Публикация 001

Мотор-колесо с двухрежимной системой магнитного поля

Публикация 001

Никольский В. Г.

5.05.2025

Введение

Электровелосипеды и электроскутеры становятся всё более популярными, однако у них есть общая техническая проблема: мотор-колесо работает либо эффективно на низких скоростях, либо на высоких, но редко совмещает оба режима. При старте с места или при подъёме в гору мотору не хватает крутящего момента, а на прямых дорогах ограничивается максимальная скорость.

Я задумался: можно ли объединить эти два противоречивых режима в одном мотор-колесе?

Суть изобретения

Предлагаемая мной конструкция — это мотор-колесо с двухрежимной системой обмоток, позволяющее менять характеристики двигателя по требованию.

Основная идея:

В режиме «тяги» (старт, подъём в гору) катушки соединяются параллельно. Это увеличивает силу тока и усиливает магнитное поле, что даёт высокий крутящий момент.
В режиме «скорости» катушки переключаются на последовательное соединение. Ток снижается, уменьшаются потери и повышаются обороты двигателя, что позволяет развивать большую скорость.

Переключение режимов осуществляется электронным коммутатором (например, на MOSFET-ключах), встроенным в контроллер.

Принцип работы

В стандартном мотор-колесе обмотки статора намотаны фиксированным образом, и их параметры не меняются. В моей конструкции каждая секция обмотки имеет выводы, которые можно коммутировать в разные схемы соединения.

Таким образом, система может работать:

Как «силовой редуктор» — на низкой скорости с большим моментом.
Как «ускоритель» — на высокой скорости при минимальном потреблении энергии.

Схема проста, и при этом не требует сложных механических редукторов.

Преимущества

Два двигателя в одном — не нужно выбирать между тягой и скоростью.
Увеличенный ресурс аккумулятора — в «скоростном» режиме уменьшается нагрев и потери.
Простота конструкции — всё реализуется за счёт электрических соединений, без изменения механики.
Гибкость применения — велосипед, скутер, самокат, даже малый мотоцикл.

Перспективы применения

В горных районах: лёгкий старт и уверенные подъёмы.
В городских условиях: экономичная езда по прямой с высокой скоростью.
В будущих серийных моделях: возможность «умного режима», где электроника сама выбирает оптимальное соединение обмоток.

Заключение

Мотор-колесо с двухрежимной системой магнитного поля открывает путь к новому поколению электротранспорта. Это простой и одновременно эффективный способ объединить тягу и скорость без усложнения конструкции.

Я рассматриваю этот проект как прототип будущего, где каждый пользователь сможет получить удобство и экономичность в одном устройстве.

Сравнение характеристик «тяга» vs. «скорость»

Этот график наглядно демонстрирует главное преимущество изобретения: возможность иметь две разные рабочие характеристики в одном устройстве.

Кривая «High Torque Mode» (Режим высокой тяги): На этой кривой видно, что на низких скоростях двигатель развивает высокий крутящий момент. Это идеально для старта, подъёма в гору или езды по бездорожью.
Кривая «High Speed Mode» (Режим высокой скорости):): Эта кривая показывает, что в этом режиме крутящий момент на низких скоростях ниже, но двигатель может достичь более высоких оборотов, что позволяет развивать большую скорость на прямой дороге.

Структурная схема системы управления

Этот рисунок показывает, как устроена система, которая позволяет переключать режимы.

На схеме вы видите:

User Input (Ввод пользователя): Например, переключатель на руле или ручка газа, через которые вы выбираете нужный режим.
Controller (Контроллер): Это «мозг» системы, который получает сигнал от пользователя и принимает решение о том, как управлять двигателем.
Commutator with Power Switches (Коммутатор с силовыми ключами): Это электронный блок с MOSFET-ключами или реле, которые физически меняют схему соединения обмоток.
Motor Windings (Обмотки двигателя): Сам мотор, где и происходит переключение с параллельного на последовательное соединение.