О Мотор-Колесе Шкондина говорят и пишут многие. И часто это происходит на уровне мифов и предположений. Мол, есть такое изобретение, и по многим параметрам оно просто замечательно, а вот как оно работает, практически никто не объяснил. Сам Василий Васильевич Шкондин отсылает всех к своим многочисленным отечественным и зарубежным патентам, где, якобы, всё написано, а если хотите производить такие колеса, то берите лицензии.
О Мотор-Колесе Шкондина в Интернете можно найти ряд интересных статей. Например, «Василий Шкондин – конструктор лучших в мире электровелосипедов». Или познакомиться с информацией о моторе Шкондина по ряду фильмов. Например, по адресу , где можно посмотреть сразу 25 фильмов. Эти же фильмы можно найти в Интернете и по другим адресам. Приведу лишь один из последних фильмов, созданных Старухиным.
Здесь можно посмотреть сведения о патентах, которые принадлежат Шкондину . А тут указаны данные про «ООО МОТОР-КОЛЕСО ШКОНДИНА».
Чтобы понять особенности мотор-колеса Шкондина, а проще, говоря, двигателя Шкондина, нужно сравнить его двигатель с конструкцией стандартного двигателя постоянного тока и так называемого бесколлекторного двигателя. Но для начала приведем некоторые данные из патентов Шкондина, а также ряд рисунков, которые позволят понять основные принципы, которые положил Шкондин в основу своего мотора.
Познакомиться с патентами Шкондина можно по указанным адресам, но можно почитать и на моем сайте по адресам здесь и здесь. Сам Шкондин старается позиционировать свой двигатель как мотор-колесо, но при желании этому двигателю можно придать любую форму, сохраняя при этом саму идеологию изобретения. Рассмотрим поближе мотор-колесо Шкондина (рис.1)
Рис.1. Мотор-Колесо Шкондина в полуразобранном состоянии.
Итак, имеем статор внутри, и ротор снаружи. На статоре через равные промежутки установлено 11 пар магнитов, полюса магнитов чередуются. Всего полюсов 22. На роторе установлены 6 U-образных электромагнитов, у которых, получается, имеется 12 полюсов. На роторе установлены щетки, с помощью которых подается питание на электромагниты, а на статоре установлен коллектор, с которого электрический ток поступает на щетки. Обращаю внимание на то, что расстояние между полюсами любого электромагнита ротора равно расстоянию между соседними магнитами на статоре. А это означает, что в момент точного «соприкосновения» полюсов одного из электромагнитов с соседними полюсами магнитов на статоре, полюса остальных электромагнитов с полюсами магнитов на статоре не «соприкасаются».
Сдвиг полюсов электромагнитов на роторе и полюсов магнитов на статоре относительно друг друга создает между ними градиент напряженности магнитного поля, а последний как раз и является источником крутящего момента. Для варианта двигателя Шкондина, изображенного на рис.1 получается , что в каждый момент времени крутящий момент создают 5 электромагнитов из 6. Тот электромагнит, полюса которого точно «соприкасаются» с полюсами магнитов на статоре, крутящего момента не создаёт. Получаем своеобразный силовой КПД в 83%. И это при отсутствии притиво ЭДС. А если считать КПД по доле участвующих в создании тяги магнитов на статоре, то получаем, что из 22 магнитов тягу создают 20 магнитов, т.е., 91%.
Пока прошу поверить на слово, что коллектор мотора Шкондина устроен так, что он в нужное время переключает направление тока в обмотках электромагнитов, что обеспечивает тягу только в одну сторону. Можно даже утверждать, что в данном моторе Шкондина работают сразу 6 классических электромоторов. Мотор действительно работает мотором, а не маховиком. В данном моторе на «полную катушку» используется не только мощность электромагнитного поля, но и коллекторно-щеточный механизм. И при этом двигатель устроен удивительно просто. Он состоит всего из 5-6 основных деталей. Создав для этих деталей точные матрицы, можно штамповать двигатели Шкондина миллионами.
Познакомимся поближе с одним из патентов Шкондина. Это ИМПУЛЬСНО-ИНЕРЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ . Выделим из этого патента достаточно большую цитату, которая содержит основные отличительные признаки двигателя Шкондина:
«Импульсно-инерционный электродвигатель, в соответствии с настоящим изобретением, содержит: статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов с одинаковым шагом;
ротор, отделенный от статора воздушным промежутком и несущий четное число электромагнитов, которые расположены попарно напротив друг друга;
распределительный коллектор, закрепленный на корпусе статора и имеющий расположенные по окружности токопроводящие пластины, соединенные с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделенные диэлектрическими промежутками;
токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора, причем каждый из токосъемников подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов.
Каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки, причем обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой. Количество постоянных магнитов статора, равное n и количество электромагнитов ротора равное m, подбирают таким образом, чтобы они удовлетворяли соотношениям:
n=10+4k, где k - целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.
m=4+2L, где L - любое целое число, удовлетворяющее условию 0<=L<=k.
Наиболее часто используемые соотношения количества постоянных магнитов и электромагнитов следующие: n=10, m=4; n=14, m=6; n=18, m=4; n=22, m=4, 6, 8, 10; n=26, m=4, 6, 8, 10, 12 и т.д.
Такое соотношение числа электромагнитов и постоянных магнитов, их взаиморасположение и используемая схема коммутации электромагнитов обеспечивает резонанс токов текущих через обмотки диаметрально противоположных электромагнитов,
и как следствие, уменьшает скачки напряжения (электропотребление) при трогании и разгоне электродвигателя и улучшает его динамические характеристики. Кроме того, такая конструкция электродвигателя позволяет максимально эффективно рекуперировать электроэнергию за счет возникновения противоЭДС при холостом ходе.
Практически ликвидировать искрение на токосъемниках можно путем выбора подходящего угла опережения между токосъемниками и токопроводящими пластинами коллектора. Поэтому обычно токосъемники устанавливают на электродвигателе с возможностью регулировки их положения относительно коллектора. Угол опережения лежит в диапазоне от 0 до 8°.
Общее число витков в обмотках катушек противоположных электромагнитов может быть различно. При этом резонансные явления усиливаются, если разница в количестве витков составляет величину 1/2p от общего числа витков в одной из катушек, где р=2, 3, 4, 5 и т.д.
Настоящее изобретение может быть использовано как для электродвигателя однонаправленного вращения, так и для реверсивного электродвигателя, в зависимости от способа подключения электропитания. В первом случае положительные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединяют с положительным полюсом источника постоянного тока, а отрицательные токопроводящие пластины распределительного коллектора при этом замкнуты на корпус электродвигателя.
В реверсивном электродвигателе положительные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединяют с положительным полюсом источника постоянного тока, а отрицательные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединяют с отрицательным полюсом источника постоянного тока и изолируют от корпуса электродвигателя. Для изменения направления вращения электродвигателя меняют подключение полюсов источника постоянного тока на противоположное.
Конструктивно электродвигатель может быть выполнен так, что ротор будет расположен с внешней стороны статора или ротор будет расположен внутри статора.»
Приведем рисунки из этого патента, которые позволят нам лучше понять принцип работы мотора Шкондина.
Рис.2. Схема двигателя Шкондина со статором внутри ротора.
Рис.3. Схема обмоток и щеточного узла двигателя Шкондина.
Рис.4. Двигатель Шкондина с ротором внутри статора.
Рассмотрим последний рисунок. На нём полюса электромагнитов ротора сверху и снизу совпадают с полюсами магнитов на статоре. Эти электромагниты в создании тяги не участвуют, поэтому питание на них не подается. Полюса электромагнитов справа и слева с полюсами магнитов на статоре не совпадают. Поэтому на эти электромагниты питание подается. И именно эти электромагниты создают крутящий момент. И именно на это тратится энергия из аккумулятора.
Обратите внимание, что как правый, так и левый электромагниты сразу взаимодействует с магнитными полями трех соседних статорных магнитов. А это уже типичная магнитная дорожка, которая за счет градиентов в магнитных полях позволяет получить максимальную тягу. Если считать тягу по задействованным электромагнитам, то получаем, что тягу создают 50% электромагнитов, а если по числу задействованных магнитов статора, то получаем, что в создании тяги участвует сразу 60% магнитов. А это уже большой показатель. Т.е., и на примере этой схеме мы убедились, что мотор-колесо Шкондина – это мотор в моторе.
Теперь рассмотрим схему стандартного электродвигателя с подмагничиванием статорных обмоток, взято здесь (рис.5):
Рис. 5.Стандартный двигатель постоянного тока
В этом двигателе всего пара щеток, зато на коллекторе масса контактов, численно равных числу проводников обмотки ротора. В правом верхнем углу показано сечение мотора с неправильным указанием направления токов в проводниках роторной обмотки. Дело в том, что в каждый момент времени ток подается только в пару проводников, значит только в одном проводнике сверху ток течет от нас, а внизу только в одном проводнике ток течет к нам. Остальные секции ротора такого мотора работают как маховик, что не всегда хорошо. Поэтому при запуске за счет необходимости «сдвинуть ротор с места» такие моторы потребляют большой ток из сети или аккумулятора. Либо при выключении такие моторы превращаются в генераторы, так как остановка ротора, обладающего большой механической инерцией, требует длительного промежутка времени.
К сожалению, такие моторы составляют большую часть моторов на постоянном токе в нашей промышленности. И замена электромагнитов статора на сильные постоянные магниты погоды не сделают.
Теперь посмотрим на возможность использования двигателя Шкондина в бесколлекторном варианте. Сам Шкондин получил несколько патентов, где как вариант он рассматривал возможность использования его двигателя без коллектора. Например, на следующем рисунке (рис. 6) показана такая схема:
Рис. 6. Схема мотора Шкондина в бесколлекторном варианте.
В этом случае двигатель Шкондина работает примерно так, как показано на следующей анимации, взятой по адресу .
Рис. 7. Анимация работы бесколлекторного двигателя
Но есть существенный различия. Если в двигателе на рис.7 магнитное поле вращается синхронно с вращением ротора, заставляя ротор вращаться вслед за вращением магнитного поля, то в двигателе Шкондина такого нет. В двигателе Шкондина «бегущим» является отключение тока электромагнита ротора в тот момент, когда полюса электромагнита ротора устанавливаются напротив полюсов пары магнитов на статоре. При этом в момент отключения тока в таком электромагните в других электромагнитах направление тока меняется на противоположное. Это позволяет в нужный момент или нужном месте заменить «притяжение» полюсов электромагнитов к паре магнитов на статоре на «выталкивание» полюсов электромагнитов от пары полюсов магнитов статора.
Поэтому Шкондин правильно делает своим оппонентам замечание, что подходить к его двигателю с общераспространёнными теориями бесполезно, что обмотки электромагнитов ротора нельзя соединять ни звездой, ни треугольником. Оно и, правда, двигатель Шкондина – это совокупность магнитных дорожек, динамически меняющих свои параметры за счет переключение обмоток электромагнитов в нужное время и в нужном месте. Поэтому и выдает этот мотор результаты, которые обычным моторам и не снились.
Мотор Шкондина – это не маховик, это устройство, которое с высоким КПД использует взаимодействие магнитных полей, параметры которых умело меняются как за счет правильного соотношения между парным числом магнитных полюсов на статоре и числом пар полюсов электромагнитов на роторе, число пар магнитов на статоре больше числа пар полюсов электромагнитов на роторе, правильно сконструированного коллектора или устройства синхронизации в бесколлекторном варианте.
Мотор Шкондина обладает при той же массе и подаваемого на обмотки ротора тока гораздо большей мощностью, чем электромотор стандартной конструкции. Мотору Шкондина конструктивно можно придать любую форму, как в виде колеса (блина), так и в виде цилиндра, наподобие той формы, которую придают существующим двигателям постоянного тока. Это делает такие двигатели подходящими для установки в военную технику самого разного назначения. Эти двигатели можно использовать в космосе. В авиации такие двигатели хорошо подходят для вертолетов, так как они обладают малой инерцией вращения. Значит лопастями с такими двигателя легче управлять, уменьшится вероятность непредвиденных катастроф.
Кроме мотора Шкондин спроектировал и собрал несколько вариантов генераторов по своей схеме. Причем на одно и тоже транспортное средство можно установить и двигатель, и генератор. И когда двигатель будет «тянуть» транспортное средство, генератор будет вырабатывать электроэнергию и с КПД больше 90% и возвращать её в аккумулятор. Наивысшим достижением Шкондина является создание спарки двигателя и генератора, которые дополненные небольшой солнечной батареей или ветряком, практически становится «вечным» двигателем, мощность которого достаточна для обеспечения электроэнергией сельского дома или квартиры.
Так что для меня понятно, почему коляска для инвалидов, собранная Шкондиным, пробегает дистанцию на одном заряде аккумулятора больше, чем аналоги, собранные в других странах. Или почему на электровелосипеде Шкондина можно проехать 50 и более километров на паре аккумуляторов для источников бесперебойного питания, которые мы привыкли использовать для своих компьютеров. Или почему мотор-колесо Шкондина можно использовать для строительства ветрогенератора.
Данная статья написана не как реклама Шкондину, а как попытка разобраться с механизмом работы его двигателя, чтобы немного развеять тот туман, который в последнее время сгустился над этим изобретением. И, похоже, что двигатель Шкондина, как всё гениальное, очень простое устройство.
Можно еще долго вести разговор о достоинствах мотора Шкондина. Но пока к этому делу не проявят интерес государственные чиновники или акулы российского бизнеса, мотор-колесо Шкондина так и останется игрушкой для небольшой группы энтузиастов. В Интернете однажды «вышел» на небольшую статью, что электромобили на зимней Олимпиаде в Сочи созданы на основе моторов Шкондина. У меня есть надежда и уверенность, что к мотору Шкондина проявит интерес Министерство обороны Российской Федерации. И тогда мы, возможно, станем обладателями электровелосипедов или электромобилей, в которых будут установлены двигатели Шкондина. И не только в колесах, но и в системах управления.
Размещено 15.02.2014.
