ЭЛЕКТРОПРИВОД ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1995 года по МПК B60L8/00 H02K29/10 

Изобретение относится к технике реализации электропривода для автономных транспортных средств, работающих на солнечной энергии.

Известен электропривод транспортного средства, выполненный на основе электродвигателя постоянного тока, питание которого осуществляется от аккумуляторной батареи, подзаряжаемой в дневное время от установленных на крыше транспортного средства солнечных элементов.

Недостаток известного электропривода связан с необходимостью использования сложного и ненадежного в эксплуатации коллекторного узла.

Наиболее близким к описываемому является электропривод, содержащий коммутируемый преобразователь лучистой энергии в электрическую с приемником излучения в виде вращающегося диска, подразделенного на преобразующие сектора, количество n которых равно или кратно трем, систему лучистой энергии, установленную с возможностью поочередного облучения преобразующих секторов, электродвигатель, n-фазная обмотка которого расположена на роторе, кинематически связанном с вращающимся диском, и соединена с преобразующими секторами, а на статоре расположен блок постоянных магнитов.

Недостаток указанного устройства заключается в невозможности регулирования числа оборотов электродвигателя. Кроме того, имеются трудности в эксплуатации при кратковременном прекращении или ослаблении солнечного излучения.

Задачей изобретения является обеспечение возможности регулирования числа оборотов электродвигателя и скорости транспортного средства в целом, а также исключение перебоев в работе электропривода при прекращении или ослаблении солнечного излучения.

Поставленная задача решается тем, что электропривод, содержащий коммутируемый преобразователь лучистой энергии в электрическую с приемником излучения в виде вращающегося диска, подразделенного на преобразующие сектора, количество n которых равно или кратно трем, систему отражателей лучистой энергии, установленную с возможностью поочередного облучения преобразующих секторов, электродвигатель, n-фазная якорная обмотка которого расположена на роторе, кинематически связанном с вращающимся диском, и соединена с преобразующими секторами, отличающийся тем, что он снабжен некоммутируемым преобразователем лучистой энергии в электрическую с приемником излучения в виде неподвижного диска, размещенного с возможностью непрерывного восприятия излучения от системы отражателей лучистой энергии, а индуктор электродвигателя расположен на его статоре и выполнен с обмоткой возбуждения, подключенной через реостат к неподвижному диску, при этом система отражателей лучистой энергии выполнена складывающейся, шарнирно укрепленной на корпусе электродвигателя с возможностью фиксирования в развернутом и свернутом положениях.

Решению поставленной задачи способствует также введение в электропривод резервного источника питания, выполненного в виде горелки и установленного с возможностью поочередного облучения преобразующих секторов вращающегося диска и непрерывного восприятия излучения неподвижным диском.

На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого электропривода.

Электропривод работает следующим образом.

Подлежащая преобразованию лучистая энергия воспринимается приемником светового или теплового излучения, выполненным в виде диска 1, подразделенного на n, предпочтительно 6, отдельных секторов 2. Эти сектора поочередно облучаются потоком лучистой энергии, направленным на поверхность диска фокусирующей оптической системой (системой отражателей) 3. Плоскость диска 1 сдвинута вперед или назад относительно фокальной плоскости для получения теплового или светового пятна 4 требуемой величины, ось этого пятна смещена относительно оси диска 1. Форма и размеры активных поверхностей секторов 2 диска 1 и размеры пятна 4 выбираются так, чтобы при вращении диска 1 на фазных обмотках 5 n-фазного бесколлекторного электродвигателя, присоединенных к секторам диска, создавалась трехфазная система токов, обеспечивающая вращение ротора 6 электродвигателя.

При вращении ротора 6 он поворачивает механически или с помощью следящей системы связанный с ним диск 1 относительно неподвижного пятна 4, осуществляя перемещение пятна 4 по поверхности диска 1.

В устройстве предусмотрен дополнительно внутренний диск 8, облучаемый независимо от положения пятна 4 относительно секторов 2. На диске 8 также имеется приемник излучения, ток которого подается на обмотку 7 возбуждения и регулируется, например, с помощью реостата 9. В результате обеспечивается возможность регулирования скорости транспортного средства.

Условно показанные на чертеже небольшой дугой фокусирующие поверхности отражатели излучения для сколько-нибудь существенной величины тяги транспортного средства фактически занимают немало места.

Действительно, для установки с отражателем радиусом r, коэффициентом использования площади круга К_исп, коэффициентом отражения К_отр, коэффициентом преобразования энергии К_пр, коэффициентом полезного действия двигателя η имеем: Р_уд[Вт/м²] удельной мощности солнечной энергии для данной широты, времени года и метеоусловий мощность Р[Вт] на валу двигателя:
Р Р_уд ˙ π ˙ r² ˙ К_исп ˙ К_отр ˙ К_пр ˙
h.

Принимая К_исп 0,9; К_отр 0,8; К_пр 0,25 и h 0,75, имеем Р 0,424 ˙ r² ˙ Р_уд.

Следовательно, требуемое r отражателя для получения заданной мощности при удельной мощности солнечной энергии Р_уд определяется как
r
Так, для получения Р 1 кВт требуется при характерной для средних широт Р_уд180 Вт/м²
r 3,65 м а для широт Средиземноморья, Черного моря, Каспия, ряда районов Средней Азии, где P_уд.ср ≈ 240 Вт/м², r 3,18 м.

При r 6,4 м можно получить Р 4 кВт.

Такие размеры для передвижения, например, по водной поверхности на поплавках, по снежной равнине или пустыне, для управляемого полета в воздухе не столь уж велики. Но для перемещения по транспортным магистралям, причаливания на стоянках и т. п. указанные поверхности должны свертываться. В связи с этим они крепятся к корпусу транспортного средства шарнирно и выполняются складывающимися. Основным вариантом движителя при этом является обычный винт водяной или воздушный.

Для любого солнцемобиля возникает одна общая трудность если в пути прекращается или резко ослабевает поступающее солнечное излучение, например, при солнечном затмении или, что встречается несколько чаще при тумане, существенной облачности и т. п. С учетом этого в оборудовании солнцехода предусмотрена канистра с горючим и горелка. С их помощью можно направить непосредственно пятно 4 излучения на поверхность секторов 2.

Канистра имеет определенные преимущества перед аккумулятором. На единицу массы она, как известно, имеет в 80 раз больше энергетических ресурсов, чем аккумулятор.

В отдельных случаях вращающийся диск 1 и его сектора 2 могут быть выполнены неподвижными и подключены к якорной обмотке, расположенной на статоре. При этом на роторе предусматриваются постоянный магнит и вращающаяся заслонка. Последняя перекрывает по заданному периодическому закону поступающее на сектора 2 излучение, обеспечивая в итоге многофазное преобразование лучистой энергии в электрическую.

Использование: автономные транспортные средства, работающие на солнечной энергии. Сущность изобретения: в устройстве имеется коммутируемый преобразователь лучистой энергии в электрическую с приемником излучения в виде вращающегося диска, подразделенного на n преобразующих секторов. Система отражателей лучистой энергии поочередно облучает преобразующие сектора. Расположенная на роторе электродвигателя n-фазная якорная обмотка соединена с преобразующими секторами. Ротор кинематически связан с вращающимся диском. Отличительная особенность электропривода заключается во введении в него некоммутируемого преобразователя лучистой энергии в электрическую с приемником излучения в виде неподвижного диска, непрерывно воспринимающего излучение от системы отражателей. Индуктор электродвигателя расположен на его статоре и выполнен с обмоткой возбуждения, подключенной через реостат к неподвижному диску. В результате обеспечивается возможность регулирования числа оборотов электродвигателя и скорости транспортного средства в целом. При кратковременном прекращении или ослаблении солнечного излучения сектора вращающегося диска облучаются с помощью горелки и канистры с горючим. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащий коммутируемый преобразователь лучистой энергии в электрическую с приемником излучения в виде вращающегося диска, подразделенного на преобразующие сектора, количество n которых равно или кратно трем, систему отражателей лучистой энергии, установленную с возможностью поочередного облучения преобразующих секторов, электродвигатель, n-фазная якорная обмотка которого расположена на роторе, кинематически связанном с вращающимся диском, и соединена с преобразующими секторами, отличающийся тем, что он снабжен некоммутируемым преобразователем лучистой энергии в электрическую с приемником излучения в виде неподвижного диска, размещенного с возможностью непрерывного восприятия излучения от системы отражателей лучистой энергии, а индуктор электродвигателя расположен на его статоре и выполнен с обмоткой возбуждения, подключенной через реостат к неподвижному диску, при этом система отражателей лучистой энергии выполнена складывающейся, шарнирно укрепленной на корпусе электродвигателя с возможностью фиксирования в развернутом и свернутом положениях. 2. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что в него введен резервный источник излучения, выполненный в виде горелки и установленный с возможностью поочередного облучения преобразующих секторов вращающегося диска и непрерывного восприятия излучения неподвижным диском.