Юрий Таланин
tyv1357@mail.ru
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИТНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ - ГЕНЕРАТОРА
Магнитный электродвигатель – генератор можно использовать в качестве источников резервного и бесперебойного питания, в качестве силовой гибридной установки и тягового электродвигателя –генератора в электромобилях
Магнитный электродвигатель – генератор (1) поясняется с помощью чертежей, где на рис.1 представлен разрез двигателя, вид спереди, на рис. 2 – разрез по плоскости А – А (разрез статора и ротора).
Магнитный электродвигатель - генератор (см. рис.1, рис.2) состоит из ротора и статора.
Ротор представляет собой цилиндр, на поверхности которого установлены n постоянных магнитов, выполненных в виде клиньев, расширяющихся к статору, расположенных относительно оси ротора под углом 65-75° и залитых нейтральным по отношению к магнитным полям материалом. Вал ротора установлен в подшипниках и имеет с одной стороны шкив для отбора мощности электродвигателя, а также может быть использован для вращения якоря генератора, с другой крыльчатку для охлаждения магнитного электродвигателя – генератора.
Статор выполнен с n или n±1 постоянными магнитами, сужающимися к ротору и 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 n или n±1 статорные обмотки. Постоянные магниты ротора и статора обращены друг к другу S-одноименными полюсами, которые отталкиваются и заставляют ротор магнитного электродвигателя вращаться вокруг своей оси, обеспечивая высокую удельную мощность двигателя за счет сильной отталкивающей силы нескольких пар магнитов, а также 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. Увеличение количества взаимодействующих пар постоянных магнитов, на роторе и на статоре обращенных друг к другу одноименными полюсами, позволит получить дальнейшее увеличение мощности магнитного электродвигателя - генератора, т. е. при увеличении диаметра и длины статора и ротора. Заливка постоянных магнитов нейтральным материалом максимально сохраняет работу магнитных полей магнитов, а также обеспечивает высокую мощность двигателя. Одним из факторов, способствующих получению этих преимуществ, является то, что в магнитном электродвигателе – генераторе практически нет железа. Это значительно снижает потери на вихревые токи и гистерезисные потери. Статорные обмотки, в зависимости от назначения, можно соединять различным способом, последовательно, параллельно, группами, звездой с общей точкой, треугольником, образовывать различное число фаз и т. д., и питать тяговый электродвигатель электромобиля, через зарядные устройства заряжать аккумуляторную батарею.
Принцип действия магнитного электродвигателя - генератора основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и постоянных магнитных полей ротора и статора. Оптимальный режим работы магнитного электродвигателя - генератора можно получить при воздействии реактивной энергии, что возможно при автоматической регулировке тока. Эта особенность обуславливает возможность работы магнитного электродвигателя - генератора с минимальным потреблением и отдачей реактивной энергии в сеть.
Режим работы резервного источника питания.
Магнитный электродвигатель–генератор совместно с аккумуляторной батареей может работать в режиме резервного источника питания. При пропадании напряжение в сети, контроллер подключает аккумуляторную батарею через частотный преобразователь или инвертор к магнитному электродвигателю–генератору. На три равноудаленные друг относительно друга статорные обмотки магнитного электродвигателя–генератора подается напряжение, по этим обмоткам статора пойдет синхронный переменный ток, создавая крутящий момент и заставляя ротор вращаться. При вращении ротора, поток энергии постоянных магнитов, установленных в роторе, пересекает проводники (n или (n±1)– 3) статорных обмоток и индуцирует в обмотках переменную электродвижущую силу Е (ЭДС), при подключении этих статорных обмоток к нагрузке обеспечивается бесперебойное энергоснабжение и восстанавливается рабочий режим нагрузки (освещение, холодильник, работа механизма) и т. д. Продолжительность работы резервного источника питания зависит от емкости аккумуляторной батареи. Резервное подключение источника питания можно осуществляться и в ручном режиме.
Режим работы источника бесперебойного питания.
Магнитный электродвигатель–генератор, совместно с аккумуляторной батареей и двигателем внутреннего сгорания (ДВС) может работать в режиме источника бесперебойного питания.
При пропадании напряжение в сети, контроллер подключает аккумуляторную батарею через частотный преобразователь или инвертор к магнитному электродвигателю–генератору. На три равноудаленные друг относительно друга статорные обмотки магнитного электродвигателя–генератора подается напряжение, по этим обмоткам статора пойдет синхронный переменный ток, создавая крутящий момент и заставляя ротор вращаться. При вращении ротора, поток энергии постоянных магнитов, установленных в роторе, пересекает проводники (n или n±1– 3) статорных обмоток и индуцирует в обмотках переменную электродвижущую силу Е, при подключении этих статорных обмоток к нагрузке обеспечивается бесперебойное энергоснабжение и восстанавливается рабочий режим питания. Контроллер следит за напряжением аккумуляторной батарей и при снижении напряжения аккумуляторной батареи до определенного уровня отключает аккумуляторную батарею и подключает ДВС. На коленчатом валу ДВС установлен шкив, который механически связан со шкивом магнитного электродвигателя – генератора посредством ременной передачи, которая включается от механизма натяжения приводного ремня. (3) При включении механизма натяжения приводного ремня, вал магнитного электродвигателя – генератора приводится во вращение от двигателя внутреннего сгорания. При вращении ротора, поток энергией постоянных магнитов, установленных в роторе, пересекает проводники статорных обмоток и индуцирует в обмотках переменную электродвижущую силу Е. При подключении (n или (n±1)–3) статорных обмоток к нагрузке обеспечивается бесперебойное энергоснабжение. Три равноудаленные друг относительно друга статорные обмотки подключаются, через зарядное устройство к аккумуляторной батареи, в результате чего происходит процесс её зарядки. Контроллер следит за зарядкой аккумуляторной батареи и при её полной зарядке, контроллер подключает аккумуляторную батарею через частотный преобразователь или инвертор к магнитному электродвигателю–генератору, восстанавливая рабочий режим нагрузки от аккумуляторной батареи. Одновременно контроллер дает команду на отключение механизма натяжения ремня и отключение ДВС. Далее процесс повторяется.
Устройство шестиполюсного, шестифазного магнитного электродвигателя - генератора поясняется с помощью чертежей, где на рис.3 представлен разрез магнитного электродвигателя - генератора, вид спереди, на рис. 4 – разрез по плоскости А – А (разрез статора и ротора).
Силовая гибридная установка электромобиля.
Силовая гибридная установка электромобиля состоит из тягового электродвигателя, аккумуляторной батареи, магнитного электродвигателя – генератора и ДВС.
Магнитный электродвигатель – генератор это шестиполюсный, шестифазный магнитный электродвигатель – генератор.
Тяговый электродвигатель электромобиля работает в штатном режиме от аккумуляторной батареи, контроллер следит за напряжением аккумуляторной батарей и при снижении напряжения аккумуляторной батареи до определенного уровня включает ДВС. На коленчатом валу ДВС установлен шкив, который механически связан со шкивом магнитного электродвигателя – генератора, посредством ременной передачи, которая включается от механизма натяжения ремня. При включении механизма натяжения приводного ремня, ротор магнитного электродвигателя – генератора приводится во вращение от двигателя внутреннего сгорания. При вращении ротора, поток энергией постоянных магнитов, установленных в роторе, пересекает проводники статорных обмоток и индуцирует в обмотках переменную электродвижущую силу Е. При подключении (n или (n±1)–3) статорных обмоток магнитного электродвигателя – генератора, через электронный регулятор (контроллер) к тяговому электродвигателю, тяговый электродвигатель начинает работать, приводя электромобиль в движение.
А три равноудаленные друг относительно друга статорные обмотки магнитного электродвигателя – генератора подключаются, через зарядное устройство (импульсное зарядное устройство) к аккумуляторной батареи, в результате чего, происходит процесс её зарядки. Контроллер следит за процессом зарядки аккумуляторной батареи и при её полной зарядке отключает ДВС, и подключает аккумуляторную батарею к тяговому электродвигателю, тяговый электродвигатель начинает работать в штатном режиме.
Работа магнитного электродвигателя - генератора в режиме тягового электродвигателя - генератора электромобиля.
Магнитный электродвигатель – генератор это шестиполюсный, шестифазный магнитный электродвигатель – генератор.
Ротор представляет собой цилиндр, на поверхности которого размещены секции из шести постоянных магнитов, равномерно размещенных по его длине, выполненных в виде клиньев, расширяющихся к статору, и расположенных относительно оси ротора под углом 65-75° залитых нейтральным по отношению к магнитным полям материалом. Вал ротора установлен в подшипниках и имеет с одной стороны шестерню, для подключения к редуктору привода колес электромобиля, с другой стороны крыльчатку для охлаждения магнитного электродвигателя – генератора.
Статор это шестифазный шести полюсный электродвигатель - генератор с постоянными магнитами расположенными на поверхности статора секциями по шесть магнитов, и равномерно распределенными по его длине, выполненными в виде клиньев, сужающихся к ротору, и расположенных относительно оси статора под углом 65-75° залитых нейтральным по отношению к магнитным полям материалом, и обращенными S-одноименными полюсами к постоянным магнитам ротора. По всей длине статора, между постоянными магнитами выполнены пазы, расположенные относительно оси статора под углом 65-75°, в которых установлены шесть статорных обмоток.
При установке магнитного электродвигателя – генератора на электромобиль, он может работать в качестве тягового электродвигателя в двух режимах.
1. Если магнитный электродвигатель - генератор установить на электромобиль подключив аккумуляторную батарею через частотный преобразователь, контроллер, и на шесть статорных обмоток, подать напряжение, то по обмоткам статора пойдет синхронный переменный ток, создавая крутящий момент и заставляя ротор вращаться. Вращение ротора через шестерню, установленную на конце ротора, передается на редуктор, который вращает колеса электромобиля, приводя электромобиль в движение.
2. Если магнитный электродвигатель - генератор установить на электромобиль подключив аккумуляторную батарею через частотный преобразователь, контроллер, и на три (четыре) статорные обмотки, подать напряжение, то по обмоткам статора пойдет синхронный переменный ток, создавая крутящий момент и заставляя ротор вращаться. Вращение ротора через шестерню, установленную на конце ротора, передается на редуктор, который вращает колеса электромобиля, приводя электромобиль в движение, а три (две) другие статорные обмотки подключаются через зарядное устройство (импульсное зарядное устройство) к аккумуляторной батарее, в результате чего происходит процесс её зарядки.
Во время движения электронный регулятор, контроллер, реагирует на движение электромобиля, или он едет по трассе, (прямолинейное движение), при спуске и подъеме, а также при остановках электромобиля (например, остановка перед светофором). В зависимости от дорожной ситуации, котроллер выбирает режимы работы, регулирует моменты переключения режимов, создавая оптимальный режим работы магнитного электродвигателя - генератора, с минимальным потреблением и отдачей реактивной энергии через зарядное устройство в аккумуляторную батарею.
Данное техническое решение позволит уменьшить емкость и массу аккумуляторной батареи, а также уменьшит и массу электромобиля.
Количество секций постоянных магнитов в роторе и статоре можно увеличивать, тем самым увеличивая мощность тягового электродвигателя.
Магниты, используемые в магнитном электродвигателе - генераторе, это магниты с высоким значением магнитной индукции, такие как магниты на основе редкоземельных элементов, в частности, неодимовые магниты. Эти магниты имеют сильные магнитные поля и позволяют достигать высокой однородности поля. Недостатком этих магнитов является то, что они могут быть хрупкими и не выдерживать больших нагрузок. В этом случае наружные поверхности магнитов покрывают тонкой металлической оболочкой, например, медной.
Литература
1. Таланин Ю.В. Магнитный электродвигатель – генератор.
Патент RU 2 772 864, МПК Н02К 21/14 // Бюл. № 15. 2022.
2. Таланин Ю.В. Магнитный электродвигатель – генератор.
Публикация: Журнал Силовая электроника, №4/2022
Стр.34-35
3 ЛИУ Кеминг (US), СЕРХ Александр (US)
Система ременного привода (варианты) и устройство натяжения для нее.
патент № 2272947, МПК F16H7/12
Патентообладатель: ДЗЕ ГЕЙТС КОРПОРЕЙШН (US)
Публикация патента: 27.03.2006