Мотор-колесо вовка

Реферат: UA 106453 U UA 106453 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі машинобудування, а саме до безредукторних електродвигунів для транспортних засобів, і може бути використана як мотор-колесо в електропривідних велосипедах, інвалідних колясках, скутерах, мотоциклах, електромобілях чи в інших рухомих засобах. Широке застосування в техніці, в тому числі і на транспорті знайшли пристрої, що мають асинхронний електродвигун. Вказані електродвигуни мають ряд переваг в порівнянні з двигунами внутрішнього згоряння, тому що є екологічно чистими, надійними та економічними. Найбільш перспективними є безредукторні мотор-колеса, в яких обертання колеса виникає безпосередньо електромагнітною взаємодією магнітних систем статора та ротора. З рівня техніки відоме мотор-колесо, що має обід та вісь зі вбудованим асинхронним двигуном [див. А.С. СРСР 628008 А від 15.10.1978]. Електродвигун виконаний у вигляді дискової асинхронної електромашини, статор якої з магнітопроводом, обмотками і струмопроводом закріплений на нерухомій осі колеса, а ротор з коротко замкнутою обмоткою і магнітопроводами, що розташовані з обох боків статора, формують колесо, що виконане з можливістю обертання. Така конструкція мотор-колеса забезпечує значну надійність за рахунок відсутності механічного редуктора та має покращене в порівнянні з традиційною конструкцією охолодження, за рахунок радіальних каналів, що контактують з охолоджуючим середовищем. Проте використання такого елемента, як асинхронний двигун, призводить до високого тепловиділення, та вимагає складної системи управління і високовольтних джерел живлення. Крім цього таке мотор-колесо не має перспективи рекуперації електроенергії як при русі, так і при гальмуванні транспортного засобу. Також відоме мотор-колесо, що має обід, вісь, електропривід з електродвигуном і блоком регулювання напруги, статор електродвигуна, що жорстко закріплений на осі, при цьому на статорі розташований магнітопровід статора з електромагнітами, що виконані у вигляді котушок, які розташовані на сердечниках, що з'єднані з магнітопроводом статора. Ротор електродвигуна з магнітопроводом ротора встановлений на осі колеса з можливістю обертання відносно статора. На магнітопроводі ротора розташовані магнітні елементи, що обернені до магнітних елементів статора, таким чином, що магнітні елементи статора та ротора мають магнітну взаємодію, розподільчий колектор, струмознімачі з мінімум двома елементами струмоз'єму [А.С. СРСР 1725780 А від 07.04.1992] . Недоліком такого рішення являється складність розташування електромагнітів на роторі, недостатня потужність та швидкість в зв'язку з неможливістю подачі великої напруги в котушки ротора через щітки, недостатньо хороший тепловий режим за рахунок недостатнього повітряного охолодження постійних магнітів (так як вони нерухомі). Відомий також вбудований електродвигун [WO 93/08999 А1, 13.05.1993], що складається з двох основних частин - нерухомого ротора, що закріплений на осі і має магнітопровід з постійними магнітами, розміщеними рівномірно; і рухомий ротор, обід, що несе та що має принаймні дві групи електромагнітів, а також розподільний колектор, що зафіксований на статорі та має струмопровідні пластини, що з'єднані з джерелом постійного струму. На роторі закріплені струмознімачі, які мають електричний контакт з пластинами розподільного колектора. Зазначене мотор-колесо має різноманітні модифікації і варіанти виконання [US6384496 В1, 07.02.2002; US6617746 В1, 09.09.2003; RU1219965 СІ, 10.05.1999; RU2172261 СІ, 20.08.2001]. До переваг такого пристрою можна віднести відсутність редуктора, використання низьковольтних джерел живлення, відсутність додаткових електричних схем, можливість рекуперації енергії, невеликі габарити та вагу. Комбінування основних елементів мотор-колеса в поєднанні з додатковими пристроями дає можливість створювати аналогічні за принципом роботи. Проте розкрите мотор-колесо і його варіанти виконання мають ряд недоліків, головний з яких полягає в необхідності великих пускових та перехідних струмів при рушанні та прискоренні транспортного засобу. Це призводить до швидкого зношення та поломки акумуляторів, погіршення теплового режиму. Другим основним недоліком є недостатньо ефективне повернення і використання електроенергії. Також до недоліків можна віднести низький крутний момент, що суттєво обмежує галузь їх практичного використання. В основу корисної моделі поставлена задача по створенню мотор-колеса з покращеними техніко-експлуатаційними характеристиками: в першу чергу підвищення його крутного моменту при збереженні відносної простоти конструкції та надійності; збільшенням часу роботи з існуючими типами акумуляторних батарей; дешевого у виробництві і простого в експлуатації. Технічний результат, який при цьому досягають - це підвищення крутного моменту та зменшення споживаної потужності. 1 UA 106453 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Потреба у розробці нової конструкції мотор-колеса викликана в зв'язку з морально та фізично застарілими існуючими конструкціями. Зважаючи на те, що з кожним роком зростає вартість вуглецевих видів палива, вводяться більш жорсткі обмеження щодо шкідливих викидів в атмосферу, зростає і потреба в екологічних, простих, та легких у виробництві двигунах, котрі могли б створити гідну альтернативу ДВЗ. Такою альтернативою є електродвигуни, особливо безредукторні. Поставлена задача вирішується тим, що мотор-колесо містить вісь, обід та електродвигун, що складається з статор-корпусу, ротора, розподільчого колектора та струмознімачів. Статоркорпус виконаний з круговим магнітопроводом, на якому закріплена парна кількість постійних магнітів з однаковим кроком, а ротор відокремлений від статора повітряним проміжком та має парну кількість електромагнітів, що попарно розташовані один навпроти іншого. Розподільний колектор, який закріплений на корпусі статора має розташовані по колу струмопровідні пластини, що з'єднані з чергуванням полярності з постійним джерелом струму і розділені діелектричними проміжками. Струмознімачі з'єднані з ротором і встановлені з можливістю контакту з струмопровідними пластинами колектора, при цьому кожний зі струмознімачів під'єднаний до обмоток котушок, причому до контактів обмоток, з'єднаних з струмознімачами, підключені конденсатори з утворенням резонансних контурів. Статор-корпус виконаний з двох половин, в кожній з яких встановлено парну кількість постійних магнітів, електромагніти ротора розташовані паралельно осі обертання ротора, а постійні магніти закріплені на бічних поверхнях статора таким чином, що їх осі полюсів розташовані паралельно осі обертання ротора. Кількість постійних магнітів статора і кількість резонансних контурів визначають із співвідношення: n = 20+8К, m=2 + К, де n - кількість постійних магнітів статора m - кількість резонансних контурів К - ціле число, що має значення 0,1,2,3,і т.д. Кількість струмопровідних пластин в розподільному колекторі рівна числу постійних магнітів статора, а осьові лінії діелектричних проміжків розподільного колектора орієнтовані по осьовим лініям постійних магнітів статора. Корисна модель пояснюється кресленням, на якому зображено загальний вид мотор-колеса Вовка На кресленні представлене мотор-колесо, що містить вісь та обід (не показано), а також електродвигун. Електродвигун складається зі статора-корпусу (1) з двох половин, в одній з яких встановлено парну кількість магнітів (2) і в другій половині також парна кількість протилежних магнітів, що розташовані на однаковій відстані один від одного і ротора-котушки всередині статора, на якій розташовані котушки (4), струмознімачі (5), підключені до обмоток котушок електромагнітів (8) Розподільний колектор (3) з струмопровідними пластинами (6, 7), розташований в корпусі статора, при цьому струмопровідні пластини розділені діелектричними проміжками. Осьові лінії діелектричних проміжків розподільного колектора орієнтовані по осьовим лініям постійних магнітів статора. Обмотки котушок ротора з'єднані попарно - послідовно, а обмотки котушок пари протилежних магнітів - паралельно. До контактів обмоток, з'єднаних з струмознімачами, підключені конденсатори (9) з утворенням резонансних контурів. Загальне число магнітів статора і кількість резонансних контурів визначають із співвідношення: n = 20 + 8К, m = 2 + К, де n - кількість постійних магнітів статора та m - кількість резонансних контурів, К - ціле число, що має значення 0, 1, 2, 3, і т.д. Кількість струмознімальних пластин розподільчого колектора дорівнює числу пар постійних магнітів статора. Кожна пара електромагнітів має по одній котушці з послідовним напрямком обмотки та з'єднана паралельно з протилежними електромагнітами. Вільні контакти котушок з'єднані з струмознімачами, шунтовані конденсаторами таким чином, що котушки кожної пари протилежних електромагнітів, спільно з конденсатором, утворюють резонансний контур. Кількість струмопровідних пластин в розподільному колекторі дорівнює числу пар постійних магнітів. Таке співвідношення числа постійних магнітів, електромагнітів та пластин колектора, їх взаємне розташування та схема комутації електромагнітів, що використовується, забезпечує резонанс струмів, що протікають крізь обмотки протилежних магнітів та зменшує скачки напруги, покращує динамічні характеристики електродвигуна. 2 UA 106453 U 5 10 15 20 25 30 35 Така конструкція дозволяє максимально ефективно рекуперувати електроенергію за рахунок виникнення противо-ЕРС. Ємність тим більша, чим більша кількість витків в котушках резонансних контурів, утворених конденсаторами та котушками, котрі повинні мати однакову частоту. Загальна кількість витків в котушках може бути різна. При цьому резонансні явища підсилюються, якщо різниця в кількості витків протилежних магнітів відрізняється одна від одної на кратну величину. Струмознімачі, що знаходяться на котушці (роторі) повинні регулюватися по відношенню до пластин колектора, щоб уникнути іскріння. Принцип дії електродвигуна аналогічний двигуну постійного струму та ґрунтується на силах електромагнітного притягування та відштовхування, що виникають при взаємодії електромагнітів ротора та постійних магнітів статора при проходженні електромагнітом положення, коли його вісь розташована між осями постійних магнітів, котушки електромагніта живляться так, що створюють магнітний полюс, протилежний полюсу наступного в напрямку обертання постійного магніту та з полюсом попереднього постійного магніту. Таким чином, електромагніт одночасно відштовхується від попереднього і притягується до наступного постійного магніту. При проходженні електромагнітом положення навпроти осі постійного магніту, він обезживлений і проходить за інерцією. Переваги електродвигуна, що пропонується, полягають в достеменно визначеному співвідношенні кількості електромагнітів та постійних магнітів та їх взаємному розташуванні, а також у використанні схем комутації електромагнітів і резонансі струмів, що протікають крізь обмотки електромагнітів, за рахунок чого електродвигун потребує меншого струму для запуску та холостого ходу. Створене, згідно з корисною моделлю, мотор-колесо має наступні параметри: власне мотор, вагою 13 кг із встановленим колесом вагою також 13 кг (загальна вага 26 кг) запускається від 12В, 24В, 36В, 48В (швидкість обертання ротору відповідно, тим більша, чим більша напруга) при 8-10А, а на холостому ходу споживає струм 2А. При повній зупинці струм 15-17А. В жодному з режимів двигун не гріється. Таким чином, мотор-колесо за запропонованою корисною моделлю, будучи простим у виробництві і експлуатації, щонайменше вдвічі економніше споживає енергію ніж відомі аналогічні електричні машини і при встановлені на транспортні засоби, наприклад електроскутери, дозволяє досягти пробігу понад 200 км на одному заряді акумулятора. Отже, досягнення електродвигуном високих значень крутного моменту при відносно малих значеннях напруги джерела живлення та простоті конструкції забезпечує йому можливість широкого застосування. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 Мотор-колесо, що містить вісь, обід та електродвигун, що складається із статор-корпусу, ротора, розподільчого колектора та струмознімачів, при цьому статор-корпус виконаний з круговим магнітопроводом, на якому закріплена парна кількість постійних магнітів з однаковим кроком, ротор відокремлений від статора повітряним проміжком та має парну кількість електромагнітів, що попарно розташовані один навпроти одного, а розподільчий колектор, який закріплений на корпусі статора має розташовані по колу струмопровідні пластини, що з'єднані з чергуванням полярності з постійним джерелом струму і розділені діелектричними проміжками, причому струмознімачі з'єднані з ротором і встановлені з можливістю контакту з струмопровідними пластинами колектора, крім того кожний зі струмознімачів під'єднаний до обмоток котушок, а до контактів обмоток, з'єднаних з струмознімачами, підключені конденсатори з утворенням резонансних контурів, яке відрізняється тим, що статор-корпус виконаний з двох половин, в кожній з яких встановлено парну кількість постійних магнітів, електромагніти ротора розташовані паралельно осі обертання ротора, а постійні магніти закріплені на бічних поверхнях статора таким чином, що їх осі полюсів розташовані паралельно осі обертання ротора, при цьому кількість постійних магнітів статора і кількість резонансних контурів визначають із співвідношення: n=20+8К, m=2+К, де n - кількість постійних магнітів статора; m - кількість згаданих резонансних контурів в співвідношенні; К - ціле число, що має значення 0, 1, 2, 3 і т. д., 3 UA 106453 U крім того кількість струмопровідних пластин в розподільному колекторі рівна числу постійних магнітів статора, а осьові лінії діелектричних проміжків розподільного колектора орієнтовані по осьовим лініям постійних магнітів статора. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4