GR1009374B - Νεοι τυποι ηλεκτρομαγνητικων μηχανων καθετων πεδιων - Google Patents

Abstract

Οι νέου τύπου κινητήρες έχουν τα εξής χαρακτηριστικά: δεν καίγονται σε οποιαδήποτε κατάσταση (υπερφόρτωσης-πέδησης), δεν δημιουργείται πτώση τάσεως στο δίκτυο κατά την εκκίνησή τους, το ρεύμα εκκινήσεώς τους δεν είναι μεγαλύτερο από το ονομαστικό, δεν έχουν άεργο ισχύ κατά την λειτουργία τους, έχουν μηδενική κατανάλωση στις υψηλές ταχύτητες, είναι κατάλληλοι και για συνεχές και για εναλλασσόμενο ρεύμα, παρουσιάζουν βαθμό αποδόσεως πέραν του 100%. Συμπερασματικά: μπορούν να αντικαταστήσουν όλους τους μέχρι σήμερα ηλεκτρικούς κινητήρες καθότι υπερτερούν σε οικονομία, αντοχή, απόδοση και είναι φιλικοί στο περιβάλλον.

Description

ΝΕΟΙ ΤΥΠΟΙ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ

ΚΑΘΕΤΩΝ ΠΕΔΙΩΝ

Γενικά: Η εφεύρεση αναφέρεται σε νέους τύπους ηλεκτρομαγνητικών κινητήρων με γενικά χαρακτηριστικά, τη μεγάλη απόδοσή τους ενεργειακά, την υψηλή μηχανική αντοχή τους κατασκευαστικά, και την οικονομική-οικολογική και τεχνολογική επανάστασή τους σε παγκόσμια κλίμακα, χρησιμοποιώντας τους για παραγωγή κινητικής και ηλεκτρικής ενέργειας.

Ιστορικά: Όλοι οι μέχρι σήμερα ηλεκτρομαγνητικοί κινητήρες: Συνεχούς Ρεύματος, Βηματικοί, Εναλλασσόμενου Ρεύματος (Μονοφασικοί, Τριφασικοί και Πολυφασικοί κ.α.) είναι κατασκευασμένοι να λειτουργούν σε μια γενική αρχή λειτουργίας:

Ο ρότωρας, ανεξαρτήτου είδους κινητήρα (μόνιμου μαγνήτη συνεχούς ρεύματος, επαγωγικός εναλλασσόμενου ρεύματος, βραχυκυκλωμένου δρομέα, κ.α.) δρα σαν μαγνητική βελόνα η οποία προσπαθεί να προσανατολιστεί στο μεταβαλλόμενο ή περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτη του κινητήρα.

Ο ρότωρας, ακολουθεί ΠΑΘΗΤΙΚΑ το μαγνητικό πεδίο του στάτη, δημιουργώντας ταυτόχρονα στον ίδιο το στάτη (λόγω κατασκευής) αντιηλεκτρεγερτικές δυνάμεις, με αποτέλεσμα οι κινητήρες να μην μπορούν ποτέ να ξεπεράσουν σε απόδοση τις ίδιες τους τις απώλειες δηλαδή η απόδοση τους είναι πάντοτε μικρότερη του 100%, καθότι η απορροφούμενη ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται για την κίνηση του κινητήρα, είναι πάντα μεγαλύτερη από την αποδιδόμενη μηχανική του ενέργεια στον άξονα.

Γ ια παράδειγμα σε τυπικό κινητήρα Συνεχούς Ρεύματος, που το επαγωγικό του τύμπανο έχει πολλές σπείρες συνδεδεμένες σε σειρά, οι αντιηλεκτρεγερτικές δυνάμεις όλων αυτών των σπειρών, προστίθενται και αποτελούν την αντιηλεκτρεγερτική δύναμη του κινητήρα και εξαρτάται από την ταχύτητα με την οποία οι αγωγοί τέμνουν τις μαγνητικές γραμμές του στάτη. Δηλαδή την ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα. Όταν ο κινητήρας λειτουργεί με ονομαστικό φορτίο , η αντιηλεκτρεγερτική του δύναμη κυμαίνεται μεταξύ του 80 έως 95% της τάσεως ανάλογα το μέγεθος του κινητήρα.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΙΚΑ: Αν δεν είχαμε λοιπόν αντιηλεκτρεγερτικές δυνάμεις, θα δαπανούσαμε το 5 έως 20% της τάσεως για το ίδιο φορτίο.

Επίσης η μαγνητική δύναμη (FB) των υπαρχόντων μέχρι σήμερα κινητήρων ισούται με το μαγνητικό πεδίο Β του στάτη επί το μαγνητικό πεδίο του ρότωρα (L * I)

όπου

L: ενεργό μήκος αγωγού και

I: Ρεύμα μαγνήτισης.

Δηλαδή ισχύει: FB= Β*L*Ί

Δηλαδή στους υπάρχοντες κινητήρες , η περιστροφική τους δύναμη καθορίζεται αποκλειστικά από το μαγνητικό πεδίο του στάτη (Β) και το μαγνητικό πεδίο του ρότωρα (L * I).

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

ΝΕΟΙ ΤΥΠΟΙ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ

ΚΑΘΕΤΩΝ ΠΕΔΙΩΝ

Στην παρούσα εφεύρεση οι αναφερόμενοι κινητήρες έχουν νέα αρχή λειτουργίας όπου ο ρότωρας είναι ΕΝΕΡΓΟΣ, δηλαδή έλκει και απωθεί τα μαγνητικά πεδία του στάτη και ΠΑΘΗΤΙΚΟΣ, δηλαδή έλκεται και απωθείται ταυτόχρονα από τα μαγνητικά πεδία του στάτη. Δηλαδή ανά πάσα στιγμή λειτουργίας των νέων κινητήρων , ο κάθε πόλος ξεχωριστά είτε στάτη είτε ρότωρα είναι ΕΝΕΡΓΗΤΙΚΟΣ και ΠΑΘΗΤΙΚΟΣ ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΑ. Οι μηχανικές λοιπόν δυνάμεις είναι επί 4.

Η αρχή λειτουργίας των νέων κινητήρων εστιάζεται στην κατασκευή τους όσον αφορά τα δημιουργούμενα μαγνητικά πεδία που προκαλούν την περιστροφή του.

Πιο συγκεκριμένα οι νέου τύπου κινητήρες (καθέτων πεδίων) ονομάζονται έτσι ακριβώς διότι τα πεδία στάτη - ρότωρα που δημιουργούμε για την περιστροφή είναι κάθετα μεταξύ τους, οι δε ηλεκτρομαγνήτες των κινητήρων είναι συνεχώς ενεργοί καθ’ όλο το διάστημα περιστροφής του ρότωρα και αλλάζουν πολικότητα μόνο στα σημεία αλλαγής. Τα σημεία αλλαγής είναι εκείνα στα οποία ισορροπεί ο ρότωρας όταν δεν υπάρχει εξωτερική τροφοδοσία στον κινητήρα.

Κατασκευαστικά αποτελούνται από στάτη από ηλεκτρομαγνήτες και ρότωρα από μαγνήτες ή ηλεκτρομαγνήτες ίσου ή διαφορετικού αριθμού πόλων από αυτόν του στάτη και ο έλεγχος γίνεται ηλεκτρονικά. Κατά τη λειτουργία τους τα πεδία είναι κάθετα μεταξύ τους έχοντας έτσι μεγάλη απόδοση.

Γ ια παράδειγμα ένας νέου τύπου ηλεκτρομαγνητικός κινητήρας καθέτων πεδίων με στάτη από ηλεκτρομαγνήτες 12 πόλων και ρότωρα από μόνιμους μαγνήτες 12 πόλων(σχήμα 5), κατά την λειτουργία του οι πόλοι του ρότωρα έλκονται και απωθούνται ταυτόχρονα προς μια κατεύθυνση. Για μια πλήρη περιστροφή του ρότωρα έχουμε 12 εναλλαγές πόλων του στάτη(σχήμα 5), δηλαδή αλλάζει πολικότητα ο στάτης ανά 30° και η αλλαγή αυτή γίνεται- ηλεκτρονικά.

Κατά την λειτουργία τους δεν βρίσκει εφαρμογή ο κανόνας του Lenz περί αντίθετης φοράς επαγωγικών ρευμάτων διότι δεν δημιουργείται τάση από επαγωγή. Δηλαδή τα δημιουργούμενα πεδία αλληλεπιδρούν θετικά μεταξύ τους χωρίς να δημιουργούνται δυνάμεις αντίδρασης κατά την περιστροφή τους.

Πλέον θα ονομάζονται κινητήρες δράσης χωρίς εσωτερικές αντιδράσεις, και χαρακτηρίζονται ως κινητήρες υψηλών ταχυτήτων.

ΑΝΑΛΥΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΝΕΟΥ ΤΥΠΟΥ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΚΑΘΕΤΩΝ ΠΕΔΙΩΝ

Στους νέους τύπους κινητήρων εκμεταλλευόμαστε την γεωμετρική τους κατασκευή. Η απόδοση των νέων ηλεκτρομαγνητικών κινητήρων, εξαρτάται από την φέρουσα δύναμη F των ηλεκτρομαγνητών του ή μαγνητών του.

Την γεωμετρική κατασκευή τους, δηλαδή τη διάμετρο D του κινητήρα, και τον αριθμό ζευγών πόλων (ν), που επενεργούν στις δυνάμεις περιστροφής.

Έχουμε δηλαδή: Ρ = F * d * ν

Όπου : Ρ είναι η ισχύς του κινητήρα

F είναι η δύναμη Coulomb F = (m1* m2) / α<2>

d είναι η διάμετρος του ρότωρα του κινητήρα

ν είναι ο αριθμός ζευγών πόλων

Έτσι αλλάζει και η εξωτερική εμφάνιση των νέων κινητήρων, είναι κινητήρες ως επί των πλείστων δισκοειδής (flat) εκμεταλλευόμενοι το d και το ν. Και όχι στενόμακροι κατά μήκος άξονα (Βlί). Τελευταίος αλλά σημαντικός λόγος στην απόδοση των νέων κινητήρων είναι τα υλικά κατασκευής τους. Δηλαδή όσον αφορά τα υλικά ηλεκτρομαγνητών θα πρέπει να έχουν υψηλή μαγνητική διαπερατότητα μr, μικρό συνεκτικό πεδίο Hc, και υψηλή μαγνήτιση Τ.

Αν αναφερόμαστε σε υλικά μόνιμων μαγνητών, πρέπει οι μαγνήτες να έχουν υψηλό Βr(παραμένοντα μαγνητισμό) και μεγάλο Hc(συνεκτικό πεδίο), δηλαδή να μην απομαγνητίζονται. Από τα υλικά κατασκευής εξαρτάται και η δύναμη περιστροφής του κάθε κινητήρα και κατ’ επέκταση και η ροπή τους.

Συνεπώς τα γενικά χαρακτηριστικά των νέων τύπων ηλεκτρομαγνητικών κινητήρων είναι:

1. Ο τρόπος δημιουργίας των μαγνητικών πεδίων που δρουν μεταξύ τους για την περιστροφή.

2. Η γεωμετρική κατασκευή των κινητήρων.

3. Τα υλικά κατασκευής των κινητήρων.

ΟΔΗΓΗΣΗ-ΕΛΕΓΧΟΣ

ΝΕΟΥ ΤΥΠΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ

Η οδήγηση-έλεγχος μπορεί να επιτευχθεί με τους παρακάτω τρόπους:

• Με την κλασική μέθοδο του συλλέκτη.

Με ηλεκτρονική οδήγηση όπως:

• H-bridge (Η-γέφυρα)

• Με διατάξεις ημιαγωγών (MOSFET’s, IGBT’s, BJT’s, Thyristors κ.α.)

• Με ηλεκτρονόμους ή ρελέδες κ.α.

Τα παραπάνω λαμβάνουν παλμούς οδήγησης από διάφορες μορφές αισθητήρων όπως; μαγνητικοί, μηχανικοί, οπτικοί, αισθητήρες IR με οπτικό δίσκο.

Επίσης μπορούν να οδηγηθούν με αισθητήρες φαινομένου Hall, optical encoder, με ηλεκτρονόμους DPDT με οπτικό αισθητήρα, κ.α..

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΧΕΔΙΩΝ

Σχήμα 1. Παραγωγή Ροπής αττό την προσπάθεια να ευθυγραμμιστούν δύο μαγνητικά πεδία.

Σχήμα 2. Απλός κινητήρας καθέτων πεδίων.

Σχήμα 3. Κινητήρες καθέτων πεδίων

Σχήμα 4. Ηλεκτρομαγνητικός κινητήρας καθέτων πεδίων με διαφορετικό αριθμό πόλων Στάτη-Ρότωρα

Σχήμα 5. Κινητήρας καθέτων πεδίων ίσων πόλων Στάτη-Ρότωρα (12 Πόλοι Στάτη —

12 Πόλοι Ρότωρα)

Claims (4)

ΑΞΙΩΣΕΙΣ

1. Ηλεκτρομαγνητικός κινητήρας καθέτων πεδίων που αποτελείται από ηλεκτρομαγνήτη στάτη και ηλεκτρομαγνήτη ρότωρα με ίδιο αριθμό πόλων στάτη-ρότωρα και δεν παρουσιάζει αντιηλεκτρεγερτικές δυνάμεις (ΑΗΕΔ).

2. Ηλεκτρομαγνητικός κινητήρας καθέτων πεδίων που αποτελείται από ηλεκτρομαγνήτη-μαγνήτη στάτη-ρότωρα ή αντιστρόφως με τον ίδιο αριθμό πόλων στάτη-ρότωρα και δεν παρουσιάζει αντιηλεκτρεγερτικές δυνάμεις (ΑΗΕΔ).

3. Ηλεκτρομαγνητικός κινητήρας καθέτων πεδίων που αποτελείται από ηλεκτρομαγνήτη στάτη - ηλεκτρομαγνήτη ρότωρα με διαφορετικό αριθμό πόλων στάτη-ρότωρα και δεν παρουσιάζει αντιηλεκτρεγερτικές δυνάμεις (ΑΗΕΔ).

4. Ηλεκτρομαγνητικός κινητήρας καθέτων πεδίων που αποτελείται από ηλεκτρομαγνήτη-μαγνήτη στάτη-ρότωρα ή αντιστρόφως με διαφορετικό αριθμό πόλων στάτη-ρότωρα και δεν παρουσιάζει αντιηλεκτρεγερτικές δυνάμεις (ΑΗΕΔ).