EA013478B1

EA013478B1 - Электрический двигатель-генератор с индуцированием постоянным током

Info

Publication number: EA013478B1
Application number: EA200800631A
Authority: EA
Inventors: Думитру Божиук
Original assignee: Думитру Божиук
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2010-04-30
Also published as: JP2009505629A; BRPI0615477A2; CA2617918A1; EA200800631A1; CN101248571A; JP5550829B2; EP1925069B1; US7791242B2; MX2008001723A; US20060038454A1; KR20080045223A; CN101248571B; WO2007024261A1; EP1925069A1; EP1925069A4

Abstract

Электромагнитное устройство имеет вращающийся элемент, действующий как перегрузочный мост между двумя активными энергетическими источниками, причем упомянутый вращающийся элемент имеет ферромагнитный сердечник с несколькими соленоидными обмотками, несущими наведенную электрическую энергию от наружных постоянных магнитов; переносимая энергия сердечника с помощью индукции поступает на внутренний активный снабженный обмоткой постоянный магнит статора, коллектор энергии и индуктор, действующий как генератор.

Description

Данное изобретение обладает международным приоритетом ранее поданной патентной заявки США № 11209525 от 22.08.05 и озаглавленной Электрический двигатель-генератор с индуцированием постоянным током.

Область, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится, в общем, к электрическим двигателям-генераторам, а более конкретно - к вращающимся электромагнитным машинам постоянного тока, работающим с помощью индукции.

Описание уровня техники

Изложенное ниже определяет текущее состояние области, к которой относится устройство, описываемое и заявляемое здесь.

В заявке США № 2004/0135452, поданной Туполевым и др., описывается электрический генератор плоского вращения, который включает в себя по меньшей мере одну тороидальную обмотку, при пересечении магнитных силовых линий наводящую ток, и по меньшей мере одну дискообразную конструкцию магнитного полюса, ориентированную параллельно винтовой намотке. Если имеют место многочисленные тороидальные обмотки и дискообразные конструкции с электромагнитными обмотками, тороидальные обмотки и дискообразные конструкции располагаются в порядке чередования. Тороидальные обмотки и дискообразные конструкции выполняются из магнитонепроницаемого материала. Когда либо тороидальные обмотки, либо по меньшей мере одна дискообразная конструкция с магнитными полюсами приводится во вращение с помощью внешней силы, тороидальная обмотка пересекает магнитные силовые линии, проходя таким образом, чтобы генерировать наводимый ток. В заявке США № 2002/0135263, поданной Нилом, описывается множество дуговых сегментов статора, которые образуют тороидальный сердечник для узла статора, используемого для изготовления двигателя. В предпочтительном варианте осуществления, когда электрический ток проходит по проволоке, намотанной вокруг полюсов на тороидальный сердечник, создается множество магнитных полей. Монолитный корпус из материала с фазовым переходом, по существу, герметизирует проводники и удерживает дуговые сегменты статора в контакте друг с другом в тороидальном сердечнике. Твердый диск приводят двигателем, а способы конструирования двигателя и приводов твердого диска также описываются. В заявке США № 6803691, поданной Раузом, описывается электрическая машина, которая содержит магнитно-проницаемый кольцеобразный сердечник, центрированный на оси вращения и имеющий две противолежащие в осевом направлении стороны. Вокруг сердечника тороидально намотаны обмотки, располагаемые последовательно в окружном направлении. Каждая обмотка включает в себя две боковых ветви, протяженные в радиальном направлении вблизи сторон сердечника. Между соседними боковыми ветвями существуют свободные от обмотки промежутки. Боковая крышка машины имеет первый и второй боковые выступы, которые соединяются мостиковой конструкцией и соответственно прилегают к первой и второй сторонам обмотки. В заявке США № 6507257, поданной Мохлером, описывается реверсивный силовой привод задвижки, который включает в себя выходной вал с одним или несколькими роторами, неподвижно установленными на нем. Вал и ротор установлены с возможностью вращения в магнитопроводящем корпусе, имеющем цилиндрическую обмотку и закрываемом проводящими торцевыми крышками. Торцевые крышки несут на себе компоненты полюса статора. В одном из вариантов осуществления ротор имеет по меньшей мере два противоположно намагниченных постоянных магнита, которые установлены асимметрично, то есть они примыкают к одной стороне и отделяются немагнитным интервалом на другой стороне. Компонент полюса статора обладает асимметричной проводимостью потока, и в одном из вариантов осуществления он толще в осевом направлении, чем остальная часть компонента полюса. Подпора предотвращает смещение ротора в нейтральное положение (в котором магниты ротора аксиально выравниваются с компонентом полюса более высокой проводимости). Таким образом, ротор в магнитном отношении фиксируется в одном из двух положений, притягиваясь в направлении нейтрального положения. Возбуждение обмотки током противоположной полярности заставляет ротор вращаться в направлении его противоположного положения фиксирования, после чего он в магнитном отношении фиксируется в этом положении. В заявке США № 5337030, поданной Мохлером, описывается бесщеточное приводное устройство с постоянными магнитами, развивающее вращающий момент, которое содержит электромагнитный сердечник, способный при возбуждении генерировать поле магнитного потока удлиненной тороидальной формы. Роль наружной цилиндрической обмотки играет внешний кожух с верхней и нижней торцевыми крышками на каждом конце. На торцевых крышках установлены и в направлении друг друга протяжены компоненты полюса статора, отделенные от его противолежащего компонента воздушным зазором. В воздушном зазоре располагается ротор с постоянными магнитами, установленный на валу, который, в свою очередь, с возможностью вращения опирается на каждую из торцевых крышек. Ротор с постоянными магнитами содержит по меньшей мере два постоянных магнита противоположной полярности, каждый из которых покрывает дугообразную часть ротора. Возбуждение обмотки током одного направления намагничивает компоненты полюса таким образом, что каждый из двух компонентов полюса притягивает один из магнитов ротора и отталкивает другой магнит ротора, в результате чего создается

- 1 013478 крутящий момент на выходном валу. Реверсирование тока вызывает реверсирование крутящего момента и вращение ротора в противоположном направлении. Описываются предпочтительные варианты осуществления, в которых фигурирует множество комбинаций статор-ротор-статор и/или имеется множество компонентов полюса в каждой плоскости полюса статора. В заявке США № 54191255, поданной Клустерхаузом, описывается электромагнитный двигатель, который включает в себя ротор, имеющий несколько магнитов, установленных по периметру ротора. Предпочтительно соседние магниты имеют противоположные полюса, обращенные наружу. В непосредственной близости к внешнему краю ротора располагаются один или несколько электромагнитов, так что, когда ротор вращается, магниты, установленные на роторе, проходят вблизи от полюсов электромагнитов. К электромагнитам с помощью цепи возбуждения подается ток в заданном фазовом соотношении с вращением ротора, так что во всех угловых положениях ротора магнитное притяжение и отталкивание между полюсами электромагнитов и магнитов, установленных на роторе, заставляют ротор вращаться в желаемом направлении. На роторе в заданных угловых положениях устанавливают отражающий материал. Схема возбуждения включает в себя светочувствительное устройство, вырабатывающее сигнал, величина которого изменяется в соответствии с тем, получает ли устройство свет, отражаемый упомянутым отражающим материалом. Сигнал усиливается, производя ток возбуждения для электромагнитов. В заявке № 4623809, поданной Уэстли, описывается шаговый двигатель, заключающий в себе полюсную структуру, в которой пара идентичных статорных пластин, каждая из которых имеет несколько полюсов, располагаются вплотную к полюсам, выступающим в противоположных направлениях, причем статорные пластины располагаются между идентичными статорными крышками, каждая статорная крышка имеет несколько полюсов, выступающих внутрь от задней стенки, с периферийной боковой стенкой, завершающейся в протяженном наружу выступе. Главная поверхность каждого выступа находится в контакте с поверхностью одной из статорных пластин для того, чтобы обеспечить путь потока с низким магнитным сопротивлением. В заявке № 4565938, поданной Фози, описывается электромеханическое устройство, которое можно использовать как двигатель или как генератор. Устройство имеет корпус, включающий в себя опорные средства для поддержки вращаемого вала. Предусмотрены дисковые магнитные средства и средства альтернативной полярности, устанавливаемые на валу для образования ротора. Устройство включает в себя по меньшей мере один первый полюсный башмак в контакте с магнитным средством, имеющий часть, протяженную от него радиально для образования виртуальной полюсной камеры первой полярности. Оно также имеет по меньшей мере один второй полюсной башмак, находящийся в контакте с магнитом и имеющий часть, протяженную от него радиально для образования виртуальной полюсной камеры другой полярности. На корпусе установлен тороидальный статор, имеющий на себе обмотки. Статор располагается кольцеобразно вокруг дисковых магнитов таким образом, что виртуальные полюсные камеры первого и второго полюсных башмаков окружают части упомянутых обмоток кольцеобразно перемежающимися полями альтернативной полярности. Обеспечиваются средства электрического контакта со статором для отвода тока, когда устройство работает в качестве генератора, или подвода тока для работы устройства в качестве двигателя. В заявке № 4459501, поданной Фози, описывается электромеханическое устройство, которое может использоваться как в качестве двигателя, так и в качестве генератора и имеет корпус, включающий в себя опорные средства для поддержки вращаемого вала. Предусматривается пара дисковых магнитов для создания противоположной полярности на двух поверхностях каждого. Магниты устанавливаются торец к торцу на валу, образуя ротор. Устройство включает в себя по меньшей мере один первый полюсной башмак, находящийся в контакте с одной поверхностью каждого магнита и имеющий часть, протяженную от него радиально, чтобы образовать в его предпочтительной форме пару виртуальных полюсных камер той же самой полярности, что и одна поверхность. Устройство также содержит по меньшей мере один второй полюсной башмак, находящийся в контакте с другой поверхностью каждого магнита и имеющий часть, протяженную от него в радиальном направлении, чтобы образовать в его предпочтительной форме пару виртуальных полюсных камер той же самой полярности, что и другая поверхность. На корпусе установлен тороидальный статор, несущий на себе обмотки. Статор располагается кольцеобразно вокруг дисковых магнитов таким образом, что виртуальные полюсные камеры первого и второго полюсных башмаков окружают части упомянутых обмоток кольцеобразно перемежающимися полями альтернативной полярности. Средства электрического контакта со статором отводят ток, когда устройство работает в качестве генератора, или подводят ток для работы устройства в качестве двигателя.

Наш поиск в области предшествующей техники с помощью рефератов, приведенных выше, показывает вращающиеся электромагнитные машины как в виде двигателей, так и в виде генераторов. Таким образом, предшествующая техника показывает следующее: в заявке Нила - тороидальный сердечник с радиальными дуговыми сегментами; в заявке Фози - непосредственное соседство полюсных поверхностей Ν-Ν и 8-8; в заявке Туполева и др. - непосредственное соседство полюсов N-8 и 8-Ν с радиальными спиральными обмотками; в заявке Роуза - радиально расположенные обмотки в последовательности вокруг тороидального сердечника и сегменты постоянного магнита с непосредственным соседством Ν-Ν и 8-8. Однако в предшествующей технике не обнаружены вращающиеся электромагнитные машины, которые обеспечивают электромагнитные поля с помощью показанных в заявляемом устройстве монополь

- 2 013478 индукторов противоположных полярностей с постоянными магнитами и которые действуют с помощью электрической индукции.

Данное изобретение отличается от конструкций предшествующей техники, обеспечивая ранее неизвестные преимущества, что описано в следующем изложении.

Краткое изложение сущности изобретения

Электромагнитное устройство имеет вращающийся элемент, действующий как перегрузочный мост между двумя активными энергетическими источниками, этот вращающийся элемент имеет ферромагнитный сердечник с несколькими электромагнитными обмотками, несущими индуцированную электроэнергию от наружных постоянных магнитов; энергия ферромагнитного сердечника с помощью индукции переносится на снабженный обмоткой наружный активный постоянный магнит статора, в результате чего снабженный обмоткой постоянный магнит функционирует как коллектор энергии и индуктор для генерирования электричества.

Основной целью вышеописанного устройства и способа его использования является обеспечение преимуществ, отсутствующих в предшествующей технике.

Другой целью является создание электромагнитного вращающегося устройства, которое производит на выходе постоянный ток или получает на входе постоянный ток, действуя с помощью индукции.

Следующей целью является создание такого устройства, используемого в качестве электродвигателя.

Еще одной целью является создание такого устройства, используемого в качестве генератора электроэнергии.

Другие характерные особенности и преимущества описываемого устройства и способа его использования выяснятся из последующего более подробного описания с прилагаемыми к нему чертежами, в которых на примерах показаны принципы описываемого устройства и способы его использования.

Краткое описание чертежей

На прилагаемых чертежах показан по крайней мере один из наилучших вариантов практического осуществления данного устройства и способа его использования. На этих чертежах фиг. 1 - вертикальное сечение предлагаемого устройства в поперечном направлении;

фиг. 2 - вертикальное сечение предлагаемого устройства в продольном направлении.

Подробное описание изобретения

На вышеописанных чертежах показано предлагаемое устройство и способ его использования по меньшей мере для одного предпочтительного варианта его осуществления, который, кроме того, подробно охарактеризован в последующем описании. Заурядные специалисты в данной области могут внести изменения и модификации в то, что описано здесь, без отклонения от сущности и объема изобретения. Следовательно, должно быть понятно, что все показанное и описанное здесь является только примером и не должно рассматриваться как ограничение объема для данного устройства и способа его использования.

На фиг. 1, 2 показаны соответственно - поперечное и продольное по плоскости 2-2 - сечения устройства, описанного в заявке США № 11200920, частичным продолжением которой является данная заявка; действие устройств по обеим заявкам основано на одном и том же принципе. Линейнотороидальный ферромагнитный сердечник 140 имеет короткозамкнутую соленоидную обмотку 148, установленную на нем, которая функционирует как автотрансформатор, вращающийся между активными постоянными магнитами 146 А, расположенными снаружи на ферромагнитной опоре 154 невращающихся постоянных магнитов статора, и внутренним, снабженным обмоткой активным постоянным магнитом или электромагнитом 146В и 146С, поддерживающим индукционную катушку 170 коллектора энергии. Следует заметить, что магнит 146В содержит две продолговатые дугообразные части, соединяемые магнитом 146С и разделенные зазором 22.

Этот предпочтительный вариант осуществления имеет цилиндрическую ориентацию. Неподвижными частями являются активные постоянные магниты 146А с их опорой 154 и расположенный внутри активный постоянный магнит 146В/С, который имеет индукционную катушку 170 коллектора энергии, установленную на нем так, чтобы действовать в качестве преобразователя.

Работа данного устройства определяется вращающейся частью, которая в этом случае действует как переходный мост между двумя активными энергетическими источниками 146А и 146В/С, описанными выше, которые являются невращающимися.

Подвижными частями являются линейно-тороидальный ферромагнитный сердечник 140, при вращении которого каждая из соленоидных обмоток 70 индукционной катушки 170 коллектора энергии независимо получает индуцированную электрическую энергию от наружных постоянных магнитов 146А и затем путем индукции переносит эту энергию на снабженный обмоткой внутренний активный постоянный магнит 146В статора, который в данном случае действует как генератор.

Для получения эффекта реверса на индукционную катушку 170 коллектора энергии подают пульсирующий с выбранной частотой постоянный ток, чтобы получить выбранную скорость вращения в линейно-тороидальном ферромагнитном сердечнике 140. При заряжании наводимой электрической энергией от индукционной катушки 170 коллектора энергии соленоидные обмотки 148 электродвигателя

- 3 013478 генератора линейно-тороидального ферромагнитного сердечника 140 фунционируют как активный электромагнит. Эти соленоидные обмотки 148 взаимодействуют с наружными постоянными магнитами 146А, а также с линейно-тороидальным ферромагнитным сердечником 140, и это действие вызывает смещение линейно-тороидального ферромагнитного сердечника 140 к выполнению функции электродвигателя.

Характерной особенностью описанного здесь цилиндрического варианта предлагаемого устройства является отсутствие коммутатора, поскольку его функции выполняются коллектором энергии и индуктором 170.

На фиг. 2, вертикальном сечении по линии 2-2 фиг. 1, показана рама 53, на которой закреплены активные магниты 146В и 146С и которая удерживается на валу 144 подшипниками 174'. Также показано в левой части чертежа, что линейно-тороидальный ферромагнитный сердечник 140 устанавливается на раме 156, которая составляет одно целое с валом 144, а в правой части фиг. 2 - на валу 153 с помощью подшипников 174. Наружные постоянные магниты 146А устанавливаются на раме 154, как указывалось ранее, а рама 154 поддерживается рамой 152 с помощью подшипников 174' на валу 144 (в левой части фиг. 2), составляющей одно целое с валом 153 (в правой части фиг. 2). Весь узел, как описывалось выше, соосно располагается вокруг оси симметрии 10. Как показано на фиг. 1, рама 154 опирается на основание 172.

Возможности, подробно описанные выше, рассматриваются как новые по отношению к предшествующей технике и считаются решающими для действия по крайней мере одного из вариантов устройства и способа его использования, а также для достижения вышеуказанных целей. Слова, использованные в этом описании для характеристики отдельных вариантов осуществления данного изобретения, должны пониматься не только в смысле их общераспространенных значений, но и заключать в себе специфические толкования для данного описания: конструкцию, материал или действия за пределами объема общераспространенных значений. Таким образом, если элемент можно понимать в контексте данного описания как включающий более одного значения, то его применение здесь должно пониматься как родовой признак во всех возможных значениях, поддерживаемых описанием и словом или словами, описывающими данный элемент.

Толкования слов или элементов чертежей, приведенные здесь, должны включать не только комбинации элементов, которые представляются буквально, но и все эквивалентные конструкции, материалы или действия для выполнения той же самой функции и, по существу, тем же самым способом, чтобы получить тот же самый результат. Следовательно, в этом смысле предполагается, что эквивалентное замещение двух или нескольких элементов может быть сделано для любого одного из описанных элементов и его различных вариантов осуществления, или что одиночный элемент может быть заменен двумя или несколькими элементами в формуле.

Отступления от заявляемого предмета изобретения, которые видны всем заурядным специалистам в данной области, теперь известные или позже разработанные, можно рассматривать как эквиваленты в пределах подразумеваемого объема изобретения и его различных вариантов осуществления. Следовательно, явные замены, известные теперь или позже всем заурядным специалистам в данной области, должны лежать в пределах объема определяемых элементов. Это изобретение, таким образом, должно пониматься как включающее все показанное и описанное выше, что концептуально эквивалентно, что может быть явно заменено, а также как объединяющее существенные технические идеи.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Электрический двигатель-генератор с индуцированием постоянным током, содержащий цилиндрический ферромагнитный роторный сердечник, снабженный несколькими независимыми, радиально ориентированными, расположенными с промежутками короткозамкнутыми соленоидными обмотками, упомянутый роторный сердечник вращается вокруг центральной оси и располагается между и в соосном положении с парой ориентированных по оси, расположенных с промежутком кольцеобразных наружных магнитов статора, расположенных вокруг роторного сердечника, и парой расположенных с промежутком кольцеобразных внутренних магнитов статора, взаимно соединенных и составляющих одно целое с общей центральной частью, при этом упомянутые внутренние магниты статора и центральная часть расположены по оси в пределах роторного сердечника; а также расположенную вокруг центральной части индукционную обмотку, выполненную с обеспечением возможности электрического подсоединения к ней.
2. Двигатель-генератор по п.1, в котором пара наружных магнитов статора представляет собой магнитные полюсы, противоположные роторному сердечнику.
3. Двигатель-генератор по п.2, в котором пара внутренних магнитов статора представляет собой магнитные полюсы, противоположные роторному сердечнику.
4. Двигатель-генератор по п.3, в котором наружные магниты статора и внутренние магниты статора располагаются кольцеобразно, причем одинаковые магнитные полюсы соосных наружного и внутреннего магнитов статора представляют одинаковые магнитные полюсыс роторным сердечником.

- 4 013478
5. Двигатель-генератор по п.1, в котором пара расположенных с промежутком кольцеобразных внутренних магнитов статора, взаимно соединенных и составляющих одно целое с общей центральной частью, соединена с неподвижной осью одной стороной и вращающейся осью через первый подшипник другой стороной; а роторный сердечник соединяется с вращающейся осью одной стороной и с неподвижной осью через подшипник другой стороной; наружные магниты статора соединены с неподвижной осью одной стороной и с вращающейся осью через второй подшипник другой стороной.