МАГНИТНЫЙ МОТОР С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВЕДЕНИЕМ В ДЕЙСТВИЕ
MAGNETIC MOTOR WITH ELECTROMAGNETIC ACTUATION

Ссылка на родственную заявку
Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с заявкой на выдачу патента Канады №2947812 под названием «Magnet Motor with Electromagnetic Drive», поданной 7 ноября 2016 г., содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к электрическому мотору. Более конкретно, настоящее изобретение относится к допускающему размерное масштабирование электрическому мотору, приводимому в действие взаимодействием постоянных магнитов с магнитным потоком снаружи электромагнитных катушек.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Современные моторы, используемые для приведения в действие механизмов всех типов, всегда использовали энергию внешних источников, например, ископаемого топлива в двигателе внутреннего сгорания или электрическую энергию, генерируемую с использованием гидроэнергетики, ядерной энергии, ветровых и солнечных источников и т.п. Исследователи предпринимали и продолжают предпринимать попытки создания мотора, приводимого в действие магнитами. Целью является применение притягивающих и отталкивающих свойств магнитов для движения или приведение в действие механизма, который создавал бы линейное или вращательное движение. В этих предыдущих попытках имели место затруднения, в числе которых насыщение магнитного поля, намагничивание металлов, удерживающих магниты, и размагничивание магнитов.
В одной системе известного уровня техники использованы размещенные по окружности вокруг диска электромагниты с железным сердечником, один полюс которых ориентирован радиально, и размещенные на диске постоянные магниты, полюса которых ориентированы радиально. Постоянный магнит, приближаясь к указанному соленоиду, притягивается к сердечнику. Когда полюс постоянного магнита радиально совместится с полюсом электромагнита, в электромагнит подают электрический ток, вызывая этим отталкивание постоянного магнита. Недостатком этого подхода является ограниченное боковое смещение (ход) магнита при пропускании тока через электромагнит. В результате для реализации непрерывного вращения диска катушки необходимо размещать близко друг к другу. При этом потребляется больше энергии и возможно противодействие вращению вследствие перекрестной и/или взаимной индуктивности между электромагнитами.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Изобретение, описанное в настоящем документе, основано на использовании магнитных полей снаружи параллельно совмещенных постоянных магнитов и электромагнитных соленоидов с круглым, эллиптическим или прямоугольным поперечным сечением. Как и в активируемых соленоидом клапанах, в которых клапан находится внутри соленоида, в данном случае постоянные магниты частично охватывают соленоид и наоборот. Постоянные магниты размещают с фиксированным интервалом, направляя их ось по касательной к наружному периметру диска и поперек, чтобы стационарный электромагнит при проходе частично окружался, или электромагниты размещают в подковообразной конфигурации, чтобы при прохождении постоянных магнитов, закрепленных на диске, частично окружать постоянные магниты, ориентированные по касательной и расположенные около края диска на его окружности. В случае, когда магнит окружает электромагнитом, энергии потребляется меньше, чем когда наоборот. Электромагнит и группы магнитов могут быть отдельными, установленными параллельно с одинаковым направлением одинаковых полюсов. На выполненном с возможностью вращения диске между постоянными магнитами может быть размещен экранирующий материал, вынуждающий магнитное поле в каждом индивидуальном магните возвращаться обратно от северного полюса к южному полюсу, а не соединяться с противоположным полюсом соседнего магнита. В каждый электромагнит, когда он окажется параллельно совмещенным с постоянным магнитом, подают ток, чтобы постоянный магнит отталкивался в том же направлении и вызывал непрерывное вращение колеса.
Иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения является электромагнитная вращающая моторная система, содержащая колесо с пазом по краю, внутри которого в подковообразной конфигурации встроены один или более постоянных магнитов, ориентированных в касательном направлении вокруг края колеса с направленными в одном направлении одинаковыми полюсами, причем индукционные катушки или электромагниты расположены с возможностью прохода между указанным постоянным магнитом (магнитами) в касательном направлении в указанном пазе так, что при этом ось, проходящая через полюса электромагнита, параллельна такой же оси постоянных магнитов, а соединение катушек и подача питания организованы так, что создаваемые при этом магнитные полюса сонаправлены с полюсами постоянных магнитов, в результате чего при протекании тока через катушку полюса электромагнита и постоянного магнита отталкиваются, вызывая поворот колеса, на котором закреплены магниты, от катушки.
Располагая несколько постоянных магнитов и электромагнитных катушек вокруг окружной поверхности колеса и попеременно подавая энергию в электромагнитные катушки, чтобы создать силы, последовательно действующие на постоянные магниты, размещенные по окружности колеса, получают непрерывное вращение колеса. В обращенном варианте такого мотора может использоваться множество катушек, установленных в подковообразной конфигурации, частично окружающих отдельный магнит, расположенный по касательной около края диска с полюсами, параллельными полюсам катушек, чтобы отталкивать этот отдельный магнит, что также вызывает вращение диска.
Иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения является электрический мотор, содержащий: диск, характеризующийся наличием окружной поверхности, центральный вал для вращения вокруг него указанного диска, по меньшей мере один постоянный магнит, закрепленный на окружной поверхности диска, причем каждый из по меньшей мере одного постоянного магнита характеризуется наличием северного полюса и южного полюса вдоль продольной оси, направленной от южного полюса к северному полюсу; управляемый источник питания; и по меньшей мере один электромагнит, каждый из которых размещен по окружности близко к диску, у каждого из которых северный полюс электромагнита и южный полюс электромагнита создаются при приеме электрической энергии от источника питания, продольная ось электромагнита направлена от южного полюса электромагнита к северному полюсу электромагнита и в том же направлении по окружности, как проходящая от южного полюса к северному полюсу продольная ось указанного по меньшей мере одного постоянного магнита.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 представлен одинарный диск с пазом согласно настоящему изобретению, в ступицу и фланцы которого по окружности подковообразно встроены отдельные прямоугольные постоянные магниты, оси которых направлены по касательной к краям фланцев диска и ступицы диска.
На фиг. 2 представлен электромагнитный соленоид согласно настоящему изобретению, закрепленный кронштейне, для которого показан пример возможной конструкции.
На фиг. 3 представлен вид в разрезе одинарного диска и электромагнита согласно настоящему изобретению, на котором видно, как смонтированы и размещены магниты обоих типов.
На фиг. 4 представлен вид сбоку мотора согласно настоящему изобретению, где виден электромагнит, находящийся внутри паза диска, но не касающийся этого диска.
На фиг. 5а, b, с, d, е, f представлено вращающее взаимодействие электромагнита с постоянным магнитом в моторе согласно настоящему изобретению.
На фиг. 6 представлен двойной диск с пазами согласно настоящему изобретению, где в ступицу и фланцы диска по окружности встроены постоянные магниты, оси которых направлены по касательной к краям фланца и ступицы колеса.
На фиг. 7 представлено двойное колесо с пазами согласно настоящему изобретению, причем электромагниты находятся внутри пазов колеса и вал колеса соединен с генераторным блоком.
На фиг. 8 представлен С-образный постоянный магнит, используемый в варианте настоящего изобретения, и полюса этого магнита.
На фиг. 9 представлен изометрический вид варианта настоящего изобретения, показывающий взаимодействие электромагнита с С-образным постоянным магнитом.
На фиг. 10 представлен вид сбоку варианта настоящего изобретения, в котором электромагнит находится в полном совмещении внутри С-образного постоянного магнита, но не касается этого магнита.
На фиг. 11 представлен изометрический вид варианта настоящего изобретения с несколькими дисками, между которыми расположены С-образные постоянные магниты, и расположенными в ряд электромагнитами, которые могут проходить внутри С-образного постоянного магнита, при этом весь агрегат приводит в действие генераторный блок для выработки электрической энергии.
Подробное раскрытие предпочтительных вариантов осуществления
В приведенном ниже раскрытии одинаковое число, сопровождаемое строчными буквами, используется для обозначения элементов, которые выглядят по-разному, но выполняют аналогичные функции. Буквой N обозначается северный полюс, буквой S обозначается южный полюс постоянного магнита и/или электромагнита.
Далее со ссылками на фиг. 1-7 приведено иллюстративное описание принципа настоящего изобретения.
Рассмотрение начинается с одинарного диска (3) с пазом, в котором постоянные магниты (1a, 1b, 1c, 1d) расположены по окружности подковообразно, параллельно, с одинаковым направлением полюсов, а электромагнитные соленоиды (2а, 2b, 2с, 2d, 2f) установлены так, что направление магнитных полюсов, возникающих при прохождении тока через каждый из этих соленоидов, параллельно и сонаправлено направлению полюсов постоянных магнитов (1). Магнитное поле, создаваемое при протекании тока через электромагнит (2а), вызывает смещение постоянного магнита (1а) с поворотом в боковом направлении по часовой стрелке, в результате которого группа (1b) постоянных магнитов входит в параллельное совмещение с электромагнитным соленоидом (2b). Когда группа (1а) постоянных магнитов выходит из электромагнита (2а), ток в электромагните (2а) выключают, а когда группа (2b) постоянных магнитов оказывается в параллельном совмещении с электромагнитом (2b), включают электромагнит (2b). Это вызывает дальнейшее вращательное смещение постоянного магнита (1b) в боковом направлении по часовой стрелке, в результате которого постоянный магнит (1с) входит в совмещение с электромагнитом (2с), и т.д. Расстояние между электромагнитами (2) подобрано так, чтобы при поочередной подаче тока в электромагниты (2) на постоянные магниты оказывалось действие типа последовательной передачи, заставляющее диск непрерывно вращаться. Согласно одному варианту осуществления постоянные магниты (1) с подковообразным расположением частично окружают электромагнит (2) с целью довести до максимума взаимодействие постоянных магнитов (1) с потоком, исходящим из электромагнита (2), с одновременной минимизацией потребления энергии электромагнитами (2) и устранением проблем, связанных с взаимной и перекрестной индуктивностью электромагнитов, находящихся близко друг к другу. Вращательный момент, создаваемый вращением диска (3), зависит от диаметра диска (3). Аналогично, от диаметра диска (3) зависит количество постоянных магнитов (1) и электромагнитов (2), устанавливаемых вокруг края диска (3). Частичным окружением электромагнита (2) подковообразно размещенными постоянными магнитами (1) обеспечивается использование весомой доли магнитного потока снаружи электромагнита (2) на придание вращения постоянным магнитам (1) и диску (3) в боковом направлении. Размещение постоянных магнитов (1) близко к краю диска (3) увеличивает вращательную инерцию диска (3), что является положительным качеством для придания стабильности вращению диска (3). Для передачи вращения вал диска (3) соединяют с валом другого механизма.
Электромагнит (2) и группы (1) постоянных магнитов могут быть отдельными, с сонаправленными одинаковыми полюсами, направленными параллельно по касательной к краю диска (3). На диске (3), выполненном с возможностью вращения, между постоянными магнитами (1) может быть размещен экранирующий материал, чтобы заставить магнитное поле в каждом индивидуальном постоянном магните (1) возвращаться обратно от северного полюса к южному полюсу, а не соединяться с противоположным полюсом соседнего постоянного магнита.
Рассмотрим фиг. 8-11, на которых показан вариант настоящего изобретения с использованием С-образных постоянных магнитов (7), северный и южный полюса которых, как показано, расположены в продольном направлении. Постоянный магнит (7) встроен в касательном направлении около края диска (3) и (4). При таком расположении постоянный магнит (7) охватывает наибольшую возможную часть магнитного потока электромагнита (2). В продольный вырез (8) постоянного магнита (7) при движении постоянных магнитов (7) входит кронштейн, на котором закреплен электромагнитный соленоид (2).
Мотор согласно настоящему изобретению можно запустить ручным вращением диска (3, 4) или с помощью батареи постоянного тока.
Для создания дополнительного вращательного момента можно использовать многоярусные диски (3) с вырезами (10) на обеих сторонах, где размещены и удерживаются постоянные С-образные магниты (7); благодаря чему формируется многоярусный барабан с пазами, при вращении которого электромагниты (2), расположенные на одной линии внутри пазов, проходят через вырезы в постоянных С-образных магнитах (7), размещенных между фланцами. Вращение создается пропусканием электрического тока через ряд электромагнитов (2), от которых постоянные С-образные магниты (7) отталкиваются, создавая вращение, которое впоследствии приводит в действие генераторный блок (9) или генератор переменного тока для выработки электрической энергии. Альтернативно, для увеличения охвата магнитного поля электромагнита могут использоваться U-образный постоянный магнит и прямоугольные соленоиды.
В число примеров отличительных признаков настоящего изобретения могут входить перечисленные ниже признаки.
1. Параллельное взаимодействие поля потока снаружи постоянного магнита и поля потока снаружи электромагнита используется для создания большего бокового смещения постоянного магнита и, таким образом, увеличения поворота диска на единицу длины постоянного магнита и электромагнита.
2. Частичный охват электромагнита проходящими мимо постоянными магнитами максимизирует взаимодействие между полями магнитов обоих типов.
3. Одновременное действие одного соленоида на несколько постоянных магнитов, расположенных подковообразно с частичным окружением этого соленоида, создает более высокое вращающее усилие на единицу энергии, затраченной электромагнитом.
4. Размещение магнитов вблизи края диска создает более высокую вращательную инерцию после запуска вращения системы.
5. Увеличение диаметра диска при сохранении той же электромагнитной силы между электромагнитами и постоянными магнитами повышает вращательный момент и создает более высокую мощность при одинаковой энергии, затраченной электромагнитом.
6. Сборка множества дисков с пазами, снабженных постоянными магнитами, в барабан, взаимодействующий с рядами электромагнитов, дает возможность создания более высокого вращательного момента и мощности.
7. Благодаря вращательной энергии системы после достижения высокой частоты вращения для поддержания вращения мотора требуется лишь минимальная электромагнитная энергия.
8. Дополнительно, вокруг края диска может быть установлено несколько пассивных электромагнитов для генерирования электрической энергии при прохождении магнитов.
9. Энергетические поля снаружи постоянных магнитов и электромагнитов изнутри приводят мотор в действие без использования ископаемого топлива и последующего загрязнения.
10. Мотор характеризуется наличием несоприкасающихся с вращающимся диском и постоянными магнитами стационарных электромагнитных деталей, что устраняет потребность в запасных частях вследствие стирания и износа.
11. Мотор прост в изготовлении и сборке и допускает размерное масштабирование.
Иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения является электрический мотор, содержащий: диск, характеризующийся наличием окружной поверхности, центральный вал для вращения вокруг него указанного диска, по меньшей мере один постоянный магнит, закрепленный на окружной поверхности диска, при этом каждый из по меньшей мере одного постоянного магнита характеризуется наличием северного полюса и южного полюса вдоль продольной оси, которая направлена от южного полюса к северному полюсу; управляемый источник питания; и по меньшей мере один электромагнит, каждый из которых размещен по окружности близко к диску, у каждого из которых северный полюс электромагнита и южный полюс электромагнита создаются при приеме электрической энергии от источника питания, продольная ось электромагнита направлена от южного полюса электромагнита к северному полюсу электромагнита и в том же направлении по окружности, как проходящая от южного полюса к северному полюсу продольная ось указанного по меньшей мере одного постоянного магнита.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного мотора указанный по меньшей мере один постоянный магнит содержит по меньшей мере два постоянных магнита, и эти постоянные магниты размещают на диске так, что их продольные оси, направленные от южного полюса к северному полюсу, направлены в одном направлении по окружности.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора дополнительно содержится экранирующий материал, размещенный между каждым из указанных по меньшей мере двух постоянных магнитов.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора подачу электрической энергии в каждый из по меньшей мере одного электромагнита прекращают, когда этот электромагнит смещен по окружности от одного из по меньшей мере одного постоянного магнита или находится за пределами заданного по окружности порога пребывания в состоянии совмещения по окружности, и подачу электрической энергии в по меньшей мере один электромагнит осуществляют, когда ось этого электромагнита, в сущности, совмещена по окружности с осью по меньшей мере одного из по меньшей мере одного постоянного магнита или находится в пределах другого заданного по окружности порога пребывания в состоянии совмещения по окружности.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора, когда ось электромагнита, в сущности, по окружности совмещена с осью по меньшей мере одного из по меньшей мере одного постоянного магнита, продольная ось указанного по меньшей мере одного постоянного магнита и продольная ось указанного по меньшей мере одного электромагнита параллельны, но находятся в разных плоскостях.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора указанный по меньшей мере один постоянный магнит ограничивает канал, проходящий вдоль указанной продольной оси.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора электромагнит, когда совмещен по окружности, располагается внутри указанного канала.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора поперечное сечение указанного канала характеризуется С-образной формой.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора поперечное сечение указанного канала характеризуются подковообразной формой.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора указанный по меньшей мере один электромагнит является прямоугольным.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора для указанного по меньшей мере одного постоянного магнита поперечное сечение перпендикулярно указанной продольной оси.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора указанный канал задает центральную продольную ось, причем эта центральная продольная ось и продольная ось электромагнита находятся в одной плоскости.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора указанный по меньшей мере один электромагнит ограничивает канал электромагнита, проходящий вдоль продольной оси электромагнита.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора, когда по меньшей мере один постоянный магнит и по меньшей мере один электромагнит совмещены по окружности, по меньшей мере один из указанных постоянных магнитов располагается внутри указанного канала электромагнита.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора канал электромагнита задает центральную продольную ось электромагнита, при этом центральная продольная ось электромагнита и указанная продольная ось электромагнита находятся в одной плоскости.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора продольные оси постоянных магнитов направлены по касательной к окружной поверхности диска.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора дополнительно содержится по меньшей мере один стационарный держатель для крепления указанного по меньшей мере одного электромагнита.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора продольная ось электромагнита направлена по касательной к диску.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора указанный по меньшей мере один электромагнит содержит сплошной сердечник из мягкого железа, выполненный как единое целое с фланцами или торцевыми шайбами.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора дополнительно содержится оптический датчик и/или один или более датчиков близости для контроля совмещения постоянных магнитов и указанного по меньшей мере одного электромагнита.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора каждым из постоянных магнитов создается поле потока, электромагнитом при приеме электрической энергии создается поле потока электромагнита, и эти поля потоков взаимодействуют, создавая боковое смещение постоянного магнита относительно электромагнита, тем самым вызывая вращение диска.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора источник питания представляет собой батарею.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора дополнительно содержатся средства управления скоростью для регулирования скорости вращения диска.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора дополнительно содержатся прикрепленные к диску лопасти вентилятора для охлаждения указанного по меньшей мере одного электромагнита.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора каждый электромагнит содержит соленоид.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора указанный по меньшей мере один электромагнит включает в себя по меньшей мере два электромагнита, причем электрическая энергия подается в эти по меньшей мере два электромагнита поочередно, в результате чего диск вращается.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора, когда электрическая энергия подается в некоторые из указанных по меньшей мере двух электромагнитов для отталкивания постоянных магнитов, остальные из этих по меньшей мере двух электромагнитов притягиваются на место.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора постоянные магниты изогнуты, чтобы в целом соответствовать окружной поверхности диска.
Согласно иллюстративному варианту осуществления любого вышеописанного электрического мотора указанные диски содержат общий центральный вал.
Иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения является система для генерирования электрической энергии, содержащая по меньшей мере один пассивный электромагнит, расположенный по окружности близко к диску любого вышеописанного электрического мотора с целью генерирования электрической энергии при прохождении указанного по меньшей мере одного постоянного магнита.
Согласно иллюстративному варианту осуществления системы для генерирования электрической энергии указанная система выполнена с возможностью приведения в действие генератора.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления могут быть сделаны модификации, которые могут содержать комбинации и субкомбинации вышеизложенного. Представленные выше разнообразные варианты осуществления являются лишь примерами и никоим образом не ограничивают объем настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники, ознакомившись с иллюстративными вариантами осуществления, легко увидят возможности модификации описанных в настоящем документе инноваций; такие модификации входят в предполагаемый объем настоящего изобретения. В частности, для создания альтернативных вариантов осуществления, содержащих субкомбинации признаков, которые выше могли быть не описаны явно, могут быть выбраны признаки из одного или более вышеописанных вариантов осуществления. Кроме того, для создания альтернативных вариантов осуществления, содержащих комбинацию признаков, которая выше могла быть не описана явно, могут быть выбраны и скомбинированы признаки из одного или более вышеописанных вариантов осуществления. Признаки, пригодные для таких комбинаций и субкомбинаций, станут очевидными для специалиста в данной области техники после изучения настоящего изобретения в его полноте. Предполагается, что объект, описанный в настоящем документе, охватывает все соответствующие изменения в технике.
В описанных вариантах осуществления могут быть сделаны некоторые переделки и модификации. Соответственно, рассмотренные выше варианты осуществления следует считать поясняющими и не ограничивающими.