ИМПУЛЬСНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2012 года по МПК H02K57/00 H02K16/04 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано не только в качестве приводного двигателя постоянного тока в схеме «Электропривода для транспорта» (на который представлена заявка на изобретение), для которого и был разработан, но и в других промышленно-бытовых устройствах как достаточно мощная и экономичная составляющая этих устройств, в особенности, если эти устройства работают от аккумуляторов, т.к. применение «Импульсного двигателя» позволяет существенно снизить потребление эл. энергии аккумуляторов и, соответственно, увеличить время работы аккумуляторов до подзарядки.

Задачей, на решение которой было направлено данное изобретение, является создание экономичного приводного двигателя постоянного тока для «Электропривода для транспорта», который позволит перевести транспортные средства на электротягу без контактных проводов и без использования в своей работе природных энергоносителей, количество которых в мире быстро сокращается и которые в ближайшем обозримом будущем не могут быть восполнены Природой.

Возможностью для решения такой задачи является создание приводного двигателя, в котором на ряду с эл. магнитами статора-ротора, дополнительное ускорение вращению ротора дают взаимодействующие между собой постоянные магниты одинаковой полюсности, а эл. энергия на эл. магниты статора подается импульсами только в момент, когда они находятся вблизи друг друга.

Сущность изобретения заключается в том, что «Импульсный двигатель» имеет вертикальную схему расположения «ротор-статор» с разделенным на две идентичные, но разнополярные половины статором и состоит как бы из трех дисков, крайние из которых - статор, состоящий из двух половин, а средняя - ротор. С вала ротора вращающий момент передается на потребитель (нагрузку).

Кроме того, каждая из половин статора (фиг.1) представляет собой диск, на котором два эл. магнита и постоянные магниты расположены в виде кольца, причем два эл. магнита разведены на 180°, а постоянные магниты оформлены в виде двух блоков по 16 (шестнадцать) штук в каждом и установлены между эл. магнитами.

Кроме того, соотношение площади рабочей поверхности одного эл. магнита к площади рабочей поверхности одного постоянного магнита таково, что на рабочей поверхности эл. магнита уместилось бы 8 (восемь) рабочих поверхностей постоянных магнитов, которые между собой одинаковы.

Кроме того, рабочие поверхности эл. магнитов, при подаче на них импульсов эл. энергии, а также рабочие поверхности всех постоянных магнитов у левой половины статора (левого диска) имеет полюс N, а у правой половины статора (правого диска) имеет полюс S.

Кроме того, постоянные магниты изготовлены из неодима (самария - кобальта) с коэрцитивной силой, превышающей 15 кэрстед, которые редко подчиняются воздействию силы отталкивания настолько, чтобы потерять свою намагниченность. С учетом этого, постоянные магниты оформляются в виде блоков, т.к. блочное оформление предусматривает возможность быстрой замены и исключение возможности допущения ошибки по полярности при сборке.

Кроме того, относительно внутренней (рабочей) плоскости половины статора, постоянные магниты развернуты по направлению вращения ротора на 55°.

Кроме того, воздушный зазор между ротором и эл. магнитом статора, а также у начала рабочей поверхности первого от эл. магнита постоянного магнита (по направлению вращения ротора) составляет 0,1 мм, а у конца 16-го постоянного магнита (по направлению вращения ротора) - 1,7 мм, т.е. воздушный зазор между плоскостью вращения ротора и постоянными магнитами статора, по мере удаления от эл. магнита статора, постоянно увеличивается от 0,1 мм до 1,7 мм. Рабочие поверхности постоянных магнитов статора не параллельны плоскости вращения ротора и в развернутом виде представляли бы собой прямую линию, расположенную под углом к плоскости вращения ротора.

Кроме того, правая и левая половины статора сдвинуты по оси вращения ротора относительно друг друга на 90°, т.е. всего на статоре «Импульсного двигателя» имеется четыре эл. магнита, сдвинутые относительно друг друга на 90°, а между ними с перекрытием эл. магнитов установлены блоки постоянных магнитов, которые, при вращении ротора, придают ему дополнительное, постоянно действующее ускорение.

Кроме того, по мере вращения ротора импульсы эл. энергии подаются на эл. магниты каждой из двух половин статора последовательно (например, за один оборот ротора: эл. магнит левой половины - через 90° эл. магнит правой половины - через 90° эл. магнит левой половины - через 90° эл. магнит правой половины).

Кроме того, эл. магниты левой половины статора питает один аккумулятор, а эл. магниты правой половины статора питает второй аккумулятор.

Кроме того, ротор « Импульсного двигателя» представляет собой диск, диаметром равный диаметрам каждой из половин статора, на котором со сдвигом в 120° размещены один эл. магнит и два постоянных магнита, рабочие поверхности которых на обеих плоскостях диска - ротора одинаковы и соответствуют площади рабочих поверхностей эл. магнитов статора. Длина всех магнитов ротора одинакова и определяет толщину диска ротора и, в определенной степени, мощность двигателя. Одним из путей увеличения мощности «Импульсного двигателя» является увеличение количества магнитов на роторе, причем постоянно запитанный эл. энергией эл. магнит ротора может быть заменен на постоянный магнит. В этом случае подача импульсов эл. энергии на эл. магниты статора будет определяться углом поворота ротора, когда определенный постоянный магнит ротора будет вблизи эл. магнита статора.

Кроме того, материал постоянных магнитов ротора тот же, что и материал постоянных магнитов статора.

Кроме того, эл. магнит ротора включен в цепь питания постоянно.

Кроме того, в собранном «Импульсном двигателе» ротор относительно двух половин статора по полярности устанавливается по схеме:

статор (левый) N-N ротор S-S статор (правый).

Кроме того, градиент давления на ротор, вызванный однополюсным взаимодействием магнитов ротора и левой, и правой половин статора, а также изменяющимся зазором между магнитами ротора и постоянными магнитами каждой из половин статора, является фактором дополнительного вращения ускорения вращения ротора и увеличения мощности на валу.

Кроме того, своевременность и продолжительность подачи импульсов эл. энергии на эл. магниты статора « Импульсного двигателя» регулируют электронные реле включения-выключения цепей питания обмоток эл. магнитов.

Кроме того, ротор сбалансирован.

Кроме того, при обесточенном эл. магните ротора и эл. магнитов статора, ротор «Импульсного двигателя» под действием отталкивающей силы постоянных однополюсных магнитов (ротор - статор) не прекращает своего вращения за счет изменяющихся воздушных зазоров между плоскостями ротора и плоскостями постоянных магнитов обеих половин статора, а также за счет того, что относительно внутренних (рабочих) плоскостей половин статора их постоянные магниты развернуты по направлению вращения ротора на 55°. Для уменьшения скорости вращения ротора, левую и правую половины статора допускается сделать раздвижными (по 4-м, 6-ти, 8-ми направляющим на корпусе двигателя в зависимости от мощности двигателя) относительно ротора на расстояние, обеспечивающее потерю скорости вращения ротора на 50-70%, с жесткой фиксацией в крайних положениях.

Сущность изобретения в целом поясняется чертежами, где на фиг.1 и на фиг.2 изображены составные части (статор, ротор) «Импульсного двигателя» без конструктивных особенностей, которые определяются при конструировании двигателя под конкретные расчетные данные, а на фиг.3 - вариант подключения «Импульсного двигателя».

«Импульсный двигатель» состоит из:

- статора, разделенного на две половины в виде двух дисков (фиг.1), идентичных по исполнению (конструктивно), но разных по полярности, по окружности каждого

из которых расположены, в виде кольца, два эл. магнита 1 (А, В) и два блока постоянных магнитов 2 из шестнадцати магнитов каждый; вал вращения ротора 4 (фиг.2) вращается в подшипниках, устанавливаемых в гнездах 3;

- ротора 4 (фиг.2), по окружности которого расположены один эл. магнит 5 (Е) и два постоянных магнита 6, 7; ротор закреплен и вращается на валу 8.

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ «ИМПУЛЬСНОГО ДВИГАТЕЛЯ»,

ИЗОБРАЖЕННОГО НА ФИГ. 1, 2, 3.

1. Перед включением «Импульсного двигателя»:

- выключатели 14, 15, 16 (фиг.3) находятся в положении «Выключено»;

- обе половины статора раздвинуты относительно ротора 4 (фиг.2);

- ротор 4 (фиг.2), под действием отталкивающей силы однополюсных постоянных магнитов (ротор - статор), вращается с незначительной скоростью.

2. Включение и принцип работы «Импульсного двигателя»:

- выключатели 14, 15, 16 на (фиг.3) переводятся в положение «Включено»;

- сдвигаются до расстояния в 0,1 мм (к ротору 4 фиг.2) обе половины статора и жестко фиксируются;

- учитывая, что ротор 4 (фиг.2) постоянно вращается, предположим, что постоянно запитанный электромагнит Е ротора 4 (фиг.2) подошел и находится вблизи эл. магнита 1А левой половины статора (фиг.1). Срабатывает электронное реле включения 9 (фиг.3) и на обмотку эл. магнита 1А (фиг.1) поступает импульс эл. тока от аккумулятора 11 (фиг.3);

- ротор 4 (фиг.2) получает эл. магнитный толчок, т.е. ускорение вращательного момента, которое еще более увеличивается под действием отталкивающей силы постоянных однополюсных магнитов 2 (фиг.1) статора и 6, 7 (фиг.2) ротора. При отходе эл. магнита Е ротора 4 (фиг.2) от эл. магнита 1А левой половины статора (фиг.1) срабатывает электронное реле 9 (фиг.3) и выключается цепь питания эл. магнитов 1 (А, В) левой половины статора;

- ротор 4 (фиг.2) ускоренно поворачивается на 90°. Его эл. магнит Е (фиг.2) в следующий момент времени оказывается вблизи эл. магнита С правой половины статора, сдвинутой по ходу вращения ротора 4 (фиг.2) относительно эл. магнита 1А (фиг.1) левой половины статора на 90°;

- срабатывает электронное реле включения-выключения 10 (фиг.3) и на обмотку эл. магнита С правой половины статора поступает импульс эл. тока от аккумулятора 12 (фиг.3);

- ротор 4 (фиг.2) получает эл. магнитный толчок, т.е. ускорение вращательного момента, которое еще более увеличивается под действием отталкивающей силы постоянных однополюсных магнитов (ротор-статор);

- и так далее;

- за один оборот ротора 4 (фиг.2) он четыре раза (через каждые 90°) получает ускорение вращательного момента от воздействия эл. магнитов статора (левый-правый-левый-правый) и дополнительное постоянное ускорение от взаимодействия постоянных однополюсных магнитов (ротор-статор).

3. Выключение «Импульсного двигателя»:

- выключатели 14, 15, 16 (фиг.3) переводятся в положение «Выключено»;

- раздвигаются относительно ротора 4 (фиг.2) обе половины статора и жестко фиксируются.

«Импульсные двигатели» данной конструкции могут быть использованы не только в сочетании с аккумуляторами или в эл. цепях питания постоянного тока, они могут быть использованы и в эл. цепях питания переменного тока при условии выпрямления переменного тока в постоянный.

Представленная схема «Импульсного двигателя» в базовом варианте имеет законченный, рабочий, промышленно применимый, соответствующий уровню новизны и изобретательскому уровню вид.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве приводного двигателя постоянного тока в устройствах электропривода для транспорта. Предлагаемый импульсный двигатель в общем виде (без корпуса), представляет собой три диска на одной оси вращения, из которых два крайних диска (статор) раздвижные, зафиксированы в направляющих в крайних положениях, а средний диск - вращающийся ротор. Идентичные половины статора, которые сдвинуты по оси относительно электромагнитов друг друга на 90°, имеют разные полюсы рабочих поверхностей, расположенных на них по кольцу электромагнитов и постоянных магнитов (левая половина статора - полюс «N», правая половина статора - полюс «S»), раздвижные по направляющим, между которыми вращается третий диск - ротор, с расположенными на нем по кольцу со сдвигом в 120° одним электромагнитом и двумя постоянными магнитами, причем левая плоскость рабочих поверхностей всех трех магнитов ротора имеет полюс «N», а правая плоскость - полюс «S». Принцип действия импульсного двигателя основан на отталкивании одноименных полюсов ротора от магнитов каждой из половин статора, причем постоянные магниты статора, взаимодействующие с постоянными магнитами ротора, дают дополнительное ускорение вращению ротора, причем электромагниты статора питаются в импульсном режиме, а электромагнит ротора - постоянно. Технический результат - повышение экономичности импульсного двигателя, обеспечивающего возможность увеличения времени работы питающих аккумуляторов до очередной подзарядки. Двигатель может быть использован в цепях как постоянного, так и переменного тока. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Импульсный двигатель, состоящий из трех дисков на одном валу, из которых два крайних диска - это статор, разделенный на две (левую и правую) идентичные половины (сдвинуты по оси относительно электромагнитов друг друга на 90°), но с разными полюсами рабочих поверхностей, расположенных на них по кольцу электромагнитов и постоянных магнитов (левая половина статора - полюс «N», правая половина статора - полюс «S»), раздвижные по направляющим, между которыми вращается третий диск - ротор с расположенными на нем по кольцу со сдвигом в 120° одним электромагнитом и двумя постоянными магнитами, причем левая плоскость рабочих поверхностей всех трех магнитов ротора имеет полюс «N», а правая плоскость - полюс «S», то есть принцип действия импульсного двигателя основан на отталкивании одноименных полюсов ротора от магнитов каждой из половин статора, причем постоянные магниты статора, взаимодействующие с постоянными магнитами ротора, дают дополнительное ускорение вращению ротора, причем электромагниты статора питаются в импульсном режиме, а электромагнит ротора - постоянно.

2. Импульсный двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеет вертикальную схему расположения «ротор - статор» с разделенным на две идентичные половины статором.

3. Импульсный двигатель по п.1, отличающийся тем, что на каждой половине статора имеется по два разведенных на 180° электромагнита, питающихся электроэнергией в импульсном режиме от внешних источников электрической энергии, с установленными между ними постоянными магнитами (два блока по 16 штук в каждом), которые относительно внутренней плоскости каждой половины статора развернуты по направлению вращения ротора на 55°, изготовлены из неодима (самария - кобальта) и располагаются по кольцу напротив кольца магнитов ротора.

4. Импульсный двигатель по п.1, отличающийся тем, что и электромагниты и постоянные магниты на каждой половине статора, представляющей собой диск, толщина которого пропорциональна мощности двигателя, располагаются на диске статора в виде кольца чередующихся электромагнитов и постоянных магнитов (электромагнит - 16 постоянных магнитов - электромагнит - 16 постоянных магнитов) по краю диска с соотношением площади рабочей поверхности одного электромагнита к площади рабочей поверхности одного постоянного магнита как 1 : 8.

5. Импульсный двигатель по п.1, отличающийся тем, что на каждой половине статора, по мере удаления от электромагнита (по направлению вращения ротора), каждый блок постоянных магнитов, состоящий из 16 постоянных магнитов, имеет изменяющийся воздушный зазор до плоскости ротора - у электромагнита и у начала первого от него постоянного магнита он равен 0,1 мм, а у конца последнего (шестнадцатого) постоянного магнита он равен 1,7 мм, причем рабочие поверхности постоянных магнитов не параллельны плоскости ротора, а скошены и в развернутом виде представляли бы собой, прямую линию, расположенную под углом к плоскости ротора.

6. Импульсный двигатель по п.1, отличающийся тем, что все магниты левой половины статора (по рабочим поверхностям) относительно ротора имеют рабочий полюс «N», а у правой половины статора - «S», причем левая и правая половины статора сдвинуты по оси относительно друг друга на 90°.

7. Импульсный двигатель по п.1, отличающийся тем, что обе половины статора подвижные (раздвижные по направляющим) с жесткой фиксацией в крайних положениях и в рабочем положении они сдвигаются до зазора в 0,1 мм между каждой половиной статора и ротором.

8. Импульсный двигатель по п.1, отличающийся тем, что его ротор представляет собой диск, по окружности которого (по кольцу) со сдвигом в 120° размещены один электромагнит и два постоянных магнита из того же материала, что и постоянные магниты статора, размеры и форма которых, кроме длины, определяющей толщину диска - ротора, соответствуют электромагнитам статора и располагаются напротив них, причем ротор, учитывая разный материал электромагнита и постоянных магнитов, сбалансирован.

9. Импульсный двигатель по п.1, отличающийся тем, что с одной стороны ротора все магниты имеют полюс «N», а с другой - «S».

10. Импульсный двигатель по п.1, отличающийся тем, что в собранном виде ротор относительно двух половин статора по полярности устанавливается по схеме:
статор (левый) «N»-«N» ротор «S»-«S» статор (правый).

11. Импульсный двигатель по п.1, отличающийся тем, что статор и ротор размещаются внутри корпуса из немагнитного металла, на внутренней поверхности которого располагаются направляющие (4, 6, 8 шт.) для движения по ним половин статора и предупреждения их от радиального смещения.