ЭЛЕКТРОМОТОР ДЛЯ ВЕДУЩЕГО КОЛЕСА ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2021 года по МПК B62M6/40 

Изобретение относится к технике изготовления дополнительных источников энергии для дорожно-транспортных средств на мускульной тяге своих наездников. Преимущественной областью его использования является велостроение и массовое производство велосипедов, инвалидных колясок, велорикш, вело-тандемов и грузопассажирских веломашин.

Сегодня в мире известно великое множество колесных дорожно-транспортных средств, использующих мускульную силу своих наездников для вращения обода ведущего колеса посредством шатунов с педалями, вращающих первичный вал привода в трансмиссии передачи тяги, которые дополнительно оснащаются навесными или встроенными электромоторами для обеспечения наезднику наилучшего комфорта во время утомительной езды на длинные дистанции. К числу таковых, например, принадлежит изобретение «Транспортное средство с комбинированным мускульным и электрическим приводом» по патенту РФ на изобретение №2556051 от 10.02.2014 г., МПК В62М 6/45. Известен также «Электропривод для велосипеда» по патенту РФ на изобретение №2440268 от 31.05.10 г., МПК В62М 6/00, который по принципу своей работы и большинству характеристик внешних форм тел магнитов, их композиционной дислокации и взаимодействию с токопроводами статора лишь слегка близок к изобретательскому замыслу заявляемого технического решения главной задачи - целенаправленной модуляции участников электромагнитных полей внутри ступицы ведущего колеса без помех уже имеющейся там трансмиссии для создания дополнительного источника тяги из электродвижущей силы от источника постоянного тока. Произведенный самостоятельно многолетний информационный поиск аналогов и прототипов по базам данных и публикациями в средствах массовой информации наличия таковых не обнаружил, но на мировом рынке велопродукции уже появились кроме отличных электромоторов по патентам на изобретения Василия Васильевича Шкондина великолепные шедевры микроэлектроники, такие как Smart Есо Koleso китайской фирмы LVBU.WANG, которые в качестве прототипа по своим свойствам и качеству идеально близки к заявленному изобретению, но не имеют внутри своей ступицы средств для принятия мускульных усилий наездника.

В этой связи автор вынужден дать краткие пояснения сущности своего решения комбинации мускульного и электрического привода «в одном флаконе», основанного на предельно допустимой структуре и конфигурации всех структурных элементов ступицы ведущего колеса, а для этого необходимо всем экспертам и аналитикам освежить в своей памяти основные понятия, правила и законы электротехники и механики, касающиеся поведенческих реакций линейных тел токопроводов на векторы напряженности в магнитных полях при включение их в замкнутую электрическую цепь на правах потребителей постоянного тока. Цитировать и/или оспаривать всемирно известные и достоверные мнемонические «правило левой руки», «правило буравчика», классические законы и уравнения механики, а также характер взаимодействия полюсов магнитов здесь не уместно, но и о том, что многие сопутствующие им явления и события всегда остаются «за кадром» или «в кустах», забывать не благоразумно...

Для признания новизны изобретательского уровня и наличия существенных отличительных признаков в заявленном техническом решение обращают на себя внимание следующие факты:

1. Статор электромотора выполнен из плоских катушек токопровода, уложенного плотными слоями по периметру сердцевины из ферромагнитного материала с прямоугольным поперечным сечением, в каждом из которых протекание постоянного тока организовано от фронта к тылу (по правилу буравчика). При этом только лишь ничтожно малая часть единого токопровода, пассивно находящаяся перпендикулярно оси вращения колеса не участвует в генерации физической силы по правилу левой руки, а весь остальной провод, расположенный пучками параллельно оси колеса всей своей массой активно работает над созданием крутящего момента сил.

2. Катушки статора, последовательно и/или параллельно подключенные на тот или иной период времени к источнику постоянного тока помимо своего прямого предназначения постоянно генерируют на своих торцах одновекторные поляризованные магнитные поля, равноудаленные друг от друга на дистанцию, равную их длине, синхронно и одновременно рождая дополнительный импульс силы к ранее уже созданному в момент их нахождения в эпицентре силовых полей постоянных магнитов за счет взаимного отталкивания одноименных полюсов и притяжения противоположных, векторно ориентированных вдоль касательных к окружностям тел участников процесса взаимодействия силовых структур.

3. Крутящий момент сил, определяемый умножением цифрового значения величины силы, приложенной к концу рычага, на геометрический размер длины этого рычага, в большинстве известных электромоторов из-за размещения ротора внутри статора и концентрации центра тяжести всей его массы на оси вращения, существенно зависит от величины тока и разности потенциалов напряжения, т.е. не имеет доминирующего значения, в то время как в заявляемом техническом решение, когда вся масса тела ротора вынесена на периферию, поделена на две половины со своими центрами тяжести и активно задействована на правах маховика в аккумуляции кинетической энергии, игнорировать такое явление не допустимо.

4. Уникальность заявленного технического решения в том, что статор помещен внутрь ротора, имеющего внутри себя свободную полость для размещения в ней всех элементов трансмиссии мускульного привода, получающего физические усилия ног или рук человека посредством средств копирования исполняемого им стопошагательного процесса и всегда имеющего входной первичный вал приема тяги, который, однако, не всегда обязан быть соосным оси вращения ведущего колеса, т.е. в заявке продемонстрирован, как пример, лишь один из возможных вариантов устройства электромотора в ступице с планетарным одноступенчатым редуктором, потому что аналогичный электромотор по заявленной формуле изобретения легко и без особых проблем можно установить и смонтировать внутри «Колеса транспортного средства» по патенту РФ на изобретение №2204490 от 06.12.01 г., МПК В60В 27/04 и в ведущем колесе «Велосипеда» по Авторскому Свидетельству СССР на изобретение №1104045.

К написанному выше, достоверно свидетельствующему о том, что заявленное техническое решение несомненно принадлежит к закрывающим технологиям и открывает оперативный простор для творчества и полета дизайнерской, инженерно-конструкторской и технологической мысли в разработках массы нового поколения промышленных образцов большого спектра колесных дорожно-транспортных средств на мускульной тяге в содружестве с электрической, можно лишь добавить, что наш быт и наша цивилизация давно уже пали жертвой безжалостно уродливых товарно-денежных отношений между товаропроизводителями, страстно ублажающими выкрутасами модерна ненасытный покупательский спрос, и обнищавшимися пользователями, испытывающими в мрачных застенках своих «каменных джунглей» и на придомовых территориях невыносимый гнет тучных стад «огнедышащих карет» с сотнями виртуальных лошадиных сил под капотом, блаженно изрыгающих кубокилометры канцерогенов и ядов из своего чрева после безвозвратного употребления эшелонов цистерн невосполнимых нефтепродуктов, добытых из земных недр далеко не «по-щучьему велению» и в неимоверно тяжелейших условиях. Измерить рублем и по достоинству оценить полезность нового поколения безупречно экологически чистых и лояльных к окружающей среде ведущих колес с мускульным и электрическим приводом дано не каждому, но потребительский спрос вполне ожидаем и не избежен, потому что мечта о приобретение реальных аналогов сказочных «сапогов-скороходов» живет и теплится в душе каждого безлошадного пешехода, имеющего этот свой статус отроду и пожизненно в любом государстве пока у него есть силы дышать и желание двигаться...

Сущность изобретения состоит в том, что статор электромотора выполнен торообразным в виде ожерелья их сплющенных катушек токопровода серповидной формы, равноудаленных друг от друга на величину своей длины и консольно закрепленных на теле одной из опор первичного вала мускульного привода, помещенного внутрь ступицы ведущего колеса. Упаковка слоев катушек организована однонаправленно, или по ходу часовой стрелки или против, строго параллельно оси вращения ведущего колеса и всегда обязательно с укладкой витков от фронта к тылу. Питание катушек статора осуществляется от источника постоянного тока в режиме «постоянно» или «кратковременно» и, или «да», или «нет». Для справки: при езде на холостом ходу или при отключенном источнике тока в катушках появляется электродвижущая сила (разность потенциалов), которую можно утилизировать в аккумуляторах, но раскрытие этой темы выходит за рамки предмета настоящей заявки и потому далее не рассматривается. Ротор электромотора выполнен из двух группировок плоских полуцилиндрических тел магнитов двух типоразмеров коаксиально расположенных попарно на круговых орбитах снаружи и внутри ожерелья из катушек статора в радиально лучистых секторах однополярно навстречу друг другу и жестко закрепленных на внутренней поверхности ступицы, которой обеспечена возможность своего свободного качения вокруг наружной поверхности боковых опор первичного вала или по телам катков, оси вращения которых закреплены консольно на одной из платформ, образующей с корпусом опоры первичного вала единое целое, причем без допуска какого либо телесного касания с катушками статора. В качестве трансмиссии мускульного привода возможно использование любых известных технических решений, но автор в интересах упрощения понимания его замысла ограничился вариантом описания одноступенчатого планетарного привода, в котором единственное солнечное зубчатое колесо жестко закреплено на теле одной из боковых опор первичного вала, коронная шестерня с внутренним зацеплением своих зубьев закреплена на внутренней поверхности корпуса ступицы по соседству с ротором электромотора, а оси сателлитов в количестве от одного и/или более закреплены на водиле, неразлучно закрепленном на теле первичного вала в центральной его части.

На фиг. 1 показан в частичном разрезе боковой вид электромотора без стоек рамы транспортного средства и деталей мускульного привода. Также на чертеже не показано местонахождение тел постоянных магнитов на статоре в промежутках между катушек токопровода.

На фиг. 2 показан поперечный разрез ступицы и электромотора в сообществе с мускульным приводом на базе одноступенчатого планетарного редуктора без шатунов с педалями на торцах.

Осуществление изобретения.

Электромотор для ведущего колеса дорожно-транспортного средства состоит из неподвижного статора (1) тороидальной формы, выполненного в виде гирлянды катушек токопровода (2), плотно уложенного несколькими слоями вокруг сердечника (3), изготовленного из ферромагнетика, витками прямоугольной формы в поперечнике, плоскость которых параллельна оси вращения ведущего колеса и целеустремлена на реагирование направленного воздействия магнитно силовых линий, локально сфокусированных радиально лучисто в эпицентр сердцевины между телам магнитов (4 и 5) ротора (6), закрепленного на внутренней поверхности корпуса ступицы (7). При этом статор (1) сам консольно закреплен на теле боковой опоры (8) первичного вала (9), которая в свою очередь тоже неподвижно закреплена на стойках (10) рамы дорожно-транспортного средства. Ротор (6) электромотора выполнен в форме шайбы (11) с размещенными на ее боковой поверхности телами постоянных магнитов двух типоразмеров (4 и 5), позиционно зафиксированных в одной плоскости симметрии попарно в радиально-лучистых секторах, количество которых равно числу катушек токопровода (2) статора (1), на двух коаксиальных круговых орбитах однополярно на встречу друг другу с зазором, равным толщине катушек токопровода (2) и не допускающим их прямого телесного контакта с телами магнитов (4 и 5). При отсутствии электрического тока в катушках (2) статора (1) тела магнитов вместе с корпусом ступицы всей своей массой активно участвуют в качестве накопителей кинетической энергии, регулярно и/или эпизодически восполняемой мускульным приводом (12), вариантов осуществления которых известно не мало. В качестве основного варианта, как наиболее простой и понятный, заявитель рекомендует использовать одноступенчатый планетарный редуктор, в котором водило (13), закрепленное на первичном валу (9), посредством зубьев сателлита (14) облизывает и обкатывает зубья солнечной шестерни (15), закрепленной на торце боковой опоры (16) первичного вала (9), с целью передачи крутящего момента от первичного вала (9) коронной шестерне (17), которая по соседству с телами магнитов (4 и 5) тоже закреплена на внутренней поверхности корпуса ступицы (7). Консольное крепление большинства структурных элементов ведущего колеса провоцирует их преждевременный износ и утрату работоспособности, поэтому для защиты внутренностей ступицы от дорожной грязи и посторонних предметов автор рекомендует использовать боковые тарельчатые крышки картера, снабженные корпусами крепления наружных обойм стандартных шарикоподшипников, опоясывающих снаружи тела опор (8 и 16) первичного вала (9). Примечание: На фиг. 2 вместо шарикоподшипников схематично изображены шарами (18) и катками (19) места дорожек качения. Как один из возможных вариантов, из-за высокой линейной загруженности чертежей, дорожка качения катков (19) вынесена на внутреннюю поверхность ступицы (7). Дополнительно к выше изложенному, в промежутках между катушками (2) на статоре (1) есть возможность посадки и установки тел постоянных магнитов, ориентированных своими полюсами на одновременное притягивание и отталкивание от полей постоянных магнитов (4 и 5), встречающихся на их пути при вращение колеса. Сердечники (3) и тела магнитов статора (на фиг. 1 они не изображены, чтобы не загромождать чертеж) установлены, закреплены на своих позициях изолированными друг от друга посредством инертного и/или диамагнитного материала.

Работает электромотор следующим образом. Включением подачи напряжения от источника тока, находящегося либо внутри ступицы (7) или снаружи ее, за пределами ведущего колеса, при любом местонахождение тел магнитов (4 и 5) по обе стороны наружной поверхности катушек (2) статора (1) ротор начинает реагировать на искусственно возбужденное электромагнитное поле, излучаемое витками токопровода катушек (2) статора (1), что приводит его в движение по окружности. При этом на торцах сердечника (3) также возникают полюса магнитной индукции, векторная ориентация которой всегда находится в прямой зависимости от направленности укладки витков токопровода в катушках (2) и, если она совпадает с направлением вращения первичного вала трансмиссии мускульного привода и корпуса ступицы, происходит наложение и суммирование новоявленных движущих сил, продуцирующих крутящий момент. На фиг. 1 показана дислокация тел магнитов полюсами «норд» на встречу друг другу, поэтому на фронтальных торцах сердечников (3) в катушках (2) надлежит формировать «юг», а в тылу «север», что будет придавать ротору (6) по всему периметру его орбиты дополнительные импульсы силы, амплитуда которых достигает максимума в тот момент, когда под воздействием сил притяжения и отталкивания ротор (6) с телами своих магнитов на какой-то промежуток времени покинет катушки (2) статора (1), чтобы затем вновь наползти на следующие, лежащие у него на пути в его бесконечном путешествие по кольцевой орбите. Пульт управления режимом подачи электрического тока катушкам токопровода (потребителям электроэнергии) в замкнутую цепь желательно располагать на руле дорожно-транспортного средства. Кроме того, желательно предусмотреть утилизацию электродвижущей силы (ЭДС), которая появляется в цепи при вращение колеса с отключенным источником питания, потому что заявленных электромотор по своей сути является обратимой электрической машиной со всеми вытекающими из этого факта последствиями.

П. 1. Электромотор для ведущего колеса дорожно-транспортного средства, имеющего внутри своей ступицы привод от мускульной силы человека, состоящий из катушек токопровода статора и вращающегося вокруг него ротора с телами постоянных магнитов, отличающийся тем, что статор выполнен в форме тора с прямоугольным поперечным сечением из гирлянды серповидно изогнутых катушек токопровода (соленоидов), генерирующих при пропускании через них постоянного электрического тока локальные силовые электромагнитные поля, разделенные друг от друга на дистанции, равные длине катушек, и жестко закрепленные консольно и равноудаленно от оси вращения ведущего колеса на корпусах опор первичного вала привода, позиционно зафиксированных на стойках рамы дорожно-транспортного средства с использованием известных крепежных соединений, помещенных в кольцевое пространство между плоско-изогнутыми по цилиндрическому контуру телами постоянных магнитов ротора, попарно ориентированных друг против друга однополярно и дислоцированных двумя группировками на двух коаксиальных орбитах в радиально лучистых секторах, количество которых равно числу катушек токопровода, с зазором, равным толщине катушек и не допускающим их прямого телесного контакта с магнитами и другими частями ротора, жестко закрепленными консольно на внутренней стенке корпуса ступицы, финиширующей на телах качения, обеспечивающих ее свободное вращение, в трансмиссии передачи тяги от мускульных усилий человека, принятых первичным валом привода, находящимся внутри нее вблизи эпицентра ротора.

П. 2. Электромотор для ведущего колеса дорожно-транспортного средства по П. 1, отличающийся тем, что его статор в промежутках между катушками токопровода дополнен телами постоянных магнитов, полярно ориентированных на синхронное притяжение и отталкивание магнитных полей, излучаемых неприкасаемыми магнитами ротора, количество которых определено их необходимостью и достаточностью, а также наличием свободных мест в секторах между катушками.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к ведущим колесам транспортных средств. Ведущее колесо содержит внутри своей ступицы привод от мускульной силы человека и электромотор. Электромотор состоит из катушек токопровода статора и вращающегося ротора с телами постоянных магнитов. Статор выполнен в форме тора с прямоугольным поперечным сечением из гирлянды серповидно изогнутых катушек токопровода. Катушки позиционно зафиксированы на стойках рамы дорожно-транспортного средства и помещены в кольцевое пространство между плоско-изогнутыми по цилиндрическому контуру телами постоянных магнитов ротора. Магниты ротора попарно ориентированы друг против друга однополярно и дислоцированных двумя группировками на двух коаксиальных орбитах в радиально лучистых секторах. Количество секторов равно числу катушек токопровода, с зазором, равным толщине катушек и не допускающим их прямого телесного контакта с магнитами и другими частями ротора. Достигается повышение комфорта езды на длинные дистанции. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ведущее колесо транспортного средства, содержащее внутри своей ступицы привод от мускульной силы человека и электромотор, состоящий из катушек токопровода статора и вращающегося ротора с телами постоянных магнитов, отличающееся тем, что статор выполнен в форме тора с прямоугольным поперечным сечением из гирлянды серповидно изогнутых катушек токопровода, генерирующих при пропускании через них постоянного электрического тока локальные силовые электромагнитные поля, разделенные друг от друга на дистанции, равные длине катушек, и жестко закрепленные консольно и равноудаленно от оси вращения ведущего колеса на корпусах опор первичного вала привода, позиционно зафиксированных на стойках рамы дорожно-транспортного средства с использованием известных крепежных соединений, помещенными в кольцевое пространство между плоско-изогнутыми по цилиндрическому контуру телами постоянных магнитов ротора, попарно ориентированных друг против друга однополярно и дислоцированных двумя группировками на двух коаксиальных орбитах в радиально лучистых секторах, количество которых равно числу катушек токопровода, с зазором, равным толщине катушек и не допускающим их прямого телесного контакта с магнитами и другими частями ротора, жестко закрепленными консольно на внутренней стенке корпуса ступицы, финиширующей на телах качения, обеспечивающих ее свободное вращение в трансмиссии передачи тяги от мускульных усилий человека, принятых первичным валом привода, находящимся внутри нее вблизи эпицентра ротора.

2. Ведущее колесо дорожно-транспортного средства по п. 1, отличающееся тем, что статор электромотора в промежутках между катушками токопровода дополнен телами постоянных магнитов, полярно ориентированных на синхронное притяжение и отталкивание магнитных полей, излучаемых неприкасаемыми магнитами ротора, количество которых определено их необходимостью и достаточностью, а также наличием свободных мест в секторах между катушками.