электропривод для велосипеда

Формула изобретения

Электропривод для велосипеда содержит одну или несколько магнитоэлектрических машин, находящихся на одном валу или сцепленных через муфты, каждая из которых имеет кольцевой статор с постоянным магнитом, выполненным в виде отрезка полого тора со щелью П или С-образной формы в поперечном сечении, направленной в сторону изгиба, аксиально намагниченного и прикрепленного к внутренней поверхности статора, выполненного в виде полого цилиндра, закрытого основаниями и соединенного с валом через подшипники, ротор в виде массивного диска, жестко связанного с валом, на периферии которого на кронштейнах, свободно проходящих через щель постоянного магнита в его полость, крепятся один или два диаметрально противоположных электромагнита, концы обмоток которых соединяются через токоведущие кольца и коллекторы, находящиеся на плоскости ротора, и щетки, размещенные на основании статора, с источником питания, при этом длина дуги электромагнита равна длине дуги постоянного магнита, при которой электромагнит или оба электромагнита могли бы размещаться вне полости постоянного магнита, причем на соседних магнитоэлектрических машинах статоры с постоянными магнитами и роторы с электромагнитами должны быть сдвинуты на некоторый угол относительно друг друга.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, и может применяться в быту. Прототипом изобретения является "Электрическая машина с постоянными магнитами", патент RU № 2353045 C1, опубликованный 20.04.2009 г. в Бюл. № 11.

Данное изобретение позволяет упростить конструкцию электрической машины, используя магнитную энергию только одного магнита, что позволит изготавлять малогабаритные приводы для транспорта.

Технически это осуществляется следующим образом. Электропривод для велосипеда содержит одну или несколько магнитоэлектрических машин, находящихся на одном валу или сцепленных муфтами, каждая из которых имеет кольцевой статор с постоянным магнитом, выполненным в виде отрезка полого тора со щелью П или С-образной формы в поперечном сечении направленной в сторону изгиба, аксиально намагниченного и прикрепленного к внутренней поверхности статора, выполненного в виде полого цилиндра, закрытого основаниями и соединенного с валом машины через подшипники, ротор в виде массивного диска, жестко связанного с валом, на периферии которого на кронштейнах, свободно проходящих через щель постоянного магнита в его полость, крепятся один или два диаметрально противоположных электромагнита, концы обмоток которых соединяются с источником питания через токоведущие кольца и коллекторы, находящиеся на плоскости ротора, и щетки, размещенные на основании статора, при этом длина дуги электромагнита равна длине дуги постоянного магнита, при которой электромагнит или оба электромагнита могли бы размещаться вне полости постоянного магнита, причем на соседних магнитоэлектрических машинах статоры с постоянными магнитами и роторы с электромагнитами должны быть сдвинуты на некоторый угол относительно друг друга.

Конструктивно это выполняется следующим образом. На фиг.1 показана сборка из двух магнитоэлектрических машин 1, 2, находящихся на одном валу 3.На фиг.2 - составные части этих машин и их взаимное расположение. У каждой машины имеются статор 1-1, 2-1, ротор 1-2, 2-2, постоянные магниты 1-3, 2-3 и по паре электромагнитов 1-4, 2-4. Последние имеют длину дуги, равную длине дуги постоянного магнита (см.1-3, 1-4), расположены на диаметрально противоположных сторонах роторов с осями симметрии, перпендикулярными друг другу. Постоянные магниты расположены на противоположных сторонах статоров, при этом статор 2-1 вместе с постоянным магнитом 2-3 сдвинут на небольшой угол относительно статора первой машины 1-1. Такой сдвиг позволят исключить одновременное нахождение в устойчивом положении электромагнитов в обеих машинах. На фиг.3 показаны на первой машине ротор 1-2 с кронштейном 1-2-1 и частичные разрезы постоянного магнита 1-3 и статора 1-1, закрытого нижним 1-1-1 и верхним 1-1-2 основаниями и соединенных с валом 3 через подшипники 6. На верхнем основании статора 1-1-2 размещены щетки 5, входящие в соприкосновение с коллекторами 5, находящимися на роторе 1-2-2. Как видно на фиг.4, каждый коллектор имеет токопроводящую часть (белая) и изоляционную (черная), по которым скользят щетки 5, связанные с источником питания. Каждая токопроводящая часть коллектора соединена с обмоткой электромагнита 1-4-1 через токоведущие кольца 1-2-4. При этом каждое кольцо имеет соединения 1-2-3 как с одним, так и с другим коллектором, что позволяет менять полярность тока на обмотках электромагнитов в процессе вращения ротора. Электромагниты крепятся между кронштейнами 1-2-1 съемными соединениями 1-2-5, а их обмотки соединяются с токопроводящими кольцами 1-2-4 через штепсельные разъемы 1-4-3. Ротор 1-2 с кронштейнами 1-2-1, статор 1-1 с основаниями 1-1-1, 1-1-2 и корпус сборки выполнены из немагнитного материала.

Принцип действия электропривода. Как видно на фиг.4, изоляционные участки на коллекторах расположены на одной линии по радиусу коллектора напротив концов электромагнитов, заходя за плоскость торца на несколько градусов в обе стороны. Щетки также размещены на одной линии по радиусу ротора, имеют ширину, несколько меньшую ширины изоляционного участка, и расположены напротив одного из торцов постоянного магнита. При нахождении щеток на токопроводящем участке коллектора ток через токоведущие кольца 1-2-4 проходит на обмотки электромагнитов, например, справа налево, образуя магнитные полюса на концах электромагнита, одноименные с полюсами постоянного магнита или разноименные, заставляя электромагнит выталкиваться из полости постоянного магнита или втягиваться в нее. На другом участке коллектора направления тока на обмотках электромагнитов меняется на обратные, способствуя вращению ротора в ту же сторону. Направление вращения ротора можно изменить, поменяв полюсовку источника питания. Каждая магнитоэлектрическая машина может работать индивидуально, что существенно при выходе из строя одной из них. А так как эти машины могут работать и в режиме генератора, то одну из них можно использовать в качестве источника питания для другой машины в случае разрядки аккумулятора или для подзарядки его. Использование узких П-образных и прямоугольных в сечении постоянных магнитов и сердечников электромагнитов способствует компоновать неширокие по длине сборки машин. Заключенные в легкие каркасы, они могут прикрепляться к велосипедам, инвалидным и детским коляскам, к лодкам и другим плав-средствам. На фиг.5 и 6 показаны каркас или контейнер 8, в котором размещены сборка из двух машин 1-1, 2, нагруженная через управляемую муфту 9, звездочку 7, приводную цепь 12 на звездочку 11 заднего колеса велосипеда. Аккумулятор 10 размещается вблизи сборки машин и возможно в самом контейнере. Органы управления расположены на руле. Могут быть и другие варианты установки контейнера, но они не должны препятствовать ремонту колес и работе на педалях без электропривода.