БЕСКОЛЛЕКТОРНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2021 года по МПК H02K1/00 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам постоянного тока и может использоваться как для генерации электрической энергии, так и преобразования электрической энергии в механическую [H02K 1/00, H02K 25/00, H02K 99/00].

Из уровня техники известен БЕЗКОЛЛЕКТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА [RU 25371 U1, опубл.: 27.09.2002], отличающийся тем, что на валу якоря установлены контактные кольца, к которым присоединены концы обмотки якоря.

Также известен БЕЗКОЛЛЕКТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА [RU 200412072 A, опубл.: 10.02.2006], отличающийся от униполярной машины наличием многовитковой обмотки на сердечнике якоря.

Недостатками аналогов является их низкая надежность, обусловленная наличием неподвижных графитовых или медно-графитовых) щеток, имеющих ограниченный ресурс и высокими динамическими и электрическими нагрузками на упомянутые щетки.

Наиболее близким по технической сущности является БЕСКОЛЛЕКТОРНЫЙ МОТОР - ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА [RU 2545525 C1, опубл.: 10.04.2015], содержащий вращающийся якорь вокруг неподвижного статора, отличающийся тем, что в качестве вращающегося якоря использована группа симметрично распределенных на окружности постоянных тороидальных магнитов, магнитные полюсы которых находятся на их плоских торцевых поверхностях и образуют прерывистый однонаправленный магнитный поток вдоль этой окружности, а в качестве неподвижного статора использована обмотка, выполненная на кольцевом каркасе круглого поперечного сечения, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии вращающегося якоря.

Основной технической проблемой прототипа является низкая надежность, связанная с непродуманностью конструкторского решения в части удержания статора внутри магнитов вращающегося якоря, так как магниты якоря выполнены тороидальными из двух склееных между собой половин и для реализации вращения якоря необходимо каким-то образом удерживать статор. Кроме того, значительный вес магнитов для мотор-генераторов большой мощности возникает проблема точного балансирования вращающегося якоря. Указанные конструктивные недостатки напрямую влияют на надежность устройства, а точнее, их наличие снижает надежность и срок службы мотор-генератора.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности и срока службы устройства.

Указанный технический результат достигается за счет того, что бесколлекторная электромашина постоянного тока, вращающийся якорь и неподвижный статор, отличающийся тем, что якорь выполнен в виде замкнутого сбалансированного тороидального кольца, вокруг которого по периметру кольца размещены соленоидные катушки статора, удерживаемые на неподвижном основании, якорь соединен с валом вращения планетарной передачей, при этом коронная шестерня упомянутой планетарной передачи смонтирована вдоль кольца якоря, а передающие вращение от планетарной к солнечной передаче сателлиты выполнены с возможностью движения между соленоидными катушками статора, при этом оси вращения якоря и вала вращения совпадают.

В частности, якорь выполнен из магнитомягкого материала.

В частности, планетарная передача выполнена в виде двухступенчатой зубчатой передачей с неподвижными осями колес.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 показан вид сбоку бесколлекторной машины постоянного тока.

На фиг. 2 показан вид спереди бесколлекторной машины постоянного тока в разрезе.

На фиг. 3 показано сечение ротора.

На фигурах обозначено: 1 - якорь, 2 - вал вращения, 3 - кольца якоря, 4 - основание, 5 - соленоидные катушки, 6 - коронная шестерня, 7 - солнечная шестерня, 8 - сателлиты, 9 - водило.

Осуществление изобретения.

Бесколлекторная электромашина постоянного тока содержит вращающийся якорь 1 (см. Фиг. 1), соединенный с валом вращения 2 планетарной передачей. Якорь 1 выполнен сбалансированным из пары колец 3 (см. Фиг. 2) из магнитомягкого материала.

Магнитомягкие материалы - это магнитные материалы, обладающие низкой коэрцитивной силой и, как следствие, узкой предельной петлей гистерезиса, которые по действием магнитного поля способны легко намагничиваться и размагничиваться. Иными словами, под действием магнитного поля магнитомягкий материал локализует в себе магнитную энергию в пределах пространства магнитного поля.

Вокруг якоря 1 на неподвижном основании 4 (см. Фиг. 3) смонтированы соленоидные катушки 5, при этом корпуса соленоидных катушек 5 смонтированы вокруг якоря 1 с зазором, обеспечивающим вращение якоря 1 внутри упомянутых корпусов соленоидных катушек 5.

Планетарная передача содержит коронную шестерню 6, смонтированную между или вдоль колец якоря 3, солнечную шестерню 7, смонтированную на валу вращения 2 и сателлиты 8, соединяющие коронную 6 и солнечную 7 шестерни, при этом сателлиты 8 смонтированы с возможностью вращения вдоль коронной шестерни 6 между соленоидными катушками 5. Сателлиты 8 подвижно смонтированы на водило 9. Основание водило 9 совпадает с осью вала вращения 2 и подвижно соединено с солнечной шестерней 7. Вал вращения 2 подвижно смонтирован в отверстии основания 4. При такой схеме планетарная передача является двухступенчатой зубчатой передачей с неподвижными осями колес.

Бесколлекторная электромашина может работать как в режиме мотора, так и в режиме генератора.

В режиме мотора обмотки соленоидных катушек 5 подключают к источнику постоянного напряжения (на фигурах не показан). Под действием протекающего в обмотках соленоидных катушек 5 постоянного тока вокруг них возникает магнитные поля, вектора магнитной индукции которых направлены по касательной якоря 1. Под действием магнитных полей участки колец якоря 3 намагничиваются и якорь 1 приходит в движение внутри упомянутых катушек 5. Движение якоря 1 через коронную шестерню 6 передают через сателлиты 8, вращающиеся между соленоидными катушками 5, на солнечную шестерню 7, смонтированную на валу вращения 2.

В режиме генератора к соленоидным катушкам 5 подключают потребителя электрической энергии. Приводят во вращение вал вращения 2, вращательное движение от которого через солнечную шестерню 7 и сателлиты 8 передают на коронную шестерню 6 и соответственно якорь 1. Имеющий остаточную намагниченность мягкомагнитный материал якоря 1 проходя внутри соленоидных катушек 5 возбуждает в витках упомянутых катушек ЭДС индукции под действием которой замкнутым на цепи соленоидным катушкам 5 потребителям течет индукционный ток.

Технический результат изобретения - повышение надежности и срока службы устройства достигается за счет выполнения вращающегося внутри неподвижных соленоидных катушек 5 якоря 1 в виде сбалансированного кольца из магнитомягкого материала, передача вращения от которого осуществляется двухступенчатой зубчатой планетарной передачей с неподвижными осями колес, симметричное расположение сателлитов 8 которых взаимно уравновешиваются и обеспечивают постоянный зазор между якорем 1 и упомянутыми катушками 5. Кроме того, малые нагрузки в передаче упрощают конструкцию и снижают потери в ней. Выбранное конструктивное решение позволяет упростить конструкцию бесколлекторной электромашины и обеспечить безотказную работу ее узлов в течение длительного срока.

В 2019 году была изготовлена, согласно описания, бесколлекторная электромашина постоянного того, которая показала высокую выходную мощность при небольших массогабаритных показателях за счет получения больших передаточных отношений при небольшом числе зубчатых колес, удобство в использовании благодаря возможности отбора мощности с обоих концов вала вращения 2, а также простоту компоновки с ШИМ-регулятором. Кроме того, электромашина обладает такими преимуществами, как экономичность и взрывобезопасность, а также большим пусковым моментом.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам постоянного тока, и может использоваться как для генерации электрической энергии, так и преобразования электрической энергии в механическую. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности и срока службы устройства, который достигается за счет того, что бесколлекторная электромашина постоянного тока, содержащая вращающийся якорь и неподвижный статор, отличается тем, что якорь выполнен в виде замкнутого сбалансированного тороидального кольца, вокруг которого по периметру кольца размещены соленоидные катушки статора, удерживаемые на неподвижном основании, якорь соединен с валом вращения планетарной передачей, при этом коронная шестерня упомянутой планетарной передачи смонтирована вдоль кольца якоря, а передающие вращение от планетарной к солнечной передаче сателлиты выполнены с возможностью движения между соленоидными катушками статора, при этом оси вращения якоря и вала вращения совпадают. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Бесколлекторная электромашина постоянного тока, содержащая вращающийся якорь и неподвижный статор, отличающаяся тем, что якорь выполнен в виде замкнутого сбалансированного тороидального кольца, вокруг которого по периметру кольца размещены соленоидные катушки статора, удерживаемые на неподвижном основании, якорь соединен с валом вращения планетарной передачей, при этом коронная шестерня упомянутой планетарной передачи смонтирована вдоль кольца якоря, а передающие вращение от планетарной к солнечной передаче сателлиты выполнены с возможностью движения между соленоидными катушками статора, при этом оси вращения якоря и вала вращения совпадают.

2. Электромашина по п.1, отличающаяся тем, что якорь выполнен из магнитомягкого материала.

3. Электромашина по п.1, отличающаяся тем, что планетарная передача выполнена в виде двухступенчатой зубчатой передачей с неподвижными осями колес.