ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ ТРАНСПОРТА
ELECTRIC DRIVE FOR TRANSPORT

Изобретение относится к электромашиностроению и электронике и может быть использовано не только в производстве экологически чистых, не требующих затрат природных энергоносителей различных транспортных средств, но и в других промышленно-бытовых областях как отдельное, самостоятельное устройство, генерирующее электрическую энергию.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание электропривода, в первую очередь для транспорта, с целью сбережения природных энергоносителей и оздоровления экологической обстановки, т.к. разрабатываемые и применяемые сейчас двигатели внутреннего сгорания или двигательные установки смешанного типа не решают данных проблем.
Возможностью для решения такой задачи является создание устройства, генерирующего электрическую энергию, которое состоит из определенного количества известных, технически исполнимых составляющих, соответствующим образом включенных в общую схему и выполняющих каждый свою функцию. При современном уровне развития техники контроль за работоспособностью и своевременностью включения в работу всех составляющих, включенных в схему, необходимо возложить на компьютер, а применительно к средствам транспорта - на бортовой компьютер.
Сущность изобретения заключается в том, что «электропривод для транспорта» (в дальнейшем - «электропривод») состоит из трехфазного генератора переменного тока, трех стабилизаторов переменного напряжения, трех выпрямительных блоков, двух конденсаторов (ионисторов), автоматической коробки переключения скорости вращения ротора генератора, сцепления, электронного регулятора напряжения обмотки возбуждения генератора, двух электронных регуляторов зарядного тока аккумуляторов с электронными реле включения-выключения цепей заряда аккумуляторов, эл. механического переключателя режима питания обмотки возбуждения генератора эл. магнита ротора импульсного двигателя, маховика, импульсного двигателя, общего выключателя «нагрузочной» обмотки генератора, электронного регулятора напряжения эл. магнита ротора импульсного двигателя, трех выключателей фазных цепей «нагрузочной» обмотки генератора, двух электронных (эл. механических) реле включения-выключения цепей питания эл. магнитов статора импульсного двигателя, автоматического (электронного, эл. механического) переключателя аккумуляторов, четырех синхронизированных выключателей аккумуляторов, пяти аккумуляторов. К «Электроприводу» через реостаты и другие дополнительные устройства (выпрямители, трансформаторы, реле и т.д.), не показанные на схеме и выбираемые от функций нагрузок, подключаются нагрузки (потребители).
Кроме того, «рабочая» и «нагрузочная» обмотки генератора рассчитываются в зависимости от цели и условий, для которых предназначается использование «электропривода». В одних и тех же пазах статора размещаются и «рабочая», и «нагрузочная» трехфазные обмотки генератора. Вместо одного генератора с двумя обмотками статора допускается использование двух однообмоточных (статора) генераторов (1А и 1C). В этом случае сначала запускается генератор 1А - «рабочий», а затем, когда он войдет в режим, запускается генератор 1C - «нагрузочный». Питание обмоток возбуждения параллельное, по одной общей цепи питания.
Кроме того, в «Электропривод» введен приводной импульсный двигатель постоянного тока, особенностью которого является то, что для питания эл. магнитов статора требуется импульс эл. энергии только тогда, когда один из трех магнитов ротора (постоянно включенный эл. магнит) находится вблизи одного из четырех эл. магнитов статора. Импульсный двигатель, применяемый в данной схеме «Электропривода», специально разработан автором для данной схемы «Электропривода» и по дополнительной заявке представляется как изобретение, имеет вертикальную схему размещения «ротор-статор» с разделенным на две идентичные половины статором.
Кроме того, в «Электропривод» введены три стабилизатора переменного напряжения для стабилизации напряжения на выходе «рабочей» обмотки.
Кроме того, в «Электропривод» введены три выпрямительных блока для преобразования переменного тока «рабочей» обмотки в постоянный.
Кроме того, в «Электропривод» введены два электронных регулятора зарядного тока аккумуляторов с электронными реле выключения цепей заряда аккумуляторов (при достижении оптимального уровня заряда аккумуляторов). Аккумуляторы заряжаются зарядным током, превышающим на 10-15% оптимальный зарядный ток для применяемого типа (емкости) аккумуляторов.
Кроме того, в «Электропривод» введен электронный регулятор напряжения обмотки возбуждения генератора для регулирования напряжения обмотки возбуждения генератора при изменении скорости вращения ротора генератора.
Кроме того, в «Электропривод» введены два конденсатора (ионистора) большой емкости, которые выполняют функции источников питания кратковременного действия (только в период срабатывания переключателя режима питания обмотки возбуждения генератора и эл. магнита ротора импульсного двигателя).
Кроме того, в «Электропривод» введен электронный регулятор напряжения эл. магнита ротора импульсного двигателя для регулирования напряжения и соответственно скорости вращения ротора импульсного двигателя.
Кроме того, в «Электропривод» введена автоматическая коробка переключения скорости вращения ротора генератора, которая срабатывает при изменении скорости вращения ротора генератора, которая срабатывает при изменении скорости вращения ротора генератора или ротора импульсного двигателя.
Кроме того, в «Электропривод» введено сцепление, которое позволяет произвести плавную передачу вращательного момента с ротора импульсного двигателя на ротор генератора, а при выключенном состоянии облегчает и ускоряет набор скорости вращения ротором импульсивного двигателя.
Кроме того, в «Электропривод» введен маховик (маховое колесо), закрепленный на валу ротора импульсного двигателя, который, накопив кинетическую энергию в период набора скорости вращения ротором импульсного двигателя, облегчает и ускоряет набор оптимальной скорости вращения ротором генератора.
Кроме того, в «Электропривод» введен автоматический (эл. механический) переключатель режима питания обмотки возбуждения генератора и эл. магнита ротора импульсного двигателя (блок-коммутатор на герконах), имеющий время срабатывания не более 0,1-0,3 секунды.
Кроме того, в «Электропривод» введены два электронных реле включения-выключения цепей питания эл. магнитов статора импульсного двигателя для пропуска импульсов электроэнергии от аккумуляторов на определенные эл. магниты статора в строго определенные моменты, когда эл. магнит ротора находится вблизи одного из четырех эл. магнитов статора. Реле размыкает цепь при отходе эл. магнита ротора от эл. магнита статора, на который подавался импульс эл. энергии.
Кроме того, в «Электропривод» введен автоматический (электронный, эл. магнитный) многоконтактный переключатель аккумуляторов, который срабатывает, т.е. переключает находящиеся в работе два аккумулятора на подзарядку, а находившиеся на подзарядке другие два аккумулятора - на работу. Цикличность переключений определяется падением напряжения (плотностью) на работающих аккумуляторах до минимально допустимого для оптимального срабатывания эл. магнитов статора. Вместо одного общего переключателя допускается установка двух идентичных переключателей (для каждой пары аккумуляторов по одному), учитывая возможное временное различие на разряд двух работающих аккумуляторов.
Кроме того, в «Электропривод» введены четыре синхронизированных выключателя аккумуляторов, которыми по окончании работы «Электропривода» схема отключается от источников питания.
Кроме того, в «Электропривод» введены четыре аккумулятора, обеспечивающие эл. питание эл. магнитам статора импульсного двигателя. На каждую половину статора (два эл. магнита) определены два аккумулятора, из которых один находится в работе, а другой - на подзарядке, т.е. при включенной схеме «Электропривода» всегда два аккумулятора находятся в работе, а два другие - на подзарядке. Бесперебойное эл. питание эл. магнитов статора импульсного двигателя, обеспечиваемое своевременностью переключения подсевших аккумуляторов на свежезаряженные, позволяет «Электроприводу» без остановок длительное время находится в рабочем состоянии. Предпочтительнее использовать щелочные аккумуляторы такой емкости, которые обеспечат бесперебойную работу «Электропривода» при максимальной нагрузке.
Кроме того, в «Электропривод» введен пятый аккумулятор, обеспечивающий питание обмотки возбуждения генератора и эл. магнита ротора импульсного двигателя только на период времени, пока ротор генератора не наберет оптимальных оборотов. При наборе ротором генератора установленной скорости вращения аккумулятор отключается, т.е. аккумулятор выполняет функцию кратковременного, действующего до нескольких десятков секунд, источника питания.
Кроме того, в «Электропривод» введен механический привод для передачи вращательного момента с вала ротора импульсного двигателя на вал ротора генератора.
Кроме того, в «Электропривод» введен механический привод для передачи вращательного момента с вала ротора импульсного двигателя на вал ротора генератора.
Кроме того, в «Электропривод» введен общий выключатель «нагрузочной» обмотки генератора для уменьшения фактора влияния эл. магнитного тормозного момента генератора в период его запуска.
Кроме того, в «Электропривод» введены три отдельных выключателя фазных цепей «нагрузочной» обмотки генератора, позволяющие подключать через реостаты и другие эл. устройства нагрузки (потребители), для обеспечения работы которых, собственно, и предназначен «Электропривод».
Раскрытые особенности конструкции «Электропривода для транспорта» в целом позволяют изготовить новый тип транспортных средств, главным преимуществом которых перед существующими сейчас является то, что они сохранят любые природные энергоносители и позволят оздоровить экологическую обстановку в целом и в особенности в крупных населенных пунктах, а также улучшат эстетическое восприятие городских и межгородских ландшафтов (без паутины и проводов для троллейбусов, трамваев, электровозов и опорных столбов) и сэкономят значительное количество металла и других материалов, используемых для производства проводов и опор.
Сущность изобретения в целом поясняется структурной схемой «Электропривода», изображенной на чертеже.
«Электропривод для транспорта» состоит: из генератора 1 (1А - «рабочая» обмотка, 1С - «нагрузочная» обмотка, 1B - обмотка возбуждения); импульсного двигателя 21, на валу которого закреплен маховик 17; стабилизаторов 3, 4, 5; выпрямительных блоков 8, 9, 10; электронных регуляторов зарядного тока аккумуляторов с электронными реле включения-выключения цепей заряда аккумуляторов 13, 14; электронного регулятора напряжения обмотки возбуждения генератора 11; конденсаторов (ионисторов) 6, 18; электронного регулятора напряжения эл. магнитного ротора импульсного двигателя 20; автоматического (эл. механического) переключателя режима питания обмотки возбуждения генератора и эл. магнита ротора импульсного двигателя (блок коммутатор на герконах) 16; сцепления 15; автоматической коробки переключения скорости вращения ротора генератора 7; электронных реле включения-выключения цепей питания эл. магнитов статора импульсного двигателя 25, 26; автоматического переключателя аккумуляторов 30; синхронизированных выключателей аккумуляторов 31, 32, 33, 34; аккумуляторов питания эл. магнитов статора импульсного двигателя 38, 39, 40, 41; аккумулятора питания обмотки возбуждения генератора и эл. магнита ротора импульсного двигателя 12; механического привода 2; общего выключателя «нагрузочной» обмотки генератора 19; выключателя фазных цепей «нагрузочной» обмотки генератора 22, 23, 24.
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ «ЭЛЕКТРОПРИВОДА ДЛЯ ТРАНСПОРТА», ИЗОБРАЖЕННОГО НА ЧЕРТЕЖЕ
1. Перед включением «Электропривода»:
- выключатели 19, 22, 23, 24, 31, 32, 33, 34 находятся в положении «Выключено»;
- переключатель 16 находится в положении «ВВ»;
- сцепление 15 находится в положении «Выключено»;
- обе половины статора импульсного двигателя 21 раздвинуты относительно ротора.
2. Включение и принцип работы «Электропривода»:
- переключатель 16 переводится в положение «АА» (конденсаторы 6 и 18 заряжаются, запитывается обмотка возбуждения 1 В генератора 1 и эл. магнит ротора импульсного двигателя 21);
- сдвигаются до расстояния в 0,1 мм (к ротору) обе половины статора импульсного двигателя 21 и жестко фиксируются;
- выключатели 31, 32, 33, 34 синхронно переводятся в положение «Включено». В зависимости от величины разряда рабочих аккумуляторов срабатывает или не срабатывает переключатель 30;
- эл. ток от одного из рабочих аккумуляторов (38 или 40) через выключатели (применительно к схеме на чертеже) 31 или 33, через контакты «4-4» и «5-5» переключателя 30 и реле 25 или 26 поступает на обмотку ближайшего эл. магнита, находящегося в левой или правой половине статора импульсного двигателя 21, к которому подойдет эл. магнит ротора (например, в левой), который (ротор) под действием отталкивающей силы однополюсных постоянных магнитов ротора и обеих половин статора не прекращает своего вращения даже тогда, когда «Электропривод» обесточен. При этом мощности импульсного двигателя 21 для запуска генератора 1 будет недостаточно, т.к. постоянные магниты импульсного двигателя (на статоре и на роторе) придают ротору только дополнительное ускорение;
- эл. магнит ротора импульсного двигателя 21, оказавшись вблизи одного из эл. магнитов (например, левой половины) статора, получает в момент срабатывания электронного реле 25 эл. магнитный толчок, т.е. ротор получает ускорение вращательного момента, которое еще больше увеличивается под действием постоянных магнитов (однополюсное взаимодействие) ротора и статора. При отходе эл. магнита ротора от эл. магнита статора, на который подавался импульс эл. тока, срабатывает электронное реле 25 и выключает цепь питания эл. магнитов левой половины статора;
- ротор импульсного двигателя 21 ускоренно поворачивается на 90°. Его эл. магнит в этот момент будет находиться вблизи эл. магнита правой части статора. Срабатывает реле 26 и на эл. магнит статора, вблизи которого находится эл. магнит ротора, поступает импульс тока. Этот эл. магнит статора дает дополнительный толчок-ускорение вращательному движению ротора. И т.д. через каждые 90°. За один оборот ротора импульсного двигателя 21, он (через каждые 90°) четыре раза получает значительное ускорение вращательно движения и, кроме того, постоянно действующее дополнительное ускорение за счет однополюсного взаимодействия постоянных магнитов ротора и статора. Ротор импульсного двигателя 21 набирает обороты, одновременно раскручивая и маховик 17;
- при достижении ротором импульсного двигателя 21 несколько более высокой установленной скорости вращения включается сцепление 15, передающее вращательный момент через автоматическую коробку переключения скорости вращения ротора генератора 7 и механический привод 2 на генератор 1. При включении сцепления, т.е. при увеличении нагрузки на валу ротора импульсного двигателя 21, его обороты кратковременно падают, но с учетом:
- достаточной мощности импульсного двигателя 21;
- накопленной энергии маховика 17;
- переключения автоматической коробки переключения 7 на низшую передачу;
- срабатывания регулятора напряжения 20;
- что сцепление включено, когда обороты ротора были выше установленных;
- а также того, что по мере набора скорости вращения ротором генератора 1 автоматическая коробка переключения 7 переключается на более высокие передачи, кратковременность падения оборотов ротора импульсного двигателя 21 будет в течение всего нескольких секунд (Любое отклонение скорости вращения ротора генератора 1 от установленной корректируется (регулируется) переключением коробки 7 и срабатыванием регуляторов напряжения 20 и 11);
- при достижении ротором генератора 1 установленной скорости вращения: - переключатель 16 переводится в положение «ВВ». При этом питание обмотки возбуждения 1 В генератора 1 происходит по цепи: - стабилизатор 3, выпрямительный блок 8, регулятор напряжения 11; а питание постоянно включенного эл. магнита ротора импульсного двигателя 21 производится по цепи: - стабилизатор 3, выпрямительный блок 8, регулятор напряжения 20. При переключении переключателя 16, когда подвижные контакты уже отошли от неподвижных контактов «АА», еще но коснулись неподвижных контактов «ВВ», т.е. на период времени 0,1-0,3 сек, питание обмотки возбуждения 1 В генератора 1 осуществляет конденсатор 6, а питание эл. магнита ротора импульсного двигателя 21 осуществляет конденсатор 18;
- включаются две цепи подзарядки подсевших аккумуляторов. Цепь первая для аккумулятора 39 - стабилизатор 4, выпрямительный блок 9, электронный регулятор с реле выключения 13, контакты «9-9» и «10-10» автоматического переключения 30, выключатель 32. Цепь вторая для аккумулятора 41 - стабилизатор 5, выпрямительный блок 10, электронный регулятор с реле выключения 14, контакты «9-9» и «10-10» автоматического переключателя 30, выключатель 34;
- «Электропривод» приходит в стабильное состояние «холостого хода»;
- для подключения нагрузок 35, 36, 37 «нагрузочной» обмотки 1C генератора 1 необходимо:
- общий выключатель 19 перевести в положение «Включено»;
- исходя из необходимости включить нагрузочные цепи выключателями 22, 23, 24;
- мощности нагрузок 35, 36, 37 регулировать реостатами 27, 28, 29.
Подключение «нагрузочной» обмотки 1C к нагрузкам 35, 36, 37 отразится на скорости вращения ротора генератора 1 и соответственно на скорости вращения ротора импульсного двигателя 21, но с учетом времени срабатывания стабилизатора 3 (в пределах 5-10 миллисекунд), а также своевременностью срабатывания регуляторов напряжения 11, 20, коробки переключения 7 и наличием маховика 17 изменение скорости вращения ротора генератора 1 будет кратковременным.
3. Выключение «Электропривода»:
- выключить нагрузки 35, 36, 37, т.е. выключатели 22, 23, 24 и 19 перевести в положение «Выключено»;
- выключить сцепление 15;
- выключатели 31, 32, 33, 34 перевести в положение «Выключено»;
- раздвинуть левую и правую половины статора импульсного двигателя 21 и жестко зафиксировать.
Применение «Электропривода для транспорта» привнесет массу позитивных моментов в жизнедеятельность и жизнеобеспечение человеческого сообщества, т.к. модернизированный «Электропривод» может применяться не только для транспортных средств, но и для других промышленно-бытовых целей, а так же из-за того, что он относительно дешев и безопасен в эксплуатации, имеет высокий КПД и может работать без использования природных энергоносителей, без остановки длительное время в любых климатических поясах.
Представленная схема «Электропривода для транспорта» имеет законченный, рабочий, промышленно применимый, соответствующий уровню новизны и изобретательскому уровню вид.