RU2748108C1 - Solar electromagnetic motor (options) - Google Patents

Solar electromagnetic motor (options) Download PDF

Info

Publication number
RU2748108C1
RU2748108C1 RU2020123799A RU2020123799A RU2748108C1 RU 2748108 C1 RU2748108 C1 RU 2748108C1 RU 2020123799 A RU2020123799 A RU 2020123799A RU 2020123799 A RU2020123799 A RU 2020123799A RU 2748108 C1 RU2748108 C1 RU 2748108C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
magnets
coils
gap
stator
Prior art date
Application number
RU2020123799A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Семенович Стребков
Николай Юрьевич Бобовников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
Priority to RU2020123799A priority Critical patent/RU2748108C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2748108C1 publication Critical patent/RU2748108C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Brushless Motors (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular, to permanent magnet DC motors using a solar photovoltaic generator to power electrical windings. The solar electromagnetic motor has a rotor, a photoelectric generator of switched solar cells with p-n junctions, connected to electric coils, a stator, a permanent magnet, n electric coils are installed on the edge of the rotor disk, n = 1, 2, 3 ... m natural series of numbers, axes of symmetry electric coils are perpendicular to the plane of the disk, permanent magnets are installed in pairs with a gap of 2n on the stator opposite each coil, where n = 1, 2, 3 ... m is a natural row of numbers, in each pair of magnets the planes of the sides containing the north and south poles are parallel to each other and radius of the disk and are oriented to each other by opposite poles with a gap between the magnets of 1 - 6 mm, one of the sides of each rotor coil is installed in the gap between the magnets in each pair of magnets, the height of the rotor coils is 0.5 - 3 mm less than the gap between the magnets, the photovoltaic generator is installed on the rotor and connected through a diode, a capacitor and a pulse switching device and with electric rotor coils, the pulse switching device contains a sensor for monitoring the position of the rotor coil in the gap of the stator magnets and a switch for supplying pulsed current and voltage to the electric rotor coils from a photovoltaic generator. The invention includes the second embodiment of the motor.
EFFECT: technical result consists in a more complete use of the energy of solar cells and an increase in their voltage, as well as in reducing energy losses on the resistance of the rotor and sliding contacts to the rotor.
12 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к двигателям постоянного тока с постоянным магнитом, использующим солнечный фотоэлектрический генератор для питания электрических обмоток.The invention relates to electrical engineering, in particular, to permanent magnet DC motors using a solar photovoltaic generator to power electrical windings.

Известен солнечный магнитный двигатель Мендосино, содержащий ротор с осью вращения, подшипниками и электрической обмоткой, соединенной с токовыводами генератора из скоммутированных солнечных элементов с p-n переходами, размещенных на боковой поверхности ротора, а также неподвижный постоянный магнит, плоскость которого параллельна оси ротора (SolarMendocinoMotor,wwwinstuctables.com/id/solarmotor).Known solar magnetic motor Mendocino, containing a rotor with an axis of rotation, bearings and an electrical winding connected to the generator current leads from switched solar cells with pn junctions, placed on the side surface of the rotor, as well as a stationary permanent magnet, the plane of which is parallel to the axis of the rotor (SolarMendocinoMotor, wwwinstuctables .com / id / solarmotor).

В известном солнечном магнитном двигателе для вращения ротора используется закон электромагнитной индукции Фарадея, электрическая энергия для питания обмоток ротора поступает от солнечного генератора.In the known solar magnetic motor, Faraday's law of electromagnetic induction is used to rotate the rotor, electrical energy to power the rotor windings comes from a solar generator.

Недостатком известного солнечного магнитного двигателя является низкий КПД использования солнечной энергии из-за затенения ротором 75% площади солнечных элементов, установленных на неосвещаемой поверхности ротора.The disadvantage of the known solar magnetic motor is the low efficiency of using solar energy due to the shading by the rotor of 75% of the area of solar cells installed on the unilluminated surface of the rotor.

Другим недостатком является низкий электрический КПД солнечного магнитного двигателя из-за явления самоиндукции в обмотке ротора, которая приводит к торможению ротора при взаимодействии с магнитным полем статора.Another disadvantage is the low electrical efficiency of the solar magnetic motor due to the phenomenon of self-induction in the rotor winding, which leads to braking of the rotor when interacting with the stator magnetic field.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является солнечный магнитный двигатель, содержащий ротор с осью вращения, подшипниками и электрической обмоткой, соединенной с токовыводами генератора из скоммутированных солнечных элементов с p-n переходами, размещенных на поверхности ротора, а также постоянный магнит, плоскость которого параллельна оси ротора. Ротор выполнен в виде диска из проводящего материала c осью вращения, содержащей две изолированные друг от друга полуоси ротора, одна из которых соединена с диском, а вторая с одним из токовыводов генератора, на диске с одной стороны через изолирующий слой закреплен осесимметрично генератор, постоянный магнит установлен осесимметрично с другой стороны диска и имеет площадь поверхности, соизмеримую с поверхностью диска, токовыводы генератора соединены непосредственно с полуосью ротора и с одним из контактов диска, а полуось ротора и второй контакт к диску соединены через два скользящих контакта с двумя внешними неподвижными проводниками и внешней нагрузкой (патент РФ №2684638, опубл. 11.04.2019, Бюл. №11). В варианте исполнения ротор выполнен в виде диска из проводящего материала, c осью вращения, содержащей две изолированные друг от друга полуоси ротора, одна из которых соединена с центром диска, а вторая полуось с одним из токовыводов генератора, диск состоит из изолированных криволинейных сегментов, соединенных между собой параллельно на оси и на ободе диска, границы между сегментами выполнены в виде логарифмической золотой спирали с координатамиThe closest in technical essence to the proposed invention is a solar magnetic motor containing a rotor with an axis of rotation, bearings and an electric winding connected to the generator current leads from switched solar cells with pn junctions located on the surface of the rotor, as well as a permanent magnet, the plane of which is parallel to the axis rotor. The rotor is made in the form of a disc made of a conductive material with an axis of rotation containing two rotor semiaxes isolated from each other, one of which is connected to the disc, and the second to one of the generator current leads, on the disc on one side through an insulating layer a generator is fixed axisymmetrically, a permanent magnet is mounted axisymmetrically on the other side of the disk and has a surface area commensurate with the surface of the disk, the generator current leads are connected directly to the rotor half-axis and to one of the disk contacts, and the rotor half-shaft and the second contact to the disk are connected through two sliding contacts with two external fixed conductors and an external load (RF patent No. 2684638, publ. 11.04.2019, bull. No. 11). In the embodiment, the rotor is made in the form of a disk made of a conductive material, with an axis of rotation containing two rotor half-shafts isolated from each other, one of which is connected to the center of the disk, and the second half-shaft with one of the generator current leads, the disk consists of isolated curved segments connected parallel to each other on the axis and on the rim of the disc, the boundaries between the segments are made in the form of a logarithmic golden spiral with coordinates

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где r и θ - радиус вектор и угол радиуса вектора в полярной системе координат;where r and θ are the radius vector and the angle of the vector radius in the polar coordinate system;

Figure 00000002
– параметр золотого сечения;
Figure 00000002
- parameter of the golden ratio;

α – постоянная, определяющая размер спирали и диска.α is a constant that determines the size of the spiral and disk.

Преимуществом предлагаемого солнечного двигателя является круговая симметрия магнитного поля в диске и отсутствие потерь от вихревых токов при вращении ротора в осесимметричном магнитном поле, так как напряженность магнитного поля в роторе, в отличие от прототипа, не изменяется во времени. The advantage of the proposed solar engine is the circular symmetry of the magnetic field in the disk and the absence of losses from eddy currents when the rotor rotates in an axisymmetric magnetic field, since the magnetic field strength in the rotor, unlike the prototype, does not change over time.

Недостатком известного солнечного магнитного двигателя является низкое напряжение и большие токи в роторе, которые приводят к потерям на электрическом сопротивлении ротора. Другим недостатком являются потери энергии на скользящих контактах к ротору.The disadvantage of the known solar magnetic motor is the low voltage and high currents in the rotor, which lead to losses in the electrical resistance of the rotor. Another disadvantage is the energy loss in sliding contacts to the rotor.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности использования солнечной энергии и электрического КПД солнечного магнитного двигателя.The objective of the present invention is to improve the efficiency of using solar energy and the electrical efficiency of the solar magnetic motor.

Технический результат заключается в более полном использовании энергии солнечных элементов и увеличении их напряжения, а также в снижении потерь энергии на сопротивлении ротора и скользящих контактах к ротору.The technical result consists in a more complete use of the energy of solar cells and an increase in their voltage, as well as in a decrease in energy losses on the resistance of the rotor and sliding contacts to the rotor.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом солнечном электромагнитном двигателе, содержащем ротор, выполненный в виде диска с осью вращения, фотоэлектрический генератор из скоммутированных солнечных элементов с p-n переходами, соединённый с электрическими катушками, статор и постоянный магнит, согласно изобретению, на краю диска ротора установлены n электрических катушек, n = 1, 2, 3… m натуральный ряд чисел, оси симметрии электрических катушек перпендикулярны плоскости диска, на статоре напротив каждой катушки установлены попарно с зазором 2n постоянных магнитов, где n = 1, 2, 3… m натуральный ряд чисел, в каждой паре магнитов плоскости сторон, содержащих северный и южный полюсы, параллельны друг другу и радиусу диска и ориентированы друг к другу противоположными полюсами с величиной зазора между магнитами 1-6 мм, одна из сторон каждой катушки ротора установлена в зазоре между магнитами в каждой паре магнитов, высота катушек ротора на 0,5-3 мм меньше величины зазора между магнитами, фотоэлектрический генератор из скоммутированных солнечных элементов установлен на роторе и соединён через диод, ёмкость и устройство импульсной коммутации с электрическими катушками ротора, устройство импульсной коммутации содержит датчик контроля расположения катушки ротора в зазоре магнитов статора и коммутатор подачи импульсного тока и напряжения на электрические катушки ротора от фотоэлектрического генератора.The technical result is achieved by the fact that in the proposed solar electromagnetic motor containing a rotor made in the form of a disk with an axis of rotation, a photovoltaic generator of switched solar cells with pn junctions, connected to electric coils, a stator and a permanent magnet, according to the invention, at the edge of the rotor disk n electric coils are installed, n = 1, 2, 3 ... m natural series of numbers, the symmetry axes of the electric coils are perpendicular to the plane of the disk, on the stator opposite each coil are installed in pairs with a gap of 2n permanent magnets, where n = 1, 2, 3 ... m natural a series of numbers, in each pair of magnets, the planes of the sides containing the north and south poles are parallel to each other and the radius of the disk and are oriented to each other by opposite poles with a gap between the magnets of 1-6 mm, one of the sides of each rotor coil is installed in the gap between the magnets in each pair of magnets, the height of the rotor coils is 0.5-3 mm less than the gap between du magnets, a photovoltaic generator made of switched solar cells is installed on the rotor and connected through a diode, a capacitor and a pulse switching device with electric rotor coils, the pulse switching device contains a sensor for monitoring the position of the rotor coil in the gap of the stator magnets and a switch for supplying pulsed current and voltage to electric coils rotor from a photovoltaic generator.

В варианте солнечного электромагнитного двигателя катушки ротора соединены последовательно.In a variant of a solar electromagnetic motor, the rotor coils are connected in series.

В другом варианте солнечного электромагнитного двигателя катушки ротора соединены параллельно.In another embodiment of a solar electromagnetic motor, the rotor coils are connected in parallel.

Ещё в одном варианте солнечного электромагнитного двигателя катушки ротора соединены последовательно в секции, а секции соединены параллельно.In another version of the solar electromagnetic motor, the rotor coils are connected in series in sections, and the sections are connected in parallel.

В варианте солнечного электромагнитного двигателя датчик контроля расположения катушки ротора в зазоре магнитов статора выполнен в виде датчика Холла.In the version of the solar electromagnetic motor, the sensor for monitoring the position of the rotor coil in the gap of the stator magnets is made in the form of a Hall sensor.

В другом варианте солнечного электромагнитного двигателя датчик контроля расположения стороны катушки в зазоре магнитов статора выполнен в виде светодиода с отражателем и фотоприёмника.In another version of the solar electromagnetic motor, the sensor for monitoring the position of the coil side in the gap of the stator magnets is made in the form of an LED with a reflector and a photodetector.

Технический результат достигается также тем, что в солнечном электромагнитном двигателе, содержащем ротор, выполненный в виде диска с осью вращения, фотоэлектрический генератор из скоммутированных солнечных элементов с p-n переходами, соединённый с электрическими катушками, статор и постоянный магнит, согласно изобретению, на краю диска с двух сторон установлены попарно 2n постоянных магнитов, где n = 1, 2, 3… m натуральный ряд чисел, в каждой паре магнитов плоскости сторон, содержащих северный и южный полюсы, параллельны друг другу и радиусу диска, перпендикулярны плоскости диска и ориентированы друг к другу противоположными полюсами с величиной зазора между магнитами 1-6 мм, статор содержит n катушек, оси симметрии которых перпендикулярны плоскости диска, высота катушек меньше величины зазора между магнитами на 0,5-3 мм, одна из сторон каждой катушки статора установлена в зазоре между магнитами в каждой паре магнитов, фотоэлектрический генератор из скоммутированных солнечных элементов установлен на статоре и соединён через диод, ёмкость и устройство импульсной коммутации с электрическими катушками, устройство импульсной коммутации содержит датчик контроля расположения катушки статоров зазоре магнитов ротора и коммутатор подачи импульсного тока и напряжения на электрические катушки статора от фотоэлектрического генератора.The technical result is also achieved by the fact that in a solar electromagnetic engine containing a rotor made in the form of a disk with an axis of rotation, a photovoltaic generator of switched solar cells with pn junctions connected to electric coils, a stator and a permanent magnet, according to the invention, at the edge of the disk with two sides are installed in pairs 2n permanent magnets, where n = 1, 2, 3 ... m natural series of numbers, in each pair of magnets the planes of the sides containing the north and south poles are parallel to each other and the radius of the disk, perpendicular to the plane of the disk and oriented to each other opposite poles with a gap between the magnets of 1-6 mm, the stator contains n coils, the symmetry axes of which are perpendicular to the plane of the disk, the height of the coils is 0.5-3 mm less than the gap between the magnets, one of the sides of each stator coil is installed in the gap between the magnets in each pair of magnets, a photovoltaic generator from switched solar cells in installed on the stator and connected through a diode, a capacitor and a pulse switching device with electric coils, the pulse switching device contains a sensor for monitoring the position of the stator coil, the gap of the rotor magnets and a switch for supplying pulse current and voltage to the electric stator coils from a photoelectric generator.

В варианте солнечного электромагнитного двигателя катушки статора соединены последовательно.In a solar electromagnetic motor embodiment, the stator coils are connected in series.

В другом варианте солнечного электромагнитного двигателя катушки статора соединены параллельно.In another embodiment of a solar electromagnetic motor, the stator coils are connected in parallel.

Ещё в одном варианте солнечного электромагнитного двигателя катушки статора соединены последовательно в секции, а секции соединены параллельно.In yet another embodiment of a solar electromagnetic motor, the stator coils are connected in series in sections, and the sections are connected in parallel.

В варианте солнечного электромагнитного двигателя датчик контроля расположения стороны катушки в зазоре магнитов ротора выполнен в виде датчика Холла.In the version of the solar electromagnetic motor, the sensor for monitoring the position of the coil side in the gap of the rotor magnets is made in the form of a Hall sensor.

В другом варианте солнечного электромагнитного двигателя постоянного тока датчик контроля расположения стороны катушки в зазоре магнитов ротора выполнен в виде светодиода с отражателем и фотоприёмника.In another version of the solar electromagnetic DC motor, the sensor for monitoring the position of the coil side in the gap of the rotor magnets is made in the form of an LED with a reflector and a photodetector.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на где на фиг. 1 представлен солнечный электромагнитный двигатель с электрическими катушками на роторе и постоянными магнитами на статоре, на фиг. 2 - солнечный электромагнитный двигатель с электрическими катушками на статоре и постоянными магнитами на роторе, на фиг. 3 - расположение одной пары постоянных магнитов на роторе, вид с торца, на фиг. 4 - расположение одной пары постоянных магнитов на роторе, вид сбоку.The essence of the invention is illustrated by drawings, where where in FIG. 1 shows a solar electromagnetic motor with electric coils on the rotor and permanent magnets on the stator, FIG. 2 - solar electromagnetic motor with electric coils on the stator and permanent magnets on the rotor, FIG. 3 - location of one pair of permanent magnets on the rotor, end view, in Fig. 4 - location of one pair of permanent magnets on the rotor, side view.

Солнечный электромагнитный двигатель нафиг. 1 содержит ротор 1, выполненный в виде диска 2 с осью вращения 3, фотоэлектрический генератор 4 из скоммутированных солнечных элементов с p-n переходами, соединённый с электрическими катушками 5, статор 6 и постоянный магнит 7. На краю диска 2 ротора 1установлены n электрических катушек 5, n = 1, 2, 3… m натуральный ряд чисел, оси симметрии 8 электрических катушек 5 перпендикулярны плоскости диска 2, на статоре 6 напротив каждой катушки 5 установлены попарно с зазором 2n постоянных магнитов 7 и 9, где n = 1, 2, 3… m натуральный ряд чисел, в каждой паре магнитов 7 и 9 плоскости сторон, содержащих северный 10 и южный 11 полюсы, параллельны друг другу и радиусу 12 диска 2 и ориентированы друг к другу противоположными полюсами 10 и 11 с величиной зазора 13 между магнитами 7 и 9 1-6 мм, одна из сторон 14 каждой катушки 5 ротора 1 установлена в зазоре 13 между магнитами 7 и 9 в каждой паре магнитов, высота 15 катушек 5 ротора 1 на 0,5-3 мм меньше величины зазора 13 между магнитами 7 и 9, фотоэлектрический генератор 4 из скоммутированных солнечных элементов установлен на роторе 1 и соединён через диод 16, ёмкость 17 и устройство 18 импульсной коммутации с электрическими катушками 5 ротора 1, устройство импульсной коммутации 18 содержит датчик контроля 19 расположения катушки 5 ротора 1 в зазоре 13 магнитов 7 и 9 статора 6 и коммутатор 20 подачи импульсного тока и напряжения на электрические катушки 5 ротора 1 от фотоэлектрического генератора 4.Solar electromagnetic motor nafig. 1 contains a rotor 1 made in the form of a disk 2 with an axis of rotation 3, a photovoltaic generator 4 of switched solar cells with pn junctions connected to electric coils 5, a stator 6 and a permanent magnet 7. On the edge of the disk 2 of the rotor 1, n electric coils 5 are installed, n = 1, 2, 3 ... m natural series of numbers, the axes of symmetry 8 electric coils 5 are perpendicular to the plane of the disk 2, on the stator 6 opposite each coil 5 are installed in pairs with a gap 2n of permanent magnets 7 and 9, where n = 1, 2, 3 ... m is a natural row of numbers, in each pair of magnets 7 and 9 the planes of the sides containing the north 10 and south 11 poles are parallel to each other and to the radius 12 of the disc 2 and are oriented to each other by opposite poles 10 and 11 with a gap size 13 between the magnets 7 and 9 1-6 mm, one of the sides 14 of each coil 5 of the rotor 1 is installed in the gap 13 between the magnets 7 and 9 in each pair of magnets, the height of 15 coils 5 of the rotor 1 is 0.5-3 mm less than the size of the gap 13 between the magnets 7 and 9, ph An electric generator 4 of the switched solar cells is installed on the rotor 1 and is connected through a diode 16, a capacitance 17 and a pulse switching device 18 with electric coils 5 of a rotor 1, a pulse switching device 18 contains a control sensor 19 of the location of the coil 5 of the rotor 1 in the gap 13 of magnets 7 and 9 of the stator 6 and the switch 20 for supplying pulsed current and voltage to the electric coils 5 of the rotor 1 from the photovoltaic generator 4.

В солнечном электромагнитном двигателе постоянного тока на фиг. 1 катушки 5 ротора 1 соединены последовательно, а датчик контроля 19 расположения стороны катушки 5 в зазоре 13 магнитов 7 и 9 статора 6 выполнен в виде датчика Холла.In a solar DC electromagnetic motor in FIG. 1, the coils 5 of the rotor 1 are connected in series, and the control sensor 19 of the location of the side of the coil 5 in the gap 13 of the magnets 7 and 9 of the stator 6 is made in the form of a Hall sensor.

В солнечном электромагнитном двигателе на фиг. 2 на краю диска 21 ротора 22 с двух сторон установлены попарно 2n постоянных магнитов 23 и 24, где n = 1, 2, 3… m натуральный ряд чисел, в каждой паре магнитов 23 и 24 плоскости сторон, содержащих северный 25 и южный 26 полюсы, параллельны друг другу и радиусу 27 диска 21, перпендикулярны плоскости диска 21 и ориентированы друг к другу противоположными полюсами 25 и 26 с величиной зазора 28 между магнитами 23 и 24 1-6 мм, статор 29 содержит n катушек 30, оси симметрии 31 которых перпендикулярны плоскости диска 21, высота 32 катушек 30 меньше величины зазора 28 между магнитами 23 и 24 на 0,5-3 мм, одна из сторон 33 каждой катушки 30 статора 29 установлена в зазоре 28 между магнитами 23 и 24 в каждой паре магнитов, фотоэлектрический генератор 34 из скоммутированных солнечных элементов установлен на статоре 29 и соединён через диод 35, ёмкость 36 и устройство импульсной коммутации 37 с электрическими катушками 30, устройство импульсной коммутации 37 содержит датчик 38 контроля расположения катушки30 статора29 в зазоре 28 магнитов23 и 24 ротора22 и коммутатор 39 подачи импульсного тока и напряжения на электрические катушки30 статора29 от фотоэлектрического генератора 34.In the solar electromagnetic motor of FIG. 2 on the edge of the disk 21 of the rotor 22 on both sides 2n permanent magnets 23 and 24 are installed in pairs, where n = 1, 2, 3 ... m is a natural row of numbers, in each pair of magnets 23 and 24 the planes of the sides containing the north 25 and south 26 poles , parallel to each other and to the radius 27 of the disc 21, perpendicular to the plane of the disc 21 and oriented to each other by opposite poles 25 and 26 with a gap 28 between the magnets 23 and 24 1-6 mm, the stator 29 contains n coils 30, the axes of symmetry 31 of which are perpendicular the plane of the disk 21, the height 32 of the coils 30 is less than the size of the gap 28 between the magnets 23 and 24 by 0.5-3 mm, one of the sides 33 of each coil 30 of the stator 29 is installed in the gap 28 between the magnets 23 and 24 in each pair of magnets, a photoelectric generator 34 of the switched solar cells is installed on the stator 29 and is connected through a diode 35, a capacitance 36 and a pulse switching device 37 with electric coils 30, a pulse switching device 37 contains a position control sensor 38 I coil 30 of the stator 29 in the gap 28 of the magnets 23 and 24 of the rotor 22 and the switch 39 for supplying pulsed current and voltage to the electric coils 30 of the stator 29 from the photovoltaic generator 34.

В солнечном электромагнитном двигателе на фиг. 2 катушки 30 статора 29 соединены последовательно, а датчик 38 контроля расположения стороны катушки 30 в зазоре 28 магнитов ротора 22 выполнен в виде светодиода с отражателем и фотоприёмника.In the solar electromagnetic motor of FIG. 2, the coils 30 of the stator 29 are connected in series, and the sensor 38 for monitoring the location of the side of the coil 30 in the gap 28 of the magnets of the rotor 22 is made in the form of an LED with a reflector and a photodetector.

На фиг. 3 постоянные магниты 23 и 24 установлены на краю диска 21 ротора 22 с зазором 28 разноимёнными полюсами 25 и 26 друг к другу с зазором 28 между магнитами.FIG. 3, the permanent magnets 23 and 24 are mounted on the edge of the disc 21 of the rotor 22 with a gap 28 of opposite poles 25 and 26 to each other with a gap 28 between the magnets.

На фиг. 4 одна сторона 33 каждой катушки 30 статора 29 установлена в зазоре 28. Высота 32 катушки 30 меньше величины зазора 28 между магнитами 23 и 24 на 0,5-3 мм. Ось симметрии 31 катушек 30 перпендикулярны плоскости диска 21.FIG. 4, one side 33 of each coil 30 of the stator 29 is installed in the gap 28. The height 32 of the coil 30 is less than the size of the gap 28 between the magnets 23 and 24 by 0.5-3 mm. The axis of symmetry 31 of the coils 30 is perpendicular to the plane of the disc 21.

Солнечный электромагнитный двигатель работает следующим образом (фиг. 4). Фотоэлектрический генератор 4 преобразует солнечное излучение в электрическую энергию. Электрическая энергия через блокирующий диод 16 поступает и накапливается в ёмкости 17. В качестве ёмкости 17 для накопления энергии можно использовать суперконденсатор или аккумулятор. Датчик контроля 19 положения катушки 5 ротора 1 на основе датчика Холла при расположении катушки 5 в зазоре 13 пары магнитов 7 и 9 статора 6 включает коммутатор 20, который выполнен в виде твёрдотельного реле. Электрический ток от ёмкости 17 поступает во все последовательно соединённые катушки 5 ротора 1. Импульсные токи в катушках 5 ротора 1 возбуждают магнитное поле, которое ортогонально магнитному полю постоянных магнитов 7 и 9 статора 6. Взаимодействие магнитных полей ротора 1 и статора 6 приводит к вращению ротора. Длительность импульса тока через катушки 5 равно времени нахождения датчика Холла и катушки 5 в зазоре 13 пары магнитов 7 и 9 статора 6. Длительность паузы между импульсами тока и скважность импульсов определяется скоростью вращения ротора 1 и расстоянием между соседними парами магнитов 7 и 9 на статоре 6, которое равно расстоянию между катушками 5 на роторе 1. Направление вращения ротора изменяют путём изменения полярности напряжения на катушках 5 ротора 1.Solar electromagnetic motor works as follows (Fig. 4). Photovoltaic generator 4 converts solar radiation into electrical energy. Electric energy through the blocking diode 16 enters and accumulates in the reservoir 17. As the reservoir 17 for energy storage, you can use a supercapacitor or a battery. The sensor for monitoring the position of the coil 5 of the rotor 1 based on the Hall sensor when the coil 5 is located in the gap 13 of the pair of magnets 7 and 9 of the stator 6 includes a switch 20, which is made in the form of a solid-state relay. Electric current from the capacity 17 enters all series-connected coils 5 of the rotor 1. Pulse currents in the coils 5 of the rotor 1 excite a magnetic field that is orthogonal to the magnetic field of the permanent magnets 7 and 9 of the stator 6. The interaction of the magnetic fields of the rotor 1 and the stator 6 leads to the rotation of the rotor ... The duration of the current pulse through the coils 5 is equal to the time spent by the Hall sensor and the coil 5 in the gap 13 of the pair of magnets 7 and 9 of the stator 6. The duration of the pause between the current pulses and the duty cycle of the pulses is determined by the speed of rotation of the rotor 1 and the distance between adjacent pairs of magnets 7 and 9 on the stator 6 , which is equal to the distance between the coils 5 on the rotor 1. The direction of rotation of the rotor is changed by changing the polarity of the voltage on the coils 5 of the rotor 1.

Примеры выполнения солнечного электромагнитного двигателя.Examples of the implementation of the solar electromagnetic motor.

Пример 1. Ротор 1 (фиг. 1) выполнен в виде диска 2 из стеклотекстолита диаметром 100 мм толщиной 3 мм. На роторе 1 установлено 8 катушек 5 из провода диаметром 1 мм. Число витков в каждой катушке 5 равно 3. На статоре 6 осесимметрично установлено 8 пар постоянных магнитов 7 и 9. Каждый магнит 5 и 7 N52 имеет размеры 25 х 12 х 10 мм с магнитной индукцией В2 = 1,45 Тл и максимальной энергией ВНмакс = 400 кДж/м3. Фотоэлектрический генератор 4 из двух кремниевых солнечных элементов с p-n переходами с КПД 20%. Напряжение на ёмкости 17 составляет 1,2 В, импульсный ток 2А. Скорость вращения ротора 1 равна 200 об/мин.Example 1. Rotor 1 (Fig. 1) is made in the form of a disk 2 made of fiberglass with a diameter of 100 mm and a thickness of 3 mm. On the rotor 1, there are 8 coils 5 made of wire with a diameter of 1 mm. The number of turns in each coil 5 is 3. On the stator 6, 8 pairs of permanent magnets 7 and 9 are installed axisymmetrically. Each magnet 5 and 7 N52 has dimensions of 25 x 12 x 10 mm with a magnetic induction B 2 = 1.45 T and a maximum HV energy max = 400 kJ / m 3 . Photovoltaic generator 4 of two silicon solar cells with pn junctions with an efficiency of 20%. The voltage across the tank 17 is 1.2 V, the impulse current is 2A. The rotation speed of rotor 1 is 200 rpm.

Пример 2. На роторе 22 диаметром 100 мм (фиг. 2) через 45º установлено 8 пар постоянных магнитов 23 и 24 Nd – Fe – BN 52 размером каждый 25 х 12 х 10 мм. Зазор 28 в каждой паре постоянных магнитов 23 и 24 составляет 5 мм. На статоре 29 через 45º установлены 8 электрических катушек 30. Число витков в каждой катушке 100, диаметр провода 0,2 мм, ширина катушки 35 мм, длина 45 мм, общая длина витков составляет 16 м. Активное сопротивление катушки 230 Ом. Напряжение фотоэлектрического генератора 34 составляет 110 В, ток 4 мА, потребляемая мощность 0,44 Вт, размеры 50 х 50 мм, ёмкость 36 равна 200 мкФ. Напряжение на ёмкости 40 В, импульсный ток 25 мА. Скорость вращения ротора 22 составляет 750 об/мин.Example 2. On a rotor 22 with a diameter of 100 mm (Fig. 2), 8 pairs of permanent magnets 23 and 24 Nd - Fe - BN 52 each measuring 25 x 12 x 10 mm are installed at 45 degrees. The gap 28 in each pair of permanent magnets 23 and 24 is 5 mm. 8 electric coils 30 are installed on the stator 29 through 45º. The number of turns in each coil is 100, wire diameter 0.2 mm, coil width 35 mm, length 45 mm, total length of turns is 16 m. Coil active resistance 230 Ohm. The voltage of the photovoltaic generator 34 is 110 V, the current is 4 mA, the power consumption is 0.44 W, the dimensions are 50 x 50 mm, and the capacitance 36 is 200 μF. The voltage across the tank is 40 V, the pulse current is 25 mA. The rotational speed of the rotor 22 is 750 rpm.

После включения питания время остановки вращения ротора составляет 30 сек и одинаково в режиме разомкнутой цепи и в режиме короткого замыкания цепи катушек, что свидетельствует об отсутствии реакции статора на ротор и противоэдс в солнечном электромагнитном двигателе.After turning on the power, the time for stopping the rotation of the rotor is 30 seconds and is the same in the open-circuit mode and in the short-circuit mode of the coil circuit, which indicates that the stator does not react to the rotor and the counter-emf in the solar electromagnetic motor.

Достоинством предлагаемого солнечного электромагнитного двигателя является высокое напряжение и малые токи в электрических катушках, низкая потребляемая энергия и отсутствие потерь на вихревые токи, на затенение солнечных элементов и на трение в скользящих контактах.The advantage of the proposed solar electromagnetic motor is high voltage and low currents in electric coils, low energy consumption and no losses due to eddy currents, solar cell shading and friction in sliding contacts.

Claims (12)

1. Солнечный электромагнитный двигатель, содержащий ротор, выполненный в виде диска с осью вращения, фотоэлектрический генератор из скоммутированных солнечных элементов с p-n переходами, соединённый с электрическими катушками, статор и постоянный магнит, отличающийся тем, что на краю диска ротора установлены n электрических катушек, n = 1, 2, 3… m натуральный ряд чисел, оси симметрии электрических катушек перпендикулярны плоскости диска, на статоре напротив каждой катушки установлены попарно с зазором 2n постоянных магнитов, где n = 1, 2, 3… m натуральный ряд чисел, в каждой паре магнитов плоскости сторон, содержащих северный и южный полюсы, параллельны друг другу и радиусу диска и ориентированы друг к другу противоположными полюсами с величиной зазора между магнитами 1-6 мм, одна из сторон каждой катушки ротора установлена в зазоре между магнитами в каждой паре магнитов, высота катушек ротора на 0,5-3 мм меньше величины зазора между магнитами, фотоэлектрический генератор из скоммутированных солнечных элементов установлен на роторе и соединён через диод, ёмкость и устройство импульсной коммутации с электрическими катушками ротора, устройство импульсной коммутации содержит датчик контроля расположения катушки ротора в зазоре магнитов статора и коммутатор подачи импульсного тока и напряжения на электрические катушки ротора от фотоэлектрического генератора.1. A solar electromagnetic motor containing a rotor made in the form of a disk with an axis of rotation, a photovoltaic generator made of switched solar cells with pn junctions, connected to electric coils, a stator and a permanent magnet, characterized in that n electric coils are installed on the edge of the rotor disk, n = 1, 2, 3 ... m natural series of numbers, the axes of symmetry of the electric coils are perpendicular to the plane of the disk, on the stator opposite each coil are installed in pairs with a gap of 2n permanent magnets, where n = 1, 2, 3 ... m is a natural series of numbers, in each a pair of magnets, the planes of the sides containing the north and south poles are parallel to each other and to the radius of the disk and are oriented to each other by opposite poles with a gap between the magnets of 1-6 mm, one of the sides of each rotor coil is installed in the gap between the magnets in each pair of magnets, the height of the rotor coils is 0.5-3 mm less than the gap between the magnets, The solar cells are installed on the rotor and connected through a diode, a capacitor and a pulse switching device to the electric rotor coils, the pulse switching device contains a sensor for monitoring the position of the rotor coil in the gap of the stator magnets and a switch for supplying pulse current and voltage to the electric rotor coils from a photovoltaic generator. 2. Солнечный электромагнитный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что катушки ротора соединены последовательно.2. The solar electromagnetic motor according to claim 1, characterized in that the rotor coils are connected in series. 3. Солнечный электромагнитный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что катушки ротора соединены параллельно.3. The solar electromagnetic motor according to claim 1, characterized in that the rotor coils are connected in parallel. 4. Солнечный электромагнитный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что катушки ротора соединены последовательно в секции, а секции соединены параллельно.4. The solar electromagnetic motor according to claim. 1, characterized in that the rotor coils are connected in series in sections, and the sections are connected in parallel. 5. Солнечный электромагнитный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что датчик контроля расположения катушки ротора в зазоре магнитов статора выполнен в виде датчика Холла.5. The solar electromagnetic motor according to claim 1, characterized in that the sensor for monitoring the position of the rotor coil in the gap of the stator magnets is made in the form of a Hall sensor. 6. Солнечный электромагнитный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что датчик контроля расположения стороны катушки в зазоре магнитов статора выполнен в виде светодиода с отражателем и фотоприёмника.6. The solar electromagnetic motor according to claim 1, characterized in that the sensor for monitoring the location of the coil side in the gap of the stator magnets is made in the form of a light-emitting diode with a reflector and a photodetector. 7. Солнечный электромагнитный двигатель, содержащий ротор, выполненный в виде диска с осью вращения, фотоэлектрический генератор из скоммутированных солнечных элементов с p-n переходами, соединённый с электрическими катушками, статор и постоянный магнит, отличающийся тем, что на краю диска с двух сторон установлены попарно 2n постоянных магнитов, где n = 1, 2, 3… m натуральный ряд чисел, в каждой паре магнитов плоскости сторон, содержащих северный и южный полюсы, параллельны друг другу и радиусу диска, перпендикулярны плоскости диска и ориентированы друг к другу противоположными полюсами с величиной зазора между магнитами 1-6 мм, статор содержит n катушек, оси симметрии которых перпендикулярны плоскости диска, высота катушек меньше величины зазора между магнитами на 0,5-3 мм, одна из сторон каждой катушки статора установлена в зазоре между магнитами в каждой паре магнитов, фотоэлектрический генератор из скоммутированных солнечных элементов установлен на статоре и соединён через диод, ёмкость и устройство импульсной коммутации с электрическими катушками, устройство импульсной коммутации содержит датчик контроля расположения катушки статора в зазоре магнитов ротора и коммутатор подачи импульсного тока и напряжения на электрические катушки статора от фотоэлектрического генератора.7. A solar electromagnetic motor containing a rotor made in the form of a disk with an axis of rotation, a photovoltaic generator of switched solar cells with pn junctions, connected to electric coils, a stator and a permanent magnet, characterized in that 2n are installed in pairs on the edge of the disk on both sides permanent magnets, where n = 1, 2, 3 ... m is a natural series of numbers, in each pair of magnets the planes of the sides containing the north and south poles are parallel to each other and to the radius of the disk, perpendicular to the plane of the disk and are oriented to each other by opposite poles with a gap size between the magnets 1-6 mm, the stator contains n coils, the axes of symmetry of which are perpendicular to the plane of the disk, the height of the coils is 0.5-3 mm less than the gap between the magnets, one of the sides of each stator coil is installed in the gap between the magnets in each pair of magnets, a photovoltaic generator of switched solar cells is installed on the stator and connected through a diode, e a capacity and a pulse switching device with electric coils, a pulse switching device contains a sensor for monitoring the position of the stator coil in the gap of the rotor magnets and a switch for supplying pulse current and voltage to the electric stator coils from a photovoltaic generator. 8. Солнечный электромагнитный двигатель по п. 7, отличающийся тем, что катушки статора соединены последовательно.8. The solar electromagnetic motor according to claim 7, wherein the stator coils are connected in series. 9. Солнечный электромагнитный двигатель по п. 7, отличающийся тем, что катушки статора соединены параллельно.9. The solar electromagnetic motor according to claim 7, wherein the stator coils are connected in parallel. 10. Солнечный электромагнитный двигатель по п. 7, отличающийся тем, что катушки статора соединены последовательно в секции, а секции соединены параллельно.10. The solar electromagnetic motor according to claim 7, characterized in that the stator coils are connected in series in sections, and the sections are connected in parallel. 11. Солнечный электромагнитный двигатель по п. 7, отличающийся тем, что датчик контроля расположения стороны катушки в зазоре магнитов ротора выполнен в виде датчика Холла.11. The solar electromagnetic motor according to claim 7, characterized in that the sensor for monitoring the position of the coil side in the gap of the rotor magnets is made in the form of a Hall sensor. 12. Солнечный электромагнитный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что датчик контроля расположения стороны катушки в зазоре магнитов ротора выполнен в виде светодиода с отражателем и фотоприёмника.12. The solar electromagnetic motor according to claim 1, characterized in that the sensor for monitoring the location of the coil side in the gap of the rotor magnets is made in the form of a light-emitting diode with a reflector and a photodetector.
RU2020123799A 2020-07-17 2020-07-17 Solar electromagnetic motor (options) RU2748108C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020123799A RU2748108C1 (en) 2020-07-17 2020-07-17 Solar electromagnetic motor (options)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020123799A RU2748108C1 (en) 2020-07-17 2020-07-17 Solar electromagnetic motor (options)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2748108C1 true RU2748108C1 (en) 2021-05-19

Family

ID=75919787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020123799A RU2748108C1 (en) 2020-07-17 2020-07-17 Solar electromagnetic motor (options)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2748108C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1492830A1 (en) * 1987-12-08 1996-02-27 Специализированное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством Института электроники им. У.А.Арифова Contactless photoelectric engine
FR2803884A1 (en) * 2000-01-17 2001-07-20 Denis Bonnelle Electricity production using a solar heat source glasshouse or water vaporization, to drive hot air balloons whose rate of ascent is used to drive an electric motor
US20080163621A1 (en) * 2007-01-08 2008-07-10 Robert Paul Johnson Solar-powered, liquid-hydrocarbon-fuel synthesizer
RU80902U1 (en) * 2008-10-06 2009-02-27 Андрей Евгеньевич Наздратенко MAGNETO-ELECTRIC GENERATOR WITH PHOTOELECTRIC DRIVE (OPTIONS)
JP2017518011A (en) * 2014-03-03 2017-06-29 ブリリアント ライト パワー インコーポレーティド Photovoltaic power generation system and method related to the same
RU2684638C1 (en) * 2018-05-24 2019-04-11 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Strebkov solar magnetic engine (versions)

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1492830A1 (en) * 1987-12-08 1996-02-27 Специализированное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством Института электроники им. У.А.Арифова Contactless photoelectric engine
FR2803884A1 (en) * 2000-01-17 2001-07-20 Denis Bonnelle Electricity production using a solar heat source glasshouse or water vaporization, to drive hot air balloons whose rate of ascent is used to drive an electric motor
US20080163621A1 (en) * 2007-01-08 2008-07-10 Robert Paul Johnson Solar-powered, liquid-hydrocarbon-fuel synthesizer
RU80902U1 (en) * 2008-10-06 2009-02-27 Андрей Евгеньевич Наздратенко MAGNETO-ELECTRIC GENERATOR WITH PHOTOELECTRIC DRIVE (OPTIONS)
JP2017518011A (en) * 2014-03-03 2017-06-29 ブリリアント ライト パワー インコーポレーティド Photovoltaic power generation system and method related to the same
RU2684638C1 (en) * 2018-05-24 2019-04-11 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Strebkov solar magnetic engine (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8426991B2 (en) Power generator converting fluid energy into electrical energy and power generation system of the same
CN108494197B (en) Stator/rotor permanent magnet type variable magnetic flux axial magnetic flux switching permanent magnet generator
RU2391761C1 (en) Commutator-free dc motor
RU2684638C1 (en) Strebkov solar magnetic engine (versions)
RU2748108C1 (en) Solar electromagnetic motor (options)
RU2751789C1 (en) Solar electromagnetic motor (options)
RU2726153C1 (en) Brushless motor generator
RU2648677C1 (en) Electric machine with permanent magnets and windings from high-temperature superconductor material
CA2585350A1 (en) High torque repulsion motor
CN211239622U (en) Permanent magnet brushless motor capable of recovering back electromotive force
RU2713465C1 (en) Solar magnetic generator (versions)
RU2700588C1 (en) Solar magnetic generator of stubble (versions)
RU83372U1 (en) PULSE-INERENT MOTOR
KR102373398B1 (en) rotating electricity
RU85274U1 (en) PULSE MOTOR
RU71189U1 (en) LOW-TURNING ELECTRIC MACHINE
Petru et al. Experimental stand for the study of a three-phase synchronous generator with permanent super magnets
CN111541313B (en) Mixed magnetic pole zero sequence magnetic regulation memory motor and magnetic regulation method thereof
RU2732180C1 (en) Solar electromagnetic generator
KR960011699B1 (en) Coil bipolar disk rotation generator
RU2414797C1 (en) Salient-pole commutator magnetoelectric machine
RU2490773C2 (en) Dc electromagnetic machine
RU2035114C1 (en) Motor-wheel
CN212063647U (en) Low-temp. permanent-magnet three-phase ac generator
RU183965U1 (en) Ring Collector DC Motor