УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОВЫШЕННОЙ МОЩНОСТИ С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ И ЭЛЕКТРОННОЙ КОММУТАЦИЕЙ КОЛЛЕКТОРНЫХ ПЛАСТИН Российский патент 2017 года по МПК H02K23/66 H02K11/00 H02K13/10 

Описание патента на изобретение RU2605945C1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электродвигателям приводов вспомогательного оборудования подвижных объектов, преимущественно автомобилей и тракторов, и может быть использовано при проектировании и производстве указанных электродвигателей.

Известны двигатели постоянного тока преимущественно большой мощности с электромагнитным возбуждением, содержащие якорь с обмоткой и коллектором, с цилиндрическим магнитопроводящим корпусом, на внутренней поверхности которого установлены основные полюса с обмоткой возбуждения и дополнительные полюса с компенсационной обмоткой, включенной последовательно обмотке якоря. Дополнительные полюса имеют меньшую по сравнению с основными полюсами ширину и располагаются в зонах коммутации с целью компенсации магнитной индукции, наводимой током якоря в нейтральной зоне, для улучшения процесса коммутации, благодаря чему снижаются искрение и дугообразование на коллекторе электродвигателя (Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. - М.: Энергия, 1980, с. 704).

Недостатком такой конструкции является сложность и дороговизна исполнения, соответственно невозможность ее реализации в массовом производстве.

Известно также устройство электродвигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, содержащее якорь с обмоткой и коллектором и цилиндрический магнитопроводящий корпус, одновременно являющийся ярмом, с установленными на его внутренней поверхности полюсами, представляющими собой ферритобариевые или ферритостронциевые постоянные магниты, выполненные в виде сегментов (Гаршина А.В. Кондратьев В.Н. и др. Особенности конструкции, параметры автотракторных электродвигателей и перспективы их развития: Заказное издание. - М.: НИИН Автопром, 1976, с. 22-50; Кенио Т. Нагамори С. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами. / Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с. 22-26).

Недостатком такой конструкции является то, что в режимах, отличных от холостого хода, происходит смещение физической магнитной нейтрали относительно геометрической нейтрали, на которой устанавливаются щетки, в направлении, противоположном вращению якоря электродвигателя, что значительно ухудшает условия коммутации в щелочно-коллекторном узле, так как при этом в коммутируемых секциях обмотки якоря наводится ЭДС, замедляющая коммутацию. Причем величина магнитной индукции в зоне коммутации увеличивается с ростом нагрузки электродвигателя.

Конструкции машин постоянного тока описаны в книге А.С. Касаткина «Основы электротехники», под редакцией доктора технических наук профессора В.Г. Герасимова и кандидата технических наук доцента В.В. Коген-Далина, раздел XII. - М.: Высшая школа, 1986.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение состоит в повышении эффективности работы коллекторного узла и статора двигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, создании электрических двигателей постоянного тока с увеличенной полезной механической мощностью, развиваемой двигателем по отношению к потребляемой электрической мощности.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании электродвигателя постоянного тока с максимально возможным удельным электромагнитным моментом и максимальной эффективностью, определяемой как отношение полезной мощности к потребляемой электрической мощности.

Данная задача решается за счет того, что заявленное устройство электродвигателя постоянного тока повышенной механической мощности с возбуждением статора от постоянных магнитов и электронной коммутацией коллекторных пластин характеризуется тем, что содержит статор выполненного в виде цилиндрического магнитопроводящего корпуса с размещенными на внутренней поверхности диаметрально расположенными полюсами возбуждения выполненных из полюсных постоянных магнитов на основе сплавов неодим-железо-бор (Nd-Fe-B, NdFeB). Пластины коллектора соединены проводом с обмоткой якоря. На валу якоря, между коллектором и боковой крышкой, размещен стробоскопический диск с прорезями по центру пластин коллектора. На боковой крышке, включающей щеточные траверсы, на которых закреплены щеткодержатели с щетками, размещена оптопара, дающая сигнал на электронную схему, которая, в свою очередь, в момент нахождения щетки по центру пластины подает импульс тока, исключая искрообразование при переходном процессе.

Это позволяет увеличить мощность импульса тока с многократным увеличением полезной мощности, развиваемой двигателем по отношению к потребляемой электрической мощности при тех же геометрических размерах.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлено устройство двигателя постоянного тока повышенной механической мощности с возбуждением статора от постоянных магнитов и приняты следующие обозначения: 1 - статор из литой стали; 2 - полюса постоянных магнитов на основе сплавов неодим-железо-бор (Nd-Fe-B, NdFeB); 3 - якорь; 4 - коллектор; 5 - обмотка якоря; 6 - стробоскопический диск; 7 - боковая крышка; 8 - щеточная травеса; 9 - щеткодержатели; 10 - щетки; 11 - оптопара; 12 - электронная схема.

Устройство двигателя постоянного тока повышенной механической мощности с возбуждением статора от постоянных магнитов состоит из статора, ротора и боковой крышки.

Статор включает в себя цилиндр из литой стали (1) и полюсные магниты на основе сплавов неодим-железо-бор (Nd-Fe-B, NdFeB) (2).

Ротор исполнен в виде якоря (3) с обмоткой (5), коллектором (4) и стробоскопическим диском (6).

Боковая крышка (7) состоит из щеточной траверсы (8) с щеткодержателем (9) и щеткой (10), оптопары (11) и электронной схемы (12).

Работает устройство следующим образом.

При подаче напряжения на электронную схему (12), она определяет местоположение коллекторной пластины (4) через стробоскоп (6) посредством оптопары (11) и выдает высоковольтный импульс на коллекторную пластину (4) через щетку (10). Электрический ток, проходя через обмотку якоря (5) и взаимодействуя с магнитным полем статорных постоянных магнитов (2), обеспечивающих равномерное распределение магнитной индукции по поверхности якоря (3), передает усилие отталкивания на якорь (3). В результате использования электронной схемы (12) устраняется коллекторный огонь, улучшается работа коллекторного узла и увеличивается удельный электромагнитный момент. Происходит многократное увеличение полезной мощности, развиваемой двигателем по отношению к потребляемой электрической мощности.

В конструкции заявляемого электродвигателя использованы постоянные магниты из сплава NdFeBCo марки N-45 с остаточной индукцией 1,37 Тл, коэрцитивной силой Hс>876 кА/м, коэрцитивной силой по индукции Hcj>955 кА/м и максимальной энергией ВН 358 кДж/м3. Рабочая температура до 250°C.

В предлагаемой конструкции двигателей могут быть использованы различные марки постоянных магнитов на основе сплавов неодим-железо-бор (Nd-Fe-B, NdFeB).

Был изготовлен опытный образец заявляемого устройства электродвигателя постоянного тока повышенной механической мощности с возбуждением статора от постоянных магнитов, испытания которого подтвердили:

высокую эффективность работы коллекторного узла;

высокую эффективность работы статора двигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов;

получение максимально возможного удельного электромагнитного момента и увеличение полезной механической мощности, развиваемой двигателем по отношению к потребляемой электрической мощности.

Похожие патенты RU2605945C1

название год авторы номер документа
КОЛЛЕКТОРНАЯ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ПОЛЮСНЫМ ЯКОРЕМ 2009
  • Чернухин Владимир Михайлович
RU2390088C1
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ 2005
  • Скребенков Владимир Кузьмич
RU2299509C2
МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА И.Г.СКИБИЦКОГО 1994
  • Скибицкий Иван Григорьевич
RU2091966C1
ЯВНОПОЛЮСНАЯ КОЛЛЕКТОРНАЯ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА 2010
  • Чернухин Владимир Михайлович
  • Чернухин Александр Владимирович
  • Чернухин Андрей Владимирович
RU2414797C1
КОЛЛЕКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ПОЛЮСНЫМ ЯКОРЕМ 2008
  • Чернухин Владимир Михайлович
RU2359392C1
КОЛЛЕКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОЛЮСНЫМ ЯКОРЕМ 2009
  • Чернухин Владимир Михайлович
RU2385525C1
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА 2000
  • Гололобов Владимир Васильевич
  • Рымша Виктор Иванович
  • Рымша Виталий Викторович
  • Ивлев Анатолий Дмитриевич
  • Ивлев Дмитрий Анатольевич
RU2185018C2
КОЛЛЕКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ФЕРРИТОВЫМИ МАГНИТАМИ 1994
  • Москалев В.В.
  • Акимов С.В.
RU2072613C1
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ 2004
  • Скребенков Владимир Кузьмич
RU2285998C2
КОЛЛЕКТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА 2007
  • Пархоменко Георгий Анатольевич
  • Тихонов Николай Козьмич
  • Вегера Владимир Алексеевич
  • Крук Александр Тимофеевич
  • Писаревский Александр Валентинович
RU2334343C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 605 945 C1

Реферат патента 2017 года УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОВЫШЕННОЙ МОЩНОСТИ С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ И ЭЛЕКТРОННОЙ КОММУТАЦИЕЙ КОЛЛЕКТОРНЫХ ПЛАСТИН

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электродвигателям приводов вспомогательного оборудования подвижных объектов. Технический результат - повышение эффективности работы коллекторного узла и статора двигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Устройство электродвигателя постоянного тока повышенной механической мощности с возбуждением статора от постоянных магнитов и электронной коммутацией коллекторных пластин характеризуется тем, что содержит статор, выполненный в виде цилиндрического магнитопроводящего корпуса с размещенными на внутренней поверхности диаметрально расположенными полюсами возбуждения, выполненными из полюсных постоянных магнитов на основе сплавов неодим-железо-бор (Nd-Fe-B, NdFeB). Пластины коллектора соединены проводом с обмоткой якоря. На валу якоря между коллектором и боковой крышкой размещен стробоскопический диск с прорезями по центру пластин коллектора. На боковой крышке, включающей щеточные траверсы, на которых закреплены щеткодержатели с щетками, размещена оптопара, дающая сигнал на электронную схему, которая, в свою очередь, в момент нахождения щетки по центру пластины подает импульс тока, исключая искрообразование при переходном процессе. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 605 945 C1

Устройство электродвигателя постоянного тока повышенной механической мощности с возбуждением статора от постоянных магнитов и электронной коммутацией коллекторных пластин характеризуется тем, что содержит статор, выполненный в виде цилиндрического магнитопроводящего корпуса с размещенными на внутренней поверхности диаметрально расположенными полюсами возбуждения, выполненными из полюсных постоянных магнитов на основе сплавов неодим-железо-бор (Nd-Fe-B, NdFeB), пластины коллектора соединены проводом с обмоткой якоря, на валу якоря между коллектором и боковой крышкой размещен стробоскопический диск с прорезями по центру пластин коллектора, на боковой крышке, включающей щеточные траверсы, на которых закреплены щеткодержатели с щетками, размещена оптопара, дающая сигнал на электронную схему, которая, в свою очередь, в момент нахождения щетки по центру пластины подает импульс тока, исключая искрообразование при переходном процессе.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2605945C1

US 3570116 A1, 16.03.1971
US 6013961 A, 11.01.2000
Способ контроля качества паровой среды восстановительного зрельника 1955
  • Абаева З.В.
  • Ключарев С.В.
SU102861A1
Калорифер к пчеловодному ножу 1940
  • Губин А.Ф.
SU60806A1
МОТОР-КОЛЕСО 1990
  • Шкондин Василий Васильевич
  • Молчанов Константин Владимирович
RU2035115C1
Машина постоянного тока 1990
  • Самойлов Виктор Борисович
  • Медведев Виктор Тихонович
  • Полухин Виктор Федорович
SU1735973A1

RU 2 605 945 C1

Авторы

Дегтярев Виталий Борисович

Широбоков Игорь Николаевич

Даты

2017-01-10Публикация

2015-08-24Подача