и магнитопроводу индуктора с токосъемниками.

9. Мотор-колесо по пп.1 8, отличающееся тем, что распределительный коллектор и/или токосъемники выполнены с возможностью углового смещения относительно оси колеса.

www.freepatent.ru

Мотор-колесо Василия Васильевича Шкондина

Конструкция данного мотор-колеса на мой взгляд имеет ряд общих черт с генератором Джона Серла.
Поэтому некоторые её принципы стоит взять на вооружение.
Сам В.В.Шкондин открыто говорит об устройстве своего колеса и имеет более ста патентов на разные варианты его конструкции, но так-же честно признается, что самые главные особенности конструкции он держит в секрете.
Подробнее в этом видео:

Я давно интересуюсь устройством его колеса, и несколько лет назад мне попадался материал, который сейчас почему-то не доступен.
Я его тогда сохранил и сейчас вы можете с ним ознакомиться:

«
Работая над диссертацией в Институте русского языка им. А.С. Пушкина, Шкондин В.В. не заметил как тема «Вариантность лексических и грамматических единиц в русском языке» (русский язык как иностранный – на сопоставлении с немецким) переросла в «Вариантность технических единиц применительно к функциональности различных типов электрических машин в транспортных средствах».
Верным оказалось философское предположение Фридриха Энгельса о том, что только тогда нечто оригинальное и исключительное может получиться в научных изысканиях, когда объединяются совершенно разные области знаний.
Уже на первой выставке – Всемирном салоне изобретений «Брюссель – Эврика – 1990» В.В. Шкондин стал человеком года в Бельгии, а его пилотная модель электрической инвалидной коляски на «Мотор-колесах Шкондина» была отмечена золотой медалью и специальным призом министра финансов Бельгии.
Впервые в мировой практике оплату пошлин за международную заявку на патенты в 26 странах за автора произвел Госкомизобретений (заявка № 4731991/07 от 01.09.89г.).
По истечении 18 месяцев (общепринятый регламент) эксперт Европейского патентного ведомства уведомил Госкомизобретений и автора, что «в результате экспертизы, вышеуказанному изобретению не было противопоставлено ни одной публикации» (из письма «Союзпатента» № 2412Р от 23.07.92 г.).

Импульсно-инерционный электродвигатель, в соответствии с настоящим изобретением, содержит:
статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов с одинаковым шагом; количество постоянных магнитов, как минимум, на 2 больше количества башмаков электромагнитов ротора;
ротор, отделенный от статора воздушным зазором и несущий четное число электромагнитов, которые расположены попарно напротив друг друга; распределитель, закрепленный на корпусе статора и имеющий расположенные по окружности токопроводящие пластины, соединенные с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделенные диэлектрическими промежутками;
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 к — целое число, принимающее значения 0,1, 2, 3 и т.д. m=4+2L, где L — любое целое число, удовлетворяющее условию 0^L

searlmachine.2x2forum.com

Патенты автора — Шкондин В.В.

Страна — Россия (RU), количество патентов — 15, получены — 1990-2007

Автор владеет патентами в следующих областях 5 : ↑↓

  • A61 – Медицина и ветеринария; гигиена
  • B60 – Транспортные средства (общие вопросы)
  • B62 – Безрельсовые наземные транспортные средства
  • H02 – Производство, преобразование и распределение электрической энергии
  • H03 – Электронные схемы общего назначения

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения электродвигателей постоянного тока, частности — безредукторных коллекторных электродвигателей низкого напряжения, и может быть использовано в различных.

Настоящее изобретение относится к области электротехники, а именно к бесколлекторным электрическим машинам, в частности электрогенераторам постоянного тока, и может быть использовано в любой области науки и техники, где требуются автономные источники.

Изобретение относится к области электроприводных транспортных средств, включая автомобили, мотоциклы, скутеры, электропоезда и т.д. Полноприводное транспортное средство содержит, по крайней мере, два безредукторных электромотора, источник.

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.

Изобретение относится к области электротехники, а именно – к особенностям конструктивного выполнения электродвигателей, предназначенных для безредукторного привода преимущественно транспортных средств. Сущность изобретения состоит в следующем.

Изобретение относится к области электротехники и машиностроения и касается особенностей конструктивного выполнения электродвигателей, преимущественно для транспортных средств. Сущность изобретения состоит в том, что электродвигатель содержит ротор (3).

Группа изобретений относится к области машиностроения и предназначена для использования при реализации мотор-колес. В статоре электродвигателя по первому варианту на двух кольцеобразных магнитопроводах расположены равноудаленные по окружности.

Изобретение предназначено для использования при построении роликовых платформ, инвалидных колясок и комплектующих их приводных мотор-колес. Статор имеет магнитопровод с четным числом равноудаленных и чередующихся по полярности постоянных магнитов, а.

Изобретение относится к средствам передвижения для людей с ограниченной подвижностью. Транспортное средство для инвалидов содержит инвалидную коляску с задними ведущими колесами и соединенный с ней посредством разъемного узла кузов. Кузов снабжен.

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано в качестве экологически чистого транспортного средства с электроприводом для обслуживания городского хозяйства, а так же территорий с травяным газоном, например, скверов и спортивных.

Публикации

Понятие интеллектуальной собственности появилось в мире очень давно, но вот распространение получило лишь после учреждения Всемирной организации интеллектуальной собственности. Именно в то время появились четко оговоренные границы, что именно.

Современные покупатели отдают предпочтение в покупках более известным брендам товаров, поэтому своевременная регистрация логотипа может сохранить за предпринимателем большую прибыль.

Регистрация товарного знака в.

Для того чтобы не осуществлять все необходимые для получения патента манипуляции самостоятельно, можно обратиться за помощью к патентным поверенным. Это категория граждан, которые специализируются в данных вопросах и выполнят все необходимые.

Из всех разновидностей охранных документов на интеллектуальную собственность есть отдельно и тот, что дает защиту внешности изделий, это патент. Именно патент на промышленную модель закрепляет за его держателем право любого использования.

Все права создателей любого происхождения и гражданства охраняются гражданскими кодексами их государств. В некоторых случаях такую защиту может предоставлять и законодательство другой страны, например, на территории которой было создано.

allpatents.ru

Шкондин патенты

  1. Главная
  2. Реестр патентов

Последние новости

(21), (22) Заявка: 2007120942/09, 05.06.2007

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
05.06.2007

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2285997 С1, 20.10.2006. RU 2172261 С1, 20.08.2001. RU 2129965 С1, 10.05.1999. RU 2011272 C1, 15.04.1994. RU 2035114 C1, 10.05.1995. RU 2038984 С1, 09.07.1995. US 6355996 А, 12.03.2002. US 6727668 А, 27.04.2004. US 6791226 В1, 14.09.2004. US 6617746 B1, 09.09.2003. US 6384496 B1, 20.08.2001. WO 93/08999 A1, 13.05.1993. EP 1102386 A1, 23.05.2001.

Адрес для переписки:
121467, Москва, ул.Ельнинская, 3, кв. 71, О.В.Комардину

(72) Автор(ы):
Шкондин Василий Васильевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):
Шкондин Василий Васильевич (RU)

(54) ИНДУКТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения электродвигателей постоянного тока, частности — безредукторных коллекторных электродвигателей низкого напряжения, и может быть использовано в различных областях техники, например в качестве мотор-колес в таких транспортных средствах, как электроприводные скутера, мотоциклы, электро-автомобили и т.д. Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в снижении себестоимости электродвигателя, повышении его экономичности, исключении искрения и реактивности, создании условий для свободного инерционного хода и большой скорости вращения электродвигателя при сохранении его надежности и относительной простоты конструкции. Сущность изобретения состоит в том, что индукторный электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, содержит обод, на котором с одинаковым шагом располагаются зубцы, выполненные из магнитомягкого материала, круговую раму, несущую четное число подковообразных (П-образных) электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга и имеющих по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки, средство подачи на электромагниты электрических импульсов одинаковой полярности. При этом количество зубцов на ободе, равное n, удовлетворяет соотношению: n=10+4k, где k — целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

CLASS=»b560m»DE 2749820 A1, 18.05.1978. EP 1215799 A1, 19.06.2002. WO 2006025444 A1, 09.03.2006.

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 скутерах, мотоциклах, электро-автомобилях и т.д., а также в иных областях техники.

Широкое применение в технике, в том числе и на транспорте, нашли электродвигатели, имеющие 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. 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 2172261 C1, 20.08.2001). К преимуществам такого устройства относятся: отсутствие редуктора, использование низковольтных источников питания, отсутствие дополнительных электронных схем, возможность рекуперации 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).

Известен также электродвигатель (RU 2285997 С1), 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, распределительный коллектор, закрепленный на корпусе статора, токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора. К преимуществам такого устройства относятся: возможность рекуперировать электроэнергию, пониженный уровень искрения на токосъемниках, а также реверсивность при сохранении простоты конструкции и улучшении эксплуатационных характеристик.

Настоящее изобретение направлено на снижение себестоимости электродвигателя, повышение его экономичности, исключение искрения и реактивности, создание условий для свободного инерционного хода и большой скорости вращения электродвигателя при сохранении относительной простоты конструкции и надежности.

Индукторный электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, содержит:

— обод, на котором с одинаковым шагом располагаются зубцы, выполненные из магнитомягкого материала;

— круговую раму, несущую четное число подковообразных (П-образных) электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга и имеющих по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки;

— средство подачи на электромагниты электрических импульсов одинаковой полярности.

Количество зубцов на ободе, равное n, удовлетворяет соотношению:

n=10+4k, где k — целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.

Предпочтительно, чтобы количество электромагнитов, расположенных на круговой раме, удовлетворяло соотношению: m=4+2L, где L — любое целое число, удовлетворяющее условию 0 L k. Наиболее часто используемые соотношения количества зубцов и электромагнитов следующие: n=10, m=8; n=14, m=6; n=18, m=8; n=22, m=10 и т.д. Обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к средству подачи электрических импульсов, соединены между собой.

Такое соотношение числа электромагнитов и зубцов магнитомягкого материала, 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.

В настоящем изобретении может быть использована также любая другая схема соединения обмоток электромагнитов, отвечающая вышеназванным условиям и позволяющая достичь заявленного результата.

Индукторный электродвигатель, в соответствии с настоящим изобретением, может быть выполнен в двух вариантах.

В первом варианте роль средства подачи на электромагниты электрических импульсов выполняет коллектор. В этом случае упомянутый обод с зубцами, выполненными из магнитомягкого материала, расположен на статоре электродвигателя. Ротор, отделенный от статора воздушным промежутком, содержит круговую раму, несущую четное число подковообразных электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга. Коллектор, закрепленный на статоре, имеет расположенные на изоляционной основе токопроводящие пластины, разделенные диэлектрическими промежутками. Токопроводящие пластины соединены с одним полюсом источника постоянного тока. Другой полюс источника постоянного тока соединен с корпусом электродвигателя.

Электродвигатель содержит также токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора. Каждый из токосъемников подключен к одноименным выводам: или только к началу каждой обмотки, или только к концу каждой обмотоки соответствующих электромагнитов. Выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, замкнуты на корпус.

Общее число токопроводящих пластин коллектора равно числу зубцов статора. При этом осевые линии диэлектрических промежутков коллектора ориентированны по осевым линиям зубцов статора. Конструкция выполнения коллектора может быть торцевой или радиальной.

В другом варианте изобретения индукторный электродвигатель выполнен в соответствии с бесколлекторной схемой. В этом случае электродвигатель содержит:

— статор с круговой рамой, несущей четное число подковообразных (П-образных) электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга и имеющих по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки;

— ротор, отделенный от статора воздушным промежутком, на роторе расположен обод с зубцами, выполненными из магнитомягкого материала;

— электронную систему управления напряжением, которая генерирует импульсы постоянного тока;

— датчик углового положения ротора, который подает сигнал на электронную схему для запитывания или обесточивания катушек электромагнитов при прохождении мимо них зубцов ротора.

При бесколлекторном варианте исполнения индукторного электродвигателя конструкция электромагнитов и способ их коммутации аналогичен описанному выше.

Датчик положения ротора (ДПР) реализует обратную связь по положению ротора, он выполняет ту же функцию, что и коллектор в двигателе постоянного тока. Его работа может быть основана на разных физических принципах: фотоэлектрическом, индуктивном, на эффекте Холла и т.д. Наибольшую популярность приобрели датчики Холла и фотоэлектрические, поскольку они практически безынерционны и позволяют избавиться от запаздывания в канале обратной связи.

Система управления содержит силовые ключи, часто тиристоры или силовые транзисторы с изолированным затвором. Из них собирается генератор импульсного напряжения. Сигналы датчиков преобразуются управляющим устройством в комбинацию управляющих напряжений, которые управляют силовыми ключами так, что в каждый такт работы электродвигателя включены соответствующие электромагниты. Система управления ключами обычно реализуется на основе использования микроконтроллера.

Вместо электронной схемы и датчика углового положения ротора для своевременной подачи и снятия питания с электромагнитов статора может использоваться поданная по обратной связи информация о противо-ЭДС и RISC-микроконтроллер, либо любой другой способ, позволяющий достичь заявленного результата.

Конструктивно оба варианта электродвигателя могут быть выполнены так, что ротор будет расположен с внешней стороны статора или ротор будет расположен внутри статора.

Отсутствие в конструкции электродвигателя постоянных магнитов снижает конечную стоимость, исключает реактивность и искрение, создает условия для свободного инерционного хода и большой скорости вращения.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами:

на Фиг.1 изображена схема электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, у которого статор расположен снаружи ротора;

на Фиг.2 изображена принципиальная электрическая схема электродвигателя;

на Фиг.3 изображена схема электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, у которого статор электродвигателя расположен внутри ротора;

на Фиг.4 изображена схема бесколлекторного электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, у которого статор расположен внутри ротора.

На Фиг.1 представлен электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, который может быть использован в качестве электрического привода в различных областях науки и техники. Электродвигатель содержит обечайку 1, выполняющую роль защитного кожуха. Статор 2 электродвигателя расположен снаружи ротора 3. Статор 2 имеет круговую раму 4, на которой располагается четное количество зубцов 5 из магнитомягкого материала с одинаковым шагом. В данном случае четырнадцать зубцов. Зубцы могут представлять собой металлические пластины (выполненные отдельно из мягкой стали, например марки Э10890), закрепленные в пазах статора 2. Или, как в данном случае, весь статор вместе с зубцами набирается из шихтованных пластин (выполненных, например, из электротехнической стали 2412). Ротор 3 отделен от статора воздушным промежутком и несет четное число электромагнитов 6. В данном случае шесть. Электромагниты расположены попарно напротив друг друга и образуют три 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 токопроводящих пластин 10. Указанные токопроводящие пластины соединены с положительным полюсом источника постоянного тока и разделены диэлектрическими промежутками 11. Количество токопроводящих пластин в коллекторе соответствует числу зубцов статора и в данном случае равно четырнадцати.

Каждый из токосъемников 9 подключен к одноименным выводам обмоток одного из электромагнитов 6. На фиг.1 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 ту же сторону.) Направление вращения электродвигателя определяется углом опережения между токосъемниками и токопроводящими пластинами коллектора.

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 и замкнуты на корпус.

Общее число зубцов на статоре — n, равное четырнадцати, и количество электромагнитов — m, равное шести, удовлетворяют соотношениям:

Принцип действия электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, основан на силах электромагнитного притяжения, возникающих при взаимодействии электромагнитов 6 ротора и зубцов 5 статора. После прохождения электромагнитом положения, когда его ось расположена между осей зубцов, через токосъемник запитываются катушки электромагнита, таким образом, электромагнит притягивается к последующему зубцу. При прохождении электромагнитом положения напротив оси зубца он обесточен, поскольку токосъемник располагается напротив диэлектрического промежутка. Это положение электромагнит проходит за счет «тяги» других фаз, геометрически сдвинутых относительно друг друга.

Распределительный коллектор 8 подключен к источнику 13 постоянного тока (Фиг.2). Ключ 14 осуществляет общее включение-выключение питания. 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.

Число витков в обмотках катушек противоположных электромагнитов может быть различно. Для усиления резонансных явлений предпочтительно, чтобы эта разница составляла величину 1/2 p 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.

На Фиг.3 представлен электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, который может быть использован как мотор-колесо для различных транспортных средств, например скутер с электроприводом, мотоцикл или электромобиль. Электродвигатель содержит обечайку 14, выполняющую роль защитного кожуха и непосредственно передающую вращение на колесо. Обечайка соединена посредством спиц с ободом колеса (не показано). Статор 15 электродвигателя расположен внутри ротора 16. Статор 15 имеет круговую раму 17, на которой с одинаковым шагом располагается четное количество зубцов 18. В данном случае четырнадцать зубцов. Ротор 16 отделен от статора воздушным промежутком и несет четное число электромагнитов 19. В данном случае шесть. При работе электродвигателя катушки электромагнитов 19 запитываются от источника постоянного тока (не показан) через коллектор 20 и токосъемники 21. Коллектор 20 неподвижен относительно статора, а токосъемники 21 связаны с ротором и при его вращении перемещаются относительно токоведущих пластин 22.

Конструктивное исполнение и принцип действия у этого электродвигателя аналогичен описанному выше.

На Фиг.4 представлен бесколлекторный двигатель, выполненный в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения. Электродвигатель содержит обечайку 23, выполняющую роль защитного кожуха. Статор 24 электродвигателя расположен снаружи ротора 25. На статоре 24 с одинаковым шагом располагается четное число электромагнитов 26. В данном случае шесть электромагнитов. Электромагниты расположены попарно напротив друг друга и образуют три пары (фазы). Ротор 25 отделен от статора воздушным промежутком и несет четное число зубцов 27. В данном случае 14. Конструктивно исполнение электромагнитов и схема их коммутации аналогичны описанному выше. Электродвигатель также содержит датчик 29 углового положения ротора, который подает сигнал на электронную схему 28 для запитывания или обесточивания катушек электромагнитов 26 при прохождении мимо них зубцов 27 ротора.

Электродвигатель, изготовленный в соответствии с настоящим изобретением, демонстрирует высокие эксплутационные характеристики и надежность конструкции.

Электродвигатель имеет 14 зубцов статора (изготовлен из шихтованных пластин, сталь 2412), шесть электромагнитов ротора, обмотка каждой катушки электромагнита содержит 90 витков проводом ПЭТФ диаметром 1,06 мм. При этом электродвигатель обладает следующими параметрами:

габариты — диаметр 250 мм, ширина 100 мм;

напряжение питания — 36 В;

среднее значение тока — 12 А;

крутящий момент — 15 Н/м;

Данный электродвигатель был установлен в качестве мотор-колеса на скутер с диаметром колеса 14 дюймов. В качестве источника питания были использованы три аккумуляторные батареи по 12 В и емкостью 20 А/ч. Скутер с электрическим приводом на трековых испытаниях показал следующие характеристики:

грузоподъемность — 160 кг;

крейсерская скорость — до 60 км/ч;

длина пробега — до 100 км (при разряде батарей до уровня 10,5 В).

Для электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, отсутствие постоянных магнитов ведет к снижению конечной стоимости и улучшению масс-габаритных характеристик; отсутствие необходимости переключения полярности питания повышает экономичность электродвигателя, исключает искрение; отсутствие «залипания» на магнитах создает условия для свободного инерционного хода и большой скорости вращения электродвигателя, а уникальные технические характеристики электродвигателя достигаются также выбором строго определенного соотношения числа взаимодействующих электромагнитов и зубцов, их взаиморасположением и используемой схемой коммутации электромагнитов.

1. Индукторный электродвигатель постоянного тока, содержащий статор, содержащий обод, на котором с одинаковым шагом располагаются зубцы из магнитомягкого материала; ротор, отделенный от статора воздушным промежутком, содержащий круговую раму, несущую четное число подковообразных электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга и имеющих по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки; коллектор, закрепленный на корпусе статора, имеющий расположенные на изоляционной основе токопроводящие пластины, соединенные с одним полюсом источника постоянного тока и разделенные диэлектрическими промежутками, другой полюс источника постоянного тока соединен с корпусом электродвигателя; токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора, причем каждый из токосъемников подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов, где обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой и замкнуты на корпус электродвигателя,

при этом количество зубцов статора, равное n, удовлетворяет соотношению n=10+4k, где k — целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.

2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что количество электромагнитов ротора m удовлетворяет соотношению m=4+2L, где L — любое целое число, удовлетворяющее условию 0 L k.

3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что количество n зубцов статора удовлетворяет условию n km.

4. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что осевые линии диэлектрических промежутков коллектора ориентированы по осевым линиям зубцов статора.

5. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что общее число токопроводящих пластин коллектора равно числу зубцов статора.

6. Электродвигатель по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что коллектор является торцевым.

7. Электродвигатель по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что коллектор является радиальным.

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.

10. Индукторный электродвигатель постоянного тока содержащий статор с круговой рамой, несущий четное число подковообразных электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга и имеющих по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки; ротор, отделенный от статора воздушным промежутком, содержащий обод, на котором с одинаковым шагом располагаются зубцы, выполненные из магнитомягкого материала;

датчик углового положения, который подает сигнал на электронную схему для запитывания или обесточивания катушек электромагнитов при прохождении мимо них зубцов ротора; электронную схему управления напряжением, где обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, одноименные выводы каждого из электромагнитов подключены к системе управления напряжением, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к системе управления напряжением, соединены между собой и замкнуты на корпус электродвигателя, при этом количество зубцов статора, равное n, удовлетворяет соотношению n=10+4k, где k — целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.

11. Электродвигатель по п.10, отличающийся тем, что количество электромагнитов статора m удовлетворяет соотношению

m=4+2L, где L — любое целое число, удовлетворяющее условию 0 L k.

12. Электродвигатель по п.10, отличающийся тем, что количество n зубцов ротора удовлетворяет условию n km.

13. Электродвигатель по любому из пп.10-12, отличающийся тем, что ротор расположен с внешней стороны статора.

14. Электродвигатель по любому из пп.10-12, отличающийся тем, что ротор расположен внутри статора.

bd.patent.su

Смотрите так же:

  • Ст 148 ч 2 ук рсфср Уголовный кодекс РСФСР от 27 октября 1960 г. (УК РСФСР) (с изменениями и дополнениями) (утратил силу) С изменениями и дополнениями от: 25 июля 1962 г., 6 мая, 14 октября 1963 г., 16 […]
  • Закон 131 глава 1 Федеральный закон "Об общих принципах организации местного самоуправления в Российской Федерации" Федеральный закон от 6 октября 2003 г. N 131-ФЗ"Об общих принципах организации местного […]
  • Опубликование уголовного закона это Опубликование уголовного закона это Законы Ману — древнеиндийский сборник предписаний религиозного, морально-нравственного и общественного долга (дхармы), называемый также "закон ариев" […]
  • Налоговый вычет зарплата несовершеннолетние Налоговый вычет на ребенка по НДФЛ в 2018 году Налоговый вычет – это сумма, установленная законодательством РФ, уменьшающая налоговую базу. Согласно ст. 218 НКРФ п. 1, пп. 4, лица имеющие […]
  • Закон об оперативно розыскной деятельности гарант Статья 13. Органы, осуществляющие оперативно-розыскную деятельность Федеральным законом от 3 июля 2016 г. N 305-ФЗ в статью 13 настоящего Федерального закона внесены изменения Статья 13. […]
  • Правила пдд для начальной школы презентация Правила дорожного движения. Презентация составлена для учащихся 1 класса. Учитель начальных классов МБОУ СОШ 68 г.Белореченск Ульянова Н.О. - презентация Презентация была опубликована 4 […]