РАСПРЕДЕЛЕННОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2020 года по МПК H02K35/02 H02K1/12 H02K1/22 

(a) Область техники

Настоящее изобретение относится к области электромагнетизма и более конкретно к распределенному электромагнитному устройству, которое уменьшает вертикальную силу притяжения, чтобы уменьшить пусковое усилие в статическом состоянии, а также уменьшить возрастание силы магнитного сопротивления в динамическом состоянии для сокращения потерь кинетической энергии, вызываемых повышенным магнитным напряжением из-за нагрузки, этим увеличивая скорость преобразования энергии устройством.

(b) Описание уровня техники

Как показано на Фиг. 1, известное электромагнитное устройство состоит из узла 10 катушки индуктивности и узла 20 магнита, причем узел 10 катушки индуктивности включает катушку 11, и узел 20 магнита включает магнитный элемент 21, 22, расположенный на каждом из двух концов оси катушки 11. Два магнитных элемента 21, 22 узла 20 магнита расположены так, чтобы их противоположные полюса были обращены друг к другу. Два магнитных элемента 21, 22 узла 20 магнита и катушка 11 узла 10 катушки индуктивности определены, соответственно, как ротор и статор, причем посредством относительного линейного или вращательного движения катушка 11 узла 10 катушки индуктивности пересекает магнитные линии силы узла 20 магнита, индуцируя напряжение, чтобы достигнуть цели генерации электричества.

Как показано на Фиг. 1, в статическом состоянии два магнитных элемента 21, 22 включают, каждый, однонаправленную точку притяжения, и вертикальная составляющая силы ее эффекта статического магнитного притяжения большая для того, чтобы генерировать силу магнитного притяжения, которая увеличивает сопротивление пуску, затрудняя пуск и вызывая невозможность движения с малой силой для генерации электричества.

Далее, под динамической нагрузкой электромагнитного устройства, как показано на Фиг. 2A – 2C, когда узел 20 магнита должен двигаться в узел 10 катушки индуктивности (как показано на Фиг. 2A), на двух выводах катушки 11 узла 10 катушки индуктивности посредством магнитного возбуждения генерируются полярности, которые идентичны полярностям магнитных элементов 21, 22 узла 20 магнита, чтобы вызвать эффект блокировки в противоположном направлении посредством отталкивания идентичных полярностей, причем вертикальная сила отталкивания и горизонтальная составляющая силы представляют собой, каждая, силу, действующую в противоположном направлении, чтобы увеличить силу магнитного сопротивления, и на электромагнитное устройство влияют потери кинетической энергии, уменьшая его частоту вращения. Когда центр полярности магнитного элемента 21, 22 узла 20 магнита соответствует оси катушки 11 (как показано на Фиг. 2B), никакая составляющая силы не генерируется, и существуют полностью вертикальная сила притяжения и противоположная сила, чтобы вызвать увеличение силы магнитного сопротивления, и на электромагнитное устройство влияют потери кинетической энергии. Когда узел 20 магнита движется от катушки 11 (как показано на Фиг. 2C), полярности на двух выводах катушки 11 узла 10 катушки индуктивности становятся из-за магнитного возбуждения противоположными полярностям магнитных элементов 21, 22 узла 20 магнита, чтобы вызвать эффект расхождения в противоположных направлениях посредством притяжения противоположных полярностей, и вертикальная сила притяжения и горизонтальная составляющая силы являются, каждая, противоположной силой, вызывая увеличение силы магнитного сопротивления, и, таким образом, на электромагнитное устройство по-прежнему влияют потери кинетической энергии, и его частота вращения уменьшается.

Другими словами, поскольку в известном электромагнитном устройстве в статическом или динамическом состоянии на магнитное напряжение влияют противоположные силы, чтобы вызвать увеличение силы магнитного сопротивления, и на электромагнитное устройство влияют потери кинетической энергии, уменьшая его частоту вращения, при этом также существуют проблемы с затрудненным пуском, так что сила эксплуатации ротора электромагнитного устройства должна быть повышена, и поэтому применение для генерации электроэнергии с малой силой невозможно. Таким образом, направление развития в этой отрасли заключается в решении вышеуказанных проблем.

Таким образом, автор настоящего изобретения провел обширную работу по вопросам, с которыми сталкиваются при применении известного электромагнитного устройства, и активно ищет решение на основе многолетнего опыта разработки, работая в данной отрасли, благодаря чему, предприняв неоднократные исследования и испытания, в конечном итоге успешно разработал распределенное электромагнитное устройство, которое лишено недостатков известного электромагнитного устройства и потерь в нем, вызываемых противоположным магнитным напряжением.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одна цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить распределенное электромагнитное устройство, которое помогает аннулировать горизонтальную составляющую силы, чтобы облегчить пуск и создать эффект движения при малой силе, этим увеличивая использование энергии.

Еще одна цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить распределенное электромагнитное устройство, которое помогает увеличить направленную вперед силу магнитного содействия, чтобы уменьшить противоположное магнитное напряжение, сократить потери кинетической энергии и увеличить кинетическую энергию устройства, этим далее улучшая скорость преобразования энергии.

Для достижения вышеозначенных целей настоящее изобретение предлагает следующее решение.

Распределенное электромагнитное устройство включает узел катушки индуктивности, который определен как статор или ротор, и узел магнита, который определен как ротор или статор;

узел катушки индуктивности включает магнитный проводник, и катушка намотана вокруг наружной окружности магнитного проводника, причем направление намотки витков катушки на магнитном проводнике перпендикулярно направлению движения ротора, два конца магнитного проводника выведены наружу, образуя по меньшей мере два парных зуба на некотором расстоянии друг от друга, и причем каждый из парных зубьев имеет одинаковую ширину и высоту, между соседними парными зубьями выполнен углубленный отрезок, и каждый из углубленных отрезков имеет одинаковую ширину и глубину; и

узел магнита расположен так, чтобы по меньшей мере один разнесенный магнитный элемент находился на двух выводах катушки, причем магнитные элементы расположены попарно напротив друг друга с противоположными полярностями, обращенными друг к другу, один из магнитных элементов, который расположен в середине, имеет центр, соответствующий линии оси катушки, центры магнитных элементов, которые расположены на двух противоположных сторонах, находятся, каждый, в точке между центрами двух соседних парных зубьев магнитного проводника, магнитные элементы на одной стороне расположены так, что они отстоят друг от друга на фиксированный интервал, и каждый из магнитных элементов имеет одинаковый размер.

Два конца магнитного проводника узла катушки индуктивности снабжены, каждый, четырьмя парными зубьями, которые отстоят друг от друга на одинаковое расстояние и равномерно распределены на двух противоположных сторонах от линии оси, при этом узел магнита имеет три магнитных элемента на каждом из двух выводов катушки, причем центр среднего магнитного элемента соответствует оси катушки, и магнитные элементы на двух сторонах имеют центры, каждый из которых находится в точке между центрами соответствующих двух соседних парных зубьев.

Распределенное электромагнитное устройство включает узел катушки индуктивности, который определен как статор или ротор, и узел магнита, который определен как ротор или статор;

узел катушки индуктивности включает магнитный проводник, и катушка намотана вокруг наружной окружности магнитного проводника, причем направление намотки витков катушки на магнитном проводнике перпендикулярно направлению движения ротора, два конца магнитного проводника выведены наружу, образуя два разнесенных парных зуба, и причем каждый из парных зубьев имеет одинаковую ширину и высоту, и между двумя парными зубьями выполнен углубленный отрезок; и

узел магнита расположен так, чтобы его один магнитный элемент располагался на каждом из двух выводов катушки, причем магнитные элементы расположены напротив друг друга с противоположными полярностями, обращенными друг к другу, магнитный элемент имеет центр, соответствующий оси катушки, и магнитные элементы на двух сторонах имеют одинаковый размер.

При выполнении вышеописанных решений распределенное электромагнитное устройство настоящего изобретения использует два магнитных напряжения, которые противоположны по направлению, между магнитными элементами узла магнита и парными зубьями на двух сторонах магнитного проводника, чтобы нарушить схему, в которой магнитная действующая сила поддерживается постоянной и проявляет плавающее состояние, чтобы за счет этого магнитные напряжения магнитных элементов формировали в отношении парных зубьев на двух сторонах наклонные силы противоположных направлений, делая горизонтальные составляющие сил на двух сторонах противоположными по направлениям и аннулирующими друг друга, а также уменьшая вертикальные составляющие сил на двух сторонах, чтобы сделать силу магнитного притяжения в статическом состоянии намного меньше чем в известном уровне техники и достигнуть результата легкого пуска и движения за счет малой силы, этим эффективно повышая использование энергии, а также чтобы снизить увеличение магнитного напряжения, этим создавая направленную вперед силу магнитного содействия для эффективного сокращения потерь кинетической энергии и для дальнейшего повышения скорости преобразования энергии устройством, что значительно повышает его ценность и экономическое значение.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 – схематический вид конструкции известного электромагнитного устройства.

Фиг. 2A, 2B и 2C – схематические виды, показывающие влияние магнитного напряжения известного электромагнитного устройства в динамическом состоянии.

Фиг. 3 – схематический вид конструкции предпочтительного варианта осуществления распределенного электромагнитного устройства настоящего изобретения, показывающий состояние магнитного напряжения в статическом состоянии.

Фиг. 4A, 4B и 4C – схематические виды, показывающие влияние магнитного напряжения распределенного электромагнитного устройства настоящего изобретения в динамическом состоянии.

Фиг. 5 – схематический вид конструкции еще одного предпочтительного варианта осуществления распределенного электромагнитного устройства настоящего изобретения.

На чертежах:

узел 10 катушки индуктивности

катушка 11

узел 20 магнита

магнитный элемент 21

магнитный элемент 22

узел 50 катушки индуктивности

магнитный проводник 51

парные зубья 52

углубленный отрезок 53

катушка 55

узел 60 магнита

магнитный элемент 61

магнитный элемент 62.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Для более подробного объяснения технического решения настоящего изобретения ниже приведено подробное описание настоящего изобретения со ссылками на его варианты осуществления. Следует сказать, что в вариантах осуществления настоящего изобретения, а также в его узлах/деталях, которые показаны на чертежах, упоминание таких терминов как "передний и задний", "левый и правый", "верхний и нижний" и "горизонтальный и вертикальный" приведены только для облегчения описания и не предназначены для введения ограничений в настоящее изобретение, равно как и для ограничения расположения любого узла/детали в конкретном месте или в определенном направлении в пространстве. Размеры, которые приведены на чертежах или в описании изобретения, могут быть изменены в соответствии с конструкциями и требованиями конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения, но без нарушения объема настоящего изобретения, который определен в прилагаемой формуле изобретения.

Распределенное электромагнитное устройство согласно настоящему изобретению имеет конструкцию, показанную на Фиг. 3 и включающую узел 50 катушки индуктивности и узел 60 магнита. Узел 50 катушки индуктивности и узел 60 магнита могут быть определены, соответственно, как статор и ротор, и узел 50 катушки индуктивности и узел 60 магнита могут создавать между ними вращательное или линейное относительное движение, так что электромагнитное устройство может давать эффект генерации электричества посредством пересечения магнитных линий силы.

Конструкционным признаком настоящего изобретения является то, что узел 50 катушки индуктивности включает магнитный проводник 51, и катушка 55 намотана вокруг наружной окружности магнитного проводника 51. Направление намотки витков катушки 55 на магнитном проводнике 51 перпендикулярно направлению движения узла магнита 60, служащего в качестве ротора. Далее, два конца магнитного проводника 51 выполнены, каждый, выступающими наружу, чтобы получить по меньшей мере два парных зуба 52, которые отстоят друг от друга, причем каждый из парных зубьев 52 имеет одинаковую ширину и высоту, и между каждыми двумя соседними парными зубьями 52 выполнен углубленный отрезок 53, так что каждый из углубленных отрезков 53 имеет одинаковую ширину и глубину.

Узел 60 магнита выполнен так, чтобы по меньшей мере один из разнесенных магнитных элементов 61, 62 был расположен на каждом из двух выводов катушки 55, и парные магнитные элементы 61, 62 расположены напротив друг друга так, что противоположные полярности обращены друг к другу. Один из магнитных элементов 61, 62, который расположен в середине, имеет центр, соответствующий линии оси катушки 55, тогда как центры магнитных элементов 61, 62, которые расположены на двух противоположных сторонах, находится, каждый, в точке между центрами двух соседних парных зубьев 52 магнитного проводника 51. Магнитные элементы 61, 62 на одной стороне расположены отстоящими друг от друга на фиксированный интервал. Каждый из магнитных элементов 61, 62 имеет одинаковый размер.

Этим сформировано распределенное электромагнитное устройство, которое легко запустить и которое сокращает потери кинетической энергии.

При фактическом использовании распределенного электромагнитного устройства настоящего изобретения, которое показано на Фиг. 3 и 4A – 4C, данный пример будет объяснен с узлом 60 магнита, действующим в качестве ротора, и узлом 50 катушки индуктивности, являющимся статором. Сначала для примера возьмем статическое состояние. Со ссылкой на Фиг. 3, магнитные элементы 61, 62 узла 60 магнита на двух выводах катушки 55 узла катушки индуктивности 50 выровнены по оси катушки 55, и парные зубья 52 на концах магнитного проводника 51 отстоят друг от друга на фиксированный интервал,, чтобы силы магнитного притяжения магнитных элементов 61, 62 в отношении парных зубьев 52 на противоположных сторонах представляли собой наклонные силы противоположных направлений, и чтобы горизонтальные составляющие сил на двух противоположных сторонах аннулировали друг друга, при этом вертикальные составляющие сил на двух противоположных сторонах уменьшаются, в результате чего сила магнитного притяжения в статическом состоянии будет намного меньше чем в известном устройстве, благодаря чему достигается эффект легкого пуска и также может быть достигнута цель движения за счет малой силы, чем эффективно улучшается использование энергии.

Далее, в динамическом состоянии, когда узел 60 магнита движется по отношению к узлу 50 катушки индуктивности, и магнитные элементы 61, 62 узла 60 магнита движутся для вхождения в катушку 55 узла 50 катушки индуктивности и смещаются в некотором направлении для приближения к оси катушки 55 (как показано на Фиг. 4A), магнитное возбуждение создает полярности на двух выводах катушки 55, которые идентичны полярностям магнитных элементов 61, 62, чтобы генерировать наклонные силы магнитного отталкивания, горизонтальные составляющие которых, направленные в противоположные стороны, аннулируют друг друга, этим уменьшая повышение магнитного напряжения, и силы отталкивания парных зубьев 52 на ближних концах магнитных элементов 61, 62 будут больше чем силы, блокирующие отталкивание парных зубьев 52 на дальнем расстоянии, в результате чего возникает передняя сила магнитного содействия и сокращаются потери кинетической энергии. После этого, когда магнитные элементы 61, 62 выравниваются по оси катушки 55 (как показано на Фиг. 4B), силы магнитного притяжения парных зубьев 52 на противоположных сторонах магнитных элементов 61, 62 становятся наклонными силами противоположных направлений, так что горизонтальные составляющие сил на двух противоположных сторонах аннулируют друг друга, и вертикальные составляющие сил на двух противоположных сторонах уменьшаются, чтобы этим уменьшить увеличение сил магнитного сопротивления и сократить потери кинетической энергии. Когда магнитные элементы 61, 62 пересекают ось катушки 55 и движутся от оси катушки 55 (как показано на Фиг. 4C), полярности двух выводов катушки 55, которые индуцированы магнитным возбуждением, становятся идентичными полярностям магнитных элементов 61, 62, в результате чего генерируются наклонные силы противоположных направлений, горизонтальные составляющие которых направлены в противоположные стороны и аннулируют друг друга, этим уменьшая возрастание сил магнитного сопротивления, и передние силы притяжения парных зубьев 52 на ближних концах магнитных элементов 61, 62 становятся больше чем противоположные силы отталкивания парных зубьев 52 на дальнем расстоянии, в результате чего создается передняя сила магнитного содействия и сокращаются потери кинетической энергии.

Еще один предпочтительный вариант осуществления распределенного электромагнитного устройства настоящего изобретения, который показан на Фиг. 5, выполнен так, что два конца магнитного проводника 51 узла 50 катушки индуктивности снабжены, каждый, четырьмя парными зубьями 52, которые отстоят друг от друга на одинаковое расстояние и равномерно распределены на двух противоположных сторонах от линии оси. Узел 60 магнита показан в форме с тремя магнитными элементами 61, 62 на каждом из двух выводов катушки 55, при этом один из магнитных элементов 61, 62 в середине имеет центр, который соответствует оси катушки 55, и магнитные элементы 61, 62 на двух сторонах имеют центры, каждый из которых находится в точке между центрами соответствующих двух соседних парных зубьев 52.

Резюмируя вышесказанное, в статическом состоянии настоящего изобретения магнитные элементы 61, 62 узла 60 магнита на двух выводах катушки 55 узла 50 катушки индуктивности выровнены с осью катушки 55, и парные зубья 52 на концах магнитного проводника 51 отстоят друг от друга на фиксированное расстояние, так что силы магнитного притяжения магнитных элементов 61, 62 в отношении к парным зубьям 52 на их противоположных сторонах являются наклонными силами противоположных направлений, при этом горизонтальные составляющие сил на двух противоположных сторонах аннулируют друг друга, и вертикальные составляющие сил на двух противоположных сторонах уменьшаются, в результате чего сила магнитного притяжения в статическом состоянии намного меньше такой силы в известном устройстве, и может быть достигнут легкий пуск и движение за счет малой силы, чтобы этим эффективно улучшить использование энергии; и в динамическом состоянии посредством магнитного возбуждения на двух выводах катушки 55 индуцируются полярности, которые генерируют наклонное магнитное напряжение в отношении магнитных элементов 61, 62, так что горизонтальные составляющие сил направлены в противоположные стороны и аннулируют друг друга, этим уменьшая увеличение силы магнитного сопротивления и генерируя направленную вперед силу магнитного содействия, в результате чего эффективно сокращаются потери кинетической энергии, повышается кинетическая энергия устройства и увеличивается рабочая частота вращения с помощью направленной вперед силы магнитного содействия, чтобы далее повысить скорость преобразования энергии устройством.

Следует понимать, что настоящее изобретение предлагает чрезвычайно творческое техническое решение, которое обладает значительно улучшенными рабочими характеристиками, а также решает все проблемы известного уровня техники, причем в данной области до сих пор не создан и широко не используется идентичное или сходное изделие с улучшенными рабочими характеристиками.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в уменьшении потерь энергии и повышении скорости ее преобразования. Распределенное электромагнитное устройство включает узел катушки индуктивности и узел магнита. Узел катушки индуктивности включает магнитный проводник с выступающими наружу двумя концами, формирующими по меньшей мере два парных зуба. Узел магнита имеет конструкцию с по меньшей мере одним магнитным элементом, расположенным на каждом из двух выводов катушки так, что магнитные элементы расположены парами напротив друг друга с противоположными полярностями, обращенными друг к другу. Центр магнитного элемента соответствует оси катушки. Центры магнитных элементов, расположенных на двух противоположных сторонах, находятся, каждый, в точке между центрами двух соседних парных зубьев магнитного проводника. Магнитный элемент генерирует магнитное напряжение относительно парных зубьев на двух его сторонах, чтобы создать наклонные силы противоположных направлений так, что горизонтальные составляющие сил на двух сторонах противоположны по направлению и аннулируют друг друга. Вертикальные составляющие сил на двух сторонах уменьшаются, чтобы обеспечить движение за счет малой силы и уменьшить рост магнитного напряжения, в результате чего эффективно сокращаются потери кинетической энергии и увеличивается скорость преобразования энергии. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Распределенное электромагнитное устройство, включающее узел катушки индуктивности, который определен как статор или ротор, и узел магнита, который определен как ротор или статор, и отличающееся тем, что:

узел катушки индуктивности включает магнитный проводник, и катушка намотана вокруг наружной окружности магнитного проводника, причем направление намотки витков катушки на магнитном проводнике перпендикулярно направлению движения ротора, два конца магнитного проводника выведены наружу образуя по меньшей мере два парных зуба на некотором расстоянии друг от друга , и причем каждый из парных зубьев имеет одинаковую ширину и высоту, между соседними парными зубьями выполнен углубленный отрезок, каждый из углубленных отрезков имеет одинаковую ширину и глубину; и

узел магнита расположен так, чтобы по меньшей мере один разнесенный магнитный элемент находился на двух выводах катушки, причем магнитные элементы расположены попарно напротив друг друга с противоположными полярностями, обращенными друг к другу, один из магнитных элементов, который расположен в середине, имеет центр, соответствующий линии оси катушки, центры магнитных элементов, которые расположены на двух противоположных сторонах, находятся, каждый, в точке между центрами двух соседних парных зубьев магнитного проводника, магнитные элементы на одной стороне расположены так, что они отстоят друг от друга на фиксированный интервал, и каждый из магнитных элементов имеет одинаковый размер.

2. Распределенное электромагнитное устройство по п. 1, отличающееся тем, что два конца магнитного проводника узла катушки индуктивности снабжены, каждый, четырьмя парными зубьями, которые отстоят друг от друга на одинаковое расстояние и равномерно распределены на двух противоположных сторонах от линии оси, при этом узел магнита имеет три магнитных элемента на каждом из двух выводов катушки, причем центр среднего магнитного элемента соответствует оси катушки, и магнитные элементы на двух сторонах имеют центры, каждый из которых находится в точке между центрами соответствующих двух соседних парных зубьев.

3. Распределенное электромагнитное устройство, включающее узел катушки индуктивности, который определен как статор или ротор, и узел магнита, который определен как ротор или статор, и отличающееся тем, что:

узел катушки индуктивности включает магнитный проводник, и катушка намотана вокруг наружной окружности магнитного проводника, причем направление намотки витков катушки на магнитном проводнике перпендикулярно направлению движения ротора, два конца магнитного проводника выведены наружу образуя два разнесенных парных зуба, и причем каждый из парных зубьев имеет одинаковую ширину и высоту, и между двумя парными зубьями выполнен углубленный отрезок; и

узел магнита расположен так, чтобы по меньшей мере один магнитный элемент находился на двух выводах катушки, магнитные элементы расположены напротив друг друга с противоположными полярностями, обращенными друг к другу, магнитный элемент имеет центр, соответствующий оси катушки, магнитные элементы на двух сторонах имеют одинаковый размер.