ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С САМОВОЗБУЖДАЮЩИМИСЯ ОБМОТКАМИ ЯКОРЕЙ Российский патент 2019 года по МПК H02K16/00 H02K99/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромагнитным двигателям, и может использоваться в качестве привода любых технических средств.

Уровень техники

Известен электромагнитный двигатель RU 2198462 С2, опубликованный 10.02.2009. Известный электромагнитный двигатель имеет в своей конструкции электромагниты, закрепленные на роторе и индукторе, питание на которые поступает с электрощеток коллектора. Такое техническое решение не позволит работать коллектору со щетками продолжительное время из-за быстрого износа. Также недостатком данного электромагнитного двигателя является его небольшая мощность на валу из-за особенностей его конструкции, так как установленные электромагниты являются своего рода соленоидами, а они не могут развивать большие тяговые усилия.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание электромагнитного двигателя, не требующего подачи питания на якоря, и способного работать в качестве привода любых технических средств. Такой результат достигается конструкцией электромагнитного двигателя, состоящий из двух роторов с двумя одинаковыми втулками, которые установлены на одном валу с продольным и угловым смещением относительно друг от друга. На втулках конструкциями из немагнитной стали закреплены якоря, собранные из электротехнической листовой стали П-образной формы, и разнесенные на указанных втулках одинаковое расстояние. На всех концах указанных

якорей установлено по одной катушке с обмоткой, соединенных со всеми катушками якорей своего ротора в виде замкнутого контура. Статора, с закрепленными на нем на одинаковом расстоянии при помощи конструкций из немагнитной стали электромагнитов, собранных из электротехнической листовой стали П-образной формы, и расположенных напротив якорей роторов, причем, электромагниты статора на каждом конце имеют по одной катушке с обмоткой, соединенных между собой. На статоре напротив каждого ротора установлено по 12 электромагнитов, которые включаются группами из четырех электромагнитов, расположенных друг к другу под углом 90 градусов. В момент совмещения сердечников электромагнитов статора и сердечников якорей одного из роторов, на другом роторе, с угловым смещением, перекрытие сердечниками якорей сердечников статора будет около 50 процентов. Такая компоновка якорей ротора, а также их кинетическая энергия позволит преодолеть тяговые усилия отключенных электромагнитов статора, и наведет индукционный ток в обмотках другой группы электромагнитов статора. При этом, в одной группе электромагнитов возникнет индукционный ток, меняющий полярность электромагнитов на противоположную, что усилит отталкивание якорей, а в другой группе электромагнитов индукционный ток вызовет полярность, притягивающие якоря. Таким образом, намагниченные сердечники якорей одновременно произведут эффект отталкивания и притяжения. В момент притяжения электромагнитами статора якорей, магнитный поток их сердечников будет замкнутым, что делает тяговое усилие электромагнитов максимальным, причем, обмотки якорей во время работы не перемагничиваются, так как в их схему встроен диод. Такая компоновка придаст электромагнитному двигателю равномерное вращение, а также увеличит мощность на валу. Очередность включения и отключения электромагнитов производится от сигналов с датчиков Холла, которые расположены с противоположной стороны выходного конца вала. Импульс на датчики Холла поступает от постоянных плоских магнитов, закрепленных на диске из немагнитной стали, который насажен на вал и вращается вместе с ним. С датчиков Холла импульс поступает на транзисторы, которые подают питание постоянного тока в нужный момент на электромагниты. Данное изобретение не нарушает закона сохранения энергии, так как его работу нужно рассматривать как группу электромагнитов, совершающих эту самую работу. В данном случае, электромагниты, при их включении, притягивают якоря, закрепленные на роторах, и вращают вал, который совершает механическую работу. Таким образом, происходит переход одного вида энергии в другой, не нарушая закона сохранения энергии. Как известно, механическая работа определяется формулой:

A=F⋅s;

где F - приложенная сила;

s - пройденный путь;

Если взять (F) за тяговое усилие электромагнита, a (s) за пройденный путь от начала движения якоря до совмещения его с сердечниками электромагнита, то при быстром вращении работа (А) будет совершаться за более короткое время. Отсюда мощность (N), определяемую как физическая величина, равная отношению работы (А) к промежутку времени (t), в течение которого совершена эта работа: N=А/t. Из определения следует, что чем меньше промежуток времени, за который совершается работа, тем больше мощность. В данном случае, при быстром вращении ротора с якорями получаем большую мощность на валу. При этом энергопотребление электромагнитного двигателя будет минимальное, так как электромагниты потребляют значительно меньше электроэнергии, по сравнению с обычными электродвигателями постоянного тока, создавая при этом большие тяговые усилия. Например, электромагнит для перемещения металла, выпускаемый заводом ООО ДиМал марки ДКМА 055, работающего от аккумулятора напряжением 12 вольт энергоемкостью 180 ампер/часов, потребляющего 22,5 ампера, то есть 270 ватт, создает тяговое усилие порядка 5 тонн, что равно мощности электродвигателя постоянного тока 1200 кВт. Ссылка: www.dimalmag.ru (Грузоподъемные электромагниты - Грузоподъемные электромагниты с питанием от аккумуляторных батарей).

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен электромагнитный двигатель в продольном сечении, на фиг. 2 - электромагнитный двигатель в поперечном сечении.

Осуществление изобретения

Электромагнитный двигатель состоит из 24 электромагнитов, изготовленных из листовой электротехнической стали, сердечники которых закреплены на статоре конструкциями (1) из немагнитной стали на одинаковом расстоянии. Причем, над каждым ротором закреплено по 12 электромагнитов (2), на концах которых находится по 1 катушке (3). Вал (4), изготовленный из конструкционной углеродистой качественной стали, с насаженными на него втулками (5) из конструкционной углеродистой качественной стали, со шпонками (6), опирается на подшипники качения (7), установленные в подшипниковых узлах (8). Подшипниковые узлы закреплены на торцовых крышках (9), из конструкционной углеродистой стали обыкновенного качества и притянуты к статору болтами. Шестнадцать якорей (10), по восемь на каждой втулке, сделаны из электротехнической листовой стали, и стянуты конструкциями (11) из немагнитной стали, образуя ротор. На концах сердечников якорей закреплены катушки (12) с обмотками. Статор (13) имеет фланцевые ребра жесткости (14), и выполнен из конструкционной углеродистой стали обыкновенного качества, с лапами (15). Вентиляторы (16), закреплены на валу с противоположных концов. Диск (17) изготовлен из немагнитной стали с закрепленными на нем плоскими магнитами (18), напротив которых установлены датчики (19) Холла.

Электромагнитный двигатель работает следующим образом.

На катушки электромагнитов подается постоянный ток, намагничивающий сердечники электромагнитов, и те притягивают якоря, закрепленные на втулке, насаженной на вал, производя его вращение. В момент притяжения якорей, на обмотках катушек, закрепленных на концах его сердечников, возникает индукционный ток, намагничивающий якоря, причем все обмотки якорей своего ротора образуют замкнутый контур. На статоре расположено по двенадцать электромагнитов над каждым ротором, которые попеременно включаются группами из 4 электромагнитов, установленных под углом 90 градусов по отношению друг к другу. Это позволяет поддерживать скорость вращения на нужном уровне, и к тому же оба ротора с якорями имеют угловое смещение относительно друг друга, что способствует более равномерному вращению вала, увеличивая мощность на нем. Питание электромагнитов статора производится от сети, через выпрямитель тока, а схема управления транзисторами, резисторами и датчиками Холла, получает питание от аккумулятора.

Изобретение относится к электротехнике, к электромагнитным двигателям, и может использоваться в качестве привода любых технических средств. Технический результат заключается в уменьшении потребляемой электроэнергии. Электромагниты и якоря собраны из электротехнической листовой стали и имеют по одной катушке на каждом конце. Катушки всех якорей своего ротора соединены последовательно в замкнутый контур. Электромагнитный двигатель состоит из двух групп по 12 электромагнитов в каждой, закрепленных на статоре равномерно при помощи немагнитных конструкций. Вал с двумя втулками и с закрепленными на нем равномерно конструкциями из немагнитной стали по восемь якорей своими концами опирается на подшипники качения, установленные в подшипниковых узлах, закрепленных на торцовых крышках. Вентиляторы установлены с противоположных концов вала. Схема питания состоит из транзисторов, резисторов и датчиков Холла. 2 ил.

Электромагнитный двигатель с самовозбуждающимися обмотками якорей, состоящий из двух роторов, с двумя одинаковыми втулками, установленных на одном валу с продольным и угловым смещением относительно друг друга, с закрепленными на них при помощи конструкций из немагнитной стали якорями, собранных из электротехнической листовой стали П-образной формы, разнесенных на указанных втулках на одинаковое расстояние, на всех концах указанных якорей установлено по одной катушке с обмоткой, соединенных со всеми катушками якорей своего ротора в виде замкнутого контура, и статора, содержащего электромагниты, закрепленные на нем конструкциями из немагнитной стали на одинаковом расстоянии, собранные из электротехнической листовой стали П-образной формы и расположенные напротив якорей роторов, причем электромагниты статора на каждом конце имеют по одной катушке с обмоткой, вала, опирающегося своими концами на подшипники качения, расположенные в подшипниковых узлах торцевых крышек статора, имеющего фланцевые ребра жесткости с лапами, и вентиляторов, расположенных с противоположных концов вала, элементов управления электромагнитами, состоящих из транзисторов, резисторов и датчиков Холла, установленных на крышке подшипникового узла с противоположного конца выходного вала напротив немагнитного диска, закрепленного на валу, с плоскими магнитами.