электрическая машина (варианты)

Формула изобретения

1. Электрическая машина, содержащая корпус, источник питания, расположенный на валу электрический магнитный индуктор, закрепленный на валу якорь, имеющий коллектор и электрические щетки и окружающий электрический магнитный индуктор, а также дополнительный магнитный индуктор, расположенный внутри электрического магнитного индуктора и закрепленный на своем валу, причем якорь и магнитные индукторы расположены коаксиально друг другу.

2. Электрическая машина по п 1, которая содержит планетарную передачу, где солнечная шестерня закреплена на валу дополнительного магнитного индуктора, сателлиты закреплены на валу электрического магнитного индуктора, а внешняя шестерня закреплена на якоре.

3. Электрическая машина по п.1 или 2, в которой дополнительный магнитный индуктор и якорь являются статорами, а электрический магнитный индуктор - ротором.

4. Электрическая машина по п.1 или 2, в которой магнитные индукторы являются роторами, а якорь - статором.

5. Электрическая машина по п.1, в которой якорь и магнитные индукторы являются роторами, а корпус - статором.

6. Электрическая машина по п.1 или 2, в которой электрический магнитный индуктор и якорь являются роторами, а дополнительный магнитный индуктор - статором.

7. Электрическая машина по п.1 или 2, в которой якорь и дополнительный магнитный индуктор являются роторами, а электрический магнитный индуктор - статором.

8. Электрическая машина по п.1 или 2, в которой электрический магнитный индуктор представляет собой одну и более пар разнополюсных электромагнитов, каждый из которых состоит из сердечника, имеющего две и более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимо друг от друга.

9. Электрическая машина по п.1 или 2, в которой дополнительный магнитный индуктор выполнен в виде разнополюсного постоянного магнита.

10. Электрическая машина по п 1, которая содержит дополнительный якорь, расположенный коаксиально внутри дополнительного магнитного индуктора, где дополнительный магнитный индуктор выполнен в виде разнополюсных постоянных магнитов, причем дополнительный якорь является статором или ротором.

11. Электрическая машина по п.1 или 2, в которой якорь выполнен как из проводников электрического тока, так и из постоянных магнитов.

12. Электрическая машина, содержащая корпус, источник питания, расположенный на валу электрический магнитный индуктор, закрепленный на валу якорь, имеющий коллектор и электрические щетки и окружающий электрический магнитный индуктор, а также дополнительный магнитный индуктор в виде разнополюсных постоянных магнитов и расположенный между якорем и электрическим магнитным индуктором коаксиально с ними.

13. Электрическая машина по п.12, которая содержит планетарную передачу, где солнечная шестерня закреплена на валу электрического магнитного индуктора, сателлиты закреплены на валу дополнительного магнитного индуктора, а внешняя шестерня закреплена на якоре.

14. Электрическая машина по п.12, в которой якорь и электрический магнитный индуктор являются статорами, а дополнительный магнитный индуктор - ротором.

15. Электрическая машина по п.12 или 13, в которой якорь является статором, а магнитные индукторы - роторами.

16. Электрическая машина по п.12 или 13, в которой якорь и электрический магнитный индуктор являются роторами, а дополнительный магнитный индуктор - статором.

17. Электрическая машина по п.12, в которой корпус является статором, а якорь и магнитные индукторы - роторами.

18. Электрическая машина по п.12 или 13, в которой электрический магнитный индуктор представляет собой сердечник, имеющий одну и более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимо друг от друга.

19. Электрическая машина по п.12, которая содержит дополнительный якорь, расположенный коаксиально внутри электрического магнитного индуктора, причем дополнительный якорь является статором или ротором.

20. Электрическая машина по п.19, в которой электрический магнитный индуктор выполнен в виде сердечников, каждый из которых имеет одну и более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимо друг от друга.

21. Электрическая машина по п.19 или 20, в которой дополнительный якорь выполнен как из проводников электрического тока, так и из постоянных магнитов.

22. Электрическая машина, содержащая корпус, источник питания, последовательно и соосно расположенные на валах электрический магнитный индуктор и дополнительный магнитный индуктор в виде постоянных магнитов, а также два якоря, расположенные со стороны свободных торцов магнитных индукторов, при этом якоря и магнитные индукторы выполняют роль роторов или статоров в любой комбинации.

23. Электрическая машина по п.22, в которой якорь, расположенный со стороны торца электрического магнитного индуктора, выполнен как из проводников электрического тока, так и из постоянных магнитов.

24. Электрическая машина по п.22 или 23, в которой электрический магнитный индуктор представляет собой одну и более пар разнополюсных электромагнитов, каждый из которых состоит из сердечника, имеющего одну и более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимо друг от друга.

25. Электрическая машина по п.22 или 23, в которой якоря и магнитные индукторы являются роторами или статорами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, которые могут быть использованы в качестве двигателей и/или генераторов переменного или постоянного тока в промышленности и быту.

Известны генераторы электрического тока, дающие возможность производить электроэнергию при определенных условиях, а именно генератор должен содержать статор, ротор, в пазах которых производится намотка и укладка соответствующего числа и определенной формы роторных и статорных обмоточных витков провода соответствующего сечения (RU 2112308).

Недостатком таких генераторов являются низкие физико-технические и механические показатели.

Известен электропривод, содержащий корпус с крышкой, электромотор, содержащий магнитопроводящий ротор, редуктор, закрепленный на валу электромотора и через высокоскоростные подшипники редуктора передающий вращение на выходной вал, выполнен планетарно-циклоидным, магнитопроводящий ротор выполнен в виде пружины, сваренной в общую конструкцию, образующую тор, магнитопривод электромотора имеет по всей боковой периферии круговые пазы, повторяющие круговой профиль витков пружины, и выполняет функцию неподвижного колеса ПЦР, функцию подвижного колеса которого выполняет постоянный магнит с круговыми пазами, повторяющими круговой профиль витков пружины, рабочий магнитный поток передается от статора на постоянный магнит выходного вала через контакт магнитопроводящего зацепления статора и ротора (RU 2206805 С2, 20.06.2003).

Недостатком данной конструкции является сложность изготовления.

Известен электромагнитный преобразователь, содержащий источник питания, якорь с коллектором и электрическими щетками, закрепленный на валу, окружающий его магнитный индуктор с коллектором, расположенный на валу (RU 2083051 С1, 27.06.1997).

Недостатками этой конструкции являются малые выходные параметры машины при громоздкости и сложности конструкции.

Технический результат, достигаемый в заявленных изобретениях, заключается в максимальной экономии и/или в максимальном производстве электроэнергии и/или механической энергии в процессе работы электрооборудования при одновременном использования электрической машины как генератора, так и электродвигателя, а также простота и доступность изготовления.

Указанный технический результат достигается тем, что электрическая машина, содержащая корпус, источник питания, расположенный на валу электрический магнитный индуктор, закрепленный на валу якорь, имеющий коллектор и электрические щетки и окружающий электрический магнитный индуктор, также содержит дополнительный магнитный индуктор, расположенный внутри электрического магнитного индуктора и закрепленный на своем валу, причем якорь и магнитные индукторы расположены коаксиально друг другу.

Электрическая машина может содержать планетарную передачу, где солнечная шестерня закреплена на валу дополнительного магнитного индуктора, сателлиты закреплены на валу электрического магнитного индуктора, а внешняя шестерня закреплена на якоре.

Электрическая машина, в которой дополнительный магнитный индуктор и якорь являются статорами, а электрический магнитный индуктор - ротором.

Электрическая машина, в которой магнитные индукторы являются роторами, а якорь - статором.

Электрическая машина, в которой якорь и магнитные индукторы являются роторами, а корпус - статором.

Электрическая машина, в которой электрический магнитный индуктор и якорь являются роторами, а дополнительный магнитный индуктор - статором.

Электрическая машина, в которой якорь и дополнительный магнитный индуктор являются роторами, а электрический магнитный индуктор - статором.

Электрическая машина, в которой электрический магнитный индуктор представляет собой одну и более пар разнополюсных электромагнитов, каждый из которых состоит из сердечника, имеющего две и более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимо друг от друга.

Электрическая машина, в которой дополнительный магнитный индуктор выполнен в виде разнополюсного постоянного магнита.

Электрическая машина может содержать дополнительный якорь, расположенный коаксиально внутри дополнительного магнитного индуктора, причем дополнительный якорь также является статором или ротором. В данном случае дополнительный магнитный индуктор выполнен в виде разнополюсных постоянных магнитов, окружающих дополнительный якорь.

Электрическая машина, в которой якорь выполнен как из проводников электрического тока, так и из постоянных магнитов.

Электрическая машина дополнительно содержит потребители механической энергии, подключаемые к валам якорей и/или магнитных индукторов.

Электрическая машина дополнительно содержит потребители электрической энергии, подключаемые к катушкам электрического магнитного индуктора.

Указанный технический результат достигается также тем, что электрическая машина, содержащая корпус, источник питания, расположенный на валу электрический магнитный индуктор, закрепленный на валу якорь, имеющий коллектор и электрические щетки и окружающий электрический магнитный индуктор, также содержит дополнительный магнитный индуктор в виде разнополюсных постоянных магнитов и расположенный на своем валу между якорем и электрическим магнитным индуктором коаксиально с ними.

Электрическая машина по второму варианту содержит планетарную передачу, где солнечная шестерня закреплена на валу электрического магнитного индуктора, сателлиты закреплены на валу дополнительного магнитного индуктора, а внешняя шестерня закреплена на якоре.

Электрическая машина, в которой якорь и электрический магнитный индуктор являются статорами, а дополнительный магнитный индуктор - ротором.

Электрическая машина, в которой якорь является статором, а магнитные индукторы - роторами.

Электрическая машина, в которой якорь и электрический магнитный индуктор являются роторами, а дополнительный магнитный индуктор - статором.

Электрическая машина, в которой корпус является статором, а якорь и магнитные индукторы - роторами.

Электрическая машина, в которой электрический магнитный индуктор представляет собой сердечник, имеющий одну и более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимо друг от друга.

Электрическая машина может содержать дополнительный якорь, расположенный коаксиально внутри электрического магнитного индуктора, причем дополнительный якорь является статором или ротором. В данном случае электрический магнитный индуктор выполнен в виде сердечников, каждый из который имеет одну и более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимо друг от друга.

Электрическая машина по второму варианту, в которой дополнительный якорь выполнен как из проводников электрического тока, так и из постоянных магнитов.

Электрическая машина дополнительно содержит потребители механической энергии, подключаемые к валам якорей и/или магнитных индукторов.

Электрическая машина дополнительно содержит потребители электрической энергии, подключаемые к катушкам электрического магнитного индуктора.

Указанный технический результат достигается также в электрической машине по третьему варианту, содержащей корпус, источник питания, последовательно и соосно расположенные на своих валах электрический магнитный индуктор и дополнительный магнитный индуктор в виде постоянных магнитов, а также два якоря, расположенные со стороны свободных торцов магнитных индукторов, причем якоря и магнитные индукторы могут выполнять роль статоров или роторов в любой комбинации.

Якорь, расположенный со стороны торца электрического магнитного индуктора, может быть выполнен как из проводников электрического тока, так и из постоянных магнитов.

В электрической машине по третьему варианту электрический магнитный индуктор представляет собой одну и более пар разнополюсных электромагнитов, каждый из которых состоит из сердечника, имеющего одну и более индукционные катушки, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимо друг от друга.

В электрической машине якоря и магнитные индукторы являются роторами или статорами в любой комбинации.

Электрическая машина по любому варианту имеет блок управления электрическим током на якорях и магнитных индукторах.

Индукторы и якоря могут иметь возможность вращения относительно друг друга с обеспечением прохождения электрической энергии через проводники для обеспечения высокого выхода электрической и/или механической энергии.

Дополнение электрической машины вторым магнитным индуктором позволяет в несколько раз увеличить ее производительность.

Направление намагниченности постоянных магнитов дополнительного магнитного индуктора по отношению к осям электрической машины может быть любым - радиальным или осевым. Взаимодействие между полюсами постоянных магнитов дополнительного магнитного индуктора и полюсами электромагнитов электромагнитного индуктора происходит как на притяжение, так и на отталкивание с обеспечением прохождения электроэнергии через проводники.

Например, если электромашина работает как генератор электроэнергии, то используется энергия притяжения между полюсами постоянных магнитов дополнительного индуктора и электромагнитов электромагнитного индуктора и происходит выход электрической энергии. Если электромашина работает как электродвигатель, то используется энергия отталкивания между полюсами постоянных магнитов и электромагнитов и происходит выход механической энергии.

Физический принцип действия любой электрической машины основан на явлении возникновения ЭДС индукции в рамке из проводника (или якоре) при вращении ее в электромагнитном поле, которое создается с помощью магнитного индуктора (разнополюсный магнит). При подключении к щеткам электрического напряжения возникает ток в обмотке якоря и на провода обмотки со стороны магнитного поля действует сила Ампера. В проводах обмотки, расположенных на противоположных сторонах якоря, направления сил Ампера противоположны друг другу, и под действием этих сил якорь приходит во вращение. Так как электромагнитное поле образуется вокруг магнитного индуктора, то включение в конструкцию электрической машины дополнительного магнитного индуктора, окружающего его внутреннюю (свободную) поверхность, позволяет задействовать электромагнитное поле, образующееся на свободной поверхности магнитного индуктора. В то время как в известных электрических машинах (электродвигателях, генераторах) энергия электромагнитного поля свободной стороны индуктора выделяется в окружающую среду в виде тепла (при работе происходит нагрев корпуса известных электродвигателей), то в заявленной электрической машине данная энергия преобразуется в полезную. Таким образом, при работе заявленной электрической машины задействована полностью возникающая ЭДС индукции и не происходит бесполезного выделения энергии в окружающую среду. Выполнение дополнительного магнитного индуктора в виде постоянного магнита позволяет не затрачивать на его работу дополнительной энергии, в то время как его наличие в электрической машине позволяет в несколько раз увеличить производительность всей электрической машины благодаря использованию той энергии, которая в известных электрических машинах тратится, как говорилось выше, на бесполезный нагрев их корпуса.

Включение в конструкцию электрической машины дополнительного магнитного индуктора вовсе не усложняет устройство, так как для его изготовления не требуется дополнительных производственных мощностей, а используется уже имеющееся промышленное оборудование, и достигаемый при работе получаемого устройства технический результат во много раз превосходит те малые затраты, которые идут на его изготовление, а именно малая себестоимость заявленных устройств и получаемые высокие выходные параметры машины.

При включении в работу заявленный вариант электрической машины потребляет мощность, такую же, как и известные электрические машины, но выходная мощность в заявленной электромашине будет примерно в два раза больше, чем в известных, так как задействованы два электромагнитных поля, то есть сумма энергий, получаемых с помощью электромагнитного поля между индуктором и якорем и с помощью электромагнитного поля между индуктором и дополнительным индуктором в виде постоянного магнита. Данное явление позволяет увеличить (или достичь максимума) выходную энергию, механическую (при использовании электрической машины в качестве электродвигателя) или электрическую (при использовании в качестве генератора) в зависимости от назначения машины.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена схема электрической машины по первому варианту исполнения - вид сбоку, на фиг.2 - то же с планетарной передачей, на фиг.3 - то же, что на фиг.1- вид сверху, на фиг.4 - машина по первому варианту с якорем в виде постоянных магнитов, на фиг.5 - машина по первому варианту исполнения с дополнительным якорем, на фиг.6 - электрическая машина по второму варианту исполнения - вид сбоку, на фиг.7- то же, что на фиг.6 с планетарной передачей, на фиг.8 - то же, что на фиг.6 - вид сверху, на фиг.9 - машина по второму варианту исполнения с дополнительным якорем, на фиг.10 - электромашина по третьему варианту исполнения - вид сбоку.

На чертежах устройство показано со снятым корпусом.

Устройство содержит источник питания, якорь 1, закрепленный на своем валу, электрический магнитный индуктор 2 и дополнительный магнитный индуктор 3, являющийся постоянным и выполненный в виде разнополюсного постоянного магнита. Электрический магнитный индуктор 2 представляет собой одну и более пар сердечников 4 в виде разнополюсного электромагнита с индукционными катушками 5. Каждый индуктор закреплен на своем валу. Электрический магнитный индуктор может содержать разное количество индукционных катушек 5 различной формы и конфигурации, разного размера, обмотка катушек индуктивности может иметь различное количество витков и может быть выполнена из проводника разного диаметра и материала. Данные параметры индуктора варьируются в зависимости от получения желаемых выходных параметров электрической машины (выходная мощность, сопротивление, сила тока и т.п.). Обмотки индукционных катушек подключены к источникам питания и/или к источникам потребления энергии.

Электрическая машина может использоваться как двигатель (постоянного или переменного тока) и/или генератор переменного или постоянного тока.

Электрической машина может быть оснащена блоком управления, который позволяет регулировать параметры электрического тока на якорях и катушках магнитных индукторов.

Якорь 1 может быть выполнен, например, в виде набора пластин, в пазах которых имеется намотка и укладка соответствующего числа и определенной формы обмоточных витков электрического проводника соответствующего сечения, или может быть выполнен в виде постоянных магнитов (на фиг.4 якорь 1 выполнен в виде постоянных магнитов). Якорь и магнитные индукторы в конструкции электромашины по первому варианту расположены коаксиально друг другу. В планетарной передаче (фиг.2) солнечная шестерня 6 расположена на валу дополнительного магнитного индуктора 3, сателлиты 7 расположены на валах электрического магнитного индуктора 2, а внешняя шестерня 8 закреплена на якоре 1.

Включение в конструкцию электрической машины планетарной передачи позволяет установить необходимое соотношение скоростей вращения магнитных индукторов и якоря.

Сердечник 4 электрического магнитного индуктора выполнен в виде разнополюсного электромагнита, на котором расположены индукционные катушки 5, имеющие выводы 9, соединенные с источниками питания и/или источниками потребления. Количество индукционных катушек может быть разным (одна и более), количество витков катушек и толщина проводника могут быть как одинаковыми у всех катушек, так и разными в любой комбинации.

При включении в конструкцию электромашины по первому варианту дополнительного якоря 10 (фиг.5) дополнительный магнитный индуктор 3 в этом случае выполняется в виде одной и более пар разнополюсных постоянных магнитов. В данном случае дополнительный магнитный индуктор 3 окружает дополнительный якорь 10. Дополнительный якорь 10 расположен коаксиально с основными составными элементами электромашины.

По второму варианту исполнения электромашина (фиг.6) имеет якорь 1, электрический магнитный индуктор 2, дополнительный магнитный индуктор 3, выполненный постоянным в виде разнополюсных постоянных магнитов (два и более). Дополнительный магнитный индуктор 3 окружает электрический магнитный индуктор 2 и расположен между якорем 1 и электрическим магнитным индуктором 2 коаксиально с ними. Электрический магнитный индуктор 2 выполнен в виде сердечника 11, имеющего одну и более индукционные катушки 5, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимо друг от друга. При включении в конструкцию электромашины по второму варианту исполнения планетарной передачи (фиг.7) в этом случае солнечная шестерня 6 крепится на валу электрического магнитного индуктора 2, сателлиты 7 - на валах дополнительного магнитного индуктора, а внешняя шестерня 8 закреплена на якоре 1.

При включении в конструкцию электромашины по второму варианту исполнения дополнительного якоря 10 (фиг.9) внутри электрического магнитного индуктора 2 электрический магнитный индуктор 2 выполняется в виде одной и более пар сердечников 11, каждый из которых имеет одну и более индукционные катушки 5, подключаемые к источнику и/или потребителю электротока независимо друг от друга. Якоря 1 и 10 и магнитные индукторы 2 и 3 расположены коаксиально друг другу. Дополнительный якорь 10 во втором исполнении электромашины может быть выполнен из проводников электрического тока или из постоянных магнитов.

Электромашина по третьему варианту (фиг.10) содержит последовательно и соосно расположенные на своих валах электрический магнитный индуктор 2, дополнительный магнитный индуктор 3 в виде постоянных магнитов, якоря 1 и 12, расположенные со стороны свободных торцов магнитных индукторов 2 и 3. Якорь 12, расположенный со стороны свободного торца электрического магнитного индуктора 2, может быть выполнен из проводников электрического тока или из постоянных магнитов.

Электрический магнитный индуктор 2 представляет собой одну и более пар разнополюсных электромагнитов, каждый из которых состоит из сердечника 4, имеющего одну и более индукционные катушки 5, подключаемые к источнику и/или потребителю электрического тока независимо друг от друга.

Якоря и магнитные индукторы по третьему варианту исполнения электромашины являются роторами или статорами в любой комбинации.

Примеры использования электромашины по первому варианту исполнения.

Пример 1. В варианте, когда якорь и дополнительный магнитный индуктор - статоры, электрический магнитный индуктор - ротор, то внутренние обмотки электрического магнитного индуктора (стартерные обмотки) используют как электродвигатель, а его внешние обмотки (генераторные) как генератор выработки электроэнергии.

Пример 2. Якорь - статор, и магнитные индукторы - роторы: такая конструкция используется для получения механической энергии на валах магнитных индукторов.

Пример 3. Корпус - статор, якорь и магнитные индукторы - роторы: такая конструкция позволяет снимать и механическую энергию и электрическую при необходимости.

Пример 4. Дополнительный магнитный индуктор - статор, якорь и электрический магнитный индуктор - роторы: механическую энергию снимаем с валов якоря и электрического магнитного индуктора, а электричество - с генераторных обмоток при повышении механической нагрузки на валу якоря.

Пример 5. Якорь и дополнительный магнитный индуктор - роторы, электрический магнитный индуктор - статор: с планетарной передачей при вращении в противоположных направлениях механическая энергия снимается с валов роторов, а электрическая энергия снимается с генераторных катушек электрического магнитного индуктора. Примеры использования электромашины по второму варианту исполнения.

Пример 6. Якорь и электрический магнитный индуктор - статоры, дополнительный магнитный индуктор - ротор: механическая энергия снимается с вала дополнительного магнитного индуктора (постоянного), а электричество с обмоток электрического магнитного индуктора.

Пример 7. Якорь - статор, индукторы - роторы: механическая энергия снимается с валов роторов, электрическая энергия - с катушек электрического магнитного индуктора при повышении механической нагрузки на валу дополнительного магнитного индуктора

Пример 8. Дополнительный индуктор - статор, якорь и электрический магнитный индуктор - роторы: механическая энергия снимается с валов роторов. При планетарной передаче дополнительно снимается электроэнергия с электрического магнитного индуктора.

Использование электромашины по третьему варианту исполнения.

Пример 9. При использовании заявленной электрической машины в качестве электродвигателя к выходным валам магнитных индукторов подключаются любые потребители механической энергии.

Пример 10. Заявленная электрическая машина по третьему варианту может также одновременно использоваться в качестве генератора электрической энергии, если дополнительный магнитный индуктор и внутренние обмотки электрического магнитного индуктора использовать как электродвигатель, а внешние обмотки электрического магнитного индуктора как генератор электрического тока.

Заявленное изобретение позволяет подключать несколько потребителей механической энергии при одновременной выработке электроэнергии, либо вырабатывать электроэнергию без механических потребителей, что позволяет значительно уменьшить затраты электроэнергии, либо потреблять механическую энергию без выработки электрической энергии, что повышает КПД машины в несколько раз.