ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1994 года по МПК H02K23/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве тягового двигателя на электрическом транспорте, а также для привода различного технологического оборудования.

Известны электрические двигатели постоянного тока, у которых вращающий момент создается путем переключения тока в секциях обмотки якоря (А. С. Касаткин, М. В. Немцов: Электротехника. М. , Энергоатомиздат, 1983). Недостатком двигателей постоянного тока является наличие индуктивной (реактивной) составляющей тока в цепи обмотки якоря, возникающей при переключении тока в секциях обмотки якоря.

Прототипом данного технического решения является четырехполюсный двигатель постоянного тока с независимым возбуждением и петлевой обмоткой якоря (А. С. Касаткин, М. В. Немцов: Электротехника, М. , Энергоатомиздат, 1983 г. , с. 297-304), который включает четырехполюсный статор с обмоткой возбуждения, барабанный якорь с петлевой обмоткой, коллектор, к пластинам которого подключаются секции обмотки якоря, а к щеткам - источник питания. При подаче питания на двигатель с помощью коллектора обеспечивается коммутация тока в секциях обмотки якоря и его непрерывное вращение.

Недостатком известного решения является потеря мощности при коммутации тока в секциях обмотки якоря. Указанный недостаток обусловлен тем, что при изменении направления тока в секциях обмотки якоря щетки замыкают эти секции накоротко (А. С. Касаткин, М. В. Немцов: Электротехника, с. 310). При коротком замыкании секций обмотки якоря энергия, которая была затрачена источником тока на создание магнитного поля в этих секциях на предыдущем цикле, теряется (Р. В. Поль. Учение об электричестве, М. , Физматгиз, 1962 г. , с. 172).

Целью настоящего изобретения является повышение КПД электрического двигателя постоянного тока путем снижения затрат энергии источника тока на создание магнитного поля в секциях обмотки якоря.

Указанная цель обеспечивается тем, что в электрическом двигателе постоянного тока, содержащем четырехполюсный статор с обмоткой возбуждения, барабанный якорь с обмоткой и коллектор, обмотка якоря выполнена в виде двух независимых секций, расположенных друг к другу под углом сорок пять градусов и подключенных к двум конденсаторам через две пары токосъемных колец.

Наличие двух независимых секций обмотки якоря, параллельно подключенных к двум конденсаторам через две пары токосъемных колец, обеспечивает при коммутации тока аккумулирование энергии магнитного поля секции обмотки якоря в конденсаторах с последующим восстановлением ее в соответствующих секциях, что позволяет снизить затраты энергии источника тока на восстановление энергии магнитного поля и повысить КПД электрического двигателя постоянного тока.

На фиг. 1 изображен электрический двигатель постоянного тока; на фиг. 2 - электрическая схема двигателя.

Электрический двигатель постоянного тока содержит четырехполюсный статор 1 с обмоткой возбуждения, шихтованный барабанный якорь 2 с обмоткой, включающей две расположенные друг к другу под углом сорок пять градусов независимые секции 5 и 7, коллектор размещенный на рабочем валу 6 и включающей щетки 4, нейтральные 3 и активные 8 коллекторные пластины. Независимые секции обмотки якоря 5 и 7 подключаются к активным пластинам 8 и токосъемным кольцам 9, к которым через щетки 10 подключаются два конденсатора 11 и 12. Конденсаторы 11 и 12 совместно с секциями 5 и 7 образуют два колебательных контура, у которых емкости конденсаторов выбираются такими, чтобы обеспечить резонанс токов при номинальном режиме работы двигателя.

Двигатель работает следующим образом. При подаче напряжения на щетки 4 в секциях 5 и 7 обмотки якоря 2, если они находятся в зоне полюсов статора 1, протекает ток, под действием которого возникает вращающий момент на рабочем валу 6. При подключении обмоток к источнику питания заряжаются конденсаторы 11 и 12. При выходе секции в межполюсное пространство происходит ее отключение от источника питания. При отключении секций от источника питания в контурах секций 5 и 7 обмотки якоря происходит перезарядка конденсаторов и соответственно изменение направления токов в секциях обмотки якоря. Если конденсаторы 11 и 12 настроены на удвоенную частоту вращения рабочего вала, то в колебательных контурах секций 5 и 7 обмотки якоря возникает резонанс токов по первой гармонике. Двигатель может быть снабжен устройством регулирования емкости (центробежный переключатель) в случае работы двигателя в широком диапазоне скоростей рабочего вала.

Использование предлагаемого изобретения в сравнении с известными двигателями постоянного тока обеспечивает повышение КПД за счет снижения затрат энергии источника тока на создание магнитного поля в секциях обмотки якоря при изменении направления тока в последних. При использовании предлагаемого изобретения экономический эффект может быть получен за счет снижения потребления тока от источника питания. (56) Касаткин А. С. , Немцов М. В. Электротехника, М. , Энергоатомиздат, 1983. с 297-304.

Использование: электротехника, тяговые двигатели на электрическом транспорте, для привода различного технологического оборудования. Сущность изобретения: электрический двигатель постоянного тока содержит статор 1 с обмоткой возбуждения, шихтованный барабанный якорь 2 с коллектором и обмоткой, подключенной к его пластинам. Обмотка якоря 2 выполнена в виде двух независимых секций 5, 7, расположенных относительно друг друга со сдвигом в 45 эл. град. Каждая секция 5, 7 через пару пластин 8 коллектора и пару токосъемных колец 9 параллельно подключена к конденсатору 11, 12. 2 ил.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий статор с обмоткой возбуждения, шихтованный барабанный якорь с коллектором и обмоткой, подключенной к его пластинам, отличающийся тем, что он снабжен двумя конденсаторами, двумя парами токосъемных колец, обмотка якоря выполнена в виде двух независимых секций, расположенных одна относительно другой со сдвигом в 45 эл. град. , при этом каждая секция через пару пластин коллектора и пару токосъемных колец параллельно подключена к конденсатору.