GR20160100560A - Μαγνητομηχανικη - 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. 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

ΜΑΓΝΗΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ

ΝΕΟΙ ΤΥΠΟΙ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ

ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ-ΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ-ΑΥΤΟΝΟΜΑ

ΗΛΕΚΤΡΟΠΑΡ ΑΓΩΓΑ ΖΕΥΓΗ

      1. ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΜΟΝΙΜΟΥ ΜΑΓΝΗΤΗ - ΜΑΓΝΗΤΟΚΙΝΗΣΗ

      2. ΚΑΘΕΤΩΝ ΠΕΔΙΩΝ

      3. ΑΝΤΙΠΑΡΑΛΛΗΛΩΝ ΠΕΔΙΩΝ

           3α] ΓΕΝΝΗΤΡΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ

           3β] ΙΔΙΟΣΥΧΝΟΤΙ KOI

      4. ΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΠΟΛΩΣΗΣ

      5. ΜΑΓΝΗΤΟΛΟΓΙΚΟΙ

      6. ΑΥΤΟΝΟΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΠΑΡΑΓΩΓΑ ΖΕΥΓΗ

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

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.

Για 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: F8= Β*L*I

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).

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΝΕΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ

Στην παρούσα εφεύρεση οι αναφερόμενοι κινητήρες έχουν νέα αρχή λειτουργίας όπου ο ρότωρας είναι ΕΝΕΡΓΟΣ, δηλαδή έλκει και απωθεί τα μαγνητικό πεδία του στάτη και ΠΑΘΗΤΙΚΟΣ, δηλαδή έλκεται και απωθείται ταυτόχρονα από τα μαγνητικό 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 μαγνητικό πεδία που προκαλούν την περιστροφή του.

Ειδικότερα:

       1. Μονίμου Μαγνήτη - Μαγνητοκίνηση: Οι κινητήρες μονίμου μαγνήτη είναι κατασκευασμένοι και στο σταθερό και στο κινητό τμήμα τους από μόνιμους μαγνήτες. Τους κατατάσσουμε σε δύο υποκατηγορίες: Α) Σταθερού ρότωρα ως προς άξονα και Β) Κινητού ή περιστρεφόμενου ρότωρα ως προς άξονα. 2. Καθέτων πεδίων: 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. 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.

      3. Αντιπαραλλήλων πεδίων: Οι νέου τύπου κινητήρες αντιπαραλλήλων πεδίων ονομάζονται έτσι ακριβώς διότι τα πεδία του στάτη -ρότωρα που δημιουργούμε για την περιστροφή είναι παράλληλα μεταξύ τους. Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν οι γεννητριοκινητήρες και οι ιδιοσυχνοτικοί κινητήρες. 3α] Γεννητριοκινητήρες: Είναι κινητήρες αντιπαραλλήλων πεδίων που κατά την λειτουργία τους δημιουργείται ηλεκτρεγερτική δύναμη (ΗΕΔ) που συμβάλει θετικά στην ενέργεια που απαιτείται για την περιστροφή τους με αποτέλεσμα την συνολική μείωση της κατανάλωσης ενέργειας για την λειτουργία τους. Δηλαδή όχι μόνο δεν δημιουργούνται Αντι-ηλεκτρεγερτικές δυνάμεις αλλά επιπλέον δημιουργούνται ηλεκτρεγερτικές θετικές ως προς τις δυνάμεις που τις προκαλούν. Γι αυτό το λόγο τους ονομάζουμε γεννητριοκινητήρες διότι κατά την λειτουργία τους λειτουργούν ταυτόχρονα και ως κινητήρες και ως γεννήτριες.

3β] Ιδιοσυχνοτικοί: Είναι κινητήρες αντιπαραλλήλων πεδίων και είναι γεννητριοκινητήρες με μια επιπλέον ιδιότητα. Είναι συνδεδεμένοι μόνιμα με διάταξη πυκνωτή έτσι ώστε η επαγωγική αντίσταση του κινητήρα (Συνολική αντίσταση των πηνίων του ΧL) να είναι ίση με την χωρητική αντίσταση του πυκνωτή Xc . Ούτως ώστε να έχουμε συντονισμό. Δηλαδή η μηχανή συμπεριφέρεται ως ΚΙΝΟΥΜΕΝΟΣ THOMSON. Η ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα δίνεται από τη σχέση Είναι κινητήρες που δεν χρειάζονται τροφοδοσία για να λειτουργούν καθότι ο περιστρεφόμενος κινητήρας δρα σαν γεννήτρια φορτίζοντας τον συνδεδεμένο πυκνωτή. Ο πυκνωτής εκφορτίζεται πάλι στα πηνία που δρουν τώρα ως πηνία κινητήρα. Έτσι ο κινητήρας έχει σταθερές στροφές σε συγκεκριμένο φορτίο.

4.   Μαγνητικής πόλωσης: Είναι κινητήρες καθέτων ή αντιπαραλλήλων πεδίων οι οποίοι εκμεταλλεύονται την δωρεάν ενέργεια του μόνιμου μαγνήτη που τοποθετούμε στους πόλους ρότωρα και στάτη του κινητήρα. Αυτοί οι κινητήρες είναι πολύ ισχυρότεροι από τους προηγουμένους καθότι διπλασιάζεται η δύναμη έλξεως - απώσεως κάθε πόλου δηλαδή μεγαλώνει η δύναμη F του κινητήρα και ταυτόχρονα υποδιπλασιάζεται η κατανάλωση λειτουργίας του. Πιο συγκεκριμένα η κατανάλωση μειώνεται αφού η επιφάνεια μαγνήτισης είναι η μισή (την άλλη μισή μας την προσφέρει ο μαγνήτης). Γ ια παράδειγμα ένας κινητήρας μαγνητικής πόλωσης με τον ίδιο όγκο και διαστάσεων με ένα καθέτων ή αντιπαραλλήλων πεδίων είναι κατά πολύ ισχυρότερος από τους προαναφερόμενους.

  5. Μαγνητολογικοί: Είναι κινητήρες όλων των πεδίων: καθέτων, αντιπαραλλήλων, στρεφομένων κ.α. Εκμεταλλεύονται τα μαγνητικά αγώγιμα και υπεραγώγιμα σύρματα (υπεραγωγοί χαμηλής ή υψηλής θερμοκρασίας), αγωγούς με μαγνητική μνήμη κ.α. καταργώντας τους πόλους των κινητήρων αφού σε αυτούς το ίδιο το πηνίο είναι εκτός από ηλεκτρικά και μαγνητικά αγώγιμο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την σμίκρυνση των κινητήρων σε όγκο και βάρος χωρίς να μειώνεται η απόδοση τους. Εννοείται ότι σε αυτούς τους κινητήρες χρησιμοποιούμε υπεραγώγιμους μαγνήτες πολλών μονάδων Τέσλα. Μαγνητολογικοί κινητήρες είναι ο συνδυασμός των ανωτέρω αναφερομένων κινητήρων και τεχνολογιών μεταξύ τους ούτως ώστε να είναι ταχύτατοι, “έξυπνοι”, δυνατοί με ελάχιστο όγκο και βάρος και με την ελάχιστη δυνατόν κατανάλωση. Οι Μαγνητολογικοί κινητήρες μπορούν εκτός των άλλων εφαρμογών να χρησιμοποιηθούν στην νανοτεχνολογία, στη ρομποτική και στο διάστημα.

 6. Αυτόνομα ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη: Είναι το ζεύγος κινητήρα - γεννήτριας που συνδέονται μηχανικά και ηλεκτρικά μεταξύ τους. Επειδή όλοι οι προαναφερόμενοι κινητήρες έχουν υψηλότατο βαθμό απόδοσης που ξεπερνά κατά πολύ την μονάδα, μπορούν να συνδεθούν με απλές γεννήτριες του εμπορίου και να αποτελέσουν αυτόνομα ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη.

ΑΝΑΛΥΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΝΕΩΝ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ

Στους νέους τύπους κινητήρων εκμεταλλευόμαστε την γεωμετρική τους κατασκευή. Η απόδοση των νέων ήλεκτρομαγνητικών 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 (ΒΙϊ). 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 απο μαγνητίζονται. 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

ΝΕΩΝ ΤΥΠΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ

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.

Claims (10)

ΑΞΙΩΣΕΙΣ

 1. Κινητήρες μονίμου μαγνήτη είναι οι μαγνητικοί κινητήρες που ο στάτης και ο ρότωρας αποτελούνται από μόνιμους μαγνήτες και οι μαγνήτες του ρότωρα είναι σταθεροί ως προς τον άξονα τους. Δεν χρειάζονται εξωτερική ενέργεια καθότι τα πεδία στάτη και ρότωρα που προέρχονται από μόνιμους μαγνήτες επενεργούν στην περιστροφή του κινητήρα. Είναι κινητήρες που δεν έχουν αντι-ηλεκτρεγερτικές δυνάμεις, δεν καίγονται και ο βαθμός απόδοσης είναι άνω του 100%.

2.   Κινητήρες μονίμου μαγνήτη οι οποίοι αποτελούνται από μόνιμους μαγνήτες και οι μαγνήτες του ρότωρά τους περιστρέφονται όσον αφορά τον άξονα τους. (Πλανητικό-Ηλιακό Σύστημα). Δεν χρειάζονται εξωτερική ενέργεια και ομοίως ως προς την αξίωση 1 έχουν τα ίδια χαρακτηριστικά.

3.   Όλοι οι κινητήρες μονίμου μαγνήτη των αξιώσεων 1 ,2 μπορούν να τροποποιηθούν σε μαγνητικούς - ηλεκτρομαγνητικούς, δηλαδή μπορεί είτε ο στάτης είτε ο ρότωρας ή και οι δύο να είναι ηλεκτρομαγνήτες.

4.   Ηλεκτρομαγνητικοί κινητήρες καθέτων πεδίων χωρίς αντιηλεκτρεγερτικές δυνάμεις με τα πεδία στάτη-ρότωρα να είναι κάθετα μεταξύ τους. Είναι κινητήρες που δεν καίγονται σε κατάσταση υπερφόρτωσης- πέδησης και ο βαθμός αποδόσεώς τους υπερβαίνει το 100%.

5.   Ηλεκτρομαγνητικοί κινητήρες αντιπαραλλήλων πεδίων με ηλεκτρεγερτικές δυνάμεις που συνεισφέρουν θετικά στην περιστροφή-λειτουργία του κινητήρα. 6. Ηλεκτρομαγνητικοί κινητήρες αντιπαραλλήλων πεδίων είναι κατά την λειτουργία τους και κινητήρες και γεννήτριες

      ταυτόχρονα. (Γεννητριοκινητήρες). Δημιουργείται ηλεκτρεγερτική δύναμη ομόρροπη ως προς την δύναμη που ενεργεί στην περιστροφή του κινητήρα και γι’ αυτό το λόγο είναι κινητήρες που παρουσιάζουν ιδιαίτερα μικρή κατανάλωση κατά την λειτουργία τους. Ομοίως με τους παραπάνω παρουσιάζουν τα ίδια χαρακτηριστικά.

7.   Γεννητριοκινητήρες συνδεδεμένοι με διάταξη πυκνωτή αποτελούν τους λεγάμενους ιδιοσυχνοτικούς κινητήρες. (Κινούμενος Thomson). Είναι οι κινητήρες που δεν χρειάζονται εξωτερική ενέργεια και έχουν συγκεκριμένη ταχύτητα για συγκεκριμένο φορτίο. Ομοίως και αυτοί δεν έχουν αντιηλεκτρεγερτικές δυνάμεις, δεν καίγονται και ο βαθμός αποδόσεώς τους υπερβαίνει το 100%.

8.   Κινητήρες μαγνητικής πόλωσης είναι οι ηλεκτρομαγνητικοί κινητήρες που εκμεταλλεύονται τους μόνιμους μαγνήτες στους πόλους στάτη-ρότωρα του κινητήρα. Παρουσιάζουν περισσότερη ροπή από όλους τους παραπάνω τύπους κινητήρων καθότι εκμεταλλεύονται την μόνιμη ενέργεια που παρέχουν οι μαγνήτες. Ομοίως στους κινητήρες μαγνητικής πόλωσης δεν παρουσιάζονται αντιηλεκτρεγερτικές δυνάμεις, δεν καίγονται σε κατάσταση υπερφόρτωσης - πέδησης και παρουσιάζουν βαθμό απόδοσης που υπερβαίνει το 100%.

9.   Μαγνητολογικοί κινητήρες είναι οι ηλεκτρομαγνητικοί κινητήρες που εργάζονται σε όλα τα είδη πεδίων, κατασκευασμένοι από αγώγιμα ή υπεραγώγιμα ηλεκτρικά και μαγνητικά υλικά καθώς και υλικά με μαγνητική μνήμη ή ο οποιοσδήποτε συνδυασμός των ανωτέρω κινητήρων. Δεν έχουν αντιηλεκτρεγερτικές δυνάμεις, δεν καίγονται και ο βαθμός αποδόσεώς τους υπερβαίνει το 100%.

10. Αυτόνομα ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη αποτελούνται από ένα κινητήρα από τους ανωτέρω με μια γεννήτρια και είναι σε σύζευξη μεταξύ τους ηλεκτρομηχανικά.