Электрическая машина постоянного тока конструкции Спирякова Советский патент 1993 года по МПК H02K23/04 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в отраслях промышленности занятых производством электродвигателей и генераторов постоянного тока.

С целью упрощения конструкции, повышения надежности и снижения потерь полюсные наконечники расположены по торцам постоянного магнита или электромагнита соосно, постоянный магнит намагничен в осевом направлении, при этом один из полюсов примыкает без зазора по внутреннему диаметру к наружной поверхности магнитопровода, ротор имеет аксиальные прорези и установлен в цилиндрическом зазоре между вторым кольцевым полюсом и кольцевым магнитопроводом и скреплен через диэлектрический диск с торцом вала, размещенного с равномерным зазором относительно центрального отверстия кольцевого магнитопровода.

При этом упрощение конструкции по отношению к прототипу достигается за счет того, что если в прототипе применен массивный стальной ротор сложной формы, то в предложенной конструкции ротор выполнен в виде полого цилиндра из немагнитного материала. Если в прототипе используются две катушки электромагнита, то предложенной конструкции можно вообще обойтись без электромагнита и катушек, используя для создания внешнего магнитного поля постоянный магнит, намагниченный в осевом направлении.

Повышение надежности достигается за счет того, что в отличии от прототипа, ротор имеетаксиальные прорези, что улучшает его охлаждение в процессе работы, ротор выполнен цилиндрическим полым, что допускает большие линейные скорости вращения. В прототипе ротор стальной и массивный, что препятствует повышению эффективности элмашины посредством повышения частоты вращения ротора из-за больших центробежных сил, Далее в отличии от прототипа в предложенной конструкции элмашины постоянного тока уменьшены потери энергии силового привода за счет того, что во-первых, уменьшен размер магнитопровода, что устраняет потери на перемагничивание, ротор выполнен из хорошего проводника: медь, алюминий и пр. что снижает потери на нагрев рогора. Магнитная система устройства выполнена с

СО

с

00

ю

ю о ю

минимальными зазорами, что исключает потери энергии на магнитное сопротивление магнитопровода.

На чертеже изображен в разрезе вдоль осевой линии вариант электрической машины постоянного тока, выполненной на постоянном магните.

Электрическая машина постоя иного тока состоит из постоянного магнита 1, выполненного на основе редкоземельных металлов и намагниченного в осевом направлении. Постоянный магнит выполнен в виде кольца. Возможно применение вместо постоянного магнита электромагнита. К торцам постоянного магнита 1 прикреплены полюсные наконечники 2 и 4. Причем полюсный наконечник 4 выполнен в виде кольца. Полюсные наконечники 2,4 крепятся к постоянному магниту 1 путем клея или иным способом. Полюсные наконечники 2,4 выполнены из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью. Полюсный наконечник 2 соединен с кольцевым магнитопроводом 3, который размещен с зазором концентрично кольцевому наконечнику 4. Внутри кольцевого магнитопровода 3 выполнено цилиндрическое отверстие 5, в котором с возможностью вращения размещен вал 6 силового привода. Торец вала 6 снабжён фланцем 7. В теле кольцевого магнитопровода 3 размещены щетки 8 токосъемного устройства, которое включает также диск из хорошего проводника 11, электрически соединенный с ротором, в центре которого выполнено углубление, в котором размещен металлический шарик 14, частично размещенный в гнезде 15, которое закреплено на диэлектрической стойке 13 и оборудовано клеммой 16. Возможно иное выполнение токосъемного устройства. В качестве второй клеммы 17 используется масса магнитопровода 3 и полюсного наконечника 2. В зазоре между полюсным наконечником 4 и кольцевым магнитопроводом 3 размещен ротор 12, выполненный в виде полого цилиндра с аксиальными прорезями из немагнитного металла, например сплава меди, алюминия и пр. Ротор 12 через диэлектрический диск 10 и втулку 9 посредством клея или иным способом крепится к торцу вала 6.

Устройство работает следующим образом.

При вращении вала 6 от силового привода приходит во вращение и ротор 12. При этом он пересекает под углом в 90° магнитные силовые линии постоянного магнита.

Согласно закону Ампера в роторе 12 происходит разделение внутренних зарядов: электроны движутся в одном направлении, положительные заряды ионы в силу их за- крепленности в кристаллической решетке, остаются на месте. При этом на клемме 16 образуется избыток электронов и она заряжается отрицательно. На клемме 17 появляется нескомпенсированный

положительный заряд. При подключении к клеммам 16,17 внешней замкнутой электрической цепи с нагрузкой по ней пойдет постоянный ток, по частоте не отличающийся от выработанного химическими источниками постоянного тока.

Устройство обратимо, т.е. может работать и в качестве электрического мотора. С этой целью к клеммам 16,17 подводят выводы от источника постоянного тока не высокого напряжения, но достаточно мощного. При этом ток, проходя вдоль ротора 12 взаимодействует посредством своего магнитного поля с полем постоянного магнита 1 вызывает тяжение этого поля, в результате

чего ротор 12 приходите постоянное вращение вокруг оси. Энергию этого вращения можно снять для привода устройств и машин посредством вала 6 и фланца 7. Частота вращения ротора 12 обусловлена силой тока, реактивностью нагрузки и может достигать больших величин.

Формула изобретения Электрическая машина постоянного тока, содержащая статор, включающий кольцевойпостоянный магнит или

электромагнит со своими полюсными наконечниками, выполненными в виде кольца, цилиндрический магнитопровод с центральным отверстием, в котором установлен вал,

полый немагнитный ротор и токосъемное устройство, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, повышения надежности и снижения потерь, полюсные наконечники расположены по торцам постоянного магнита или электромагнита со- осно, а постоянный магнит намагничен в осевом направлении, при этом один из полюсов примыкает без зазора по внутреннему диаметру к наружной поверхности

магнитопровода, ротор имеет аксиальные прорези и установлен в цилиндрическом зазоре между вторым кольцевым полюсом и кольцевым магнитопроводом и скреплен через электрический диск с торцом вала, размещенного с равномерным зазором относительно центрального отверстия кольцевого магнитопровода.

ft /Ј

Использование: в электротехнике. Сущность изобретения: полюсные наконечники электромагнита расположены по торцам постоянного магнита или электромагнита со- осно, а постоянный магнит намагничен в осевом направлении. Один из полюсов примыкает без зазора по внутреннему диаметру к наружной поверхности магнитопровода. Ротор, имеющий аксиальные прорези, установлен в зазоре между кольцевым полюсом и кольцевым магнито- проводом и скреплен через электрический диск с торцом вала. 1 ил.