ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК H02K16/04 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, которые могут быть использованы в качестве двигателей и/или генераторов переменного или постоянного тока в промышленности и быту.

Известны генераторы электрического тока, дающие возможность производить электроэнергию при определенных условиях, а именно генератор должен содержать статор, ротор, в пазах которых производится намотка и укладка соответствующего числа и определенной формы роторных и статорных обмоточных витков провода соответствующего сечения (RU 2112308).

Недостатком таких генераторов являются низкие физико-технические и механические показатели.

Известен электропривод, содержащий корпус с крышкой, электромотор, содержащий магнитопроводящий ротор, редуктор, закрепленный на валу электромотора и через высокоскоростные подшипники редуктора передающий вращение на выходной вал, выполнен планетарно-циклоидным, магнитопроводящий ротор выполнен в виде пружины, сваренной в общую конструкцию, образующую тор, магнитопривод электромотора имеет по всей боковой периферии круговые пазы, повторяющие круговой профиль витков пружины, и выполняет функцию неподвижного колеса ПЦР, функцию подвижного колеса которого выполняет постоянный магнит с круговыми пазами, повторяющими круговой профиль витков пружины, рабочий магнитный поток передается от статора на постоянный магнит выходного вала через контакт магнитопроводящего зацепления статора и ротора (RU 2206805 С2, 20.06.2003).

Недостатком данной конструкции является сложность изготовления.

Наиболее близким по существенным признакам и родовому понятию является электрическая машина, содержащая источник питания, якорь с коллектором и электрическими щетками, закрепленный на валу, окружающий его магнитный индуктор с коллектором, расположенный на валу (RU 2083051 С1, 27.06.1997).

Недостатками этой конструкции являются малые выходные параметры машины при громоздкости и сложности конструкции.

Технический результат, достигаемый в заявленных изобретениях, заключается в максимальной экономии и/или в максимальном производстве электроэнергии и/или механической энергии в процессе работы электрооборудования при простоте и доступности изготовления.

Указанный технический результат достигается тем, что электрическая машина по первому варианту содержит корпус, источник питания, магнитный индуктор с коллектором, закрепленный на валу, и два якоря, закрепленных на валах и имеющих коллекторы и электрические щетки, причем якоря расположены со стороны торцов магнитного индуктора оппозитно друг другу.

Электрическая машина может содержать дифференциал с механизмом блокировки, расположенный внутри магнитного индуктора, где шестерни закреплены на валах якорей, а сателлиты закреплены на валу корпуса дифференциала.

В электрической машине один из якорей может являться ротором, а магнитный индуктор и второй якорь - статорами.

Также в электрической машине магнитный индуктор может быть статором, а два якоря - роторами.

Кроме того, в электрической машине два якоря могут являться статорами, а магнитный индуктор - ротором.

Кроме того, в электрической машине один из якорей может быть статором, магнитный индуктор и второй якорь - роторами.

Если электрическая машина имеет свой корпус с расположенными в нем якорями и магнитным индуктором, то это позволяет корпусу выполнять роль статора, а якорям и магнитному индуктору - роль роторов.

Электрическая машина может содержать дополнительный магнитный индуктор с коллектором, который может быть либо ротором, либо статором, в зависимости от конструкции машины, а также дифференциал с механизмом блокировки внутри магнитных индукторов, шестерни дифференциала закреплены на валах магнитных индукторов, а сателлиты - на корпусе дифференциала.

Электрическая машина может содержать два дополнительных магнитных индуктора с коллекторами, расположенных с торцов основного магнитного индуктора, которые могут являться либо статорами, либо роторами в зависимости от конструкции и назначения машины.

В электрической машине с двумя и более дополнительными магнитными индукторами основной магнитный индуктор и якоря являются статорами, а дополнительные магнитные индукторы - роторами.

В электрической машине основной магнитный индуктор и дополнительные магнитные индукторы представляют собой одну и более пар разнополюсных электромагнитов, каждый из которых состоит из сердечника, имеющего две и более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимо друг от друга.

В электрической машине основной магнитный индуктор может также представлять собой разнополюсный электромагнит, имеющий сердечник в виде пустотелого цилиндра и намотанные на сердечнике одну и более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимо друг от друга.

Коллектор магнитного индуктора имеет кольца, соединенные с катушками, щетки, через которые производится управление электрическим током и, соответственно, электромагнитным полем на катушках индуктора.

В варианте электрической машины с двумя и более магнитными индукторами их коллекторы выполнены в виде сегментов, содержат также щетки, соединенные с катушками, через которые производится управление электрическим током на катушках, изменяя электрическое поле и полюсность сердечников.

Электрическая машина дополнительно содержит потребители электрического тока, подключаемые к магнитному индуктору и/или дополнительным магнитным индукторам.

Электрическая машина дополнительно содержит потребители механической энергии, подключаемые к валам якорей и/или магнитных индукторов.

Электрическая машина имеет блок управления электрическим током на якорях и магнитных индукторах.

Индуктор и якоря могут иметь возможность вращения друг относительно друга с обеспечением прохождения электрической энергии через проводники для обеспечения высокого выхода электрической и/или механической энергии.

Выполнение магнитного индуктора в виде пустотелого цилиндра позволяет исключить вихревые потоки, что значительно экономит потребляемую электроэнергию, в результате чего повышается коэффициент полезного действия машины.

Дополнение электрической машины вторым магнитным индуктором позволяет в несколько раз увеличить ее производительность.

Дополнение электрической машины двумя и более дополнительными магнитными индукторами позволяет такую конструкцию машины использовать, например, в качестве двигателя транспортных средств, где дополнительные магнитные индукторы приводят в движение валы привода колес, кроме того, такая конструкция позволяет увеличить крутящий момент по сравнению с обычным электродвигателем, причем снимая вырабатываемую энергию с внешних (или крайних) катушек дополнительных магнитных индукторов, тем самым получаем экономию электроэнергии.

Указанный технический результат достигается также тем, что электрическая машина по второму варианту содержит источник питания, закрепленный на валу внутренний якорь, имеющий коллектор и электрические щетки, расположенный на валу магнитный индуктор с коллектором, окружающий внутренний якорь, а также дополнительно содержит внешний якорь, имеющий свои коллектор и электрические щетки, причем внешний якорь выполнен так, что магнитный индуктор расположен между внутренним и внешним якорями.

Электрическая машина по второму варианту может быть дополнена планетарной передачей, где центральная шестерня закреплена на валу внутреннего якоря, сателлиты закреплены на валу магнитного индуктора, а внешняя шестерня закреплена на внешнем якоре.

Электрическая машина может быть выполнена так, что внутренний якорь является ротором, магнитный индуктор является также ротором, а внешний якорь является статором.

Кроме того, в электрической машине внутренний якорь может являться статором, а внешний якорь и магнитный индуктор - роторами.

Кроме того, внутренний и внешний якоря могут быть роторами, а магнитный индуктор - статором.

Кроме того, в электрической машине внутренний и внешний якоря могут являться статорами, а магнитный индуктор - ротором.

Кроме того, в электрической машине внутренний якорь является ротором, а внешний якорь и магнитный индуктор - статорами.

Кроме того, в электрической машине внутренний якорь и магнитный индуктор являются статорами, а внешний якорь - ротором.

Электрическая машина по второму варианту исполнения может содержать один и более дополнительных магнитных индукторов, окружающих внутренний якорь и расположенных коаксиально друг другу, которые могут быть либо статорами, либо роторами.

Магнитный индуктор может представлять собой одну и более пар разнополюсных электромагнитов, каждый из которых состоит из сердечника, имеющего две и более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимо друг от друга, а коллектор магнитного индуктора имеет кольца, соединенные с катушками, щетки, через которые производится управление электрическим током и, соответственно, электромагнитным полем на катушках индуктора.

В варианте исполнения электрической машины с дополнительными магнитными индукторами основной и дополнительные магнитные индукторы могут представлять собой одну и более пар разнополюсных электромагнитов, каждый из которых состоит из сердечника, имеющего две и более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимо друг от друга, а их коллекторы имеют секторы, соединенные с катушками, щетки, через которые производится управление электрическим током и, соответственно, электромагнитным полем на катушках индуктора.

В электрической машине выводы якорей в коллекторы могут быть выполнены разной длины, а машина может содержать дополнительные электрические щетки, подключаемые к источнику питания независимо друг от друга, скользящие по выводам, при этом щетки расположены на расстоянии, соответствующем длине выводов, и радиально под соответствующим углом относительно якорей.

Электрическая машина может дополнительно содержать потребители электрического тока, подключаемые к магнитным индукторам.

Электрическая машина может дополнительно содержать потребители механической энергии, подключаемые к валам якорей и/или магнитных индукторов (основного и дополнительных).

Электрическая машина имеет блок управления электрическим током на внутреннем, внешнем якорях и магнитных индукторах.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 изображена схема электрической машины по первому варианту с магнитным индуктором в виде нескольких пар сердечников, на фиг.2 - вариант машины по первому варианту с дифференциалом, на фиг.3 - схематичное изображение электрической машины по первому варианту с магнитным индуктором в виде пустотелого цилиндра, на фиг.4 - вариант электрической машины по первому варианту с одним дополнительным магнитным индуктором, на фиг.5 - электрическая машина с двумя дополнительными магнитными индукторами, на фиг.6 изображена электрическая схема машины по второму варианту - вид сверху, на фиг.7 - то же, что на фиг.6 - вид спереди, на фиг.8 - вариант машины по второму варианту с планетарной передачей, на фиг.9 - вариант выполнения сердечника магнитного индуктора, на фиг.10 - показано расположение электрических щеток относительно выводов якорей в коллектор для второго варианта машины - вид спереди, на фиг.11 - то же, что на фиг.10 - вид сбоку.

На чертежах устройство показано со снятым корпусом.

Устройство содержит источник питания, якоря 1 и 2, закрепленные на своих валах, магнитный индуктор 3, с помощью которого создается магнитное поле. По первому варианту якоря расположены со стороны торцов индуктора 3. Магнитный индуктор представляет собой либо разнополюсный электромагнит в виде пустотелого цилиндра с обмотками (см. фиг.3), либо одну и более пар сердечников 4 в виде разнополюсного электромагнита с индукционными катушками 5 (фиг.1). Индуктор закреплен на своем валу. Якоря могут быть выполнены, например, в виде набора пластин, в пазах которых имеется намотка и укладка соответствующего числа и определенной формы обмоточных витков электрического проводника соответствующего сечения. Индуктор может содержать разное количество индукционных катушек 5 (см. фиг.2) различной формы и конфигурации, разного размера, обмотка катушек индуктивности может иметь различное количество витков и может быть выполнена из проводника разного диаметра и материала. Данные параметры индуктора варьируются в зависимости от получения желаемых выходных параметров электрической машины (выходная мощность, сопротивление, сила тока и т.п.). Обмотки индукционных катушек подключены к источникам питания и/или к источникам потребления энергии.

Электрическая машина может использоваться как двигатель (постоянного или переменного тока) и/или генератор переменного или постоянного тока.

На фиг.2 электрическая машина содержит дифференциал с механизмом блокировки, в корпусе 6 которого расположены шестерни 7, закрепленные на валах якорей 1 и 2, и сателлиты 8, закрепленные на валу 9 корпуса дифференциала.

Включение в конструкцию электрической машины дифференциала позволяет установить необходимое соотношение скоростей вращения якорей и магнитного индуктора (или магнитных индукторов).

Механизм блокировки дифференциала позволяет плавно блокировать или затормаживать вращение выходного вала относительно корпуса дифференциала, либо вращение корпуса дифференциала относительно корпуса магнитного индуктора или корпуса электрической машины, что позволяет вращение выходных валов осуществлять в различных направлениях.

Магнитный индуктор имеет сердечник 4 в виде разнополюсного электромагнита, на котором расположены индукционные катушки 5, имеющие выводы 10 (см. фиг.1) на кольца коллектора (на чертеже не показано) магнитного индуктора, соединенные с источниками питания и/или источниками потребления. Количество индукционных катушек может быть разным (одна и более), количество витков катушек и толщина проводника могут быть как одинаковыми у всех катушек, так и разными в любой комбинации.

На фиг.4 показана схема машины по первому варианту с одним дополнительным магнитным индуктором, где 11 - дополнительный магнитный индуктор. В данном случае электрическая машина также может содержать свой дифференциал с механизмом блокировки (на чертеже не показан), который располагается внутри магнитных индукторов, его шестерни закреплены на валах магнитных индукторов, а сателлиты - на корпусе дифференциала.

Блок управления электрической машины позволяет регулировать параметры электрического тока на якорях и катушках магнитных индукторов.

Пример использования машины в качестве электродвигателя.

При использовании заявленной электрической машины в качестве электродвигателя к выходным валам машины (валам якорей и/или магнитного индуктора) подключаются любые потребители механической энергии. При подключении электрической машины к источнику тока или к источнику напряжения в обмотках якорей и магнитного(ых) индуктора(ов) возникает электрический ток, создается магнитное поле между индуктором(или индукторами) и якорями. Под воздействием создаваемых магнитных полей приводятся в движение валы, соединенные с потребителями, то есть электрическая энергия преобразуется в механическую.

То есть, при одном источнике электроэнергии можно подключить несколько потребителей механической энергии, причем количество потребляемой ими электроэнергии будет равно количеству потребляемой энергии одним потребителем, подключенным к обычному электродвигателю (с одним якорем).

Использование данной электрической машины в качестве электродвигателя позволяет значительно снизить потери электричества.

Заявленная электрическая машина может также одновременно использоваться в качестве генератора электрической энергии, если механическую энергию приложить к одному из валов якорей, то электрическую энергию можно потреблять с катушек магнитного(ых) индуктора(ов).

Наличие дифференциала позволяет один якорь и соответствующую ему сторону магнитного индуктора использовать как электродвигатель, а другой якорь и соответствующую ему другую сторону магнитного индуктора использовать как генератор электрической энергии.

На фиг.5 показана электрическая машина с двумя дополнительными магнитными индукторами 11 и 12, расположенными с торцов магнитного индуктора 3 (основного).

В электрической машине по второму варианту магнитный индуктор 3 расположен между якорем 1 (внутренний) в виде рамки из проводника и дополнительным якорем 2 (внешний) (фиг.6). Якоря и магнитный индуктор закреплены на своих валах. Магнитный индуктор 3, с помощью которого создается магнитное поле, представляет собой либо разнополюсные магниты, либо сердечники с индукционными катушками.

Якоря могут быть выполнены, например, в виде набора пластин, в пазах которых имеется намотка и укладка соответствующего числа и определенной формы обмоточных витков электрического проводника соответствующего сечения. Индуктор в электрической машине по второму варианту может содержать разное количество индукционных катушек различной формы и конфигурации, разного размера, обмотка катушек индуктивности может иметь различное количество витков и может быть выполнена из проводника разного диаметра и материала. Данные параметры индуктора варьируются в зависимости от получения желаемых выходных параметров электрической машины (выходная мощность, сопротивление, сила тока и т.п.). Обмотки индукционных катушек подключены к источникам питания и/или к источникам потребления энергии.

Электрическая машина по второму варианту также может использоваться как двигатель (постоянного или переменного тока) и/или генератор переменного или постоянного тока.

На фиг.8 электрическая машина содержит планетарную передачу, где центральное колесо 13 расположено на валу внутреннего якоря 1 (ротор), сателлиты 14 расположены на валу магнитного индуктора 3 (ротор), а внешнее колесо 15 закреплено на внешнем якоре 2.

Включение в конструкцию электрической машины планетарной передачи позволяет установить необходимое соотношение скоростей вращения внутреннего, внешнего якорей и магнитного индуктора.

На фиг.9 магнитный индуктор имеет сердечник 4 в виде разнополюсного магнита, на котором расположены индукционные катушки 5, имеющие выводы 10 на кольца коллектора магнитного индуктора, соединенные с источниками питания и/или источниками потребления. Количество индукционных катушек может быть разным (одна и более), количество витков катушек и толщина проводника могут быть как одинаковыми у всех катушек, так и разными в любой комбинации.

На фиг.10 электрические щетки 16 могут иметь выход к своему источнику питания и/или потребителю энергии, поз.17 - рамки (катушки) якоря.

На фиг.11 под позицией 18 показаны выводы якоря в коллектор, выполненные разной длины, электрические щетки 16, подключаемые к источнику питания независимо друг от друга, скользят по выводам 18, при этом щетки расположены на расстоянии, соответствующем длине выводов, и радиально под соответствующим углом относительно якорей.

Блок управления электрической машины позволяет регулировать параметры электрического тока на якорях и катушках магнитного индуктора.

Пример использования машины по второму варианту в качестве электродвигателя.

При использовании заявленной электрической машины в качестве электродвигателя к выходным валам машины подключаются любые потребители механической энергии или несколько. При подключении электрической машины к источнику тока или к источнику напряжения в обмотках якорей и магнитного индуктора возникает электрический ток, создается магнитное поле между индуктором и внутренним якорем и между индуктором и внешним якорем. Под воздействием создаваемых магнитных полей приводятся в движение валы, соединенные с потребителями, то есть электрическая энергия преобразуется в механическую.

То есть, при одном источнике электроэнергии можно подключить несколько потребителей механической энергии, причем количество потребляемой ими электроэнергии будет равно количеству потребляемой энергии одним потребителем, подключенным к обычному электродвигателю (с одним якорем).

Заявленная электрическая машина по второму варианту может также одновременно использоваться в качестве генератора электрической энергии, если внутренний якорь и внутренние катушки индуктора использовать как электродвигатель, а внешний якорь и внешние (крайние) катушки индуктора - соответственно как генератор для выработки электроэнергии, либо, наоборот, внутренний генератор - внешний электродвигатель.

Заявленные изобретения позволяют подключать несколько потребителей механической энергии при одновременной выработке электроэнергии либо вырабатывать электроэнергию без механических потребителей, что позволяет значительно уменьшить затраты электроэнергии.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, которые могут быть использованы в качестве двигателей и/или генераторов переменного или постоянного тока в промышленности и быту. Электрическая машина содержит источник питания, расположенные в корпусе магнитный индуктор с коллектором, закрепленный на валу, и два якоря, закрепленных на валах и имеющих коллекторы и электрические щетки, причем якоря расположены со стороны торцов магнитного индуктора оппозитно друг другу. Второй вариант электрической машины содержит источник питания, закрепленный на валу внутренний якорь, имеющий коллектор и электрические щетки, расположенный на валу магнитный индуктор с коллектором, окружающий внутренний якорь, а также дополнительный внешний якорь, имеющий коллектор и электрические щетки и выполненный так, что магнитный индуктор расположен между внутренним и внешним якорями. Технический результат - экономия электроэнергии. 2 с. и 23 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Электрическая машина, содержащая корпус, источник питания, магнитный индуктор с коллектором, закрепленный на валу, и два якоря, закрепленные на валах и имеющие коллектора и электрические щетки, причем якоря расположены со стороны торцов магнитного индуктора оппозитно друг другу.2. Электрическая машина по п.1, которая содержит дифференциал с механизмом блокировки, расположенный внутри магнитного индуктора, где шестерни закреплены на валах якорей, а сателлиты закреплены на валу корпуса дифференциала.3. Электрическая машина по п.1 или 2, в которой один из якорей является ротором, а магнитный индуктор и второй якорь являются статорами.4. Электрическая машина по п.1 или 2, в которой магнитный индуктор является статором, а два якоря - роторами.5. Электрическая машина по п.1 или 2, в которой два якоря являются статорами, а магнитный индуктор - ротором.6. Электрическая машина по п.1 или 2, в которой один из якорей является статором, магнитный индуктор и второй якорь - роторами.7. Электрическая машина по п.1 или 2, в которой якоря и магнитный индуктор являются роторами, а корпус - статором.8. Электрическая машина по п.1, которая содержит дополнительный магнитный индуктор с коллектором, являющийся статором или ротором.9. Электрическая машина по п.1, которая содержит два дополнительных магнитных индуктора с коллекторами, расположенных с торцов основного магнитного индуктора и являющихся статорами или роторами.10. Электрическая машина по одному из пп.1, 2, 8 и 9, в которой магнитный индуктор или магнитные индукторы представляют собой одну и более пар разнополюсных электромагнитов, каждый из которых состоит из сердечника, имеющего две и более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимо друг от друга.11. Электрическая машина по п.1 или 2, в которой магнитный индуктор представляет собой разнополюсный электромагнит, имеющий сердечник в виде пустотелого цилиндра и намотанные на сердечнике одну и более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимо друг от друга.12. Электрическая машина по одному из пп.1, 2, 8 и 9, которая дополнительно содержит потребители механической энергии, подключаемые к валам якорей и/или магнитного(ых) индуктора(ов).13. Электрическая машина, содержащая корпус, источник питания, закрепленный на валу внутренний якорь, имеющий коллектор и электрические щетки, расположенный на валу магнитный индуктор с коллектором, окружающий внутренний якорь, а также дополнительный внешний якорь, имеющий коллектор и электрические щетки и выполненный так, что магнитный индуктор расположен между внутренним и внешним якорями.14. Электрическая машина по п.13, которая содержит планетарную передачу, где центральная шестерня закреплена на валу внутреннего якоря, сателлиты закреплены на валу магнитного индуктора, а внешняя шестерня закреплена на внешнем якоре.15. Электрическая машина по п.13 или 14, в которой внутренний якорь является ротором, магнитный индуктор является также ротором, а внешний якорь является статором.16. Электрическая машина по п.13 или 14, в которой внутренний якорь является статором, а внешний якорь и магнитный индуктор - роторами.17. Электрическая машина по п.13 или 14, в которой внутренний и внешний якоря являются роторами, а магнитный индуктор - статором.18. Электрическая машина по п.13, в которой внутренний и внешний якоря являются статорами, а магнитный индуктор - ротором.19. Электрическая машина по п.13, в которой внутренний якорь является ротором, а внешний якорь и магнитный индуктор - статорами.20. Электрическая машина по п.13, в которой внутренний якорь и магнитный индуктор являются статорами, а внешний якорь - ротором.21. Электрическая машина по п.13, в которой якоря и магнитный индуктор являются роторами, а корпус - статором.22. Электрическая машина по п.13, которая содержит один и более дополнительных магнитных индуктора с коллекторами, окружающих внутренний якорь и расположенных коаксиально друг другу, причем дополнительные магнитные индукторы являются роторами или статорами.23. Электрическая машина по п.13 или 22, в которой магнитные индукторы представляют собой одну и более пар разнополюсных электромагнитов, каждый из которых состоит из сердечника, имеющего две и более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимого друг от друга.24. Электрическая машина по п.13, в которой выводы якорей в коллекторы выполнены разной длины, а машина содержит дополнительные электрические щетки, подключаемые к источнику питания независимо друг от друга, скользящие по выводам, при этом щетки расположены на расстоянии, соответствующем длине выводов, и радиально под соответствующим углом относительно якорей.25. Электрическая машина по п.13 или 22, которая дополнительно содержит потребители механической энергии, подключаемые к валам якорей и/или магнитных индукторов.