RU2772864C1

RU2772864C1 - Magnetic motor-generator

Info

Publication number: RU2772864C1
Application number: RU2021110914A
Authority: RU
Inventors: Юрий Васильевич Таланин
Original assignee: Юрий Васильевич Таланин
Filing date: 2021-04-16
Publication date: 2022-05-27

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering and can be used as a magnetic motor, as well as a generator for powering synchronous, asynchronous and traction motors, as well as for charging accumulator batteries. The technical result is achieved by the magnetic motor-generator containing a rotor with permanent magnets fixed on a shaft, a stator with permanent magnets, the rotor has n permanent magnets made in the form of wedges expanding towards the stator and rectangular in the plan view, located at an angle of 65 to 75° relative to the axis of the rotor, and filled with a material neutral to magnetic fields, the stator has n or n±1 permanent magnets made in the form of wedges narrowing towards the rotor and rectangular in the plan view, facing the permanent magnets of the rotor with the analogous S-poles, located at an angle of 65 to 75° relative to the axis of the stator, and filled with a material neutral to magnetic fields, grooves are made in the stator between the permanent magnets, located at an angle of 65 to 75° relative to the axis of the stator, placed wherein are n or n±1 stator windings.

EFFECT: increased power of the magnetic motor.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение магнитный электродвигатель-генератор, относится к электротехнике, а именно к электродвигателям и генераторам. The invention magnetic motor-generator relates to electrical engineering, namely to electric motors and generators.

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.Electromagnetic motors are known, in particular, an electromagnetic motor (options) according to RF patent No. 2176845 dated July 14, 2000. The motor contains a drum-type rotor and a stator, on which permanent magnets are installed evenly around the circumference. Electromagnets are placed at the ends of the permanent magnets. Its disadvantages are insufficiently high engine power and low efficiency.

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.The closest analogue of the invention, taken as a prototype, is a magnetic motor according to the RF patent for utility model No. 41212 dated 10.10.2004, it contains a rotor fixed on the shaft with permanent magnets, a stator with permanent magnets, which has the ability to move into the zone of action of magnetic fields of permanent magnets of the rotor. The magnets face each other with the same poles, which repel each other and force the working disk of the engine to rotate around the axis.

Его недостатком является недостаточно высокая мощность двигателя и низкий КПД, а также необходимость перемещения статора в зону действия магнитных полей постоянных магнитов ротора.Its disadvantage is insufficiently high engine power and low efficiency, as well as the need to move the stator to the area of magnetic fields of permanent magnets of the rotor.

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.The problem solved in the development of this invention is to increase the power of the magnetic motor and increase its efficiency, as well as to ensure the operation of the magnetic motor at minimal cost. The magnetic field is a special kind of matter, the density of which can reach 280 kJ/m ³ . It is this value that is the potential energy that can be used in a magnetic motor. The second task of the magnetic motor is the possibility of its operation as a generator.

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.The rotor has n permanent magnets, made in the form of wedges, expanding towards the stator and having a rectangular shape, located relative to the rotor axis at an angle of 65-75° and filled with a material neutral with respect to magnetic fields. The stator is made with n or n±1 permanent magnets of a rectangular shape in terms of shape, facing S-similar poles to the permanent magnets of the rotor and filled with a material that is neutral with respect to magnetic fields. Along the entire length of the stator, between the permanent magnets, grooves are made, located relative to the stator axis at an angle of 65-75°, in which the stator windings are installed.

Постоянные магниты ротора и статора обращены друг к другу одноименными полюсами, которые отталкиваются и заставляют ротор магнитного электродвигателя вращаться вокруг своей оси.The permanent magnets of the rotor and stator face each other with the same poles, which repel each other and cause the rotor of the magnetic motor to rotate around its axis.

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.The implementation of the rotor with n permanent magnets, made in the form of wedges, expanding towards the stator and having a rectangular shape, located relative to the axis of the rotor at an angle of 65-75 ° and filled with a material that is neutral with respect to magnetic fields, provides its high power density and increased efficiency due to the energy of high-energy permanent magnets, which create strong magnetic fields with several pairs of permanent magnets. In this case, the force vector is applied to the ends of the magnets and directed tangentially to the rotor, which increases the torque of the magnetic motor. Filling permanent magnets with neutral material preserves the work of the magnetic fields of the magnets as much as possible, and also provides high engine power.

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.The implementation of the stator with n or n ± 1 permanent magnets of rectangular shape, facing S-like poles to the permanent magnets of the rotor, provides high specific power of the engine due to the strong repulsive force of several pairs of magnets facing each other with S-like poles.

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.An increase in the number of interacting pairs of permanent magnets, both on the rotor and on the stator facing each other with S-like poles, will make it possible to obtain a further increase in the power of the magnetic motor, while maintaining the small size of the magnetic motor.

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).The invention of the magnetic motor-generator is illustrated using drawings, where figure 1 shows a section of the front view of the engine, figure 2 is a section along the plane A-A (section of the stator and rotor).

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.The magnetic electric motor-generator (see Fig.1) consists of a rotor 2 fixed on the shaft 1 with permanent magnets 3, a stator 4 with permanent magnets 5 located in the housing 6. The permanent magnets of the rotor 3 and stator 5 are made in the form of wedges, expanding and facing S-similar poles to each other, having a rectangular shape, located relative to the axis of the motor at an angle of 65-75 °, and filled with a neutral material with respect to magnetic fields 7. In the stator 4, between the permanent magnets 5, grooves 8 are made, located relatively stator axis at an angle of 65-75°, in which n or n ± 1 stator windings 9 are placed. The shaft 1 of the rotor 2 is installed in bearings 10 and has a pulley 11 for power take-off on one side, and an impeller 12 for cooling the magnetic motor-generator on the other .

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.The power of the magnetic electric motor-generator increases with an increase in the number of magnetic pairs of permanent magnets mounted on the stator and rotor and interacting with each other (magnet 3 of the rotor 2 and magnet 5 of the stator 4), i.e. with an increase in the length of the stator and rotor.

Магнитный электродвигатель-генератор работает следующим образом.Magnetic motor-generator works as follows.

При выключенном магнитном электродвигателе-генераторе, ротор 2 неподвижен, постоянные магниты 3 ротора 2 и постоянные магниты 5 статора 4 находятся в состоянии покоя.When the magnetic motor-generator is off, the rotor 2 is stationary, the permanent magnets 3 of the rotor 2 and the permanent magnets 5 of the stator 4 are at rest.

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.Stator windings 9 are installed in the stator 4 of the magnetic motor-generator. If three stator windings 9 equidistant relative to each other, connect, for example, to a frequency converter or servo drive, as a result of which synchronous alternating current will flow through the windings 9 of the stator 4, creating torque and forcing rotor 2 rotate.

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.The principle of operation of a magnetic electric motor-generator is based on the interaction of a rotating magnetic field of the stator and a constant magnetic field of the rotor. The optimal mode of operation of the magnetic motor can be obtained when exposed to reactive energy, which is possible with automatic current control. This feature makes it possible to operate a magnetic motor with minimal consumption and return of reactive energy to the network.

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.The main difference between a permanent magnet synchronous motor (PMSM) and an induction motor is the rotor. Studies have shown that the MEMS is about 2% more efficient than a highly efficient induction motor, provided the stators are of the same design and the same frequency converter is used for control. At the same time, synchronous electric motors with permanent magnets, in comparison with other electric motors, have the best indicators: power / volume, moment / inertia and have small overall dimensions at the same power, but their efficiency is much higher.

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.The stator windings (n or n ± 1-3) are affected by the magnetic fields of the permanent magnets 5 installed in the stator 4, when the rotor 2 rotates in the stator 4, the energy flow of the permanent magnets 3 installed in the rotor 2 crosses the conductors of the stator windings 9 and induces in the windings 9 variable electromotive force (EMF) E, when the stator windings 9 are connected to the load, the current I passing through these windings creates a changing magnetic field, the resulting magnetic flux Φ is created by the combined action of the magnetic forces: the energy of the permanent magnets 3 installed in the rotor 2, and the changing magnetic field of the stator windings 9, as well as the energy of the permanent magnets 5 installed in the stator 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.Stator windings 9, depending on the purpose, can be connected in various ways, in series, in parallel, a star with a common point, a triangle, form a different number of phases, etc., power the traction motor of an electric vehicle, charge a high-voltage battery through chargers, and so the same battery running on the on-board system of the electric vehicle.

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.The magnetic motor-generator is environmentally friendly, requires minimal energy consumption, does not pollute the air and can be used as a magnetic motor, as well as a generator for powering synchronous, asynchronous and traction motors, as well as for charging batteries in the automotive industry, aviation, space, mechanical engineering and in many other branches of the national economy.

Claims

Magnetic electric motor-generator containing a rotor fixed on the shaft with permanent magnets, a stator with permanent magnets, characterized in that the rotor has n permanent magnets, made in the form of wedges, expanding towards the stator and having a rectangular shape, located relative to the rotor axis at an angle 65-75° and filled with a material that is neutral with respect to magnetic fields, the stator has n or n ± 1 permanent magnets, made in the form of wedges, tapering towards the rotor and having a rectangular shape, facing S-poles of the same name to the permanent magnets of the rotor, located relative to the stator axis at an angle of 65-75° and filled with a material neutral with respect to magnetic fields, grooves are made in the stator between the permanent magnets, located relative to the stator axis at an angle of 65-75°, in which n or n ± 1 stator windings are placed.