мотор-колесо транспортного средства

Формула изобретения

1. Мотор-колесо транспортного средства, содержащее двигатель, выполненный в виде асинхронной машины, статор которой жестко закреплен на транспортном средстве, а выводы его обмоток подключены к фазным выводам бортового или контактного источника электроэнергии, ротор, встроенный в колесо, и блок управления, отличающееся тем, что ротор выполнен в виде колеса, имеющего форму диска, изготовленного из магнитного материала и закрепленного на оси, выполненной с возможностью вращения, статор жестко закреплен на шасси транспортного средства и состоит из кольца, шихтованного из магнитной ленты, выполненного с радиальными пазами и установленного коаксиально оси, и катушек многофазной обмотки с выводами, расположенных в пазах кольца, причем торцевая поверхность диска размещена с аксиальным зазором относительно торцевой поверхности кольца статора, образуя с ним торцовую асинхронную машину.

2. Мотор-колесо по п. 1, отличающееся тем, что в него дополнительно введен обратимый преобразователь напряжения и частоты с молекулярным накопителем электроэнергии, содержащий блок управления и включенный в рассечку между выводами катушек и источником электроэнергии.

3. Мотор-колесо по п. 1, отличающееся тем, что в диск встроена беличья клетка, изготовленная из материала, обладающего высокой электропроводностью.

4. Мотор-колесо по п. 1, отличающееся тем, что поверхность диска, обращенная к статору, выполнена с покрытием из материала, обладающего высокой электропроводностью.

5. Мотор-колесо по п. 1, отличающееся тем, что по периметру диска выполнен обод, в котором установлена шина.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортным средствам и может быть использовано в мотор-колесах транспортных средств, перемещающихся по рельсовому, рельсострунному или дорожному полотну.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является мотор-колесо, служащее двигателем каждого колеса транспортного средства, содержащее асинхронную машину, статор которой закреплен на транспортном средстве, а выводы его обмоток подключены к фазным выводам бортового или контактного источника электроэнергии, при этом ротор встроен в колесо с радиальным зазором относительно внутренней цилиндрической поверхности статора (см. патент США 5222568, кл. 180-65.5, oп. 1993). В известном устройстве статор жестко закреплен на оси транспортного средства и выполнен в виде массивного основания, на котором установлен пакет из стальных пластин с обмоткой вокруг них. Ротор выполнен в виде элемента, имеющего в поперечном сечении С-образную форму и короткозамкнутую обмотку, расположенную на внутренней поверхности этого элемента и обращенную к статору, и установлен в подшипниках. Блок управления выполнен с использованием компьютера,

Недостатками известного устройства является значительный вес и большие габариты, что обусловлено большим весом статора и наличием С-образного элемента в роторе. Известное мотор-колесо имеет низкую эксплуатационную надежность вследствие повышенного износа крепежных элементов ротора, соединяющих его с подшипниками и ободом, на котором установлена шина.

Задачей изобретения является уменьшение веса и габаритов мотор-колеса при одновременном повышении его эксплуатационной надежности.

Решение указанных задач обеспечивается новым мотор-колесом транспортного средства, содержащем двигатель, выполненный в виде асинхронной машины, статор которой жестко закреплен на транспортном средстве, при этом выводы его обмоток подключены к фазным выводам бортового или контактного источника электроэнергии, ротор, встроенный в колесо, и блок управления, причем ротор выполнен в виде колеса, имеющего форму диска, изготовленного из магнитного материала и закрепленного на оси, выполненной с возможностью вращения, статор жестко закреплен на шасси транспортного средства и состоит из кольца, шихтованного вдоль образующей магнитной ленты, выполненного с радиальными пазами и установленного коаксиально оси, и катушек многофазной обмотки с выводами, расположенных в пазах кольца, причем торцевая поверхность диска размещена с аксиальным зазором относительно торцевой поверхности кольца статора, образуя с ним торцовую асинхронную машину; при этом предпочтительно в мотор-колесо дополнительно вводить обратимый преобразователь напряжения и частоты с молекулярным накопителем электроэнергии, содержащим блок управления и включенный в рассечку между выводами катушек и источником электроэнергии; в диск встраивать беличью клетку, изготовленную из материала, обладающего высокой электропроводностью, например из меди или латуни; поверхность диска, обращенную к статору, выполнять с покрытием из материала, обладающего высокой электропроводностью; диск выполнять с ободом по периметру, в котором устанавливают шину.

Выполнение статора в виде шихтованного кольца из ленты, изготовленной из магнитного материала, позволяет значительно снизить вес его в сравнении с известным мотор-колесом и одновременно повысить напряженность магнитного поля, направленного к диску. Выполнение ротора в виде колеса, имеющего форму диска, изготовленного из магнитного материала, позволяет не только снизить вес мотор-колеса в сравнении с известным вследствие отсутствия промежуточных крепежных элементов, но одновременно повысить эксплуатационную надежность. Диск закреплен на оси и поэтому отсутствует износ промежуточных элементов, имевший место в известном мотор-колесе, поскольку в заявленном устройстве колесо непосредственно входит в состав двигателя.

Размещение торцевой поверхности диска с аксиальным зазором относительно торцевой поверхности статора позволяет выполнить двигатель в виде торцовой асинхронной машины, которая обладает рядом преимуществ в сравнении с асинхронной машиной с радиальным зазором в известном мотор-колесе. Наряду с уменьшением веса и габаритов повышается жесткость конструкции, улучшаются условия теплоотвода и повышаются удельные весовые и энергетические характеристики. Предпочтительно зазор между торцевыми поверхностями ротора и статора выбирать минимально возможным, поскольку при зазоре, превышающем несколько мм, уменьшается электромагнитное поле в зазоре, а при зазоре 1 мм возможно задевание колеса о статор. Предпочтительно в заявленное мотор-колесо дополнительно вводить обратимый преобразователь напряжения и частоты и молекулярный накопитель электроэнергии. Преобразователь значительно упрощает управление мотор-колесом за счет уменьшения непроизводительного расхода электроэнергии. Введение молекулярного накопителя электроэнергии позволяет уменьшить мощность источника электроэнергии, к которому подключено мотор-колесо, за счет использования энергии, поступающей в накопитель при торможении транспортного средства. Выполнение диска с встроенным беличьим колесом позволяет снизить электрические сопротивление вихревым токам, возникающим в диске при взаимодействии с магнитным полем обмотки статора. Этому же способствует и покрытие торцевой поверхности диска материалом, обладающим высокой электропроводностью, например медью или латунью. При движении транспортного средства по дорожному полотну предпочтительно колесо, имеющее форму диска, выполнять с ободом по периметру диска с размещением в нем шины транспортного средства, что способствует повышению эксплуатационной надежности мотор-колеса.

Приложенный чертеж изображает заявленное мотор-колесо транспортного средства, перемещающегося по рельсам рельсострунной транспортной системы (продольный разрез).

Мотор-колесо транспортного средства содержит шасси транспортного средства 1, колесо 2, имеющее форму диска из магнитного материала, закрепленного на оси 3, установленной в цапфах 4, статор 5, выполненный в виде шихтованного кольца из ленты, изготовленной из магнитного материала и установленного коаксиально оси, и многофазных катушек 6, 7 с фазными выводами 8, 9; при этом диск установлен с аксиальным зазором 10 относительно торцевой поверхности статора, кроме того, показан рельс 11, по которому перемещается мотор-колесо; элемент крепления статора к шасси 12. Не указаны входящие в состав заявленного устройства источник электроэнергии, блок управления и обратимый преобразователь напряжения и частоты с молекулярным накопителем электроэнергии. Диск 2 изготавливается из магнитного материала, например из Армко или Ст. 10, Ст. 20, Ст. 40. Диск 2 крепится на оси 3 различными способами. Например, он может быть запрессован на колесо или присоединен к колесу посредством болтовых или винтовых соединений и т.п. Ось 3 выполняется с возможностью вращения, например посредством размещения ее в цапфах или подшипниках. Статор 5 выполняется в виде шихтованного кольца из ленты, изготовленной из магнитного материала, например из различных магнитных сталей, получаемой посредством проката. Кольцо с обмоткой статора располагается коаксиально оси 3 и жестко крепится к шасси 1 транспортного средства. Блок управления предпочтительно выполнять на микропроцессорах с соответствующими программами. Обратимый преобразователь напряжения и частоты выполняется на транзисторах и тиристорах, включая микроэлектронные платы и элементы. Молекулярный накопитель электроэнергии использует явление формирования барьерного электрического поля на межфазной поверхности электронного и ионного проводников (см. Иванов А. М. и Герасимов А.Ф. Молекулярные накопители электрической энергии на основе двойного электрического слоя, "Электричество", 1991, 8, с. 16-19). Конструктивно молекулярный накопитель электроэнергии выполняется обычно в виде последовательно соединенных конденсаторных элементов с двойным электрическим слоем, размещаемых в корпусе с клеммами.

Заявленное мотор-колесо транспортного средства работает следующим образом. В момент старта после воздействия блока управления от бортового источника электроэнергии на фазные выводы 8, 9 многофазных катушек 6, 7 подается напряжение требуемой величины и частоты. Возникающее вследствие этого в зазоре 10 вращающееся электромагнитное поле приводит в движение диск 2 и транспортное средство разгоняется до заданной скорости в соответствии с требуемыми значениями напряжения и частоты, вырабатываемыми обратимым преобразователем после поступления команды с блока управления (не указан). После движения с установившейся скоростью транспортное средство тормозится при подходе к станции или светофору. При торможении асинхронная машина мотор-колеса переводится блоком управления в генераторный режим и часть энергии аккумулируется при этом в молекулярном накопителе электроэнергии. Накопленная энергия может быть использована затем при следующем цикле разгона и движения транспортного средства.

Заявленное мотор-колесо транспортного средства в сравнении с известными позволяет существенно уменьшить вес и габариты благодаря многофункциональному использованию колеса. Помимо того, что оно используется для передвижения транспортного средства, колесо, имеющее форму диска, изготовленного из магнитного материала, используется и в качестве ротора торцевой асинхронной машины. Масса и габариты заявленного мотор-колеса уменьшаются примерно в 1,5-2 раза в сравнении с известными.

Вследствие передачи тягового момента на колесо электромагнитным путем без использования промежуточных механических механизмов упрощается конструкция мотор-колеса и повышается его эксплуатационная надежность.