ЭЛЕКТРОМАХОВИЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ БЕЛАШОВА Российский патент 1995 года по МПК H02K23/26 

Изобретение относится к конструкциям электромаховичных двигателей, предназначенных для использования в экстремальных ситуациях на кораблях, батискафах, подводных лодках, бомбоубежищах, электровозах, в пустынях от источника света, в нефтегазодобывающей промышленности, машиностроении, во взрывоопасных, пожароопасных, особовлажных, особотоксичных, высокотемпературных помещений, а также для работы под водой или других высокоагрессивных жидкостях или газах и т. д.

Известен электродвигатель постоянного тока, содержащий установленный на основании станины вал с дисковым ротором, выполненным из непроводящего материала, и расположенный с зазором относительно друг друга статор, каждый из которых имеет равномерно расположенных по окружности Р полюсов, где обмотки на диске выполнены в виде секций, причем секции одной стороны диска смещены относительно секций другой стороны. Статор и ротор установлены с возможностью вращения относительно друг друга.

Известна многополюсная электрическая машина постоянного тока, содержащая статор с постоянными магнитами, образующими магнитную систему индуктора чередующейся полярности, дисковый ротор с якорной обмоткой и коллектор с подпружиненными токопроводящими щетками.

Недостатком известных технических решений является то, что их невозможно использовать в экстремальных условиях для работы под водой или других агрессивных жидкостях или газах, они не приспособлены нести на внешней поверхности дискового ротора дополнительные средства накопления электрической энергия для ее повторного использования. В известных двигателях невозможно применить коллектор закрытого типа и систему охлаждения жидким хладагентом.

Сущность технического решения состоит в том, что одно основание дискового ротора снабжено фотоэлементным зондом, а другое множеством направляющих с обмотками, которые взаимодействуют с множеством магнитных систем статора, при этом обмотки установлены со смещением, как и постоянные магниты множества магнитных систем возбуждения. Зигзагообразные многовитковые обмотки направляющих электрически связаны через коллектор закрытого типа, состоящий из подвижных и неподвижных частей, с фотоэлементным зондом, а сам электромаховичный двигатель оборудован системой охлаждения жидким хладагентом и механизмом отвода механической энергии расположенного на валу ротора, который опирается на опорный подшипник.

На фиг. 1 изображен электромаховичный двигатель, общий вид; на фиг. 2 показано размещение постоянных магнитов четырех магнитных систем возбуждения статора; на фиг. 3 показано взаимодействие обмотки направляющей дискового ротора с магнитной системой статора; на фиг. 4 изображен разрез А-А на фиг. 1 коллектора закрытого типа; на фиг. 5 изображен разрез Б-Б на фиг. 4 коллектора закрытого типа; на фиг. 6 изображен механизм регулировки и фиксации угла смещения неподвижной части коллектора; на фиг. 7 изображена зигзагообразная обмотка, общий вид; на фиг. 8 показано электрическое соединение четырех обмоток ротора с коллектором закрытого типа и их взаимодействие с четырьмя магнитными системами статора.

Электромaховичный двигатель, содержит на основании пола 1 статор 2, который через опорный подшипник 3 связан с дисковым ротором 4, имеющим направляющие 5, 6, 7, 8, с обмотками 9. Фотоэлементный зонд 10 установлен на верхнем основании дискового ротора и электрически связан через устройство автоматической дистанционной коммутации 11 с обмотками 9, коллектором закрытого типа 12, средством подводящей коммутации 13, которое размещено на стреле 14. На валу дискового ротора 15 установлен механизм отвода механической энергии 16, расположенный в отсеке 17. Жидкий хладагент после отработки отводится через отверстия статора 18 в дренажный трубопровод 19 через импульсные трубки 20. Для уменьшения габаритов статора 2 (см. фиг. 2) и увеличения количества магнитных систем возбуждения 21, 22, 23, 24, стоящих из множества подковообразных магнитов 25, магнитные системы объединены в выступы 26 и установлены со смещением на угол α в чередующейся последовательности. Направляющие 5, 6, 7, 8, ротора через уплотнитель закреплены гайками 27 к нижнему основанию дискового ротора 4. Многовитковая обмотка 9, уложена на магнитопроводящие перемычки 28, взаимодействует с полюсами подковообразных магнитов 25, магнитных систем возбуждения 21, 22, 23, 24 через воздушный зазор 29. В выступах 26 статора расположены импульсные трубки 30, имеющие выходные отверстия 31 для подачи жидкого хладагента, коллектор закрытого типа, (см. фиг. 4), выполнен в виде стойки 32 с внешней неподвижной частью коллектора 33, имеющей трубопровод 34 с импульсными трубками 35, содержащими выходные отверстия 36, и внутренней неподвижной частью коллектора 37, имеющей подводящий шинопровод 38, который электрически связан с подпружиненными щетками 39, через контактные пластины 40 и отводящий шинопровод 41, который электрически связан с подпружиненными щетками 42 через контактные пластины 43. Внутренняя неподвижная часть коллектора 37 связана с подвижной частью коллектора 44 посредством подшипника 45, подшипника 46, закрытого предохранительным кожухом 47 от полости для сбора нагаровых отложений 48 и подпружиненным кольцевым уплотнителем 49. Внешняя часть подвижного коллектора 44 имеет цилиндрический короб 50 с отводящим трубопроводом 51, а внутренняя часть подвижного коллектора имеет короткозамкнутое кольцо 52 с расчетным количеством контактных пластин 53, которое электрически связано через контакт разъемного соединения 54 с многовитковой обмоткой 9, первой направляющей 5 статора. Короткозамкнутое кольцо 55 с расчетным количеством контактных пластин 56 электрически связано через контакт разъемного соединения 57 с многовитковой обмоткой 9, второй направляющей 6 ротора. Короткозамкнутое кольцо 58 с расчетным количеством контактных пластин 59 электрически связано через контакт разъемного соединения 60 с многовитковой обмоткой 9, третьей направляющей 7 ротора. Короткозамкнутое кольцо 61 с расчетным количеством контактных пластин 62 электрически связано через контакт разъемного соединения 63 с многовитковой обмоткой 9, четвертой направляющей 8 ротора. Разомкнутое кольцо 64 электрически связано через контакт разъемного соединения 65 со всеми многовитковыми обмотками 9 четырех направляющих 6, 7, 8 ротора. Короткозамкнутые кольца 52, 55, 58, 61 (см. фиг. 5) содержат направляющие выступы 66, имеющие ответную проточку 67 в подвижной части коллектора 44 и установлены со смещением на угол α, который зависит от количества контактных пластин 53, 56, 59, 62, конструкции статора, дискового ротора, количества направляющих, числа обмоток в каждой направляющей и. т. д. Стойка 32 взаимодействует с основанием стрелы 14 (см. фиг. 6), в которой размещен механизм регулировки и фиксации угла смещения неподвижной части коллектора 37 для установки рабочих зон контактных пластин 53, 56, 59, 62, который выполнен в виде указателя положения 68, шкалы 69 проградуированной в градусах, и фиксатора 70. Для уменьшения расхода цветных металлов в электромаховичном двигателе кольцевые обмотки 9 (см. фиг. 7) преобразованы в многовитковую зигзагообразную обмотку 71, которая взаимодействует с рабочими зонами 72 множества полюсов постоянных подковообразных магнитов 25 статора 2. На фиг. 8 изображено электрическое соединение четырех обмоток 9 ротора с коллектором закрытого типа 12 и их взаимодействие с четырьмя магнитными системами статора.

Электромаховичный двигатель работает следующим образом.

При подключении электромаховичного двигателя к фотоэлементному зонду 10 или источнику постоянного тока через средство подводящей коммутации 13 под действием приложенного напряжения протекает ток через подводящий шинопровод 38, токопроводящие пластины 40, подпружиненные щетки 39, контактные пластины 53, 56, 59, 62 короткозамкнутых колец коллектора закрытого типа 52, 55, 58, 61, электрически связанных через контакты разъемных соединений 54, 57, 60, 63, устройство автоматической дистанционной коммутации 11 с многовитковыми обмотками 9 четырех направляющих 5, 6, 7, 8 и далее через контакт разъемного соединения 65, короткозамкнутое кольцо 64 подпружиненных токопроводящих щеток 42, токопроводящих пластин 43, электрически связанных с отводящим шинопроводом 41. В результате взаимодействия тока, протекающего в проводниках многовитковых обмоток четырех направляющих дискового ротора 4 с магнитным полем множества полюсов постоянных магнитов четырех систем возбуждения, создается вращающий момент и ротор электромаховичного двигателя приходит во вращение в любом направлении, которое зависит от полярности приложенного напряжения на шинопроводы 38 и 41. Устройство автоматической дистанционной коммутации 11 служит для оперативного включения, отключения, переключения в процессе работы одной или нескольких направляющих 5, 6, 7, 8 с многовитковыми обмотками 9, дискового ротора 4 на фотоэлементный зонд 10, который может дополнительно вырабатывать постоянное напряжение от источника света, где в зависимости от солнечного освещения периода суток на средних широтах один квадратный метр поверхности фотоэлементного зонда может получать энергию зимой до 80 Вт, а летом до 300-900 Вт. Электромаховичный двигатель оборудован системой охлаждения жидким хладагентом и может работать в особоопасных, особоагрессивных и пожароопасных средах, а также под водой или других высокоагрессивных жидкостях, для работы под водой в двигателе необходимо дополнительно установить в коллекторе закрытого типа 12 множество подпружиненных кольцевых уплотнителей 49, а взамен жидкого хладагента в трубопровод 34 необходимо подать избыточное давление сухого сжатого воздуха, которое дополнительно еще может быть подано и в полость для сбора нагаровых отложений 48. При работе с водяным охлаждением или под водой электромаховичный двигатель несет потери мощности, которые могут составлять от 5 до 15% в зависимости от прецизионности изготовления воздушного зазора 29 между направляющей ротора и системой возбуждения статора. Для увеличения степени рекуперации электромаховичный двигатель может быть помещен в корпус, из-под которого выкачан воздух для устранения отрицательных воздействий воздушных вихревых потоков.

Изобретение позволяет создать новое направление экономичных, энергосберегающих электромаховичных двигателей постоянного тока, позволяющих работать от различных источников постоянного напряжения в экстремальных условиях с большим перепадом температур, влажности, в особоопасных и особоагрессивных средах, а также для работы под водой. При конструировании электромаховичных двигателей постоянного тока целесообразно использовать последние достижения в науке в области применения высокотехнологичных, прочных, облегченных материалов, свободно выдерживающих любые агрессивные среды и имеющие прочное защитное покрытие.

Использование: электромаховичные двигатели, предназначенные для использования в экстремальных ситуациях. Сущность изобретения: Н количество направляющих дискового ротора взаимодействуют с направляющими статора, который расположен горизонтально основанию пола и содержит на валу механизм отбора механической энергии, а на верхнем основании дискового ротора расположены фотоэлементы зонда, взаимодействующего через средство автоматической-дистанционной коммутации и разъемный коллектор закрытого типа на вращательный момент электромаховичного двигателя, имеющего средство принудительного охлаждения как обмоток, расположенных в независимых направляющих, так и коллектора закрытого типа. 14 з. п. ф-лы, 8 ил.

1. Электромаховичный двигатель, содержащий статор с постоянными магнитами, образующими магнитную систему индуктора, дисковый ротор с якорной обмоткой и коллектор с подпружиненными токопроводящими щетками, отличающийся тем, что одно основание ротора снабжено фотоэлементным зондом, а другое - множеством направляющих с обмотками, взаимодействующими с множеством магнитных систем статора, механизмом отвода механической энергии, размещенным на валу ротора, причем обмотки выполнены зигзагообразными и электрически связаны с фотоэлементным зондом через коллектор закрытого типа, состоящий из подвижной и неподвижной частей. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что между подвижной и неподвижной частями коллектора установлены подшипники качения. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что неподвижная часть коллектора снабжена капиллярами для прохождения хладагента. 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что коллектор выполнен с полостью для сбора нагаровых отложений. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что коллектор выполнен с подпружиненным скользящим цилиндрическим уплотнением между подвижной и неподвижной частями коллектора. 6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что коллектор подключен к обмоткам ротора через разъемное соединение. 7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что коллектор снабжен механизмом регулировки и фиксации угла смещения неподвижной части коллектора. 8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что обмотки намотаны на магнитопроводящие перемычки, установленные в направляющих ротора. 9. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что постоянные магниты соседних направляющих установлены со смещением по окружности их одноименных полюсов. 10. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что рабочая поверхность фотоэлементного зонда выполнена конусообразной. 11. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор и коллектор снабжены системами охлаждения жидким хладагентом. 12. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что между коллектором и обмотками направляющих ротора размещено устройство автоматической дистанционной коммутации. 13. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что система возбуждения статора выполнена из электромагнитов. 14. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что поверхности статора и ротора покрыты высокопрочным водонепроницаемым покрытием. 15. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что направляющие ротора выполнены из монолитного каркаса.