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.
Известен электромагнитный преобразователь, содержащий 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.
Известна электрическая машина постоянного тока, содержащая якорь и окружающий его магнитный индуктор, выполненный в виде чередующихся разнополюсных постоянных магнитов и электромагнитов, причем прилегающие друг к другу полюса постоянных магнитов и электромагнитов имеют одинаковую полярность (SU 1119129 А, 15.10.1984).
Недостатком данной конструкции является то, что свойства электромагнитного индуктора не используются во взаимодействии с якорем, а усиливают или уменьшают магнитное поле постоянных магнитов.
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 одновременном использовании электрической машины как генератора, так и электродвигателя, а также более полное использование свойств постоянных магнитов и электромагнитов в их совместной работе.
Указанный технический результат достигается в электрической машине по первому варианту исполнения, содержащей корпус, источник питания, последовательно и соосно расположенные магнитный индуктор с коллектором, закрепленный на валу, и два якоря, закрепленные на валах и имеющие коллекторы и электрические щетки, причем якоря расположены со стороны торцов магнитного индуктора оппозитно друг другу, а магнитный индуктор выполнен цилиндрическим в виде чередующихся разнополюсных постоянных магнитов и электромагнитов, направленных своими полюсами к якорям.
В электрической машине якоря и магнитный индуктор выполнят роль статоров или роторов в любой комбинации, например:
- один из якорей может быть ротором, а магнитный индуктор и второй якорь являются статорами;
- магнитный индуктор может являться статором, а два якоря - роторами;
- два якоря могут быть статорами, а магнитный индуктор - ротором;
- один из якорей является статором, магнитный индуктор и второй якорь - роторами;
- якоря и магнитный индуктор являются роторами, а корпус - статором.
Электрическая машина содержит дополнительный магнитный индуктор с коллектором, являющийся ротором или статором и расположенный между магнитным индуктором и одним из якорей. Дополнительный магнитный индуктор закреплен на свое валу и выполнен цилиндрическим в виде чередующихся разнополюсных постоянных магнитов и электромагнитов, расположенных своими полюсами к соответствующему якорю и магнитному индуктору.
Каждый из разнополюсных электромагнитов состоит из сердечника, имеющего две или более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителям электрического тока независимо друг от друга.
Электрическая машина дополнительно содержит потребители механической энергии, подключаемые к валам якорей и/или магнитным индукторам.
Указанный технический результат достигается также тем, что в электрической машине по второму варианту, содержащей корпус, источник питания, коаксиально расположенные на своих валах магнитный индуктор с коллектором, якорь с коллектором и электрическими щетками, окружающий магнитный индуктор, причем магнитный индуктор выполнен цилиндрическим в виде чередующихся разнополюсных постоянных магнитов и электромагнитов, направленных своими полюсами к якорям.
В электрической машине якоря и магнитный индуктор являются роторами или статорами в любой комбинации, например:
- якорь и магнитный индуктор являются роторами, а дополнительный якорь является статором;
- якорь является статором, а дополнительный якорь и магнитный индуктор - роторами;
- якоря являются роторами, а магнитный индуктор - статором;
- якоря являются статорами, а магнитный индуктор - ротором;
- якорь является ротором, а дополнительный якорь и магнитный индуктор - статорами;
- якорь и магнитный индуктор являются статорами, а дополнительный якорь - ротором;
- якоря и магнитный индуктор являются роторами, а корпус - статором.
Электрическая машина содержит закрепленный на своем валу дополнительный магнитный индуктор, расположенный коаксиально между якорем и магнитным индуктором. Дополнительный магнитный индуктор является ротором или статором. Дополнительный магнитный индуктор выполнен цилиндрическим в виде чередующихся разнополюсных постоянных магнитов и электромагнитов, расположенных своими полюсами к якорю и магнитному индуктору. Дополнение электрической машины вторым магнитным индуктором позволяет в несколько раз увеличить ее производительность, а именно позволяет извлекать дополнительно механическую и электрическую энергию при таких же затратах электрической и механической энергии, как и с одним магнитным индуктором.
Электрическая машина может содержать дополнительный якорь с коллектором и электрическими щетками, расположенный коаксиально внутри магнитного индуктора.
Каждый из разнополюсных электромагнитов состоит из сердечника, имеющего две или более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителям электрического тока независимо друг от друга.
Электрическая машина дополнительно содержит потребители механической энергии, подключаемые к валам якорей и/или магнитных индукторов.
Указанный технический результат достигается в третьем варианте исполнения электрической машины, содержащей корпус, источник питания, коаксиально расположенные на своих валах магнитный индуктор с коллектором и якорь с коллектором и электрическими щетками, окружающий магнитный индуктор, причем магнитный индуктор выполнен в виде прилегающих друг к другу вдоль оси вала двух частей, одна из которых выполнена из одного или более разнополюсных постоянных магнитов, а вторая часть - из одного или более разнополюсных электромагнитов, причем полюса постоянных магнитов и электромагнитов направлены к якорю.
Электрическая машина может иметь закрепленный на своем валу дополнительный магнитный индуктор, расположенный коаксиально внутри магнитного индуктора и выполненный в виде прилегающих друг к другу вдоль оси вала двух частей, одна из которых выполнена из одного или более разнополюсных постоянных магнитов, а вторая часть - из одного или более разнополюсных электромагнитов, причем полюса постоянных магнитов дополнительного магнитного индуктора направлены к полюсам электромагнитов магнитного индуктора, а полюса электромагнитов дополнительного магнитного индуктора - к полюсам постоянных магнитов магнитного индуктора, кроме того, дополнительный магнитный индуктор выполняет роль статора или ротора.
Электрическая машина может содержать дополнительный якорь, расположенный коаксиально внутри магнитного индуктора.
В электрической машине якоря и магнитный индуктор являются роторами или статорами в любой комбинации.
В электрической машине каждый из разнополюсных электромагнитов состоит из сердечника, имеющего одну или более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимо друг от друга.
Электрическая машина дополнительно содержит потребители механической энергии, подключаемые к валам якорей и/или магнитных индукторов.
Указанный технический результат достигается в четвертом варианте исполнения электрической машины, содержащей корпус, источник питания, последовательно и соосно расположенные магнитный индуктор с коллектором, закрепленный на валу, и два якоря, закрепленные на валах и имеющие коллекторы и электрические щетки, причем якоря расположены со стороны торцов магнитного индуктора оппозитно друг другу, а магнитный индуктор выполнен в виде прилегающих друг к другу вдоль оси вала двух частей, одна из которых выполнена из разнополюсных постоянных магнитов, а вторая часть - из разнополюсных электромагнитов, причем полюса постоянных магнитов и электромагнитов направлены к соответствующим им якорям.
В электрической машине якоря и магнитный индуктор являются роторами или статорами.
Электрическая машина может содержать дополнительный магнитный индуктор, выполненный в виде прилегающих друг к другу вдоль оси вала двух частей, одна их которых выполнена из разнополюсных постоянных магнитов, а вторая часть - из разнополюсных электромагнитов, причем полюса постоянных магнитов дополнительного магнитного индуктора направлены к полюсам электромагнитов магнитного индуктора, а полюса электромагнитов дополнительного магнитного индуктора - к соответствующему якорю. Дополнительный магнитный индуктор закреплен на своем валу.
В электрической машине каждый из разнополюсных электромагнитов состоит из сердечника, имеющего одну или более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителям электрического тока независимо друг от друга.
Электрическая машина дополнительно содержит потребители механической энергии, подключаемые к валам якорей и/или магнитных индукторов.
Физический принцип действия любой электрической машины основан на явлении возникновения ЭДС индукции в рамке из проводника (или якоре) при вращении ее в электромагнитном поле, которое создается с помощью магнитного индуктора. При подключении к щеткам электрического напряжения возникает ток в обмотке якоря и на провода обмотки со стороны магнитного поля действует сила Ампера. В проводах обмотки, расположенных на противоположных сторонах якоря, направления сил Ампера противоположны друг другу, и под действием этих сил якорь приходит во вращение. Так как электромагнитное поле образуется вокруг магнитного индуктора, то включение в конструкцию электрической машины дополнительного якоря, окружающего его свободную поверхность, позволяет задействовать электромагнитное поле, образующееся на свободной поверхности магнитного индуктора. В то время, как в известных электрических машинах (электродвигателях, генераторах) энергия электромагнитного поля свободной стороны индуктора выделяется в окружающую среду в виде тепла (при работе происходит нагрев корпуса известных электродвигателей), то в заявленной электрической машине данная энергия преобразуется в полезную. Таким образом, при работе заявленной электрической машины задействована полностью возникающая ЭДС индукции и не происходит бесполезного выделения энергии в окружающую среду. Выполнение магнитного индуктора в виде чередующихся разнополюсных постоянных магнитов и электромагнитов позволяет в более полном объеме использовать свойства постоянных магнитов и электромагнитов в их совместном использовании.
При включении в работу заявленные варианты электрической машины потребляют мощность, такую же, как и известные электрические машины, но выходная мощность в заявленных электромашинах будет примерно в два раза больше, чем в известных, так как задействованы два электромагнитных поля, то есть сумма энергий, получаемых с помощью электромагнитного поля между индуктором и якорем и с помощью электромагнитного поля между индуктором и дополнительным якорем. Данное явление позволяет увеличить (или достичь максимума) выходную энергию, механическую (при использовании электрической машины в качестве электродвигателя) или электрическую (при использовании в качестве генератора) в зависимости от назначения машины. Кроме того, конструкция электромашины с двумя якорями позволяет использовать ее одновременно как электродвигатель и как генератор электроэнергии, если один якорь и соответствующую ему сторону магнитного индуктора использовать как электродвигатель, а второй якорь и соответствующую ему другую сторону магнитного индуктора - как генератор.
Индуктор и якоря могут иметь возможность вращения относительно друг друга с обеспечением прохождения электрической энергии через проводники для обеспечения высокого выхода электрической и/или механической энергии.
Электрическая машина по любому варианту исполнения имеет блок управления электрическим током на якорях и магнитных индукторах.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена схема электрической машины по первому варианту - общий вид, на фиг.2 - электрическая машина по первому варианту с дополнительным магнитным индуктором - вид сбоку, на фиг.3 - схематичное изображение электрической машины по второму варианту - общий вид, на фиг.4 - электромашина по второму варианту с дополнительным якорем, на фиг.5 - вариант выполнения электромагнита, на фиг.6 - электрическая машина по третьему варианту исполнения - общий вид, на фиг.7 - то же, что на фиг.6 с дополнительным магнитным индуктором, на фиг.8 - то же, что на фиг.6 с дополнительным якорем, на фиг.9 - электрическая машина по четвертому варианту исполнения - общий вид, на фиг.10 - электрическая машина по четвертому варианту с дополнительным магнитным индуктором.
На чертежах устройство показано со снятым корпусом.
Устройство содержит корпус, источник питания, последовательно и соосно расположенные якоря 1 и 2, закрепленные на своих валах, магнитный индуктор 3, закрепленный на своем валу, с помощью которого создается магнитное поле. По первому варианту якоря расположены со стороны торцов магнитного индуктора 3. Магнитный индуктор выполнен цилиндрическим в виде чередующихся разнополюсных постоянных магнитов 4 и электромагнитов 5, прилегающих друг к другу (см. фиг.1) или не прилегающих друг к другу. Полюса постоянных магнитов 4 и электромагнитов 5 направлены в сторону якорей. 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. Электромагнит 5 (фиг.5) выполнен в виде сердечника 6 с индукционными катушками 7 (одна или более) и выводами 8 на кольца коллектора магнитного индуктора, соединенные с источниками питания и/или источниками потребления. Количество индукционных катушек может быть разным (одна или более), количество витков катушек и толщина проводника могут быть как одинаковыми у всех катушек, так и разными в любой комбинации.
Индукционные катушки выполняются 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 по первому варианту содержит дополнительный магнитный индуктор 9 аналогичной конструкции с магнитным индуктором 3, расположенный соосно и последовательно с основными частями машины.
Блок управления (не показан) электрической машины позволяет регулировать параметры электрического тока на якорях и катушках магнитных индукторов.
Электрическая машина по второму варианту (фиг.3) имеет корпус, источник питания, коаксиально и соосно расположенные якорь 1, окружающий магнитный индуктор 3. В данном случае магнитный индуктор 3 также выполнен цилиндрическим в виде чередующихся разнополюсных постоянных магнитов 4 и электромагнитов 5, прилегающих или не прилегающих друг к другу (фиг.3). Полюса постоянных магнитов 4 и электромагнитов 5 направлены в сторону якоря.
Выполнение магнитного индуктора заявленной формы позволяет увеличить магнитное поле электромагнитов с помощью постоянных магнитов.
Электрическая машина по второму варианту может содержать дополнительный магнитный индуктор (не показано) аналогичной конструкции с магнитным индуктором 3, расположенный коаксиально и соосно между магнитным индуктором 3 и одним из якорей.
Дополнение электромашины вторым магнитным индуктором позволяет извлекать дополнительную механическую и/или электрическую энергию при таких же затратах энергии.
Электромашина по второму варианту может содержать дополнительный якорь 10, расположенный коаксиально внутри магнитного индуктора 3 (фиг.4).
Якоря и любые магнитные индукторы закреплены на своих валах.
На фиг.6 электрическая машина по третьему варианту содержит корпус, источник питания, якорь 1, который окружает магнитный индуктор 3. В данном случае магнитный индуктор выполнен в виде прилегающих друг к другу вдоль оси вала двух частей, одна из которых выполнена из одного или более разнополюсных постоянных магнитов 4, а другая - из одного или более разнополюсных электромагнитов 5, выполненных в виде сердечника 6 с индукционными катушками 7 (одна или более). Полюса постоянных магнитов 4 и электромагнитов 5 направлены в сторону якоря 1. Эта электромашина может быть выполнена с дополнительным якорем 10 (фиг.8), расположенным внутри магнитного индуктора. Якоря 1 и 10, а также магнитный индуктор 3 расположены коаксиально другу другу и закреплены на своих валах. На фиг.8 показаны коллектор 11 и электрические щетки 12 якоря.
Электромашина по третьему варианту может быть выполнена с дополнительным магнитным индуктором 9 (фиг.7). Дополнительный магнитный индуктор 9 (фиг.7) закреплен на своем валу, расположен коаксиально внутри магнитного индуктора 3 и выполнен в виде прилегающих друг к другу вдоль оси вала двух частей, одна из которых выполнена из одного или более разнополюсных постоянных магнитов 4, а вторая часть - из одного или более разнополюсных электромагнитов 5, причем полюса постоянных магнитов дополнительного магнитного индуктора 9 направлены к полюсам электромагнитов магнитного индуктора 3, а полюса электромагнитов дополнительного магнитного индуктора - к полюсам постоянных магнитов магнитного индуктора.
Дополнительный магнитный индуктор выполняет роль статора или ротора.
По четвертому варианту электрическая машина (фиг.9) содержит корпус, источник питания, последовательно и соосно расположенные якоря 1 и 2, магнитный индуктор 3. Якоря расположены со стороны торцов магнитного индуктора оппозитно друг другу (фиг.9). Магнитный индуктор 3 выполнен цилиндрическим из двух прилегающих друг другу вдоль оси вала частей, одна из которых выполнена из разнополюсных постоянных магнитов 4, а другая - из электромагнитов 5. Полюса постоянных магнитов и электромагнитов направлены к соответствующим им якорям.
Электромашина по четвертому варианту может содержать дополнительный магнитный индуктор 9, расположенный соосно и последовательно с якорями 1 и 2 и магнитным индуктором 3 (фиг.10). Дополнительный магнитный индуктор 9 выполнен аналогичной конструкции с магнитным индуктором 3, а именно в виде прилегающих к друг другу вдоль оси вала двух частей, одна их которых выполнена из разнополюсных постоянных магнитов 4, а вторая часть - из разнополюсных электромагнитов 5, причем полюса его постоянных магнитов направлены к полюсам электромагнитов магнитного индуктора 3, а полюса электромагнитов дополнительного магнитного индуктора 9 - к соответствующему ближайшему якорю.
Пример использования электромашины по любому варианту:
При использовании заявленной электрической машины в качестве электродвигателя к выходным валам машины (валам якорей и/или магнитного индуктора) подключаются потребители механической энергии. При подключении электрической машины к источнику тока 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).
Заявленная электрическая машина может также одновременно использоваться в качестве генератора электрической энергии, если электрическую энергию потреблять с катушек электрических магнитных индукторов.
Заявленные изобретения позволяют подключать несколько потребителей механической энергии при одновременной выработке электроэнергии либо вырабатывать электроэнергию без механических потребителей, что позволяет значительно уменьшить затраты электроэнергии.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА (ВАРИАНТЫ) | 2005 |
|
RU2313885C2 |
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА (ВАРИАНТЫ) | 2005 |
|
RU2313884C2 |
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА (ВАРИАНТЫ) | 2005 |
|
RU2286641C1 |
МОТОР-КОЛЕСО | 1991 |
|
RU2038984C1 |
МОТОР-КОЛЕСО | 1991 |
|
RU2038985C1 |
САМОВРАЩАЮЩИЙСЯ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ | 2010 |
|
RU2460200C2 |
УНИВЕРСАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА БЕЛАШОВА | 1996 |
|
RU2118036C1 |
УНИПОЛЯРНЫЙ БЕСКОЛЛЕКТОРНЫЙ ТОРЦОВЫЙ ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА | 2004 |
|
RU2284629C2 |
УНИВЕРСАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА БЕЛАШОВА | 1996 |
|
RU2096898C1 |
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ДВУХПАКЕТНЫМ ИНДУКТОРОМ (ВАРИАНТЫ) | 2008 |
|
RU2356154C1 |
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. Сущность изобретения состоит в том, что электрическая машина по первому варианту содержит корпус, источник питания, последовательно и соосно расположенные магнитный индуктор с коллектором, закрепленный на валу, и два якоря, закрепленные на валах и имеющие коллекторы и электрические щетки, причем якоря расположены со стороны торцов магнитного индуктора оппозитно друг другу, а магнитный индуктор выполнен цилиндрическим в виде чередующихся разнополюсных постоянных магнитов и электромагнитов, направленных своими полюсами к якорям. Электрическая машина по второму варианту содержит корпус, источник питания, коаксиально расположенные на своих валах магнитный индуктор с коллектором, окружающий его якорь с коллектором и электрическими щетками, причем магнитный индуктор выполнен в виде чередующихся разнополюсных постоянных магнитов и электромагнитов, прилегающих друг к другу и направленных своими полюсами к якорю. Электрическая машина по третьему варианту содержит корпус, источник питания, коаксиально расположенные на своих валах магнитный индуктор с коллектором и якорь с коллектором и электрическими щетками, окружающий магнитный индуктор, причем магнитный индуктор выполнен в виде прилегающих друг к другу двух частей, одна из которых выполнена из одного или более разнополюсных постоянных магнитов, а вторая часть - из одного или более разнополюсных электромагнитов, причем полюса постоянных магнитов и электромагнитов направлены к якорю. Электрическая машина по четвертому варианту содержит корпус, источник питания, последовательно и соосно расположенные 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, а магнитный индуктор выполнен в виде прилегающих друг к другу двух частей, одна из которых выполнена из разнополюсных постоянных магнитов, а вторая часть - из разнополюсных электромагнитов, причем полюса постоянных магнитов и электромагнитов направлены к соответствующим якорям. Технический результат - повышение производительности и улучшение использования активных материалов путем обеспечения более полного использования свойств постоянных магнитов и электромагнитов. 4 н. и 21 з.п. ф-лы, 10 ил.
Электрическая машина постоянного тока | 1982 |
|
SU1119129A1 |
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ | 1986 |
|
RU2083051C1 |
ЭЛЕКТРОПРИВОД С ПЛАНЕТАРНЫМ ЦИКЛОИДАЛЬНЫМ РЕДУКТОРОМ | 2000 |
|
RU2206805C2 |
МАГНИТНЫЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА | 1995 |
|
RU2112308C1 |
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ | 1999 |
|
RU2219641C2 |
US 4532447 А, 30.07.1985 | |||
ЕР 0455578 А, 06.11.1991. |
Авторы
Даты
2007-11-27—Публикация
2006-01-13—Подача