бесколлекторная универсальная электрическая машина белашова

Формула изобретения

Бесколлекторная универсальная электрическая машина, содержащая корпус, статор с магнитными системами, вал ротора с многовитковыми обмотками верхнего яруса, многовитковыми обмотками нижнего яруса, который через элементы качения или скольжения взаимодействует с корпусом, отличающаяся тем, что дополнительно включает в себя систему разделения и направления магнитных потоков, выполненную в виде нижнего основания диэлектрического корпуса, с диэлектрической сферой с одной или множеством магнитных систем, имеющих северный и южный полюс, размещенных внутри диэлектрической сферы, которая имеет механизм центрального соединения, выполненного в виде центральной направляющей, имеющей жесткость, элементы качения или скольжения, опирающиеся на опорную втулку, вокруг сферы, на элементах качения или скольжения размещен нижний ярус множества многовитковых обмоток нижнего яруса, которые установлены на внутренней диэлектрической части ротора, имеющей внешние ребра жесткости и внутренние ребра жесткости многовитковых обмоток верхнего яруса, внутри многовитковых обмоток верхнего ряда, на элементах качения или скольжения, расположена магнитная система верхнего яруса, которая имеет магнитопровод, магнит северного полюса, и магнит южного полюса, где магнитная система верхнего яруса выполнена в виде одного монолитного магнита или содержит множество магнитных систем с магнитопроводами с магнитами северного полюса и магнитами южного полюса, которые расположены через равномерные или неравномерные промежутки, внутри многовитковых обмоток нижнего ряда, на элементах качения или скольжения, расположена магнитная система нижнего яруса, которая имеет магнитопровод, магнит северного полюса и магнит южного полюса, где магнитная система нижнего яруса выполнена в виде одного монолитного магнита или содержит множество магнитных систем с магнитопроводами, магнитами северного полюса и магнитами южного полюса, которые расположены через равномерные или неравномерные промежутки, на магнитопроводах верхнего яруса размещено устройство передачи электрической энергии, выполненное в виде диэлектрической колодки, имеющей токосъемные кольца и прижимаемые пружиной щетки, на магнитопроводах нижнего яруса размещено устройство передачи электрической энергии, выполненное в виде диэлектрической колодки, имеющей токосъемные кольца и прижимаемые пружиной щетки, где на нижнем основании диэлектрического корпуса размещено первое устройство приема и передачи электрической энергии, выполненое в виде подводящего проводника, токосъемного кольца, прижимаемой пружиной щетки, и второе устройство приема и передачи электрической энергии, где вал ротора жестко связан с верхним основанием ротора, внутренним основанием ротора, и нижним основанием ротора, причем верхнее основание ротора, внутреннее основание ротора и нижнее основание ротора выполнены из диэлектрического материала, а второе устройство приема и передачи электрической энергии выполнено в виде подводящего проводника и размещено внутри вала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения первой в мире бесколлекторной универсальной электрической машины Белашова, у которой множество многовитковых обмоток, не меняя направления движения тока в проводниках, проходят сквозь множество замкнутых магнитных систем без каких-либо переключающихся устройств. Изобретение предназначено для использования в качестве генератора постоянного, электрических машин постоянного тока или двигателей переменного тока, которые могут быть использованы в энергетике, промышленности и народном хозяйстве в качестве устройств вращения магнитных систем, технических сооружений, силовых приводов, транспортных средств, подъемных механизмов, транспортеров, систем автоматического регулирования и управления механическими устройствами, измерительных и эталонных устройств в приборостроении, а также в военных целях.

Известна ранняя модель электромотора (колесо Барлоу), изобретенная в 1823 году П.Барлоу, но никто во всем мире до сегодняшнего дня не смог изобрести электрическую машину, у которой множество многовитковых обмоток, не меняя направления движения тока в проводниках, проходит сквозь множество замкнутых магнитных систем без каких-либо переключающихся устройств. Смотрите биографический справочник "Физики", автор книги Ю.А.Храмов, город Киев, издательство "Наукова думка", 1977 год, аналог.

Известны законы и математические формулы Белашова, которые вносят коренные изменения в уровень познания электротехнических явлений в области формирования и измерения электрических сигналов постоянного или переменного тока. Смотрите патент Российской Федерации N2175807, кл. Н02К 23/54, 27/02 - аналог.

Известна электрическая машина Белашова, которая без коллектора при помощи системы управления рабочими рядами многовитковых обмоток, связанных с электронным коммутатором, вращает ротор электрической машины относительно магнитных систем статора. Смотрите патент Российской Федерации "Бесколлекторная универсальная электрическая машина Белашова", №2130682, кл. Н02К 23/54, 27/10 - прототип.

Цель изобретения - предоставить и убедительно доказать сведения, подтверждающие работу первой в мире универсальной бесколлектроной электрической машины, у которой множество многовитковых обмоток верхнего и нижнего яруса проходит сквозь однородное магнитное поле множества магнитных систем статора без каких-либо изменений напряжения и тока в многовитковых обмотках, где амплитуда сигнала постоянного тока не меняет своих характеристик во времени. Повысить к.п.д., надежность и безопасность энергосберегающих высокомоментных электрических машин. Уменьшить вес и себестоимость электрических машин. Упростить и усовершенствовать технологию изготовления и ремонта бесколлекторных универсальных электрических машин Белашова.

На чертеже изображена первая в мире бесколлекторная универсальная электрическая машина Белашова.

Уникальность технического решения заключается в том, что бесколлекторная универсальная электрическая машина, содержащая корпус, статор с магнитными системами, вал ротора с многовитковыми обмотками верхнего и нижнего яруса, который через элементы качения или скольжения взаимодействует с корпусом. Внутри диэлектрического основания корпуса дополнительно установлена система разделения и направления магнитных потоков, которая выполнена в виде диэлектрической сферы с одной или множеством магнитных систем. Внешняя часть сферы имеет механизм центрального соединения, выполненного в виде центральной направляющей жесткости, которая через элементы качения или скольжения опирается на опорную втулку. Вокруг сферы на элементах качения или скольжения размещено множество многовитковых обмоток нижнего яруса, которые установлены на внутренней диэлектрической части ротора, имеющего внешние и внутренние ребра жесткости, связанные с многовитковых обмотками верхнего и нижнего яруса. Внутри многовитковых обмоток верхнего яруса на элементах качения или скольжения расположена магнитная система, которая имеет магнитопровод, магнит северного и южного полюса. Магнитная система верхнего яруса выполнена в виде одного монолитного магнита или содержит множество магнитных систем с магнитопроводами, магнитами северного и южного полюса, которые расположены через равномерные или неравномерные промежутки. Внутри многовитковых обмоток нижнего яруса на элементах качения или скольжения расположена магнитная система, которая имеет магнитопровод, магнит северного полюса и южного полюса. Магнитная система нижнего яруса выполнена в виде одного монолитного магнита или содержит множество магнитных систем с магнитопроводами, магнитами северного полюса и южного полюса, которые расположены через равномерные или неравномерные промежутки. На магнитопроводах верхнего и нижнего яруса размещено устройство передачи электрической энергии, выполненное в виде диэлектрической колодки, имеющей токосъемные кольца и прижимаемые пружиной щетки. На нижнем основании диэлектрического корпуса размещено первое устройство приема и передачи электрической энергии, выполненное в виде подводящего проводника, токосъемного кольца и прижимаемой пружиной щетки. Второе устройство приема и передачи электрической энергии расположено внутри вала и выполнено в виде подводящего проводника. Вал ротора жестко связан с верхним, внутренним и нижним основанием ротора, причем верхнее, внутреннее и нижнее основания ротора выполнены из диэлектрического материала.

Бесколлекторная универсальная электрическая машина, (см. чертеж) содержит корпус 1, имеющий нижнее основание диэлектрического корпуса 2, крышку корпуса 3, которые связаны между собой элементами крепления 4 и элементами фиксации 5. По периметру внутренней части корпуса 1 расположена магнитная система статора 6. Магнитная система статора выполнена в виде одного монолитного магнита, имеющего магнитопровод 7, магнит северного полюса 8 и магнит южного полюса 9, или множества магнитных систем статора 6, каждая из которых имеет магнитопровод 10, магнит северного полюса 11 и магнит южного полюса 12, которые расположены через равномерные или неравномерные промежутки. Нижнее основание диэлектрического корпуса 2 содержит устройство разделения и направления магнитных потоков 13, которое имеет первую магнитную систему с магнитопроводом 14, магнитом северного полюса 15, магнитом южного полюса 16 и вторую магнитную систему с магнитопроводом 17, магнитом северного полюса 18 и магнитом южного полюса 19. Магниты первой и второй магнитной системы расположены в корпусе диэлектрической сферы устройства разделения и направления магнитных потоков 13. В зависимости от конструкции электрической машины устройство разделения и направления магнитных потоков может содержать один монолитный магнит или множество отдельных магнитных систем. Верхнее основание устройства разделения и направления магнитных потоков 13 содержит механизм центрального соединения 20, выполненного в виде центральной направляющей 21. Центральная направляющая снабжена жесткостью 22 с элементами качения или скольжения 23, которые взаимодействуют с опорной втулкой 24, валом 25 и верхним диэлектрическим основанием ротора 26. Вокруг диэлектрической сферы устройства разделения и направления магнитных потоков 13 на элементах качения или скольжения 27 размещен нижний ярус 28 множества многовитковых обмоток 29, которые установлены на внутреннем основании диэлектрического ротора 30, имеющего внешние диэлектрические ребра жесткости 31 и внутренние диэлектрические ребра жесткости 32. Внешние диэлектрические ребра жесткости 31 и внутренние диэлектрические ребра жесткости 32 жестко связаны с внутренним основанием диэлектрического ротора 30 и множеством многовитковых обмоток 33 верхнего яруса 34. Внутри многовитковых обмоток 33 верхнего яруса 34 на элементах качения или скольжения 35 расположена верхняя магнитная система 36, которая выполнена в виде монолитного магнита и имеет магнитопровод 37, магнит северного полюса 38 и магнит южного полюса 39. Магнитная система верхнего яруса 36 может содержать один монолитный магнит или множество магнитных систем с магнитопроводами 37, магнитами северного полюса 40 и магнитами южного полюса 41, которые расположены через равномерные или неравномерные промежутки. Внутри многовитковых обмоток 29 нижнего яруса 28 на элементах качения или скольжения 27 расположена магнитная система нижнего яруса 42, которая выполнена в виде монолитного магнита и имеет магнитопровод 43 магнит северного полюса 44 и магнит южного полюса 45. Магнитная система нижнего яруса 42 может содержать один монолитный магнит или множество магнитных систем с магнитами северного полюса 46 и магнитами южного полюса 47, расположенных через равномерные или неравномерные промежутки. На магнитопроводах верхнего яруса 36 размещено устройство передачи электрической энергии 48, выполненное в виде диэлектрической колодки, имеющей токосъемное кольцо 49, которое взаимодействует с прижимаемой пружиной щеткой 50, а токосъемное кольцо 51 взаимодействует с прижимаемой пружиной щеткой 52. На магнитопроводах нижнего яруса 42 размещено устройство передачи электрической энергии 52, выполненное в виде диэлектрической колодки, имеющей токосъемное кольцо 53, которое взаимодействует с прижимаемой пружиной щеткой 54, и токосъемное кольцо 55, которое взаимодействует с прижимаемой пружиной щеткой 56. На нижнем основании диэлектрического корпуса 2 размещено первое устройство приема и передачи электрической энергии, выполненное в виде подводящего проводника, токосъемного кольца, прижимаемой пружиной щетки 57, которые электрически связаны с множеством многовитковых обмоток 33 верхнего яруса 34 и множеством многовитковых обмоток 29 нижнего яруса 28, а также подводящего проводника, токосъемного кольца, прижимаемой пружиной щетки 58, которые электрически связаны с множеством многовитковых обмоток 33 верхнего яруса 34 и множеством многовитковых обмоток 29 нижнего яруса 28. Внутри вала 25 размещено второе устройство приема и передачи электрической энергии, выполненное в виде подводящего проводника 59, который электрически связан с множеством многовитковых обмоток 33 верхнего яруса 34 и множеством многовитковых обмоток 29 нижнего яруса 28. Нижнее диэлектрическое основание ротора 60 через элементы качения или скольжения 61 взаимодействует с нижним диэлектрическим основанием ротора 2, а крышка корпуса 3 через элементы качения или скольжения 62 взаимодействует с валом 25 и верхним основанием диэлектрического ротора 26. Подводящая клемма 63 электрически связана с прижимаемой пружиной щеткой 57, а подводящая клемма 64 электрически связана с прижимаемой пружиной щеткой 58. Поз.65 указано направление движения тока в многовитковых обмотках 33 верхнего яруса 34, а поз.66 указано направление движения тока в многовитковых обмотках 29 нижнего яруса 28. Причем бесколлекторная универсальная электрическая машина может быть выполнена в виде отдельного модуля 67, может иметь различные геометрические формы, может быть выполнена в виде развернутого линейного двигателя, у которого множество многовитковых обмоток четного или нечетного количества рядов и модулей проходит сквозь однородное магнитное поле множества магнитных систем 6, воздушных зазоров 68 без каких-либо изменений напряжения и тока в многовитковых обмотках 33 верхнего яруса 34 и многовитковых обмотках 29 нижнего яруса 28, где амплитуда сигнала постоянного тока не меняет своих характеристик во времени. Бесколлекторная универсальная электрическая машина может быть изготовлена в виде генератора постоянного, машины постоянного тока или двигателя переменного тока. Все магнитные системы бесколлекторной электрической машины могут быть изготовлены из постоянных магнитов, электромагнитов и их сочетания. Многовитковые обмотки 33, верхнего яруса 34 и многовитковые обмотки 29, нижнего яруса 28 могут иметь параллельное, последовательное или смешанное соединение проводников.

Вращение корпуса 1 бесколлекторной универсальной электрической машины от источника постоянного тока, у которой магнитные системы статора 6, магнитные системы верхнего яруса ротора 36, магнитные системы нижнего яруса ротора 42 и устройство разделения и направления магнитных потоков 13 изготовлены из постоянных магнитов, осуществляется следующим образом.

Вал электрической машины 25 при помощи механизма торцевого крепления (на чертеже не указан) закрепляется к неподвижному объекту. Далее на устройство приема и передачи электрической энергии 59 подается сигнал постоянного тока, который поступает на многовитковые обмотки 33 верхнего яруса 34, где направление движения тока в проводниках указано поз.65 и многовитковые обмотки 29 нижнего яруса 28, где направление движение тока в проводниках указано поз. 66. В зависимости от полярности электрического сигнала постоянного тока, который подается, как минимум, на одну многовитковую обмотку 33 или одну многовитковую обмотку 29, по правилу левой руки начинает вращаться корпус 1 с магнитной системой статора 6, который может быть выполнен в виде одного монолитного магнита или состоять из множества отдельных магнитных систем, которые расположены через равномерные или неравномерные промежутки. Причем вход и выход многовитковых обмоток 33 верхнего яруса 34 и многовитковых обмоток 29 нижнего яруса 28 из множества магнитных систем статора 6 будет происходить беспрепятственно из любого положения корпуса.

Бесколлекторные универсальные электрические машины Белашова с диэлектрическим (диамагнитным) ротором обладают большим преимуществом перед электрическими машинами, у которых ротор выполнен из ферромагнитного материала, тем что:

- имеют хорошее охлаждение,

- имеют модульную конструкцию,

- имеют высокую степень надежности,

- имеют надежное сопротивление изоляции,

- имеют небольшие габариты и небольшой вес,

- имеют прямоугольный сигнал импульсного напряжения и тока,

- могут легко регулироваться по току и напряжению,

- могут иметь систему слежения и регулирования, которая способна автоматически изменять параметры электрической машины,

- могут иметь порог чувствительности менее одного вольта,

- могут вращаться со скоростью меньше одного оборота в минуту,

- могут быть изготовлены от нескольких Вт до сотен кВт,

- могут работать в воде или других агрессивных жидкостях в незащищенном виде,

- диэлектрический ротор не имеет потерь на гистерезис,

- диэлектрический ротор не имеет потерь на вихревые токи,

- диэлектрический ротор не имеет потерь на реактивное сопротивление якоря.

Вращение вала 25 бесколлекторной универсальной электрической машины от источника постоянного тока, у которой магнитные системы статора 6, магнитные системы верхнего яруса ротора 36, магнитные системы нижнего яруса ротора 42 и устройство разделения и направления магнитных потоков 13 изготовлены из постоянных магнитов, осуществляется следующим образом:

На подводящую клемму 63 подается сигнал постоянного тока, который через проводник поступает на прижимаемую пружиной щетку и токосъемное кольцо 55, многовитковые обмотки 29 нижнего яруса 28, многовитковые обмотки 33 верхнего яруса 34 и далее на прижимаемую пружиной щетку и токосъемное кольцо 58 через проводник поступает на клемму 64. В зависимости от полярности электрического сигнала постоянного тока, который подается, как минимум, на одну многовитковую обмотку 33 или одну многовитковую обмотку 29, по правилу левой руки начинает вращаться вал 25 вокруг магнитной системы статора 6, которая может быть выполнена в виде одного монолитного магнита или состоять из множества отдельных магнитных систем, которые расположены через равномерные или неравномерные промежутки. Причем вход и выход многовитковых обмоток 33 верхнего яруса 34 и многовитковых обмоток 29 нижнего яруса 28 из множества магнитных систем статора 6 будет происходить беспрепятственно из любого положения ротора. Для реверсивного вращения бесколлекторной универсальной электрической машины от источника постоянного тока необходимо изменить направление движения тока в многовитковых обмотках 33 верхнего яруса 34 и многовитковых обмотках 33 нижнего яруса 34 диэлектрического ротора 30.

Рассмотрим более подробно путь магнитного потока сквозь множество замкнутых магнитных систем статора 6 и множество многовитковых обмоток 33 верхнего яруса 34 и многовитковых обмоток 29 нижнего яруса 28. Например, магнитный поток магнита северного полюса 8, магнитной системы статора 6 через воздушный зазор 68, верхнюю часть многовитковых обмоток 33 верхнего яруса 34 поступает на верхнюю часть южного полюса 39, магнитопровода 37 и магнит северного полюса 38, нижней части верхней магнитной системы 36 верхнего яруса 34. Далее магнитный поток проходит через воздушный зазор, нижнюю часть многовитковых обмоток 33 верхнего яруса 34 и поступает на магнит южного полюса 16 магнитопровода 14 и магнит северного полюса 15 первой магнитной системы устройства разделения и направления магнитных потоков 13. Далее магнитный поток через воздушный зазор, верхнюю часть многовитковых обмоток 29 нижнего яруса 28 поступает на южный полюс 45 магнитопровода 43 и магнит северного полюса 44 нижней части магнитной системы нижнего яруса 28. Далее магнитный поток из северного полюса 44 нижней части магнитной системы 28 через воздушный зазор, нижнюю часть многовитковых обмоток 29 нижнего яруса 28 поступает на магнит южного полюса 12 магнитной системы 6 и через магнитопровод 7 возвращается на северный полюс 8, если это - один монолитный магнит, или на северный полюс 11, если это - множество отдельных магнитных систем статора 6.

Необходимо особо подчеркнуть, что нижняя часть многовитковых обмоток 33 верхнего яруса 34 и верхняя часть многовитковых обмоток 29 нижнего яруса 28, которые расположены близко от устройства разделения и направления магнитных потоков 13, не принимают участие во вращении диэлектрического ротора 30, так как момент силы тока двух одинаковых проводников, векторы которых равны и направлены в разные стороны, будут равны нулю, как у бифилярной обмотки. В работе электрической машины участвует только верхняя часть многовитковых обмоток 33 верхнего яруса 34 и нижняя часть многовитковых обмоток 29 нижнего яруса 28.

Вращение вала 25 бесколлекторной универсальной электрической машины от источника постоянного тока, у которой магнитные системы статора 6, магнитные системы верхнего яруса ротора 36, магнитные системы нижнего яруса ротора 42 и устройство разделения и направления магнитных потоков 13 изготовлены из электромагнитов, осуществляется следующим образом.

На подводящуюю клемму 63 подается электрический сигнал постоянного тока, который через проводник поступает на прижимаемую пружиной щетку и токосъемное кольцо 57, многовитковые обмотки 29 нижнего яруса 28, катушку электромагнита (на чертеже не указана) магнитной системы нижнего яруса ротора 42, токосъемное кольцо 55 и прижимаемую пружиной щетку 56. Далее электрический сигнал постоянного тока из катушки электромагнита и многовитковой обмотки 29 нижнего яруса 28 поступает на токосъемное кольцо 53, прижимамую пружиной щетку 54 и через проводник поступает на многовитковые обмотки 33 верхнего яруса 34, прижимаемую пружиной щетку 52, токосъемное кольцо 51 и катушку электромагнита (на чертеже не показана) магнитной системы верхнего яруса ротора 36. Далее из катушки электромагнита и многовитковой обмотки 33 верхнего яруса 34 электрический сигнал поступает но токосъемное кольцо 49, прижимаемую пружиной щетку 50 и через проводник поступает на прижимаемую пружиной щетку 58 и подводящую клемму 64. Если устройство разделения и направления магнитных потоков выполнено на электромагнитах, то питание катушек электромагнитов осуществляется непосредственно из подводящих клемм 63 и 64. Дальнейшее вращение ротора бесколлекторной универсальной электрической машины осуществляется аналогично электрической машине, у которой магнитные системы состоят из постоянных магнитов.

Вращение вала 25 бесколлекторной универсальной электрической машины от источника переменного тока осуществляется следующим образом.

Все магнитные системы бесколлекторной универсальной электрической машины должны быть выполнены на электромагнитах, тогда при изменении полярности на многовитковых обмотках 33 верхнего ряда 34, многовитковых обмотках нижнего ряда 29 нижнего ряда 28 и всех магнитных системах статора 6, ротора 30 и устройства разделения и направления магнитных потоков 13 бесколлекторная универсальная электрическая машина будет работать от сети переменного тока любой частоты.

Бесколлекторная универсальная электрическая машина имеет большой к.п.д., так как все многовитковые обмотки ротора работают одновременно по всему диаметру от сигнала постоянного или переменного тока. Магнитные системы электрической машины могут быть расположены на статоре или роторе, могут быть изготовлены из постоянных магнитов, электромагнитов или их сочетанием. Электрическая машина хорошо регулируется по напряжению и по току. Согласно первому закону Белашова в области формирования и измерения электрических сигналов постоянного тока, который гласит, что максимальная форма сигнала постоянного тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна максимальной геометрической форме сигнала постоянного тока, у которого амплитуда сигнала не меняет свои характеристики во времени всегда выше, чем у электрических машин, обмотки которых работают по сигналу переменного тока или третьему закону Белашова. Согласно третьему закону Белашова в области формирования и измерения электрических сигналов переменного тока эффективное значение разнообразных форм сигнала переменного тока в замкнутой цепи прямо пропорционально геометрической форме сигнала переменного тока и обратно пропорционально времени его прохождения. Смотрите законы и формулы Белашова в патенте Российской Федерации 2175807, которые поясняют, почему бесколлекторная универсальная электрическая машина Белашова отличается от обычных электрических машин постоянного или переменного тока.

Изобретение позволяет создать в энергетике, промышленности и народном хозяйстве новые типы электрических машин постоянного или переменного тока, а также пересмотреть законы и математические формулы в электротехнике, которые определяют к.п.д. электрических машин, технических сооружений и других электромеханических устройств и механизмов.

Справочные материалы

Л.А.Сена. "Единицы физических величин и их размерность". "Наука", Главная редакция физико-математической литературы. Москва, 1988 год.

О.Ф.Кабардин. "Физика, справочные материалы", "Просвещение". Москва, 1988 год.

В.Е.Китаев и Л.С.Шляпинтох. "Электротехника с основами промышленной электроники", "Высшая школа". Москва, 1973 год.