КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ
DESIGN OF ELECTRIC MOTOR

Предпосылки для создания изобретения
(a) Область техники
Настоящее изобретение относится в общем к электрическим двигателям и более конкретно к электрическому двигателю с низким потреблением энергии и высокой выходной мощностью.
(b) Уровень техники
Известный электрический двигатель обеспечивает высокую частоту вращения на основе электромагнетизма и, как показано на Фиг. 1, включает статор 10 и ротор 20, которые вращаются относительно друг друга. Статор 10 имеет несколько обмоток 11 вокруг внутренней стенки статора 10. Ротор 20 имеет по окружности несколько магнитов 21, соответствующих обмоткам 11. Электроэнергия, подаваемая на обмотки 11, намагничивает обмотки 11 и, как таковые, обмотки 11 притягивают и отталкивают магниты 21 ротора 20, так что последний вращается с высокой частотой вращения.
При эксплуатации известного электрического двигателя электроэнергия подается периодически. Однако из-за сильного магнитного потока и высокого числа пересечений обмоток 11 и магнитов 21 влияние магнитов 21 на обмотки 11 сохраняется при движении по инерции, чтобы генерировать напряжение в отсутствие подачи электроэнергии. В результате, на такой электрический двигатель необходимо подавать повышенную мощность, чтобы подавлять такое генерируемое напряжение. Это приводит к ненужным потерям электроэнергии. Помимо этого, известный электрический двигатель обычно имеет кольцевую конструкцию, и напряженность магнитного поля создается с одной стороны. То есть, при одинаковой подводимой мощности электропитания известный электрический двигатель имеет невысокую выходную мощность.
Другими словами, если улучшить ситуацию с генерацией напряжения в отсутствие подачи электроэнергии, электрический двигатель может работать при меньшей мощности. Кроме того, если повысить напряженность магнитного поля, выходную мощность можно эффективно увеличить.
Раскрытие изобретения
Поэтому одна из главных целей настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить электрический двигатель с низкой подводимой мощностью электропитания, который позволяет уменьшить потери энергии за счет исключения генерации напряжения в отсутствие подачи электроэнергии.
Другая главная цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить электрический двигатель, способный усиливать напряженность магнитного поля во время подачи электроэнергии и повышать выходную мощность.
Для достижения этих целей настоящее изобретение применяет следующие технические средства.
Электрический двигатель включает по меньшей мере две группы магнитов, по меньшей мере один узел катушки и схема переключения при обнаружении. Группы магнитов и узел катушки движутся относительно друг друга. Группы магнитов расположены на некотором расстоянии и включают, каждая, по меньшей мере один магнит, полюса которого расположены перпендикулярно направлению движения этого магнита. Магниты в каждой группе магнитов уложены друг на друга, и их полюса на одной стороне имеют разную полярность. Противоположные магниты соседней группы магнитов имеют обращенные к первым полюса одинаковой полярности.
По меньшей мере один узел катушки расположен между двумя соседними группами магнитов, причем эти группы магнитов и по меньшей мере один узел катушки движутся относительно друг друга, по меньшей мере один узел катушки параллелен по оси направлению выравнивания между обращенными друг к другу полюсами противоположных магнитов, по меньшей мере один узел катушки включает намагничивающее устройство, обернутое обмоткой, и переднее ярмо и заднее ярмо проходят от двух концов намагничивающего устройства в противоположных направлениях, причем переднее ярмо взаимодействует первым с магнитом при движении относительно друг друга, заднее ярмо взаимодействует с магнитом позже, и между центрами переднего и заднего ярма существует определенное расстояние.
Схема переключения при обнаружении расположена между группами магнитов и по меньшей мере одним узлом катушки, причем переключатель при обнаружении включает по меньшей мере один отрицательный детектор или по меньшей мере один положительный детектор и по меньшей мере один детектор размыкания, причем каждый детектор расположен на том полюсе магнита, который взаимодействует раньше с передним ярмом по меньшей мере одного узла катушки при движении относительно друг друга. Отрицательный детектор расположен на северном полюсе магнита, северный полюс которого обращен к по меньшей мере одному узлу катушки, положительный детектор расположен на южном полюсе магнита, южный полюс которого обращен к по меньшей мере одному узлу катушки, детектор размыкания расположен на том полюсе магнита, который взаимодействует позже с задним ярмом по меньшей мере одного узла катушки при движении относительно друг друга. Когда передний элемент обнаружения обнаруживает отрицательный детектор или положительный детектор, на по меньшей мере один узел катушки подается положительное или отрицательное электропитание, соответственно. Когда задний элемент обнаружения обнаруживает детектор размыкания, подача положительного или отрицательного электропитания на по меньшей мере один узел катушки прекращается.
Кроме того, переднее ярмо и заднее ярмо проходят под углом больше прямого относительно намагничивающего устройства, чтобы эффективно увеличивать расстояние.
Электрический двигатель за счет расположения магнитов в противоположных группах и выравнивания узлов катушек с магнитами в противоположных группах не генерирует электроэнергию в отсутствие подачи электропитания и создает две напряженности магнитного поля. Кроме того, за счет одинаковой полярности между противоположными группами магнитов, разными полярностями между группами магнитов и намагничивающими устройствами и переключения схемой переключения при обнаружении между положительным и отрицательным электропитанием, электрический двигатель не создает магнитного сопротивления, увеличивает напряженность магнитного поля, эффективно уменьшает потребление энергии и увеличивает выходную мощность.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 – схематическое изображение известного электрического двигателя.
Фиг. 2A и 2B – схематические изображения электрического двигателя согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3A и 3B – другие схематические изображения электрического двигателя с Фиг. 2A и 2B.
Фиг. 4A и 4B – схематические изображения электрического двигателя согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5A и 5B – схематические изображения электрического двигателя согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 6A - 6C – схематические изображения электрического двигателя согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 7 – схематическое изображение узла катушки согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Ниже в описании ссылки на передние и задние, левые и правые, верхние и нижние, поперечные и вертикальные направления и места основаны на прилагаемых чертежах. Они предназначены для облегчения понимания, но не для ограничения, настоящего изобретения. Они также не ограничивают элементы конкретным местом или направлением. Размеры, указанные на чертежах или в описании изобретения, могут быть изменены согласно принципам настоящего изобретения, но без нарушения объема пунктов формулы изобретения.
Как показано на Фиг. 2A – 6C, электрический двигатель согласно настоящему изобретению включает по меньшей мере пару противоположных групп 50 магнитов, по меньшей мере один узел 60 катушки и схема 80 переключения при обнаружении. Пара групп 50 магнитов и узел 60 катушки могут синхронно вращаться и совершать линейное движение относительно друг друга. Первый вариант осуществления, показанный на Фиг. 2A – 3B включает один узел 60 катушки между группами магнитов 50. Второй вариант осуществления, показанный на Фиг. 4A и 4B, включает несколько узлов 60 катушек между группами 50 магнитов. Третий вариант осуществления, показанный на Фиг. 5A – 6C, включает несколько пар групп 50 магнитов и несколько узлов 60 катушек.
Как показано на Фиг. 2A, 3A, и 4A, в первом и втором вариантах осуществления группы 50 магнитов расположены на некотором расстоянии и соответственно обозначены как первая группа 50A магнитов и вторая группа 50B магнитов. Первая и вторая группы 50A и 50B магнитов могут двигаться синхронно относительно узла 60 катушки. При наличии трех или больше групп 50 магнитов, как показано на Фиг. 5A и 6A, первая группа 50A магнитов и вторая группа 50B магнитов расположены поочередно. Каждая группа 50 магнитов включает по меньшей мере один магнит 51 и один магнит 55, имеющие разноименные магнитные полюса и уложенные друг на друга по вертикали. Каждый магнит 51 или 55 имеет полюса, расположенные перпендикулярно направлению движения этого магнита. Как показано на Фиг. 4A, 5A и 6A, в крайней левой первой группе 50A магнитов северный полюс магнита 51 расположен рядом с узлами 60 катушек, и южный полюс магнита 55 расположен рядом с узлами 60 катушек. В двух соседних группах 50 магнитов магнит 51 одной группы обращен к магниту 55 другой группы. Например, северный полюс магнита 51 первой группы 50A магнитов расположен рядом с узлами 60 катушек, и северный полюс магнита 55 противоположной второй группы 50B магнитов также расположен рядом с узлами 60 катушек.
Узлы 60 катушек расположены между соседними группами 50 магнитов и параллельны по оси направлению выравнивания между обращенными друг к другу полюсами противоположных магнитов 51 и 55. Каждый узел 60 катушки включает намагничивающее устройство 61, обернутое обмоткой 65. Два ярма проходят от двух концов намагничивающего устройства 61 в противоположных направлениях. Одно ярмо, которое первым взаимодействует с полюсами группы магнитов 50, определено как переднее ярмо 611, и другое ярмо, которое взаимодействует позже, определено как заднее ярмо 612. При подаче электропитания на обмотку 65 и намагничивания намагничивающего устройства 61 до электромагнита, полярности этих полюсов соответствуют полюсам соседних групп 50 магнитов. Центры переднего ярма 611 и заднего ярма 612 расположены на некотором расстоянии (a) между ними. Расстояние (a) должно быть как можно больше. Поэтому, как показано на Фиг. 7, переднее ярмо 611 и заднее ярмо 612 проходят не перпендикулярно намагничивающему устройству 61, а под некоторым углом больше прямого, чтобы эффективно увеличивать расстояние (a).
Схема 80 переключения при обнаружении расположена между группами 50 магнитов и узлами 60 катушек и включает по меньшей мере отрицательный детектор 81 или по меньшей мере положительный детектор 83, каждый из которых расположен в некоторой точке наибольшей напряженности магнитного поля на магнитах 51 или 55, которые взаимодействуют первыми с передним ярмом 61 каждого из узлов 60 катушек при их движении относительно друг друга. У магнитов 51, северный полюс которых обращен к узлам 60 катушек, на магнитах 51 расположен отрицательный детектор 81. У магнитов 55, южный полюс которых обращен к узлам 60 катушек, на магнитах 55 расположен положительный детектор 83, так что обмотки 65 на узлах 60 катушек могут быть запитаны положительным или отрицательным электропитанием. Схема 80 переключения при обнаружении также включает по меньшей мере детектор размыкания 82, расположенный в точке наибольшей напряженности магнитного поля на магнитах 51 или 55, которые взаимодействуют позже с задним ярмом 612 каждого из узлов 60 катушек при их движении относительно друг друга, так что электропитание, подаваемое на обмотки 65 узлов 60 катушек, может быть отключено. Помимо этого, передний элемент обнаружения 851 и задний элемент обнаружения 852 расположены, соответственно, на переднем ярме 611 и заднем ярме 612 там, где напряженность магнитного поля наибольшая. Когда передний элемент обнаружения 851 одного узла 60 катушки обнаруживает отрицательный детектор 81 или положительный детектор 83, то электропитание подается на этот узел 60 катушки. Когда задний элемент обнаружения 852 одного узла 60 катушки обнаруживает детектор размыкания 82, подача электропитания на узел 60 катушки прекращается, как показано на Фиг. 2A – 6C.
Как сказано выше, этим достигается пониженная подводимая мощность и повышенная выходная мощность электрического двигателя.
Работу электрического двигателя настоящего изобретения можно описать следующим образом. Как показано на Фиг. 2A и 2B – Фиг. 5A и 5B, когда группы 50 магнитов и узлы 60 катушек движутся относительно друг друга, группы 50 магнитов действуют как ротор и движутся вверх, и узлы 60 катушек действуют как статор и остаются в состоянии покоя, при этом положительный детектор 83 на магните 51 или отрицательный детектор 81 на магните 55 взаимодействует сначала с передним элементом обнаружения 851 на переднем ярме 611 одного узла 60 катушки, и на узел 60 катушки подается положительное электропитание или отрицательное электропитание, так что узел 60 катушки намагничивается до электромагнита с соответствующими полярностями. Например, когда две противоположные группы 50 магнитов и узлы 60 катушек между ними имеют полярности С-С-Ю-С, как показано на Фиг. 2A, 2B, 4A, 4B и 5A, отталкивание между передним ярмом 611 и магнитом 51 создает силу отталкивания из-за одинаковой полярности, и притяжение между задним ярмом 612 и магнитом 55 создает силу притягивания из-за противоположных полярностей. Генерируются две напряженности магнитного поля, способствующие направлению движения. Альтернативно, как показано на Фиг. 3A, 3B, 4A, 4B и 5A, когда две противоположные группы 50 магнитов и узлы 60 катушек между ними имеют полярности Ю-Ю-С-Ю, отталкивание между передним ярмом 611 и магнитом 55 создает силу отталкивания из-за одинаковой полярности, и притяжение между задним ярмом 612 и магнитом 51 создает силу притяжения из-за противоположных полярностей. Также генерируются две напряженности магнитного поля, способствующие направлению движения.
С другой стороны, как показано на Фиг. 2A – 5B, детектор размыкания 82 на магните 51 или 55 взаимодействует с задним элементом обнаружения 852 на заднем ярме 612 одного узла 60 катушки, и подача электропитания на этот узел 60 катушки прекращается, так что узел 60 катушки больше не намагничен и не препятствует созданию силы отталкивания между приближающимся передним ярмом 611 и магнитом 51 или 55, и не препятствует созданию силы притяжения между приближающимся задним ярмом 612 и магнитом 51 или 55, если узел 60 катушки не отключен. Этим можно избежать создания магнитного препятствия движению.
Кроме того, как показано на Фиг. 6A и 6C, в настоящем изобретении группы 50 магнитов и узлы 60 катушек могут быть расположены так, чтобы разные узлы 60 катушек перемежались и создавали циклическую и передаваемую напряженность магнитного поля, этим усиливая напряженность магнитного поля и выходную мощность.
Из приведенного выше описания можно понять, что электрический двигатель посредством расположения магнитов 51 и 55 в противоположных группах 50 и выравнивания узлов 60 катушек с магнитами 51 и 55 в противоположных группах 50, не генерирует электроэнергию в отсутствие подачи электропитания и создает две напряженности магнитного поля. Кроме того, за счет одинаковой полярности между противоположными группами 50 магнитов, разных полярностей между группами 50 магнитов и намагничивающими устройствами 61 и переключения схемой 80 переключения при обнаружении электропитания с положительного на отрицательное и наоборот электрический двигатель лишен явления возникновения магнитного сопротивления, усиливает напряженность магнитного поля, эффективно уменьшает подводимую мощность и увеличивает выходную мощность.