МОТОР-КОЛЕСО Российский патент 1995 года по МПК B60K7/00 H02K23/00 

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, высоковольтное питание, сложную систему управления и другие.

Известно мотор-колесо, которое в силу наибольшей схожести по технической сущности и общим признакам выбрано за прототип, содержащее электропривод, состоящий из источника регулируемого напряжения и электродвигателя, содержащего закрепленную на ободе колеса подвижную 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, основной распределительный коллектор, образованный расположенными по окружности изолированными друг от друга токопроводными основными пластинами с размещенными между ними дополнительными пластинами, при этом основные пластины соединены электрически через одну друг с другом, образуя две группы электрически соединенных через одну основных пластин, токосъемники для каждой группы электромагнитов с двумя элементами токосъема, полюса в виде электромагнитов якоря разделены на группы, причем полюса индуктора и в каждой группе якоря размещены так, что расстояние между серединами любых двух постоянных магнитов индуктора и электромагнитов одной группы якоря кратно полюсному делению индуктора, при этом любые два постоянных магнита индуктора и электромагнита одной группы якоря имеют противоположную полярность, если расстояние между их серединами кратно нечетному числу полюсных делений индуктора, группы электромагнитов якоря смещены друг относительно друга таким образом, что, когда середины электромагнитов по меньшей мере одной группы совпадают с серединами соответствующих постоянных магнитов индуктора, то середины электромагнитов по меньшей мере одной другой группы не совпадают с серединами постоянных магнитов индуктора.

Цель изобретения улучшение регулировочных характеристик, повышение мощности и надежности.

На фиг. 1 изображен предлагаемый 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; на фиг. 5 ротор.

Мотор-колесо содержит обод 1, ось 2, электропривод, состоящий из источника регулируемого напряжения и электродвигателя, содержащего якорь 3 с магнитопроводом 4 и по меньшей мере двумя группами (А и Б) электромагнитов 5, индуктор 6 с магнитопроводом 7 и постоянными магнитами 8, основной распределительный коллектор 9, образованный расположенными по окружности изолированными друг от друга токопроводными основными пластинами 9.1 и 9.2 с размещенными между ними дополнительными пластинами 9.3, при этом основные пластины соединены электрически через одну друг с другом, образуя две группы электрически соединенных через одну основных пластин, токосъемники 10 и 11 для каждой группы электромагнитов с двумя элементами токосъема (щетками) 10.1, 10.2, 11.1 и 11.2 соответственно, один дополнительный распределительный коллектор 12, аналогичный основному (с пластинами 12.1 и 12.2 и дополнительными 12.3) и расположенный концентрично к нему. Число основных пластин каждого распределительного коллектора равно числу постоянных магнитов. Индуктор 6 электродвигателя закреплен на ободе 1 колеса. Якорь 3 неподвижно закреплен на оси 2 колеса, распределительные коллекторы 9 и 12 расположены на якоре 3. Токосъемники 10 и 11 закреплены на индукторе 6.

Постоянные магниты 8 по окружности индуктора 6 и электромагниты 5 в каждой группе (А, Б,) размещены так, что (угловые) расстояния между серединами (осями) любых двух постоянных магнитов и электромагнитов одной группы кратно (угловому) расстоянию α, при этом любые два постоянных магнита и электромагнита одной группы имеют противоположную полярность, если (угловое) расстояние между их серединами (осями) кратно нечетному числу расстояний α, и одинаковую, если четному числу расстояний. Группы электромагнитов смещены друг относительно друга таким образом, что, когда середины (оси) электромагнитов как минимум одной группы совпадают с серединами (осями) соответствующих постоянных магнитов, то середины (оси) электромагнитов как минимум одной другой группы не совпадают с серединами (осями) постоянных магнитов. Все элементы токосъема любого одного токосъемника установлены с возможностью электрического контакта с пластинами соответствующего распределительного коллектора. Ширина любого элемента токосъема меньше расстояния между любыми соседними двумя основными пластинами соответствующего распределительного коллектора. Выводы катушек электромагнитов каждой группы соединены с соответствующими группами основных пластин соответствующего распределительного коллектора. При этом, когда середины (оси) электромагнитов любой одной группы находятся строго посередине между серединками (осями) соответствующих постоянных магнитов, элементы токосъема токосъемника, соответствующего этой группе электромагнитов, находятся на соответствующих основных пластинах, соединенных электрически с разными выводами источника регулируемого напряжения.

Мотор-колесо содержит также дополнительный токосъемник 13, жестко закрепленный на индукторе 6 и имеющий один элемент токосъема 14, и якорный контакт 15, выполненный в виде токопроводящего кольца, электрически соединенного с одним из выводов источника регулируемого напряжения и размещенного на якоре 3, изолированном от пластин. Элемент токосъема 14 дополнительного токосъемника 13 установлен с возможностью электрического контакта с якорным контактом 15 и электрически соединен с первыми элементами 10.1 и 11.1 токосъема токосъемников 10 и 11, вторые 10.2 и 11.2 элементы которых электрически соединены с вторым выводом источника регулируемого напряжения, например, через корпус.

Якорь 3 может представлять собой диски 16 с закрепленными на них магнитопроводом 4, электромагнитами 5, основным 9 и дополнительным 12 распределительными коллекторами и якорным контактом 15. Индуктор 6 может также состоять из кожухов 17 с закрепленными на нем магнитопроводом 7, магнитами 8, токосъемниками 10 (11, 13) с щетками (10.1, 10.2, 11.1, 11.2 и 14).

Напряжение от источника 18 регулируемого напряжения через якорный контакт 15, щетку 14, подается через щетку 10.1 (11.1) на одну группу пластин основного распределительного коллектора 9, на другую через корпус. Таким образом, группы основных пластин основного распределительного коллектора 9 оказываются запитаны через одну от источника 18. Соединенные с ними катушки электромагнитов одной группы (А) оказываются запитанными и взаимодействуют электромагнитно с постоянными магнитами 8 так, что каждый постоянный магнит отталкивается от предыдущего и притягивается к последнему в направлении вращения.

Когда щетки 10.1 и 10.2 оказываются на дополнительных пластинах, напряжение от источника 18 подается через щетки 11.1 и 11.2 на пластины дополнительного распределительного коллектора 12.

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

Мотор-колесо работает следующим образом.

При включении источника 18 напряжение поочередно через щетки 14, 10.1, 10.2 или 14, 11.1, 11.2 подается на основной 9 или дополнительный 12 распределительные коллекторы, которые запитывают соответствующую группу электромагнитов. Электромагниты приходят во взаимодействие с постоянными магнитами, обеспечивая вращение обода. При этом, когда щетки соответствующего токосъемника находятся на основных пластинах, электромагниты соответствующей группы взаимодействуют с магнитами, а когда на дополнительных взаимодействует другая группа.

Скорость вращения определяется подаваемым от источника 18 количеством электричества.

Предлагаемое мотор-колесо имеет ряд конструкций.

В конструкции электропривода с числом групп электромагнитов, равным числу дополнительных распределительных коллекторов, группы основных пластин основного распределительного коллектора 9 соответственно электрически соединены с выводами источника 18 регулируемого напряжения, все токосъемники снабжены двумя дополнительными элементами токосъема, электрически соединенные каждый с одним соответствующим элементом токосъема этого же токосъемника и имеющие возможность электрического контакта с пластинами основного распределительного коллектора. Таким образом, напряжение подводится не через корпус, а через основной распределительный коллектор.

В мотор-колесо может быть дополнительно введен накопительный блок (аккумулятор). Токопроводящие промежуточные пластины размещены каждая в дополнительной пластине, соединены в каждом распределительном коллекторе электрически через одну друг с другом, образуя две группы электрически соединенных через одну промежуточных пластин. Каждая группа промежуточных пластин электрически соединена с соответствующим выводом накопительного блока. Возврат энергии происходит аналогично прототипу.

В мотор-колесо может быть введен накопительный блок, якорный контакт выполнен минимум с одним разрывом (нецельным), в котором размещен дополнительный контакт, соединенный с одним выводом накопительного блока, второй вывод которого соединен с выводом источника регулируемого напряжения, не соединенного с разрывным (нецельным) кольцевым контактом.

В мотор-колесе электромагниты в любой группе могут быть размещены равномерно с чередующимися по окружности полюсами, постоянные магниты размещены по окружности магнитопровода индуктора равномерно, и их полярности чередуются по окружности, при этом (угловые) расстояния между серединами (осями) двух любых соседних постоянных магнитов и любых двух соседних электромагнитов равны между собой и равны α а α360^о/М, где М натуральное четное число, равное числу постоянных магнитов.

Индуктор может быть снабжен вторыми магнитопроводом с постоянными магнитами, по меньшей мере одним распределительным коллектором и токосъемниками с элементами токосъема, выполненными расположенными и соединенными подобно (аналогично) основным магнитопроводу, распределительному коллектору и токосъемникам. Таким образом, реализуется более мощная машина с большим числом взаимодействующих частей.

Электромагниты 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 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 торцовую машину.

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 социальный 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.

Использование: в качестве мотор-колес транспортных, дорожных и других средств. Сущность изобретения: в мотор-колесе, содержащем обод, ось, электропривод, состоящий из источника регулируемого напряжения и электродвигателя, якорь с магнитопроводом и по меньшей мере двумя группами электромагнитов закреплен на оси, индуктор с магнитопроводом и постоянными магнитами закреплен на ободе, распределительный коллектор, образованный расположенными по окружности пластинами закреплен на якоре, токосъемники с щетками закреплены на индукторе, и дополнительно введены минимум один аналогичный основному дополнительный распределительный коллектор, дополнительный токосъемник, закрепленный на индукторе, и якорный контакт, размещенный на якоре. Напряжение от источника регулируемого напряжения подается через распределительные коллекторы на группы электромагнитов, поочередно взаимодействующих с постоянными магнитами. Указанное мотор-колесо имеет ряд модификаций и может использоваться для создания экологически чистых, надежных и экономичных транспортных средств. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

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, основной распределительный коллектор, образованный расположенными по окружности изолированными друг от друга токопроводными основными пластинами с размещенными между ними дополнительными пластинами, при этом основные пластины соединены электрически через одну друг с другом, образуя две группы электрически соединенных через одну основных пластин, токосъемники для каждой группы электромагнитов с двумя элементами токосъема, полюса в виде электромагнитов якоря разделены на группы, причем полюса индуктора и в каждой группе якоря размещены так, что расстояния между серединами любых двух постоянных магнитов индуктора и электромагнитов одной группы якоря кратно полюсному делению индуктора, при этом любые два постоянных магнита индуктора и электромагнита одной группы якоря имеют противоположную полярность, если расстояние между их серединами кратно нечетному числу полюсных делений индуктора и одинаковую если четному числу полюсных делений индуктора, группы электромагнитов якоря смещены друг относительно друга таким образом, что когда середины электромагнитов по меньшей мере одной группы совпадают с серединами соответствующих постоянных магнитов индуктора, то середины электромагнитов по меньшей мере одной другой группы не совпадают с серединами постоянных магнитов индуктора, отличающееся тем, что индуктор электродвигателя является подвижной частью, закрепленной на ободе колеса, а якорь неподвижной частью, причем введен по меньшей мере один дополнительный распределительный коллектор, аналогичный основному и расположенный концентрично ему, число основных пластин каждого распределительного коллектора равно числу постоянных магнитов, распределительные коллекторы расположены на якоре, токосъемники закреплены на индукторе, все элементы токосъема любого одного токосъемника установлены с возможностью электрического контакта с пластинами соответствующего распределительного коллектора, ширина любого элемента токосъема меньше расстояния между любыми соседними двумя основными пластинами соответствующего распределительного коллектора, выводы катушек электромагнитов каждой группы соединены с соответствующими группами основных пластин соответствующего распределительного коллектора, при этом когда середины электромагнитов любой одной группы находятся строго посередине между серединами соответствующих постоянных магнитов, элементы токосъема токосъмника, соответствующего этой группе электромагнитов, находятся на соответствующих основных пластинах, соединенных электрически с разными выводами источника регулируемого напряжения. 2. Мотор-колесо по п.1, отличающееся тем, что в конструкции электропривода с числом групп электромагнитов на единицу большим числа дополнительных распределительных коллекторов введен дополнительный токосъемник, жестко закрепленный на индукторе и имеющий один элемент токосъема, и якорный контакт, выполненный в виде токопроводящего кольца, электрически соединенного с одним из выводов источника регулируемого напряжения и размещенного на якоре изолированно от пластин, элемент токосъема дополнительного токосъема дополнительного токосъемника установлен с возможностью электрического контакта с якорным контактом и электрически соединен с первыми элементами токосъема всех токосъемников, вторые элементы которых электрически соединены со вторым выводом источника регулируемого напряжения, например, через "корпус". 3. Мотор-колесо по п.1, отличающееся тем, что в конструкции электропривода с числом групп электромагнитов равным числу дополнительных распределительных коллекторов, группы основных пластин основного распределительного коллектора соответственно электрически соединены с выводами источника регулируемого напряжения, все токосъемники снабжены двумя дополнительными элементами токосъема, электрически соединенные каждый с одним соответствующим элементом токосъема этого же токосъемника и имеющие возможность электрического контакта с пластинами основного распределительного коллектора. 4. Мотор-колесо по пп.1 и 2, отличающееся тем, что дополнительно введен накопительный блок (аккумулятор) и токопроводящие промежуточные пластины, размещенные каждая в дополнительной пластине, соединенные в каждом распределительном коллекторе электрически через одну друг с другом, образуя две группы электрически соединенных через одну промежуточных пластин, каждая группа промежуточных пластин электрически соединена с соответствующим выводом накопительного блока. 5. Мотор-колесо по п.2, отличающееся тем, что введен накопительный блок, якорный контакт выполнен минимум с одним разрывом (нецельным), в котором размещен дополнительный контакт, соединенный с одним выводом накопительного блока, второй вывод которого соединен с выводом источника регулиремого напряжения, не соединенного с разрывным кольцевым контактом. 6. Мотор-колесо по пп.1 5, отличающееся тем, что индуктор снабжен вторыми магнитопроводом с постоянными магнитами, по меньшей мере одним распределительным коллектором и токосъемниками с элементами токосъема, выполненными, расположенными и соединенными подобно основным магнитопроводу, распределительному коллектору и токосъемникам. 7. Мотор-колесо по пп.1 6, 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. 8. Мотор-колесо по пп.1 7, 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. 9. Мотор-колесо по пп.1 7, отличающееся тем, что магнитные оси постоянных магнитов и электромагнитов радиальны. 10. Мотор-колесо по пп.1 10, 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. 11. Мотор-колесо по пп. 1 11, отличающееся тем, что распределительный коллектор и/или токосъемники выполнены с возможностью углового смещения относительно оси колеса.