Способ получения движущей силы в электрических двигателях Российский патент 2025 года по МПК H02K1/06 H02K21/14 

Изобретение относится к электрическим машинам с подвижной и неподвижной частями и может быть использовано в универсальных электродвигателях и электродвигателях постоянного тока.

Известен способ создания вращающего момента, заключающийся в том, что на цилиндрический диэлектрик, насаженный через цилиндрический электропроводящий электрод и электроизоляцию на вал и обладающий магнитными свойствами, воздействуют постоянным магнитным и пульсирующим электрическим полями, силовые линии которых в зоне взаимодействия скрещиваются так, что сила Ампера, возникающая в результате взаимодействия полей, направлена в одну сторону по касательной к каждому поперечному сечению цилиндрического диэлектрика, создавая вращающий момент, при этом в качестве источника постоянного магнитного поля используют короткозамкнутый заряженный электрическим постоянным током высокотемпературный сверхпроводящий соленоид, а для создания пульсирующего электрического поля применяют два цилиндрических электропроводящих электрода, аксиально охватывающих цилиндрический диэлектрик, запитываемых от генератора пульсирующего напряжения. (Патент РФ №2379551, опубл. 20.01.2010).

Известен способ получения тяги, заключающийся в том, что электрически изолированные источники электрического и магнитного полей с подключенными к ним источниками электрического тока устанавливают с возможностью взаимодействия этих полей, при этом источник электрического поля выполняют в виде металлических обкладок, установленных на двух противоположных сторонах плоского или цилиндрического сердечника из магнитного диэлектрического материала, прикрепляют к нему источник магнитного поля и синфазно или в противофазе изменяют величину магнитного поля и скорость изменения электрического поля. (Патент РФ №2172865, опубл. 27.08.2001)

Известен способ генерации электричества путем вращения ротора генератора его притягиванием к статору и его отталкиванием от генерирующих катушек, не требующий внешнего усилия для вращения ротора при подключении электрической нагрузки к генерирующим катушкам. (Заявка на изобретение №2020120936, опубл. 09.10.2020)

Известен способ генерации электромагнитного поля путем возбуждения импульсного электрического тока в антенне, при этом возбуждение тока осуществляют путем пропускания пучка заряженных частиц между точками питания антенны. (Патент №2093950, опубл. 20.10.1997).

Известен принцип получения вращающегося магнитного поля заключающийся в том, что если по системе проводников, распределенных в пространстве по окружности протекают токи, сдвинутые по фазе, то в пространстве создается вращающееся поле.(https://helpiks.org/6-21913.html).

Известна электрическая машина, преобразующая механическую энергию, поступающую от первичного двигателя в электрическую энергию постоянного тока.

(https://portal.tpu.ru/SHARED/v/VOV/uchebnaya_rabota/Tab8/LK8-8.pdf, стр. 7)

Известно, что магнитный поток электрических машин постоянного тока протекает по различным элементам конструкции, которые в совокупности образуют магнитную цепь. (ЭМ. Ч. 1. МПТ. Tp-pы.pdf (stgau.ru), стр. 17)

Известен способ создания движущей силы, заключающийся во взаимодействии переменных токов, пропускаемых со сдвигом по фазе через по меньшей мере два индуктора и создаваемых при этом магнитных полей, при этом индукторы располагают между собой на фиксированном расстоянии L, определяемом в зависимости от частоты токов N, максимальной разности потенциалов U между индукторами, скорости V распространения магнитного поля в среде, разделяющей индукторы, и электрической прочности Епр этой среды из соотношения U: Enp<L≤V:4N, а сдвиг по фазе устанавливают равным 0,23-0,27 периода тока. (Патент РФ №2120176, опубл. 10.10.1998).

Известно свойство взаимодействия электрической и магнитной энергии на основе создания электродвижущей силы в замкнутом токопроводящем контуре, которое положено в работу любого электродвигателя. Принцип действия и устройство электродвигателя » Школа для электрика: электротехника и электроника (electricalschool.info)

(http://electricalschool.info/main/osnovy/1603-principy-dejjstvija-i- ustrojjstvo.html).

За прототип выбрана заявка на изобретение способ получения дополнительной движущей силы в электрических машинах, включающий создание движущей силы, при этом дополнительную движущую силу создают за счет последовательного изменения магнитных сил взаимодействия полюсов подвижной и неподвижной частей электрических машин по ходу движения подвижной части электрической машины относительно неподвижной в сторону уменьшения или увеличения. По попоследовательнее изменение магнитных сил взаимодействия полюсов подвижной и неподвижной частей электрических машин осуществляют конструктивным изменением воздушного зазора между полюсами подвижной и неподвижной части электрической машины в сторону уменьшения или увеличения по ходу движения подвижной части электрической машины относительно неподвижной. По п. 3 последовательное изменение магнитных сил взаимодействия полюсов подвижной и неподвижной частей электрических машин осуществляют конструктивным изменением количества магнитного материала каждого полюса подвижной и/или неподвижной части электрической машины от его начала к его концу в сторону уменьшения или увеличения по ходу движения подвижной части электрической машины относительно неподвижной. По п. 4 последовательное изменение магнитных сил взаимодействия полюсов подвижной и неподвижной частей электрических машин осуществляют конструктивным изменением расположения обмотки каждого полюса подвижной и/или неподвижной части электрической машины таким образом, что при подключении обмотки к источнику электропитания изменяется намагниченность полюса от его начала к его концу в сторону уменьшения или увеличения по ходу движения подвижной части электрической машины относительно неподвижной. По п. 5 последовательное изменение магнитных сил взаимодействия полюсов подвижной и неподвижной частей электрических машин осуществляют изменением намагниченности элементов полюса в сторону уменьшения или увеличения по ходу движения подвижной части электрической машины относительно неподвижной путем конструктивного разделения каждого полюса подвижной и/или неподвижной части электрической машины на элементы с обмоткой. По п. 6 изменяющуюся по ходу движения подвижной частей электрической машины относительно неподвижной намагниченность элементов полюса осуществляют последовательным изменением числа витков обмоток элементов полюса в сторону уменьшения или увеличения. По п. 7 изменяющуюся по ходу движения подвижной частей электрической машины относительно неподвижной намагниченность элементов полюса осуществляют последовательным изменением напряжения на обмотках элементов полюса в сторону уменьшения или увеличения. По п. 8 изменяющуюся по ходу движения подвижной частей электрической машины относительно неподвижной намагниченность элементов полюса осуществляют последовательным изменением сечения провода обмоток элементов полюса в сторону уменьшения или увеличения. По п. 9 последовательно изменяющуюся по ходу движения подвижной части электрической машины относительно неподвижной намагниченность элементов полюса осуществляют различным сочетанием по пп. 6-8. По п. 10 последовательное изменение магнитных сил взаимодействия полюсов подвижной и неподвижной части электрических машин осуществляют различным сочетанием по пп. 2-5. (Заявка на изобретение №2022107474, опубл. 21.09.2023)

К общим недостаткам известных технических решений следует отнести то, что существующие ЭД выполняются с одинаковым энергопотреблением при движении (вращении) подвижной и части в обе стороны, однако на практике, часто, от ЭД требуется движение (вращение) только в одну заданную сторону.

Задача - сокращение потребления электроэнергии, необходимой для работы электродвигателей.

Технический результат - сокращение потребления электроэнергии в универсальных электродвигателях или электродвигателях постоянного тока посредством ее потребления в импульсном режиме и прохождения подвижной частью электродвигателя в одном направлении части пути за счет взаимодействия магнитного поля магнитов подвижной части и ферромагнитного материала неподвижной части.

Технический результат достигается способом получения движущей силы в электрических двигателях, включающий последовательное изменение магнитных сил взаимодействия полюсов подвижной и неподвижной частей по ходу движения подвижной части электрической машины относительно неподвижной в сторону увеличения, подключение обмотки к источнику электропитания, изменение воздушного зазора между полюсами подвижной и неподвижной частей, изменение количества магнитного материала при этом движущую силу создают однонаправленной посредством последовательного изменения магнитных сил взаимодействия полюсов магнитов подвижной части и ферромагнитного материала неподвижной части по ходу движения подвижной части относительно неподвижной части, изменение магнитных сил взаимодействия полюсов магнитов подвижной части и ферромагнитного материала неподвижной части осуществляют последовательно на участке, количество которых n≥1, каждый из которых характеризуется наличием равномерно изменяющихся величин магнитных сил взаимодействия от минимальной до максимальной при их соответственно соотношении в пределах 1:2-1:100, переход от максимальной величины магнитных сил взаимодействия одного участка к минимальной величине магнитных сил взаимодействия другого участка осуществляют путем подключения обмотки неподвижной части к источнику электропитания. Последовательное изменение магнитных сил взаимодействия полюсов магнитов подвижной части и ферромагнитного материала неподвижной части осуществляют путем изменения рабочего воздушного зазора между полюсом магнита подвижной части и ферромагнитным материалом неподвижной части, при этом количество ферромагнитного материала неподвижной части взаимодействующего с полюсами магнитов подвижной части оставляют неизменным. Последовательное изменение магнитных сил взаимодействия полюсов магнитов подвижной части и ферромагнитного материала неподвижной части осуществляют путем изменения количества ферромагнитного материала неподвижной части, взаимодействующего с полюсами магнитов подвижной части, при этом рабочий воздушный зазор между полюсом подвижной части и ферромагнитным материалом неподвижной части оставляют неизменным. Величину магнитных сил взаимодействия между полюсами магнитов подвижной части и ферромагнитным материалом неподвижной части определяют величиной рабочего воздушного зазора на участке между неподвижной и подвижной частями, и/или количеством ферромагнитного материала неподвижной части. Максимальную величину магнитных сил взаимодействия между полюсами магнитов подвижной части и ферромагнитным материалом неподвижной части создают соотношением в пределах от 1:√2 до 1:√100 минимально допустимого технологически воздушного зазора к рабочему воздушному зазору, а минимальную величину магнитных сил взаимодействия создают соотношением в пределах √2:1 до 1:√100 минимально допустимого технологически воздушного зазора к рабочему. Максимальную величину магнитных сил взаимодействия между полюсами магнитов подвижной части и ферромагнитным материалом неподвижной части создают количеством ферромагнитного материала неподвижной части при соотношении в пределах 1:2-1:100, а минимальную величину магнитных сил взаимодействия между полюсами магнитов подвижной части и ферромагнитным материалом неподвижной части создают количеством ферромагнитного материала неподвижной части при соотношении в пределах 100:1-1:2. Обмотки неподвижной части располагают на каждом участке путем его полного или частичного обматывания. Количество разнополярных магнитов на подвижной части выполняют в два раза больше количества участков неподвижной части и располагают с внешней или внутренней или боковой стороны неподвижной части. В качестве магнитов подвижной части используют постоянные магниты или электромагниты. Обмотку и сам участок выполняют из железного изолированного провода.

Изобретение поясняется фигурами, где

на фиг. 1. показаны два участка взаимодействия с полюсами магнитов подвижной части ЭД с четырьмя разнополярно размещенными полюсами электромагнитов, расположенными с внутренней стороны неподвижной части ЭД при соотношении получающегося рабочего воздушного зазора 1:10;

на фиг. 2. - два участка взаимодействия с полюсами магнитов подвижной части ЭД с четырьмя разнополярно размещенными постоянными магнитами, каждый из которых имел изменение количества ферромагнитного материала неподвижной части ЭД взаимодействующего с полюсами магнитов подвижной части ЭД от минимального до максимального, при его соотношении 1:2;

на фиг. 3 - два участка взаимодействия с полюсами магнитов подвижной части ЭД, каждый из которых имел изменение количества ферромагнитного материала неподвижной части ЭД взаимодействующего с полюсами магнитов подвижной части ЭД от минимального до максимального, при его соотношения 1:100;

на фиг. 4 - три участка взаимодействия с соотношением по воздушному зазору как 1:5, по взаимодействующему феррормагнитному материалу как 1:2;

на фиг. 5- один из вариантов с образованием одного участка взаимодействия, на котором магниты подвижной части могут располагаться с любой стороны - с внешней, с внутренней или с боковой.

На чертежах представлены магниты подвижной части 1 и ферромагнитный материал неподвижной части 2, обмотка 3, воздушный зазор 4.

Переход от максимальной величины магнитных сил взаимодействия одного участка к минимальной величине магнитных сил взаимодействия другого участка осуществляют путем подключения обмотки неподвижной части к источнику электропитания, при этом созданное внутри обмотки магнитное поле замыкается через неподвижную часть, а с магнитами подвижной части взаимодействует поле рассеяния обмотки и изменившаяся под действием замкнутого магнитного поля намагниченность неподвижной части.

Примеры конкретного выполнения.

В первом варианте исполнения неподвижная часть ЭД выполнялась из разрезанного пополам ленточного кольцевого магнитопровода (ферромагнитный материал - трансформаторная сталь), получившиеся половины сдвигались друг относительно друга, образовывая два участка взаимодействия с полюсами магнитов подвижной части ЭД до соотношения получающегося рабочего воздушного зазора 1:10 от минимально допустимого технологически, равнявшемуся 1 мм. При этом минимальная и максимальная величины магнитных сил взаимодействия соотносились как 1:100 из-за обратной квадратичной зависимости силы от расстояния.

Обмотки выполнялись из медного изолированного провода от мест соединения половин до 2/3 длины каждого участка. Подвижная часть ЭД имела четыре разнополярно размещенных полюса электромагнитов, расположенных с внутренней стороны неподвижной части ЭД. (фиг. 1)

Во втором варианте неподвижная часть ЭД выполнялась из разрезанного пополам ленточного кольцевого магнитопровода (ферромагнитный материал-трансформаторная сталь), получившиеся половины сдвигались друг относительно друга, образовывая при этом два участка взаимодействия с полюсами магнитов подвижной части ЭД, каждый из которых имел изменение количества ферромагнитного материала неподвижной части ЭД взаимодействующего с полюсами магнитов подвижной части ЭД от минимального до максимально, при их соотношения 1:2. Рабочий воздушный зазор оставался неизменным и равнялся 1,5 мм. При этом минимальная и максимальная величины магнитный сил взаимодействия соотносились как 1:2. Обмотки выполнялись из изолированного медного провода на всей длине каждого участка. Подвижная часть ЭД имела четыре разнополярно размещенных постоянных магнита, расположенных сбоку от неподвижной части ЭД. (Фиг. 2)

В третьем варианте неподвижная часть ЭД выполнялась из разрезанного пополам ленточного кольцевого магнитопровода (ферромагнитный материал-трансформаторная сталь), получившиеся половины сдвигались друг относительно друга, образовывая при этом два участка взаимодействия с полюсами магнитов подвижной части ЭД, каждый из которых имел изменение количества ферромагнитного материала неподвижной части ЭД взаимодействующего с полюсами магнитов подвижной части ЭД от минимального до максимально, при их соотношения 1:100. Рабочий воздушный зазор оставался неизменным и равнялся 1,5 мм. При этом минимальная и максимальная величины магнитных сил взаимодействия соотносились как 1:100. Обмотки выполнялись из изолированного медного провода на всей длине каждого участка. Подвижная часть ЭД имела четыре разнополярно размещенных постоянных магнита, расположенных сбоку от неподвижной части ЭД. (Фиг. 3)

В четвертом варианте неподвижная часть ЭД выполнялась из вырубленных пластин (ферромагнитный материал - трансформаторная сталь) в форме образующей три участка взаимодействия с соотношением по воздушному зазору как 1:5, по взаимодействующему феррормагнитному материалу как 1:2. При этом минимальная и максимальная величины магнитных сил взаимодействия соотносились как 1:50. Обмотки выполнялись из изолированного медного провода и занимали узкую часть участка до половины его длины. Подвижная часть ЭД имела шесть разнополярно размещенных постоянных магнита, расположенных с внешней стороны неподвижной части ЭД. (Фиг. 4)

В последующих вариантах неподвижная часть ЭД выполнялась в виде обмотки из железного (ферромагнитного) изолированного провода с различным количеством участков взаимодействия, воздушными зазорами, количеством взаимодействующего ферромагнитного материала и расположением магнитов подвижной части по сторонам. На фиг. 5 показан один из вариантов с образованием одного участка взаимодействия, на котором магниты подвижной части могут располагаться с любой стороны - с внешней, с внутренней или с боковой сторон.

Во всех вариантах выполнения соотношение минимальной и максимальной величин сил взаимодействия магнитов подвижной части ЭД с ферромагнитным материалом неподвижной части ЭД находилось в заявленном пределе от 1:2-1:100. Подвижная часть сама занимала положение относительно неподвижной с максимальной величиной магнитных сил взаимодействия, (возникало положение равновесия сил), затем на обмотки неподвижной части подавался импульс напряжения (тока) от источника электропитания соответствующей полярности, чтобы перемещение подвижной части происходило в ту же сторону, достаточной длительности и мощности для выведения из положения равновесия сил и далее процесс повторялся.

Таким образом, заявленный способ получения движущей силы в электрических двигателях обеспечивает сокращение потребления электроэнергии в универсальных электродвигателях или электродвигателях постоянного тока посредством ее потребления в импульсном режиме и прохождения подвижной частью электродвигателя в одном направлении части пути за счет взаимодействия магнитного поля магнитов подвижной части и ферромагнитного материала неподвижной части.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - сокращение потребления электроэнергии. Способ получения движущей силы в электрических двигателях включает последовательное изменение магнитных сил взаимодействия полюсов подвижной и неподвижной частей по ходу движения подвижной части, подключение обмотки к источнику электропитания, изменение воздушного зазора между полюсами подвижной и неподвижной частей, изменение количества магнитного материала. Движущую силу создают однонаправленной посредством последовательного изменения магнитных сил взаимодействия полюсов магнитов подвижной части и ферромагнитного материала неподвижной части по ходу движения подвижной части. Изменение магнитных сил взаимодействия полюсов магнитов подвижной части и ферромагнитного материала неподвижной части осуществляют последовательно на участках, количество которых n≥1, каждый из которых характеризуется наличием равномерно изменяющихся величин магнитных сил взаимодействия от минимальной до максимальной при их соответственно соотношении в пределах 1:2-1:100. Переход от максимальной величины магнитных сил взаимодействия одного участка к минимальной другого участка осуществляют путем подключения обмотки неподвижной части к источнику электропитания. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ получения движущей силы в электрических двигателях, включающий последовательное изменение магнитных сил взаимодействия полюсов подвижной и неподвижной частей по ходу движения подвижной части электрической машины относительно неподвижной в сторону увеличения, подключение обмотки к источнику электропитания, изменение воздушного зазора между полюсами подвижной и неподвижной частей, изменение количества магнитного материала, отличающийся тем, что движущую силу создают однонаправленной посредством последовательного изменения магнитных сил взаимодействия полюсов магнитов подвижной части и ферромагнитного материала неподвижной части по ходу движения подвижной части относительно неподвижной части, изменение магнитных сил взаимодействия полюсов магнитов подвижной части и ферромагнитного материала неподвижной части осуществляют последовательно на участках, количество которых n≥1, каждый из которых характеризуется наличием равномерно изменяющихся величин магнитных сил взаимодействия от минимальной до максимальной при их соответственно соотношении в пределах 1:2-1:100, переход от максимальной величины магнитных сил взаимодействия одного участка к минимальной величине магнитных сил взаимодействия другого участка осуществляют путем подключения обмотки неподвижной части к источнику электропитания.

2. Способ получения движущей силы в электрических двигателях по п. 1, отличающийся тем, что последовательное изменение магнитных сил взаимодействия полюсов магнитов подвижной части и ферромагнитного материала неподвижной части осуществляют путем изменения рабочего воздушного зазора между полюсом магнита подвижной части и ферромагнитным материалом неподвижной части, при этом количество ферромагнитного материала неподвижной части, взаимодействующего с полюсами магнитов подвижной части, оставляют неизменным.

3. Способ получения движущей силы в электрических двигателях по п. 1, отличающийся тем, что последовательное изменение магнитных сил взаимодействия полюсов магнитов подвижной части и ферромагнитного материала неподвижной части осуществляют путем изменения количества ферромагнитного материала неподвижной части, взаимодействующего с полюсами магнитов подвижной части, при этом рабочий воздушный зазор между полюсом подвижной части и ферромагнитным материалом неподвижной части оставляют неизменным.

4. Способ получения движущей силы в электрических двигателях по п. 1, отличающийся тем, что величину магнитных сил взаимодействия между полюсами магнитов подвижной части и ферромагнитным материалом неподвижной части определяют величиной рабочего воздушного зазора на участке между неподвижной и подвижной частями, и/или количеством ферромагнитного материала неподвижной части.

5. Способ получения движущей силы в электрических двигателях по п. 2, отличающийся тем, что максимальную величину магнитных сил взаимодействия между полюсами магнитов подвижной части и ферромагнитным материалом неподвижной части создают соотношением в пределах от 1:√2 до 1:√100 минимально допустимого технологически воздушного зазора к рабочему воздушному зазору, а минимальную величину магнитных сил взаимодействия создают соотношением в пределах √2:1 до √100:1 минимально допустимого технологически воздушного зазора к рабочему.

6. Способ получения движущей силы в электрических двигателях по п. 3, отличающийся тем, что максимальную величину магнитных сил взаимодействия между полюсами магнитов подвижной части и ферромагнитным материалом неподвижной части создают количеством ферромагнитного материала неподвижной части при соотношении в пределах 1:2-1:100, а минимальную величину магнитных сил взаимодействия между полюсами магнитов подвижной части и ферромагнитным материалом неподвижной части создают количеством ферромагнитного материала неподвижной части при соотношении в пределах 100:1-1:2.

7. Способ получения движущей силы в электрических двигателях по п. 1, отличающийся тем, что обмотки неподвижной части располагают на каждом участке путем его полного или частичного обматывания.

8. Способ получения движущей силы в электрических двигателях по п. 1, отличающийся тем, что количество разнополярных магнитов на подвижной части выполняют в два раза больше количества участков неподвижной части и располагают с внешней, или внутренней, или боковой стороны неподвижной части.

9. Способ получения движущей силы в электрических двигателях по п. 1, отличающийся тем, что в качестве магнитов подвижной части используют постоянные магниты или электромагниты.

10. Способ получения движущей силы в электрических двигателях по п. 1, отличающийся тем, что обмотку и сам участок выполняют из железного изолированного провода.