Магнитный электродвигатель-генератор
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано как магнитный электродвигатель, а также в качестве генератора для питания синхронных, асинхронных и тяговых электродвигателей, а также для зарядки аккумуляторных батарей. Технический результат заключается в увеличении мощности магнитного электродвигателя. Достигается тем, что магнитный электродвигатель-генератор содержит закрепленный на валу ротор с постоянными магнитами, статор с постоянными магнитами, ротор имеет n постоянных магнитов, выполненных в виде клиньев, расщиряющихся к статору и имеющих прямоугольную в плане форму, расположенных относительно оси ротора под углом 65-75° и залитых нейтральным по отношению к магнитным полям материалом, статор имеет n или n±1 постоянных магнитов, выполненных в виде клиньев, сужающихся к ротору и имеющих прямоугольную в плане форму, обращенных S-одноименными полюсами к постоянным магнитам ротора, расположенных относительно оси статора под углом 65-75° и залитых нейтральным по отношению к магнитным полям материалом, в статоре между постоянными магнитами выполнены пазы, расположенные относительно оси статора под углом 65-75°, в которых размещены n или n±1 статорные обмотки. 2 ил.
Изобретение магнитный электродвигатель-генератор, относится к электротехнике, а именно к электродвигателям и генераторам.
Известны электромагнитные двигатели, в частности, электромагнитный двигатель (варианты) по патенту РФ №2176845 от 14.07.2000 г. Двигатель содержит ротор барабанного типа и статор, на которых равномерно по окружности установлены постоянные магниты. На торцах постоянных магнитов размещены электромагниты. Недостатками его являются недостаточно высокая мощность двигателя и низкий КПД.
Наиболее близким аналогом изобретения, взятым в качестве прототипа, является магнитный двигатель по патенту РФ на полезную модель №41212 от 10.10.2004 г., он содержит закрепленный на валу ротор с постоянными магнитами, статор с постоянными магнитами, имеющий возможность перемещаться в зону действия магнитных полей постоянных магнитов ротора. Магниты обращены друг к другу одноименными полюсами, которые отталкиваются и заставляют рабочий диск двигателя вращаться вокруг оси.
Его недостатком является недостаточно высокая мощность двигателя и низкий КПД, а также необходимость перемещения статора в зону действия магнитных полей постоянных магнитов ротора.
Задача, решаемая при разработке данного изобретения, заключается в увеличении мощности магнитного электродвигателя и повышении его КПД, а так же в обеспечении работы магнитного электродвигателя при минимальных затратах. Магнитное поле - это особый вид материи, плотность которого может достигать 280 кДж/м3. Именно это значение и является потенциальной энергией, которую можно использовать в магнитном электродвигателе. Вторая задача магнитного электродвигателя возможность его работы в качестве генератора.
Ротор имеет n постоянных магнитов, выполненных в виде клиньев, расширяющихся к статору и имеющих прямоугольную в плане форму, расположенных относительно оси ротора под углом 65-75° и залитых нейтральным по отношению к магнитным полям материалом. Статор выполнен с n или n±1 постоянными магнитами прямоугольной в плане формы, обращенными S-одноименными полюсами к постоянным магнитам ротора и залитых нейтральным по отношению к магнитным полям материалом. По всей длине статора, между постоянными магнитами выполнены пазы, расположенные относительно оси статора под углом 65-75°, в которых установлены статорные обмотки.
Постоянные магниты ротора и статора обращены друг к другу одноименными полюсами, которые отталкиваются и заставляют ротор магнитного электродвигателя вращаться вокруг своей оси.
Выполнение ротора с n постоянными магнитами, выполненных в виде клиньев, расширяющихся к статору и имеющих прямоугольную в плане форму, расположенных относительно оси ротора под углом 65-75° и залитых нейтральным по отношению к магнитным полям материалом, обеспечивает его высокую удельную мощность и повышенный КПД за счет энергии высокоэнергетических постоянных магнитов, создающих сильные магнитные поля несколькими парами постоянных магнитов. Вектор силы при этом приложен к торцам магнитов и направлен по касательной к ротору, что увеличивает крутящий момент магнитного электродвигателя. Заливка постоянных магнитов нейтральным материалом максимально сохраняет работу магнитных полей магнитов, а также обеспечивает высокую мощность двигателя.
Выполнение статора с n или n±1 постоянными магнитами прямоугольной в плане формы, обращенными S-одноименными полюсами к постоянным магнитам ротора, обеспечивает высокую удельную мощность двигателя за счет сильной отталкивающей силы нескольких пар магнитов, обращенных друг к другу S-одноименными полюсами.
Увеличение количества взаимодействующих пар постоянных магнитов, как на роторе так и на статоре обращенных друг к другу S-одноименными полюсами, позволит получить дальнейшее увеличение мощности магнитного электродвигателя, при сохранении небольших размеров магнитного электродвигателя.
Изобретение магнитный электродвигатель-генератор поясняется с помощью чертежей, где на фиг.1 представлен разрез вида двигателя спереди, на фиг.2 - разрез по плоскости А-А (разрез статора и ротора).
Магнитный электродвигатель-генератор (см. фиг.1) состоит из закрепленного на валу 1 ротора 2 с постоянными магнитами 3, статора 4 с постоянными магнитами 5, расположенными в корпусе 6. Постоянные магниты ротора 3 и статора 5 выполнены в виде клиньев, расширяющихся и обращенные S-одноименными полюсами друг к другу, имеющими прямоугольную в плане форму, расположенные относительно оси двигателя под углом 65-75°, и залитые нейтральным по отношению к магнитным полям материалом 7. В статоре 4 между постоянными магнитами 5 выполнены пазы 8, расположенные относительно оси статора под углом 65-75°, в которых размещены n или n±1 статорные обмотки 9. Вал 1 ротора 2 установлен в подшипниках 10 и имеет с одной стороны шкив 11 для отбора мощности, с другой крыльчатку 12 для охлаждения магнитного электродвигателя-генератора.
Мощность магнитного электродвигателя-генератора увеличивается с увеличением количества магнитных пар постоянных магнитов, установленных на статоре и роторе и находящимися между собой во взаимодействия, (магнит 3 ротора 2 и магнит 5 статора 4), т.е. при увеличении длины статора и ротора.
Магнитный электродвигатель-генератор работает следующим образом.
При выключенном магнитном электродвигателе-генераторе, ротор 2 неподвижен, постоянные магниты 3 ротора 2 и постоянные магниты 5 статора 4 находятся в состоянии покоя.
В статоре 4 магнитного электродвигателя-генератора установлены статорные обмотки 9. Если три равноудаленные друг относительно друга статорные обмотки 9, подключить, например, к частотному преобразователю или сервоприводу, в результате чего по обмоткам 9 статора 4 пойдет синхронный переменный ток, создавая крутящий момент и заставляя ротор 2 вращаться.
Принцип действия магнитного электродвигателя-генератора основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и постоянного магнитного поля ротора. Оптимальный режим работы магнитного электродвигателя можно получить при воздействии реактивной энергии, что возможно при автоматической регулировке тока. Эта особенность обуславливает возможность работы магнитного электродвигателя с минимальным потреблением и отдачей реактивной энергии в сеть.
Главное отличие между синхронным электродвигателем с постоянными магнитами (СЭДПМ) и асинхронным электродвигателем заключается в роторе. Проведенные исследования показывают, что СЭДПМ имеет КПД примерно на 2% больше, чем высоко эффективный асинхронный электродвигатель, при условии, что статоры имеют одинаковую конструкцию, а для управления используется один и тот же частотный преобразователь. При этом синхронные электродвигатели с постоянными магнитами по сравнению с другими электродвигателями обладают лучшими показателями: мощность/объем, момент/инерция и имеют небольшие габаритные размеры при той же мощности, но при этом КПД у них значительно выше.
На обмотки статора (n или n±1-3) действуют магнитные поля постоянных магнитов 5, установленных в статоре 4, при вращении ротора 2 в статоре 4, поток энергией постоянных магнитов 3, установленных в роторе 2, пересекает проводники статорных обмоток 9 и индуцирует в обмотках 9 переменную электродвижущую силу (ЭДС) Е, при подключении статорных обмоток 9 к нагрузке, проходящий по этим обмоткам ток I создает изменяющееся магнитное поле, результирующий магнитный поток Φ создается совместным действием магнитодействующих сил: энергией постоянных магнитов 3, установленных в роторе 2, и изменяющимся магнитным полем статорных обмоток 9, а так же энергией постоянных магнитов 5, установленных в статоре 4.
Статорные обмотки 9, в зависимости от назначения, можно соединять различным способом, последовательно, параллельно, звездой с общей точкой, треугольником, образовывать различное число фаз и т.д., питать тяговый электродвигатель электромобиля, через зарядные устройства заряжать высоковольтную аккумуляторную батарею, а так же аккумулятор работающий на бортовую систему электромобиля.
Магнитный электродвигатель-генератор экологически чистый, требует минимального потребления энергии, не загрязняет атмосферу воздуха и может быть использован как магнитный электродвигатель, а так же в качестве генератора для питания синхронных, асинхронных и тяговых электродвигателей, а также для зарядки аккумуляторных батарей в автомобилестроении, авиации, космосе, машиностроении и во многих других отраслях народного хозяйства.
Магнитный электродвигатель-генератор, содержащий закрепленный на валу ротор с постоянными магнитами, статор с постоянными магнитами, отличающийся тем, что ротор имеет n постоянных магнитов, выполненных в виде клиньев, расширяющихся к статору и имеющих прямоугольную в плане форму, расположенных относительно оси ротора под углом 65-75° и залитых нейтральным по отношению к магнитным полям материалом, статор имеет n или n±1 постоянных магнитов, выполненных в виде клиньев, сужающихся к ротору и имеющих прямоугольную в плане форму, обращенных S-одноименными полюсами к постоянным магнитам ротора, расположенных относительно оси статора под углом 65-75° и залитых нейтральным по отношению к магнитным полям материалом, в статоре между постоянными магнитами выполнены пазы, расположенные относительно оси статора под углом 65-75°, в которых размещены n или n±1 статорные обмотки.
