Настоящее изобретение относится к эиегоэффектйвНым, кольцевым ЕМа (ЕМа - электрическая машина _» т.е, общее название ЕМ- электродвигателя _» EG- электрогенератора, EM/EG - двухрежимного электродвигателя/электрогенера� �ора) кольцевым ЕМа, в том числе к mEMa-jxk (mEMa-jxk - многовекторные и многосекторные электрические машины _» где j - количество секторов-подблоков (поверхностей индукционного сцепления) блок без источника GEB, к - количество секторов-подблоков (поверхностей индукционного сцепления) электромагнитного блока АМВ). Сущность изобретения заключается в том, что СНМ (СИМ - контуры характеристических линий движения, ротора относительно статора) в ЕМа описывается кривой выбранной из ряда семейства 2У8-кривыж и эллиптических кривых. Достигаемые технические результаты: представлен широкий спектр ЕМа, вращающихся но форме семейства 2У$-кривых; представлена возможность теоретический анализировать механических и функциональных характеристик ЕМа, в том числе mEMa-jxfc, для различных областей их применения, при различных выборах формы СНМ, параметров j и к, В данной заявке придерживается систематизированных терминов и сокращений, приняты в WO 2015137790 АЗ. Эти термины и сокращени будут комментированы при обсуждении известных и предлагаемых в данной заявке уровней технических решений.

ЕМа - электрическая машина. оЕМа - одновекторная электрическая машина. мЕМа- многовекторная электрическая машина.

АМВ -электромагнитный блок

ОЕВ — блок выполненный е обеспечением возможности вступить в индукционное сцепление с АМВ СНМ - контур характеристической линий движения (конту р границы между подвижным и неподвижным индукционными блоками).

SIC - поверхность индукционного сцепления АМВ или ОЕВ (активная поверхность АМВ или ОЕВ, которая выполнена с Обесценением возможности вступить в индукционное сцепление В США 20130049494 А1 Объектом изобретения является ВРД (ВРД-Вентильимй реактивный электродвигатель) в том числе: явнополюсного типа статора, который включает в себя множество зубьев, имеющих катушки, намотанной вокруг нее и магнит, установленный между зубами; и выступ тина полюса ротора, который вставляется в центральной части статор и вращается, в котором магнит установлен между зубами, имеющи катушки, намотанной вокруг нее. В US 20130249324 А! предложена EM линейного движения, в которой геометрия безмагнитных зубцов ОЕВ оптимизированы, с целью получения высокого значения КПД, В US 8587163 В2 предложена ЕМ возвратно-посту пательного вида, в котором SIB пронизана единым направляющим штоком,

Известны ряд изобретений, например, US 20090009010 А1, US 8593019 В2, IJS 8624446, и US 20130076159 А1, в которых предложены различные варианты ОЕВ, которые могут быть использованы в индукционной системе любого из видов вращательного (RR ЕМ - круго-вращательной, CR ЕМ - криволнненно- вращательной) и возвратно-поступательной, видов ЕМ.

US 8593019 В2, US 8624446, и US 20130076159 Al предложены EMSSOEB с различными вариантами фракцией SIB: базовая фракция, замкнутая фракция,

В Ш 8339003 В1 предложен мотор-редуктора е круговращательной ЕМ, в которой: SIC - поверхность индукционною еиенленим электромагнитной подсистемы стартерного блока выполнена односекторной SIC и расположенная по дуге сазимутальном углом меньше чем 220°; SIC роторного блока выполнена полно-рядной.

Для эффективного использования входной мощности (повышения КПД) и для уменьшения габаритов ЕМ в его АМВ и/или ОЕВ целесообразно использовать систему постоянных магнитов, создающую сильное магнитное поле. Создание сильного магнитного поля с помощью постоянных магнитов зависит от магнитной силы каждого магнита, их взаимного расположения и от внешних условий. Некоторые пути решения этих проблем изложены, например, в патентах Ш 8512590 В2, US 8480038 В2, ЕР 1829188 А1 и Ш 20130313923 А1. В US 8512590 В2 предложен способ получения спеченного феррита-магнита. В US 8400038 В2 предложены пути фокусировки магнитного поля с целью минимизации рассеяния магнитного поля. В ЕР 1829188 A1 предлагается варианты взаимного расположения постоянных магнитов в ОЕВ, в частности в виде сэндвичей, с келью защит их от размагничивании и усиления магнитного ноля, В US 20130313923 А1 предлагается выполнить подложки постоянных магнитов в ОЕВ т материалов повышенной теплопроводности, с целью теплоотвода из постоянных магнитов и недопущения их сильного перегрева, которое может привести снижению КПД (КПД - коэффициент полезного действия), а также размагничиванию постоянных магнитов.

Все известные коммерческие, в том числе выше упомянутые ЕМа выполнены в виде oEMa-FF (oEMa-FF - одновекторная электрическая машина с полно рядными SIC), где FF означает, что SIC как в АМВ так и ОЕВ по всему их периметру выполнены без специальных разрывов (без разделения на специальные секторы с значительного размера неактивными поверхностями для индукционного сцепления). При этом АМВ выполнены в виде прямотрубчатыми (в основном четырехугольной формы) обмотками с сердечниками или без сердечника, и все ЕМ, без исключения, выполнены крутовращательными.

Новым перспективным видом ЕМа является впервые предложенны в WO 2015137790 и в KZ 32377, от 12016 г,, восстановлен: бюллетень JV 17, 26 апреля 2019 г (приоритет 14.03,2014 г.)

Следующим существенным шагом в развитии ЕМа является концепция ЕМа- (|хк) - многосекторной ЕМа, в том числе многовекторной mEMa-(j ^x k), и технологий осуществления этой концепции, где j - количество секторов (поверхностей индукционного сцепления) ОЕВ, к - количество секторов (поверхностей индукционного сцепления) АМВ. Концепция EMa-(J*k), в том числе многовекторной mEMa-(Jxk), и технологий осуществления этой концепции был предложен в WO 2016195465, от 8 дек. 2016, дата приоритета 5 июнь 2015, Технико-экономическое преимущество секторных ЕМа, т.е. ЕМа с секторными

SIC, по сравнению с ЕМа с такой же мощностью с полно-рядно кольцевой SIC электромагнитов заключается в том, что один крупный электромагнит является более компактным и имеет большей КПД (имеет больше «добраты»), по сравнению с такой же массой несколькими мелкими электромагнитами и с такой же суммарной выходной мощностью как н у одного большого электромагнита. К тому же, соотношение мощности к себестоимости и баланса знергозффективности- еебеетонмоети, при оптимальном выборе параметров многосекторности ЕМа, можно существенно повысить. 2017 году был реализован многовекторное и многосекторная индукционное сцепление в niEMa-(j k), которая была выполнена в виде mSRM/G-(32) - многовекторный многоеекторный вентильный реактивный электродвигатель/электрогенера� �ор е 3-х секторным ОЕВ ротором и 2-х секторным АМВ стат ром, кот рая подтвердила выводы теории mEMa-(j*k), что она имеет многократно высокие характеристики, чем известные их аналоге в виде ЕМа -FF:

- удельная выходная мощность по объему до 4-х раз выше; удельная материальная затрата по мощности (соотношение материал оемкостьДвыходная мощность) от 2-х до 4-х раз ниже

- относительный КПД от 20% до 50% выше. В настоящее время концепция mEMa-j к признана в мире и вошло в международную программу работ. В августа 2019 года компания Linear Labs (США) представила электродвигатель Hunstable Electric Turbine (НЕТ), один из вариантов технологий осуществления концепции круговращательного шЕМа-FF [23]. По сообщению компании Linear Labs НЕТ имеет в 3 раза большую выходную мощность и на 20% более высокий относительный КПД по сравнению с традиционными одвовекторными. аналогами /HimstaMe Electric Turbine: инновационный электромотор с 4 роторами — HEvCars/.

Как выше отмечено, рабочие характеристики, потребительские преимущества шЖМа-j k, но отношений аналогичных показателей оЕМа -ЕЕ, многократно высокие. Поэтому, во многих случаях отпадает необходимости использования в шЕМа-jxk постоянных магнитов с дорогостоящими редкоземельными элементами н/или очень высокими значениями тока и напряжения электрического тока для достижения необходимого высокого показателя крутящего момента и высокого КПД. Это в дальнейшем приведет к широком внедрению электрических машин типа шЕМа-j xk во всех областях энергетики и машиностроения.

Выше рассмотренные аналоги, т.е. шЕМа, EMa-jxk и шЕМа-j < к, в своих представлениях (в технологиях реализации) имеют существенные недостатки. В них рассмотрены случайные и малое часть возможных их видов, как в отношении их формы вращения, так и их структуры. При этом они описан в общем вид и не описаны математический, чтобы теоретический анализировать их механических функциональных характеристик для различных областей применения mEMa-j xk, при различных выборах формы СНМ, характеристик J й к. Другим недостатком аналогов является то, что не все виды использования постоянных магнитов, предусмотренные в них, не очевидны.

Цель и зобретения - разработать семейство (гибкой/разнообразной) формы энергоэффективных ЕМа для различного рода их применения.

Основной задачей настоящего изобретения является обоснования 2У8-формы вращения кольцевых энергоэффективных (реализуемые на основе подбора формы вращения и, формы н размера центрального кольца) ЕМа. 2У8-формы кольцевые электрические машины, в отличия от круговращательного ЕМа, позволяют выбрать наиболее подходящую для конкретной цели их энергоэффективную форму, для данного вида использования.

Изобретение дополнительно обеспечивает повышение уровня защиты окружающей среды. Заявляемые новая концепция V S-формы кольцевых электрических машин и устройств для его осуществления соответствуют критериям изобретения, так как на дат подачи заявки не выявлено аналогичны решений. Предложенные здесь концепции и устройство для его осуществления имеют ряд существенных отличий от известных способов и устройств, для их осуществления.

Известны кольцевая круговвращательиая ЕМа (ЕМа - электрическая машина, т.е. общее название ЕМ, EG и EM/EG, где ЕМ- электродвигатель, EG- электрогенератор, EM/EG - двухрежимный злектродвигатель/злектрогенера� �ор), включающая один статор и один или два ротора. Известны _» что кольцевая крут оввращательнам ЕМа может быть выполнена выбранной из ряда: EMa-jxk - многосекторная; тЕМа - многовекторная; шЕМа-jxk - многовекторная и многсектороная, где j в к - количество секторов-подблоков индукционного сцепления, соответственно в ОЕВ (ОЕВ - безиеточнйковый блок) и АМВ (АМВ - электромагнитный блок). oEMa-jxk - одноговекторная и многсектороная, где j и к - количество секторов- подблоков индукционного сцепления, соответственно в ОЕВ (ОЕВ — безиеточнйковый блок) и АМВ (АМВ - электромагнитный блок), включая предельного случая oEMa-FF -одновекторная полнорядная, где j=F и k=F; mEMa-jxk - многовекторная и многсектороная, включая предельного случая mEMa-FF Основное отличие этого изобретения заключается в том, что СНМ (СНМ - контуры характеристических линий движения), ротора относительно статора описывается кривой выбранной из ряда семейства 2¥8-кривыж и эллиптических кривых, при этом параметрические 2¥8-кривые (2V - 2-х секторио- кру гловеришнная, гладкая, невогаутая) описываются одной кривизной (круглая) или включает 4-х секторов (участков), которые описываются от 2-х до 4-х разными кривизнами (2VS кольцевые электрические машины).

Другие отличия предлагаемых видов вид системы тяги заключаются в том, что:

- семейство 2¥8-крнвых имеет две торцовые стороны (вершинные секторы круга), в виде секторов кругов с радиусами кривизны ограниченных в пределах даос, где x ₀ - расстояние между центрами вершинных секторов кругов, ограниченное в пределах 0< ₀ да _. да· _» где предельное значение £ _{Q ~} 0 приводит к предельному случаю, та как условие замкнутости и гладкости 2У8-крнвой приводит к выполнению условий Д)2 ^” >1 ^И , » ^И выражение для 2¥8-к ивой будет описывать окружность, в области О ! ₀ да да любой представитель семейство 2¥8-крнвых примет овальный (удлиненный) форму и включает две боковые стороны, каждая из которых замыкают ее две смежные торцовые части, и эти две боковые части, с радиусами кривизны ограничных в пределах где ери j = l с одной и при J - 2 с другой стороны, расположены с двух сторон относительно высоты Ахд овальной 2¥$-кривой;

- ЕМа выполнена выбранной из ряда: EMa-jxk - многосекторная; тЖМа — многовекторная; niEMa-jxk - многовекторная и многсектороная, где ) и к - количество секторов-подблоков индукционного сцепления, соответственно в ОЕВ (ОЕВ - без иеточнйковый блок) и АМВ (АМВ - электромагнитный блок), причем в многосекторных EMa: j=3 и секторы индукционного ецеплення ОЕВ одинаковые, и равномерно распределены по периметру СНМ; к=2 и секторы индукционного ецеплення АМВ одинаковые, и двояко-симметрично расположены но периметру и на боковых частях, где радиус кривизны одинаковый, двояко-симметричной СНМ; общие величины периметров секторов, вдоль линии СНМ, ОЕВ lL _ap % и АМВ

SI _L;r ί _> , по отношению величины периметра СНМ, соответственно ограничены в пределах 40% < lL _{0 p} % < 100% и 20%< 1£ _0;Р %< 66,7%; величина периметра L сектора АМВ по отношению величины периметра L _a сектора ОЕВ ограничена в пределах

- ЕМа включает, по меньшей мере, один из видов постоянных магнитов выбранный из группы: периодичнозамкнут о-слоенный постоянный магнит Р ₍₎ -типа; периодичнозамкнуто-слоенный постоянный магнит Р _а -тина; антисимметричная группа постоянных магнитов,

Настоящее изобретение может быть осуществлено во многих вариантах, и только некоторые привилегированные варианты конструкции .будут описаны посредством примеров в сопровождающих чертежах, представляемых в схематическом виде.

На основе фиг. 1 будем пояснять суть семейства 2¥8-кривых, Семейство 2VS- кривых в общем виде является новым типом замкнутых кривых, которое будет иметь важную роль в развитии новых направлений в различны дисциплинах. Оно принципиально отличается от известных в математике кривых 2-го порядка.

Семейство 2¥8-кривых состоит из гладких (касательная меняется непрерывно) и одного знака кривизной (кривизна не меняет знака) замкнуто кривой, которая имеет две торцовые стороны (вершинные секторы круга), в виде секторов кругов с радиусами кривизны и ограниченных в пределах ао, R _Q1 < ·+· € ₀ , где ( ₀ - расстояние между центрами вершинных секторов кругов, ограниченное в пределах Q < <? ₀ ча>. Основные формы семейства У8-кривых приведены на фиг. 2-8.

Предельное значение # ₀ — 0 приводит к предельному случаю, гак как условие замкнутости и гладкости 2У8-кривой приводит к выполнению условий 2^ _п ~ i? _0i и и выражение для 2У8-кривой будет описывать окружность (фиг.2), т.е. окружность будем рассматривать одним из частны случаев в семействе 2У8~кривых. Далее мы рассмотрим свойства семейства 2У8-кривых в области 0 ч t ₀ Ч ое. В этой области любой представитель семейство 2 VS-крйвых примет овальный {удлиненный) форму и включает две боковые стороны, каждая из которых замыкают ее две смежные торцовые части. Эти две боковые части, с радиусами кривизны R^ _j , ограничных в пределах < со , где при j = 1 с одной (на фиг. 1 с левой стороны) и при / = 2 с другой (на фиг. 1 с правой стороны) стороны, расположены с двух сторон относительно высоты Ах _в овальной 2У8-кривой, совмещенной ее продольной осью ίAA (см. фиг.1).

Продольная ось O ^l €^ делит, каждого из вершинных секторных углов

2 2 радиусами кривизны, соответственно R _Ql и 1?. _г , , на две части: /1 ----- ^ , ; Д, = 23 _*

При этом части нейтральных секторных углов 3^ и Д, , , где |=1, 2, ограничены в пределах На. фиг. 1 показан один та вариантов семейства 2У8-кривых, в котором одна боковая сторона выполнена в виде отрезка длиной £^ _L , а другая сторон выполнена в виде сектора окружности с центральным углом Разделенная продольной осью любая из сторон (продольно-осевая часть), любого представителя из семейства овальной формы 2У8-кривых, в общем случае относиться к одному из двух групп:

- группа с выпуклой формой боковой стороной, удовлетворяющая уравнению m

- группа e прямолинейной формой боковой стороной, удовлетворяющая уравнению

Отношение высоты Ax _BR к ширине для части 2 VS-кривой с выпуклой и прямолинейной формами боковых сторон определяются, соответственно выражениями На фит. 3-8 показаны основные овальной формой подвиды из семейства 2VS- крнвых.

На фиг. 3-5 показаны группа 2У8-кривых, для которых выполняется условие ЛД 1Ϊ ₀₁ , На фиг.3 формы левой и правой боковых сторон 2У8-кривой, соответственно выпуклая, описываемая выражением (2), и прямолинейная (удовлетворяет условиям (3)), в виде отрезка прямой, е наклоном под утлом к продольной оси. На фиг. 4 и 5 формы боковых сторон соответственно выпуклая и прямолинейная).

На фиг. 6-8 показана группа 2У8-кривых, для которых выполняется условие . На фиг. 6 формы левой и правой боковых сторон 2¥$-кривой, соответственно выпуклая, описываемая выражением Я _{8 А -} е которая следует из выражения (2), и прямолинейная в виде отрезка прямой, параллельной продольной оси. На фиг. 7 и 8 формы боковых сторон соответственно выпуклая и прямолинейная.

На фиг. 1-8 продольные 0 0 и поперечные ^A ⁿ оси разделяют каждую 2VS- кривую, соответственно вертикально и горизонтально н две части. Для 2\ ^? 8-крнвых на фиг, 2, 3, 5 и 6 вертикальные 0 ¹ 0 ¹¹ оси также являются линиями симметрии. Для

2У8-кривых на фиг. 4-6 горизонтальные оси также являются линиями симметрии. 2 VS- к ивые на фиг. 5 и 6 являются двоякосимметричными.

На фиг. 9-14 показаны примеры многое екторных EMa-jxk - многосекторной ЕМа, которые наиболее оптимальны в отношении выборов их параметров для достижения высоких показателен баланса энергоэффективноети-себеетоимо� �тв и мощности- себестоимости.

На фиг. 9-14 введены единые для всех систематизированные обозначения: L , - длина SIC отдельного подблока (сектора-подблока) АМВ; L _n - длина SIC отдельного подблока (сектора-подблока) ОЕВ; L _{i o} - участок длины SIC отдельного подблока ОЕВ, перекрывающегося участком длины SIC отдельного подблока участок длины SIC отдельного подблока АМВ, перекрывающегося участком длины SIC отдельного подблока ОЕВ; & _{1 ;0} - центральный угол дуги L _1C10 . На фиг. 14 схематический показана дваякосимметричная (симметричная относительно осей Ж и О") EMa-F»2, где обозначений структур EMa-F*2 совпадает с обозначениями на фиг, 1.

Отметим, что расстояние между АМВ и ОЕВ мало и величины L и L _a рассчитываются по линии СНМ, т.е. по одной линии. При этом общий принцип многосекторности ЕМа предполагает, что АМВ и/или ОЕВ выполнен многосекторном (секторном) виде, и общая длина всех L ₄ шили общая длина всех L _a меньше чем длина СНМ.

В таблице 1 приведены основные характеристики многосекторных EMa-(jxk), показанных на фиг. 9-14,

Таблица 1

В таблице введены обозначений; L _0ip % и IS ₄ % - максимальные значений процентного соотношения общей длины имеющихся участков индукционного зацепления, соответственно для АМВ и ОЕВ, к длине линии СНМ; 2£ _1С!0 % и - максимальные значений процентного соотношения суммарной длины участков индукционном зацеплении, соответственно для АМВ и ОЕВ, которые имеют возможностей одновременно находиться в индукционном зацеплении, к общей длине имеющихся участков индукционного зацепления, измеренные по линии СНМ; - процентное соотношение уровня индукционном сцеплении, т.е. максимального значения обшей длины участков находящегося в индукционном сцеплении к длине линии СНМ; mill А

UN%~ - г 100% - процентное соотношение уровня колебания выходной

1шх N о. н мощности, т.е. минимального значения выходной мощности .Y,., к ее максима л ьн ому значению; шах Т, шахОГ%- ^^ 100% - процентное соотношение уровня времени падения

Т р, выходной мощности, т.е. времени нахождения выходной мощности в области ее понижения периоду вращения Т _р .

В таблице 1 и на фиг. 9-14 любой из EMa-jxk может быть двухсимметричной продолговатой или круглой формы из семейства lVS-кривых.

Как видно из таблицы 1, при выборе заданной выходной мощности EMa-jxk представляется широкий выбор и ио другим ее характеристикам: формы вращения; по массе; по энергоэффективности: по себестоимости; по уровню колебания выходной мощности; ио уровню времени падения выходной мощности.

В специальных случаях, для создания высокой напряженности магнитного поля в тЕМа можно использовать один из подтипов постоянных магнитов, включая многовекторный: неслоенный или нериодичнозамкнуто-сяоенны периодичеозамкнуто-слоенного (Р ₀ -ттъ) магнитов. На фиг, 15-25 покатаны некоторые примеры выполнения подтипов предлагаемого f^-типа магнита. Отметим _» что на всех фигурах покатаны P _G - типа магнита, но они могут быть заменены неслоеннымн магнитами с одинаковыми внешними геометриями.

На фиг. 15, 16 и 17 покатаны структуры двух подтипов J^-тина магнита, в случае, когда магнит имеет всего три слоя, и они прямые. Конечно они могут содержать два слоя или более трех елойев, также могут быть криволинейными. В любом случае: ширина зазора меэду слоями мала ίh'm —> 0 , толщина слоя меньше чем его длина IAm -< 1m .

На фиг. 15, 16 показаны структура двух подтипов i^-типа магнита в продольно- вертикальной плоскости (направленные от фигуры к читателью однопольюеной стороной - Ф-иредставление), соответственно замкнутый по краям замкнутый чере перемычек P _Qb -подтип. На фиг. 16 пока аны, четыре перемычки csl, cs2, cs3 и es4. В общем случае количество перемычек и их: пространственные конфигурации могут быть произвольными, На фиг. 17 показан P _Q - тина магнит в разрезе по поперечно-вертикальной плоскости.

На фиг. 18а, 18Ъ, 19а, 1 Ь показаны символические представления Р^-тип в частности показанных на фиг, 15, 16 и 17, магнитов: на фиг. 18а и 18Ь показаны, соответственно продольно-вертикальной (направленное от фигуры к читателью однопояьюеной стороной - Q -представление) и поперечно— вертикальной плоскостях; на фиг. 19а и 19Ь показаны, соответственно продольно-горизонтальной (направленное от фигуры читателью двухпольюсной стороной - ©-представление) к поперечно-горизонтальной плоскостях. На фиг. 20а-25, в продольно-вертикальной плоскостях показаны общее символические представления -типа магнитов, связанные ее формой.

На фиг. 20а и 20Ь показаны линейной формы одновекторный Р _(. -типа магнит, соответственно в ф -представл нии (1Р ₀ Ф) и в Q -представлении (1Р ₀ &).

На фиг. 21а и 25 показаны, в их I -плоскости (в плоскости многовекторноети), многовекторные P _G -типа магниты, различных образцов формы.

На фиг, 21а и 2 lb показаны Г -образной формы мн оговекторный Р _в - типа магнит, выполненные соответственно в Ф-виде {1Р _(. Ф) и в Q-виде (IP _G &) Г-образные формы многовекторный Р _а -тша магниты Ф-вида и Q -вида могут быть выполнены е разрывом по любому из осей-лучей и _г < _{4 -} как показано на фиг. 22.

На фиг. 23, 24 и 25 показаны, соответственно Z -образной формы (ZP _G Ф), П - образной формы (PR _d ©) i G -образной формы (GP _a ®) многовекторные Р^-типа магниты, выполненные в Ф-внде. .Любой из Z -образной формы, II -образной формы и <? -образной формы многовекторные /· -гина магниты может быть вьшшшен в Q - виде. Конечно, любой из много векторны 7^-типа магнитов может быть выполнен с разрывом, например, так как показано на фиг. 22 - для Г -образной формы многовекторный 7 ^ -типа магнита.

Конструкционная специфика ЕМа, особенно mEMa-(jxk), вращающихся по форме семейства 2¥5-кривых, не делает очевидной возможностей использования постоянных магнитов. Одним из простых путей использования постоянных магнитов является включение их в состав сердечников блока многовекторного электромагнита.