Мотор-Колесо Шкондина.
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.
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
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.
Мотор-колесо Шкондина
Тема, с которой хочу ознакомить вас уважаемый читатель сегодня, возникла внезапно. Во время проведения Х международной специализированной выставки по энергоэффетивности и ВИЭ-2017 в МВЦ Киев, на прошлой неделе, к нашему стенду подошел посетитель и зразу задал вопрос, есть ли в нашем журнале «Винахідник і раціоналізатор» информация о мотор-колесе Шкондина. Мой отрицательный ответ смутил его, но мы разговорились и нашли точки соприкосновения в изобретениях, касающихся электроприводов для велосипеда.
В свое время на блоге я рассказывал об асинхронном колесе российского инженера Дмитрия Дуюнова. Но нашего посетителя интересовала разработка именно Шкондина, поэтому я нашел подходящий материал и решил возобновить в памяти это оригинальное устройство, способное значительно усилить эффект езды на велосипеде и не только на нем.
Об истории изобретения
Увидеть металлический диск внутри оси велосипедного колеса сегодня можно довольно часто. Не сложно догадаться, что это не что иное, как велосипедный электродвигатель, названный мотор-колесо. В свое время такую разработку выполнил и запатентовал инженер-изобретатель Василий Шкондин. Нужно отдать должное российскому ученому, который более 20 лет занимался внедрением своего главного изобретения – импульсно-инерционного электрического мотор-колеса.
Изобретения электротранспортных технологий всегда пользовались особым вниманием. Довольно удачные попытки совмещение двигателя с колесом воедино, так чтобы отпала необходимость в трансмиссии, предпринимались ещё в XІX веке. В апреле 1900 года на парижской выставке World Expo был замечен электромобиль Lohner-Porsche с электрическими мотор-колесами. Данную двигательную установку в автомобиле реализовал ни кто иной, как молодой инженер Фердинанд Порше – всемирно известный производитель автомобилей в XІX веке.
Конструкция мотор-колес Порше настолько пришлась людям по вкусу, что начиная с 1911 года колесными электродвигателями системы Лонера-Порше стали оборудоваться не только автомобили, но и троллейбусы, самосвалы, железнодорожные локомотивы. Правда, с развитием бензиновых двигателей, мотор-колеса начали встречаться в автомобилях куда реже, но сама идея – подобная разработка просто не могла быть забыта.
А что же велосипеды? В период с 1860 по 1895 год было создано несколько версий электрических велосипедов, среди которых присутствовали и модели с мотор-колесами. В 1895 году Огдэн Болтон получил патент за разработку щеточно-коллекторного двигателя постоянно тока, внедренного во внутреннее пространство заднего колеса. Попытки оснащения велосипедов мотор-колесами предпринимались не раз, но по причине того, что велосипедные электрические двигатели были довольно увесистыми и не обеспечивали развития достаточного показателя крутящего момента, довольно долгое время данное изобретение находилось в небытие.
Создать дешевое электрическое велосипедное мотор-колесо совсем небольших размеров и малого веса, но с отличным показателем крутящего момента, да ещё лишь с одной единственной вращающейся деталью удалось в 1980-х гг. инженеру Василию Шкондину. Поставив перед собой цель создания двигателя, существенно превосходящего традиционные моторы по показателям работоспособности, Шкондин собрал рабочий образец импульсно-инерционного двигателя. Принципы однополярных и чередующихся импульсов в последующем были подтверждены целым рядом патентов, выданных на имя изобретателя.
Это изобретение стало поистине революционным, ведь впервые за многие годы удалось решить задачу установления идеального баланса между велосипедом и электрическим двигателем. На Всемирном салоне изобретений «Брюссель – Эврика — 1990» Василий Шкондин был удостоен звания человека года, а за свою разработку инвалидной электроколяски получил золотую медаль. Несколько позже российский изобретатель получил награды на выставках в Брюсселе, Женеве, Сеуле, Ганновере, Париже.
Но как ни печально, изобретение длительное время нельзя было реализовать и до серийного производства дело так и не доходило. В середине 1990-х после получения патента США, была налажена сборка электровелосипедов на основе двигателя Шкондина на Кипре. А в 2003 году изобретением российского ученого заинтересовалась английская фирма «Flintstone Technologies». Для реализации данного проекта было создано предприятие «Ultra Motors», статутный капитал которого в момент основания составлял практически миллион долларов. В данной компании Василий Шкондин, занял должность технического директора.
В этом же году состоялось ещё одно финансовое «вливание» в реализацию его разработки – в качестве инвестора выступила компания «Русские технологии», возложив на проект Василия Васильевича «большие надежды», исчисляемые более чем одним миллионом долларов. Экологически безопасными и эффективными в работе мотор-колесами заинтересовалась и индийская компания «Crompton Greaves». В 2005 году она начала производить мотор-колеса системы Василия Шкондина с целью комплектации ими велосипедов, скутеров, трициклов, инвалидных колясок, погрузочных электрокаров.
Свое главное изобретение Василий Шкондин позиционирует, как мотор-колесо. Хоть сам по себе коллекторный электрический двигатель может быть модифицирован и использован в разного рода электротехнике, его главное предназначения – расширение возможностей велосипедного транспорта. Для того, чтобы понять особенности и принцип работы мотор-колеса Шкондина, его нужно прежде всего сравнить со стандартным двигателем постоянного тока и бесколлекторным электромотором.
Шкондин получил несколько патентов на свои изобретения, но наиболее важным было то, что ученый рассматривал возможность использования в электрическом транспортном средстве двигателя без коллектора (щеточного-коллекторного узла). Электродвигатель Шкондина – это объединение магнитных дорожек, динамично изменяющих параметры при переключении обмоток электромагнитов.
Вначале Василий Васильевич испытал свой двигатель на инвалидной коляске, после чего уже решился на установку мотор-колеса на велосипед, скутер, мотоцикл и даже автомобиль. Как отметил разработчик, мотор отлично показал себя во всех вариантах комплектации. Так как электродвигатель, интегрируемый во внутреннее пространство колеса транспортного средства, уже не имел редуктора, шестеренок и трансмиссии, он получился значительно более прочным и долговечным.
Конструктивные особенности и принцип работы
Что касается конструктивного исполнения, то электродвигатель Шкондина довольно прост — состоит он лишь из 5-6 основных деталей. Главными элементами мотор-колеса является внутренний статор с круговым магнитоприводом и внешний ротор. На статоре на одинаковом расстоянии друг от друга размещено 11 пар магнитов неодим-железо-борного состава, образуя 22 полюса. На роторе, отделенном от статора воздушным промежутком, имеется 6 подковообразных электромагнитов, расположенных попарно и сдвинутых на 120° в отношении друг друга.
Благодаря тому, что расстояние между полюсами электромагнитов ротора равно расстояние между магнитами статора, при соприкосновении одного из полюсов электромагнитов с соседними полюсами магнитов статора контакта между полюсами иных электромагнитов с полюсами магнитов не возникает. При изменении положения полюсов магнитов относительно друг друга создается градиент напряженности магнитного поля, который, по сути, и является источников образования крутящего момента. Получается, что в определенный момент времени, крутящий момент формирует пять электромагнитов ротора и 20 магнитов статора
Иные компоненты конструкции мотор-колеса Шкондина – закрепленный на корпусе статора распределительный коллектор, состоящий из отдельных, изолированных друг от друга токопроводных пластин, количество которых равно числу электромагнитов, и токосъемники с элементами токосъема. Каждая из пластин соединяется с одним из выводов катушек двух соседних электромагнитов. Каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки. Принцип создания намотки указанных электромагнитов таков: если одна катушка мотается по часовой стрелке, то другую выполняют против часовой стрелки. Обмотки катушек соседних электромагнитов соединяются последовательно, а выводы противоположных – соединяются между собой. Количество витков в обмотках противоположных электромагнитов может быть различным.
В основе работы электродвигателя Шкондина лежит действие сил электромагнитного притяжения и отталкивания, наблюдаемые при взаимодействии электромагнитов ротора и неодимовых магнитов статора. Когда электромагнит проходит между осями неодимовых магнитов, образуется магнитный полюс одноименный с полюсом магнита, который ему уже удалось преодолеть, и противоположный полюсу магнита, к которому он движется. Иными словами, электромагнит отталкивается от одного магнита и притягивается к другому – последующему в направлении вращения. Указанное электромагнитное взаимодействие и обеспечивает вращение обода. Если электромагнит достигает оси магнита, то он обесточивается, так как именно здесь располагается токосъемник. Использование своеобразных «пауз» позволяет существенно экономить энергию аккумуляторных батарей транспортного средства, питая двигатель лишь тогда, когда это будет выгодно. Скорость вращения мотор-колеса прямо зависит от количества электричества подаваемого к токопроводящим пластинам.
КПД электродвигателя составляет 83%. При создании тяги в электродвигателе противоЭДС не наблюдается, однако на холостом ходу конструкция электрического мотор-колеса позволяет максимально эффективно возвращать часть энергии в аккумуляторы за счет возникновения противоЭДС, а не только в момент торможения, существенно увеличивая таким образом дальность пробега электровелосипеда (функция рекуперации энергии).
Внешняя корпусная защитная часть электромотора Шкондина имеет отверстия для продевания спиц и соединения с ободом велосипедного колеса.
Что касается достоинств мотор-колес Шкондина, то они характеризуются не только малым весом и доступной ценой, но и более высокой производительностью, нежели электродвигатель стандартной конструкции. Изобретению Шкондина при относительно простом конструктивном исполнении свойствен свободный инерционный ход, большая скорость вращения. Так, на 300 ваттном электродвигателе, выпушенном согласно его задумки, можно разгонятся без педалей до 25-30 км/ч на ровной дороге. Не совсем низкой будет и скорость перемещения по местности с уклонов в 8 градусов – около 20-22 км/ч. Поддержка функции рекуперации энергии при торможении и спусках позволяет возвращать в аккумуляторные батареи до 180Вт энергии.
Благодаря использованию малого количества деталей удается не только повысить надежность мотор-колеса Шкондина, но и уменьшить его себестоимость практически в два раза по сравнению с иными типами электрических двигателей. В отличии от большинства электромоторов велосипедного транспорта, комплектуемых электронным блоком управления, мотор-колесо Шкондина не требует внешнего управляющего устройства. Этот электродвигатель совершенно не боится пыли, влаги, не имеет свойства нагреваться во время работы.
Простота исполнения, низкая стоимость производства, эксплуатации и ремонта, отличные качественные характеристики делают мотор-колеса Шкондина весомым и ценным продуктом. В настоящее время ведутся работы в направлении широкого внедрения данного электродвигателя в механизм работы разных видов транспорта: электровелосипедов, электроскутеров, электромобилей, водного и воздушного электротранспорта. Данная разработка позволяет ослабить зависимость средств передвижения от сырьевых ресурсов и увеличения их экологичности. Источник
Спасибо за прочтение. 
Если вам понравилось, пожалуйста, поделитесь с друзьями и в комментариях черкните пару слов своего мнения.
