Электромаховичный двигатель Белашова Советский патент 1993 года по МПК H02K23/54 

&

fe

Использование: в конструкциях электродвигателей постоянного тока, предназначенных для использования в электромобилях, электрокарах, подъемных механизмах. Сущность изобретения: вал диэлектрического ротора двигателя имеет разветвленный профиль с направляющими. В них уложены рядные многовитковые обмотки. Это увеличивает мощность машины, так как увеличивается количество постоянных магнитов системы возбуждения, количество коллекторов. Механизм автоматического отключения главного коллектора от щеток, питающих обмотки ротора, при достижении последним заданного числа оборотов исключает излишнюю потерю напряжения и быстрый выход щеток, соприкасающихся с короткозамкнутым коллектором. Электро- махоаичный двигатель решает проблемы экологически чистых двигателей, способных развивать большие мощности на валу при низких напряжениях, и способен рекуперировать механическую энергию, накопленную в роторе-маховике. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к конструкции электромаховичных двигателей, предназначенных для использования в электромобилях, электрокарах, рубительных машинах подъемных механизмов и других областях техники, где необходимо создать большое усилие вращения вала ротора при относи- тельно небольших напряжениях питания обмоток ротора с дальнейшей возможностью рекуперирования механической энергии.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей электромахо- вичного двигателя, упрощение конструкции и технологии изготовления дискового ротора, повышение эффективности в пользовании при профилактике и производстве ремонтно-восстановительных работ.

Сущность технического решения состоит в том, что электромаховичный двигатель, содержащий дисковый ротор, дополнительно содержит П-образную направляющую, в которой закреплено Н-количество четных, одинаковых по форме многоеитковых обмоток, закрытых кожухом и взаимодействующих с магнитной системой статора по принципу импульсной подачи постоянного напряжения на обмотки ротора через кол.- лектор, при котором используется способ непрерывного прохождения Н-количества замкнутых рамок с током сквозь замкнутые магнитные поля Н-количества подковообразных магнитов, расположенных на ободе рамы статора в чередующейся последовательности, при которой число обмоток равно числу магнитных систем, а длина обмотки

00 00

ел

Сл

превышает в два раза размер ширины рабочей зоны подковообразного магниту, а ширина щетки и ее конфигурация должны быть равны коллекторной пластине, расположенной на двух независимых короткозамкнутых кольцах, число, которых должно быть меньше в два раза числа обмоток ротора.

На фиг. 1 изображен разрез электрома- ховичного двигателя по диагонали; на фиг. 2 изображена внутренняя часть корпуса статора; на фиг. 3 - внутренняя часть дискового ротора; на фиг. 4 - изображено развернутое электрическое соединение Н-количеет- ва многовитковых обмоток с коллектором и условно показано их взаимодействие с Н- количеством полюсов постоянных магнитов.

Электромаховичный двигатель (фиг. 1) содержит раму статора 1, снабженную втулкой удлинения 2 для внутреннего подшипника 3 и внешнего подшипника 4, разделенных промежуточной втулкой 5, внутри которых расположен вал ротора б, жестко зафиксированный шпонкой 7, связывающий вал ротор с фиксирующей втулкой 8. На внешней части обода рамы статора закреплено Н-количество постоянных подковообразных магнитов 9, имеющих северный полюс 10 и южный полюс 11, закрытые цилиндрическим кожухом 12. С внутренней стороны рам статора размещена диэлектрическая колодка 13, содержащая отверстия для прохода вала 14, в теле которой выполнены окна 15 с размещенными в них опорными площадками 16, несущими внешнюю токосьемную щетку 17, внутреннюю токо- съемную щетку 18, подпружиненными пружинами 19 и электрически связанными с вводными клеммами 20. На валу 6 жестко закреплен дисковый ротор 21, содержащий по окружности П-образную направляющую 22. внутри которой на ребрах жесткости 23, содержащих перемычки 24, зафиксировано Н-количество четных и одинаковых по форме кольцевых многовитковых обмоток 25, защищенных предохранительным ко жухом 26, расположенным в пазах 27 П-об- разиой направляющей. Во внутренней части ротор установлена диэлектрическая торцовая колодка коллектора 28, включающего внешнее короткоэамкнутое кольцо 29 и внутреннее короткозамкнутов кольцо 30, на которых расположены контактные пластины, число которых в два раза меньше числа катушек обмоток, а каждая контактная пластина внешнего кольца 29 соединена с двумя катушками обмотки и замкнута на контактную пластину внутреннего кольца 30, где между собой многовитковые катушки обмоток могут быть соединены

последовательно или параллельно. С внешней стороны дисковый ротор содержит опорный подшипник 31, связанный с торцовым кожухом 32, который закреплен элементами фиксации к цилиндрическому кожуху 12.

На фиг. 2 изображена внутренняя часть рамы статора с указанием чередующейся последовательности расположения на ободе 33 Н-количества подковообразных магнитов, где их количество должно быть равно числу многовитковых обмоток, а расстояние между магнитами должно соответствовать длине многовитковой обмотки. Токосьемные щетки 17, 18 должны быть строго установлены в рабочей зоне 34 любых пар подковообразных магнитов, при этом конфигурация и размеры щеток должны быть равны размерам контактных пластин 35

внешнего короткозамкнутого кольца 29 и контактных пластин 36 внутреннего короткозамкнутого кольца 30, а длина внутренней части обмотки 37 (фиг. 3) должна быть в два раза больше ширины рабочей зоны 34 подковообразного магнита, где при пусках дискового ротора 21, имеющего большие размеры и большую массу, Электромаховичный двигатель дополнительно снабжен подпружиненным двигателем 38, на оси которого

установлен обрезиненный диск 39, обеспечивающий начальное ускорение для ликвидации нерабочей зоны 40.

На фиг. 4 изображено развернутое электрическое соединение коллектора 28с

обмотками катушек 25 и условно показано взаимодействие Н-количества обмоток ротора электромаховичного двигателя с полюсами Н-крличества постоянных магнитов статора.

Работает Электромаховичный двигатель следующим образом.

При подаче постоянного напряжения на клеммы 20, электрически связанные с внешней подпружиненной щеткой 17 и

внутренней подпружиненной щеткой 18, напряжение подается на контактные пластины 35 внешнего короткозамкнутого кольца 29 и контактные пластины 36 внутреннего короткозамкнутого кольца 30, электрически

связанные с Н-количеством кольцевых многовитковых обмоток 25. где при совмещении токосъемных щеток 17, 18 с контактными пластинами 35, 36 происходит вращательный момент дискового ротора в любом направлении, зависящем от полярности постоянного напряжения, подаваемого на клеммы 20, При несовпадении токосъемных щеток и коллекторных пластин у двигателей большого диаметра и большой массы для

ликвидации нерабочей зоны 40 используется вспомогательный пусковой двигатель 38 который проворачивает обрезиненным роликом 39 дисковый ротор 21 для его запуска.

Изобретение позволяет создать новое направление энергосберегающих двигателей с упрощенной конструкцией, повышент ным КПД, способных обеспечить высокую технологичность сборки статора и ротора, надежность работы многовиткоых обмоток и их хорошее охлаждение, расширить функциональные возможности электромахович- ного двигателя, используя его способность запасать механическую энергию.

Формула изобретения 1. Электромаховичный двигатель, содержащий статор с корпусом, по окружности которого с внутренней стороны равномерно расположены подковообразные постоянные магниты чередующейся полярности, установленный на валу ротор из диэлектрического материала, по окружности, которого равномерно расположены кольцевые многовитковые катушки обмотки, число которых равно числу постоянных магнитов, коллектор, токоподводящие щетки и подшипники, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, упрощения конструкции и технологии изготовления, корпус, состоящий из рамы и обода, выполнен из диэлектрического материала и снабжен цилиндрическим кожухом, внешние части магнитов прилегают к ободу кожуха перемычкой магнитопровода, сориентированной к центру двигателя, а расстояния между магнитами равно внешнему диаметру мно- говитковой обмотки, где расчетный угол а зависит от количества четных многовиткоых обмоток, на основании корпуса установлены клеммы для подвода постоянного напряжения, на внутренней части корпуса размещена диэлектрическая колодка с отверстием для прохода вала, внутри которой выполнены окна с размещенными ,в них опорными площадками, на которых укреплены подпружиненные щетки, электрически соединенные с вводными клеммами, корпус снабжен втулкой удлинения, в которой

расположены подшипники, разделенные промежуточной втулкой, и элементы фиксирующей втулки с фиксатором вала, ротор выполнен дисковым, катушки его обмотки

5 зафиксированы в П-образных направляющих с проточками посредством перемычек и ребер жесткости и закрыты предохранительным кожухом, во внутренней части ротора установлена диэлектрическая

0 торцовая колодка коллектора, включающего два короткозамкнутых кольца с контактными пластинами, размеры которых увеличиваются на угол а в зависимости от диаметра коллектора и рабочих зон системы

5 возбуждения, причем одно кольцо расположено по внешнему диаметру колодки, а другое - по внутреннему диаметру, число контактных пластин вдвое меньше числа катушек обмотки, каждая контактная пласти0 на внешнего кольца соединена с двумя катушками обмотки и замкнута на контактную пластину внутреннего кольца, между собой катушки обмотки соединены последовательно или параллельно, вращающаяся

5 часть ротора связана посредством упорного подшипника с торцовым кожухом, соединенным по внешнему диаметру с цилиндрическим кожухом, Электромаховичный двигатель снабжен подпружиненным пуско0 вым двигателем, на оси которого установлен обрезиненный диск.

5 3. Двигатель по п. 1,отличающий- с я тем, что дисковый ротор выполнен в виде монолитной конструкции.

5 на дисковом роторе расположено Н-количе- ство независимых направляющих с много- витковыми обмотками, повернутых к раме статора, которая содержит Н-количеством систем возбуждения для этих напрзвляю0 щих.

« fc

Ч1 Ч|

25

11