ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЧАСТИЧНОЙ ПРОТИВО-ЭДС Российский патент 2021 года по МПК H02K23/04 H02K29/08 H02K16/02 H02K9/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электродвигателям постоянного тока, и может использоваться в качестве привода любых технических средств.

Уровень техники

Известен электромагнитный двигатель RU 2688203 С1, опубликованный 21.05.2019, в конструкции которого имеются электромагниты, закрепленные на статоре, и электромагниты, закрепленные на роторах. Данное изобретение имеет недостатки, обусловленные конструкцией самого электромагнитного двигателя, при которой не возможно развить большой скорости вращения, а значит, и большой мощности на валу, при подаче на электромагнитный двигатель низкого напряжения, так как при вращении якорей, в их обмотках, также, как и в обмотках электромагнитов статора, возникнет противо-ЭДС, которая существенно понизит напряжение и ток в этих конструкциях.

Раскрытие изобретения Задачей изобретения является создание электродвигателя постоянного тока с частичным противо-ЭДС, работающего на низком напряжении, для привода любых технических средств. Конструкция электродвигателя состоит из двух якорей, сделанных из электротехнической листовой стали, и установленных на одном валу со шпонками с продольным смещением относительно друг от друга. Якоря имеют каждый по две боковины, с сегментами по окружности, образующие полюса, и закрепленные между ними сердечники с обмотками напротив полюсов. На статоре закреплены электромагниты на одинаковом расстоянии, собранные из электротехнической листовой стали Н-образной формы, имеющие по две боковины, и закрепленные между ними сердечники с обмотками, причем, витки обмоток якорей и электромагнитов выполнены параллельно друг к другу, и не пересекаются магнитными полюсами, как в обычных электродвигателях постоянного тока. Электромагниты статора расположены напротив якорей, а их боковины с противоположных сторон закреплены кольцами из немагнитной стали. Вал опирается своими концами на подшипники качения, установленные в подшипниковых узлах, которые закреплены на торцевых крышках статора, имеющего фланцевые ребра жесткости с лапами. Решетки расположены перед якорями, с закрепленными на них изолированно графитовыми щетками, примыкающими к медным токосъемным кольцам, установленным изолированно на якорях, по которым питание поступает на обмотки. С противоположных концов вала закреплены вентиляторы, на которые воздух поступает через вентиляционные отверстия, расположенные по краям статора, а для выброса воздуха, имеется отверстие в средней части корпуса статора. Очередность включения электромагнитов происходит от сигналов с датчиков Холла, расположенных на крышке подшипникового узла с противоположного конца выходного вала. Импульс на датчики Холла поступает от плоских магнитов, закрепленных на диске из немагнитной стали, установленного на валу напротив датчиков Холла, с которых импульс поступает на электрическую схему, состоящую из диодов, транзисторов и резисторов, которые в нужный момент подают питание на электромагниты. Электродвигатель может работать на низком напряжении, ввиду того, что якоря являются многополюсными электромагнитами, а их магнитодвижущая сила, также как и у электромагнитов, зависит только от количества ампер-витков в обмотках. Причем, самым важнейшим фактором, позволяющим электродвигателю работать на низком напряжении, является частичное и незначительное противо-ЭДС, возникающее в процессе работы, которое не влияет на мощность электродвигателя. Конструктивное решение, примененное в электродвигателе, для минимизации противо-ЭДС, состоит в увеличении длины полюсов якорей на длину одного полюса электромагнита. При этом, включение электромагнитов по своей очередности, производится только после совмещения с полюсами якорей, во избежание возникновения противо-ЭДС, которое появляется в случае изменения магнитного потока, магнитной индукции, или изменения площади проходящего магнитного потока. Однако, кратковременное изменение магнитной индукции возникнет при включении электромагнитов, так как их обмотки имеют индуктивность, не позволяющую мгновенно создать максимальный ток. Также, небольшая противо-ЭДС возникнет при переключении полярности электромагнитов, но при этом, на мощности электродвигателя это никак не отразится. При включении очередных электромагнитов, последние, выходящие за полюса якорей, отключаются одновременно, и переходят на замкнутый контур, во избежание скачка напряжения, причем, электромагниты соединены в группы, а в их обмотки параллельно встроены диоды. Электромагниты в группах включаются, выключаются и переключаются на другую полярность только одновременно, и не связаны общей электрической цепью, поэтому не влияют на обмотки других электромагнитов. Переключение полярности происходит в предпоследних электромагнитах по ходу вращения якорей, и далее, при совмещении их с концами якорей, они отключаются. На электродвигатель питание подается от сети через выпрямитель тока, а для работы электронной схемы необходим аккумулятор.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен электродвигатель в продольном сечении, на фиг. 2 показан электродвигатель в поперечном сечении.

Осуществление изобретения

Электродвигатель постоянного тока состоит из электромагнитов, сделанных из листовой электротехнической стали, имеющих по две боковины (1) и сердечники (2), с обмотками (3), закрепленных на статоре (4) на одинаковом расстоянии друг от друга над якорями, и скрепленных с противоположных боковин кольцами (5) из немагнитной стали. Якоря выполнены из листовой электротехнической стали, и состоят из двух боковин (6), и сердечников (7), закрепленных между ними, с обмотками (8). Вал (9), изготовленный из конструкционной углеродистой качественной стали со шпонками (10), опирается своими концами на подшипники качения (11), установленные в подшипниковых узлах (12), выполненных из конструкционной углеродистой стали обыкновенного качества, которые закреплены на торцевых крышках (13), выполненных из конструкционной углеродистой стали обыкновенного качества, и закрепленных на статоре, который имеет фланцевые ребра (14) жесткости с лапами (15), и выполнен из конструкционной углеродистой стали обыкновенного качества. Решетки (16), установленные перед якорями, сделаны из углеродистой конструкционной стали обыкновенного качества, с закрепленными на них изолированно графитовыми щетками (17), которые примыкают к медным токосъемным кольцам (18), установленным на якорях изолированно. Вентиляторы (19) закреплены на валу с противоположных его концов, и сделаны из алюминия. Диск (20) сделан из немагнитной стали, с установленными на нем плоскими магнитами (21), и закреплен на валуе противоположного конца выходного вала, напротив датчиков (22) Холла, расположенных на крышке подшипникового узла.

Электромагнитный двигатель работает следующим образом.

На обмотки электромагнитов статора и якорей подается постоянный ток, который намагничивая их, производит взаимное притяжение, и тем самым, создает вращательное движение вала, с установленными на нем якорями. При совмещении полюсов якорей с полюсами следующих по очередности включения электромагнитов, последние включаются в работу, и в этот же момент происходит отключение электромагнитов, которые с измененной полярностью выходят за поля якорей. Очередность включения, отключения и переключения полярности электромагнитов обеспечивает электрическая схема, состоящая из транзисторов, резисторов, диодов и датчиков Холла, на которые подается импульс с постоянных плоских магнитов, закрепленных на диске, установленном на валу, и обеспечивающие очередность подачи питания на электромагниты в нужный момент. Питание на электродвигатель подается от сети через выпрямитель тока, а для работы электронной схемы электродвигателя, необходим аккумулятор.

Изобретение относится к электротехнике, к электродвигателям постоянного тока низкого напряжения, и может использоваться в качестве привода любых технических средств. Технический результат состоит в обеспечении возможности работы при низком напряжении за счет уменьшения противо-ЭДС. Электродвигатель имеет частичное противо-ЭДС, обусловленное его конструкцией, состоящей из двух якорей, продольно смещенных по валу друг от друга, а также электромагнитов, установленных на статоре напротив якорей. Витки обмоток электромагнитов статора и якорей не пересекаются магнитными полюсами и параллельны друг к другу. Электромагниты статора включаются в работу при совмещении с полюсами якорей. На решетках, перед якорями, установлены изолированно графитовые щетки, и примкнуты к токосъемным кольцам, установленным на якорях изолированно. Вал опирается на подшипники качения, находящиеся в подшипниковых узлах торцевых крышек статора, а с противоположных его концов закреплены вентиляторы. Схема из транзисторов, диодов, датчиков Холла и резисторов обеспечивает работу электродвигателя. Питание на электродвигатель поступает от сети через выпрямитель тока, а работу всей электронной схемы обеспечивает аккумулятор. 2 ил.

Электродвигатель постоянного тока с частичной противо-ЭДС, состоящий из двух якорей, установленных на валу со шпонками, с продольным смещением относительно друг от друга, выполненных из электротехнической листовой стали и состоящих каждый из двух боковин с сегментами по окружности, образующих полюса, закрепленных между ними сердечниками с обмотками напротив полюсов, статора, с установленными на нем электромагнитами на одинаковом расстоянии Н-образной формы, изготовленных из листовой электротехнической стали, имеющих по две боковины, с закрепленными между ними сердечниками с обмотками возбуждения, и расположенными напротив якорей, причем обмотки якорей и электромагнитов выполнены параллельно друг к другу, а боковины электромагнитов закреплены между собой с противоположных сторон кольцами из немагнитной стали, вала, опирающегося своими концами на подшипники качения, установленные в подшипниковых узлах, которые закреплены на торцевых крышках статора, имеющего фланцевые ребра жесткости с лапами, решеток, установленных перед якорями, и закрепленных на них изолированно графитовых щеток, примыкающих к медным токосъемным кольцам, закрепленным на якорях изолированно, вентиляторов, установленных на валу с противоположных его концов, диска, выполненного из немагнитной стали, с закрепленными на нем плоскими магнитами, и установленного на валу с противоположного конца выходного вала, напротив датчиков Холла, закрепленных на крышке подшипникового узла, вентиляционных отверстий расположенных по краям корпуса статора, и отверстия в средней части статора, элементов управления питанием электромагнитов, состоящих из транзисторов, диодов, резисторов и датчиков Холла, с питанием от аккумулятора, а самого электродвигателя, от сети через выпрямитель тока.