ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2009 года по МПК H02K23/42 H02K23/40 H02K1/16 

Изобретение относится к двигателям постоянного тока и может быть использовано в электроприводах, где требуются двигатели постоянного тока необходимой мощности при относительно малом весе и габаритах по сравнению с существующими двигателями.

Известны типы двигателей постоянного тока в аналоге Л.М. Пиотровского. «Электрические машины», Госэнергоиздат, 1958 г., стр.13: «В основе машиностроения лежит закон электромагнитной индукции, открытый М.Фарадеем в 1831 г. Непосредственно вслед за этим открытием, уже в 1832 г., были выполнены модели электрических генераторов выпрямленного тока, а в 1934 г. член Петербургской Академии наук Б.С.Якоби построил первый электродвигатель для работы от гальванической батареи».

Одним из недостатков современных двигателей постоянного тока типа 2ПА, П-92 и др. серийного производства является недостаточная удельная мощность, связанная с большими расходами меди и стали, для создания достаточной магнитодвижущей силы для потока возбуждения двигателя.

Это повышает затраты при производстве и эксплуатации, снижает интерес потребителей к использованию подобных двигателей.

Технический результат: в существующих двигателях постоянного тока «Если щетки стоят на геометрической нейтрали, продольная размагничивающая МДС якоря отсутствует (F_ad=0), но размагничивающее влияние поперечной реакции якоря остается». А.Т. Блашин. «Общая электротехника», издательство «Энергия», 1964 г., стр.430.

Техническим результатом данной разработки является превращение размагничивающего действия поперечного поля якоря в намагничивающее при расположении щеток на геометрической нейтрали.

В результате этого двойного превращения поперечного поля резко увеличивается результирующий магнитный поток возбуждения двигателя при неизменных его параметрах.

Технический результат осуществляется за счет того, что статор двигателя представляет собой кольцевой магнитопровод цилиндрической формы, во внутренней поверхности которого находятся пазы вдоль его оси с простой кольцевой обмоткой возбуждения двигателя.

Конструкция якоря и щеточно-коллекторного механизма остается традиционной.

При такой конструкции статора появляется возможность изменять направление замыкания потоков поперечного' поля по магнитопроводу статора.

На фиг.1 показан продольный разрез двигателя.

На фиг.2 показан вид двигателя со стороны коллектора.

На фиг.3 показаны линии замыкания поперечного магнитного поля в существующих двигателях.

На фиг.4 показаны линии замыкания магнитных полей возбуждения статора и поперечного магнитного поля якоря в предлагаемом двигателе.

Двигатель постоянного тока состоит из статора 1, имеющего форму цилиндрического магнитопровода, во внутренней поверхности которого находятся пазы 13 для полуобмоток 2 статора 1, якорь 4, имеющий форму цилиндрического магнитопровода, во внешней поверхности которого имеются пазы 12 для укладки якорной обмотки 3, вращается на валу 5, на этот вал насажен коллектор 7, а щеткодержатели 14 со щетками 6 прикреплены к фланцу 9, корпус двигателя 8 изготовлен из немагнитного материала, напряжение к статорным и якорным обмоткам подключается через зажимы якорной обмотки 11 и статорных полуобмоток 10.

Двигатель постоянного тока работает следующим образом: для этого сначала рассмотрим, как замыкаются магнитные линии поперечного поля в существующих двигателях - аналогах при расположении щеток 17 на линии геометрической нейтрали.

На фиг.3 показаны магнитные линии 18 поперечного поля якоря 16, замыкающие вокруг своих проводников 20 через воздушные зазоры и наконечники полюсов 15, при этом линии 18 не охватывают обмотку возбуждения 19, далее видим, что линии 18 охватывают проводники якоря с током одинакового направления, вследствие чего результирующая ЭДС двигателя от поперечного поля равна нулю.

Теперь рассмотрим, как работает предлагаемый двигатель. На фиг.4 показано взаимное расположение траектории замыкания магнитных линий 23 возбуждения и линии 24 поперечного поля.

На статоре имеется двойной паз 21, расположенный симметрично по отношению к геометрической нейтрали, где расположены щетки 6, далее имеется двойной зубец 22, расположенный симметрично относительно вертикальной оси статора. Из фиг.4 видим, что линии 24 поперечного поля замыкаются, охватывая проводники якоря с током разного направления, что приводит к возникновению дополнительной ЭДС двигателя от поперечного поля, далее замечаем, что линии 24 поперечного поля охватывают статорные обмотки возбуждения, это дает возможность управлять направлением замыкания линии 24 поперечного поля. Например, при реверсе, при изменении полярности тока возбуждения, изменяется направление замыкания линии 24.

Из фиг.4 видно, что одноименные полюса магнитного потока возбуждения и поперечного поля расположены на одной стороне от линии геометрической нейтрали, значит оба потока создают результирующий поток возбуждения двигателя - Ф_о, т.к

Е=С П Ф₀ или Е_резуль=С П_а Ф_в+С П_а Ф_п,

где Е_резуль - результирующий ЭДС двигателя;

С - постоянная конструкции;

П_а - скорость вращения;

Ф_в - поток от возбуждения;

Ф_п - поток от поперечного поля;

Ф₀ - поток возбуждения двигателя.

Р_Резуль=Е J_a=Е_в J_a+E_n J_a, где Р_резуль - полная мощность двигателя, P_доп=E_nJ_a - дополнительная мощность, получаемая при неизменных параметрах двигателя за счет потока якоря Ф_п

или P_доп=C П_а Ф_пJ_а.

Согласно численному параметру, приведенному в книге Л.М.Пиотровского «Электрические машины» стр.71, 81, для машины ПН-205 Р_н=24 кВт, U_н=230 В, J_н=104,5a, П=1300 об/мин, получается, что МДС возбуждения F₀ на пару полюсов составляет F₀=4089 а, тогда как МДС якоря F_a=7390 а, при расположении щеток на геометрической нейтрали. Из этого соотношения магнитодвижущих сил F₀ и F_a видно, что дополнительная ЭДС, индуктируемая в предлагаемом двигателе за счет якорного магнитного потока, составляет более 50% без изменения веса и габарита двигателя.

Построен экспериментальный двигатель, работающий на принципах, изложенных в данной заявке. Результаты испытания двигателя положительные.

Перечень последовательностей

1. Статор

2. Полуобмотки статора

3. Обмотка якоря

4. Якорь

5. Вал

6. Щетки

7. Коллектор

8. Корпус двигателя

9. Фланец

10. Зажимы статорных полуобмоток

11. Зажимы якорной обмотки

12. Пазы якоря

13. Пазы статора

14. Щеткодержатель

15. Наконечники полюсов аналога

16. Якорь аналога

17. Щетки аналога

18. Магнитные линии поперечного поля якоря аналога

19. Обмотки возбуждения двигателя аналога

20. Проводники якоря аналога

21. Двойной паз

22. Двойной зубец

23. Магнитные линии возбуждения

24. Магнитные линии поперечного поля якоря

Изобретение относится к области электротехники, а именно к двигателям постоянного тока, и может быть использовано в электроприводах, где требуются двигатели постоянного тока необходимой мощности при относительно малом весе и габаритах по сравнению с существующими двигателями. Сущность изобретения состоит в том, что в двигателе постоянного тока, содержащем статор и якорь, согласно данному предложению, статор представляет собой кольцевой магниторовод цилиндрической формы, на внутренней поверхности которого вдоль оси выполнены пазы, в которые уложена простая спиральная обмотка, при этом статор имеет двойные пазы, расположенные симметрично по отношению к линии геометрической нейтрали, и двойные зубцы, расположенные симметрично по отношению к линии вертикальной оси статора. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в увеличении результирующего магнитного потока возбуждения двигателя при неизменных его параметрах путем обеспечения изменения направления замыкания потоков поперечного поля по магнитопроводу статора, в результате чего в двигателе возникает дополнительная ЭДС за счет поперечного поля якоря. 4 ил.

Двигатель постоянного тока, содержащий статор и якорь, отличающийся тем, что статор представляет собой кольцевой магниторовод цилиндрической формы, на внутренней поверхности которого вдоль оси выполнены пазы, в которые уложена простая спиральная обмотка, при этом статор имеет двойные пазы, расположенные симметрично по отношению к линии геометрической нейтрали, и двойные зубцы, расположенные симметрично по отношению к линии вертикальной оси статора.