Импульсно-инерционный электродвигатель

Полезная модель касается конструкции электродвигателей постоянного тока, в частности безредукторных коллекторных электродвигателей низкого напряжения, и может быть использована в качестве мотор-колес на транспорте или иных областях техники.

Задача предлагаемого решения - повышение эксплуатационно-технических характеристик за счет повышения числа оборотов и снижения затрат энергии.

Для решения поставленной задачи предложена новая схема электродвигателя, в котором изменено расположение и связи между узлами. Электродвигатель содержит источник постоянного тока, электромагниты 3, каждый в виде двух катушек 4 с последовательно встречным направлением обмоток, чередующиеся постоянные магниты 6, расположенные по окружности, и распределительный коллектор, состоящий из токопроводящих пластин 7, которые разделены между собой диэлектрическими промежутками 8, а также токосъемные щетки 10, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора. В отличие от известных схем в предлагаемом электродвигателе электромагниты равномерно расположены на неподвижной окружности статора 2, чередующиеся постоянные магниты равномерно установлены по окружности вращающегося ротора 5, распределительный коллектор жестко соединен с ротором, токопроводящие пластины коллектора соединены друг с другом проводником 9, при этом каждая из токосъемных щеток состоит из двух частей, разделенных диэлетриком, а источник постоянного тока соединен с катушками электромагнитов.

Кроме того, токопроводящие пластины расположены по лучам промежутков между постоянными магнитами, при этом длина пластин соответствует промежутку между постоянными магнитами. Щетки токосъемников по длине соответствуют промежутку между пластинами коллектора. Количество токопроводящих пластин в распределительном коллекторе равно половине числа постоянных магнитов статора.

4 п.ср., 1 рис.

Полезная модель касается конструкции электродвигателей постоянного тока, в частности безредукторных коллекторных электродвигателей низкого напряжения, и может быть использована в качестве мотор-колес на транспорте или иных областях техники.

Известен встроенный электродвигатель (WO 93/08999 А1, 13.05.93), содержащий две основные части: неподвижный статор, закрепленный на оси и имеющий магнитопровод с постоянными магнитами, размещенными равномерно, и подвижный ротор, несущий обод и содержащий по крайней мере две группы электромагнитов, а также распределительный коллектор, закрепленный на статоре и имеющий токопроводящие пластины, соединенные с источником постоянного тока. На роторе закреплены токосъемники, имеющие электрический контакт с пластинами распределительного коллектора. Однако описанный электродвигатель и его разновидности имеют ряд недостатков, главный из которых заключается в необходимости больших пусковых и переходных токов при начале движения и ускорении транспортного средства. Это приводит к быстрому износу и порче аккумуляторов и ухудшению теплового режима. Также названные электродвигатели имеют низкий крутящий момент, что существенно ограничивает область их практического использования.

Известны аналогичные электродвигатели по патентам на изобретения 2248657 от 2003 г. и 2303536 от 2006 г. Указанные электродвигатели содержат статор, на котором размещены с одинаковым шагом постоянные магниты. На роторе закреплено четное число электромагнитов, которые расположены попарно напротив друг друга. Каждый электромагнит содержит две катушки с последовательно встречным направлением обмоток. Распределительный коллектор закреплен на

корпусе статора и состоит из токопроводящих пластин, которые расположены по окружности, разделены диэлектрическими промежутками и соединены с чередованием полярности с источником постоянного тока. С пластинами коллектора контактируют токосъемники, при этом каждый из них подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов. Обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой. Алгоритм работы указанных двигателей, а также их эксплуатационно-технические характеристики не обеспечивают эффективной и надежной работы.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому импульсно-инерционному двигателю можно считать двигатель по патенту РФ на изобретение 2285997, 2005 г. Электродвигатель содержит статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов с одинаковым шагом;

ротор, отделенный от статора воздушным промежутком и несущий четное число электромагнитов, которые расположены попарно напротив друг друга;

распределительный коллектор, закрепленный на корпусе статора и имеющий расположенные по окружности токопроводящие пластины, соединенные с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделенные диэлектрическими промежутками;

токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора, причем каждый из токосъемников подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов.

Каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки, причем обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой.

Однако при таком схемном решении в процессе работы двигателя постоянно меняется направление поля, что снижает количество оборотов (до 300 об/мин) и повышает расход энергии.

Задача предлагаемого решения - повышение эксплуатационно-технических характеристик за счет повышения числа оборотов и снижения затрат энергии.

Для решения поставленной задачи предложена новая схема электродвигателя, в котором изменено расположение и связи между узлами.

Электродвигатель содержит источник постоянного тока, электромагниты, каждый в виде двух катушек с последовательно встречным направлением обмоток, чередующиеся постоянные магниты, расположенные по окружности, и распределительный коллектор, состоящий из токопроводящих пластин, которые разделены между собой диэлектрическими промежутками, а также токосъемные щетки, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора. В отличие от известных схем в предлагаемом электродвигателе электромагниты равномерно расположены на неподвижной окружности статора, чередующиеся постоянные магниты равномерно установлены по окружности вращающегося ротора, распределительный коллектор жестко соединен с ротором, токопроводящие пластины коллектора соединены друг с другом проводником, при этом каждая из токосъемных щеток состоит из двух частей, разделенных диэлетриком, а источник постоянного тока соединен с катушками электромагнитов.

Кроме того, токопроводящие пластины расположены по лучам промежутков между постоянными магнитами, при этом длина пластин соответствует промежутку между постоянными магнитами. Щетки токосъемников по длине соответствуют промежутку между пластинами коллектора. Количество токопроводящих пластин в распределительном коллекторе равно половине числа постоянных магнитов статора.

Предлагаемое схемное решение исключает изменение поля, уменьшает затраты энергии, позволяет повысить число оборотов двигателя и расширить сферу его применения.

Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами:

фиг.1 - схема электродвигателя.

На фиг.1 изображена схема электродвигателя. На оси 1 жестко закреплен статор 2, на неподвижной окружности которого равномерно расположено четное число электромагнитов 3, в данном случае 6 электромагнитов. Электромагниты расположены попарно напротив друг друга и образуют три пары. Каждый из указанных электромагнитов имеет по две катушки 4 (правую и левую) с последовательно встречным направлением обмотки, (то есть, если одна из катушек намотана по часовой стрелке, то другая - против часовой). Между собой катушки 4 одного электромагнита соединены последовательно, конец обмотки первой катушки электромагнита соединен с началом обмотки второй катушки электромагнита.

Катушки электромагнитов соединены с разноименными полюсами источника питания.

На оси 1 концентрично статору 2 закреплен вращающийся ротор 5, по окружности которого равномерно установлены чередующиеся постоянные магниты N-S 6. На роторе 5 концентрично постоянным магнитам 6 жестко закреплен распределительный коллектор, состоящий из равномерно расположенных по окружности токопроводящих пластин 7. Пластины 7 с наружной стороны разделены изоляционным материалом 8, а с противоположной стороны соединены друг с другом проводником 9. Количество токопроводящих пластин 7 всегда нечетно и определяется соотношением n:2, где n - количество постоянных магнитов.

Пластины 7 расположены по лучам промежутков между постоянными магнитами 6, через один, с небольшим сдвигом. Длина пластин 7 не должна быть меньше длины промежутка между постоянными магнитами 6.

Электродвигатель работает от источника питания. К его положительному контакту параллельно присоединены входы обмоток правых катушек электромагнитов, а к отрицательному - выходы обмоток левых катушек.

Выходы обмоток соединены с токосъемными щетками 10, которые закреплены с возможностью контакта с токопроводящими пластинами 7 коллектора. Щетки 10 также имеют правые и левые части, разделенные диэлектриком. Длина пластин щеток 10 соответствует ширине промежутка между пластинами 7 коллектора.

Принцип действия предлагаемого электродвигателя, аналогичен традиционному электродвигателю постоянного тока и основан на силах электромагнитного притяжения и отталкивания, возникающих при взаимодействии электромагнитов статора и постоянных магнитов ротора. При прохождении ротором положения, когда ось электромагнита расположена между осями постоянных магнитов, катушки электромагнита запитаны так, что создают магнитный полюс, противоположный полюсу последующего в направлении вращения постоянного магнита и одноименный с полюсом предыдущего постоянного магнита. Таким образом, электромагнит одновременно отталкивается от предыдущего и притягивается к последующему постоянному магниту. При прохождении постоянным магнитом положения напротив оси электромагнита последний обесточен, поскольку токосъемник располагается напротив диэлектрического промежутка. Это положение ротор проходит по инерции. Преимущества настоящего электродвигателя

заключаются в строго определенном соотношении числа электромагнитов и постоянных магнитов и их взаиморасположении, а также в используемой схеме коммутации электромагнитов.

Электродвигатель работает следующим образом. При включении источника питания ток от положительного полюса источника постоянного тока проходит через катушки 4 электромагнитов 3, далее через правые части щеток на соединенные между собой проводником пластины 7 коллектора. Далее, через пластины 7 коллектора, ток подается на левые щетки и через обмотки левых электромагнитов на отрицательный контакт источника питания, цепь замыкается. Поле электромагнита вступает во взаимодействие с постоянным магнитом и возникает момент силы, поворачивающий ротор, и подводящий токопроводящие пластины коллектора к следующим щеткам.

При изменении полярности тока на входе, двигатель крутится в противоположную сторону.

В данной схеме электродвигателя достигнуто уменьшение скачков напряжения (электропотребление) при разгоне электродвигателя и улучшены его динамические характеристики. Электродвигатель работает без изменения направления поля, уменьшена длина пути, которую ротор проходит по инерции, что позволило снизить его энергоемкость. Предлагаемая схема позволила также при тех же энергетических затратах увеличить число оборотов двигателя и расширить тем самым область его применения.

Настоящее предложение позволило улучшить эксплуатационно-технических характеристик электродвигателя при сохранении относительной простоты конструкции и надежности.

1. Импульсно-инерционный электродвигатель, содержащий источник постоянного тока, электромагниты, каждый в виде двух катушек с последовательно встречным направлением обмоток, расположенные по окружности чередующиеся постоянные магниты и распределительный коллектор, состоящий из токопроводящих пластин, которые разделены между собой диэлектрическими промежутками, а также токосъемные щетки, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора, отличающийся тем, что электромагниты равномерно расположены на неподвижной окружности статора, чередующиеся постоянные магниты равномерно установлены по окружности вращающегося ротора, распределительный коллектор жестко соединен с ротором, токопроводящие пластины коллектора соединены друг с другом проводником, при этом каждая из токосъемных щеток состоит из двух частей, разделенных диэлетриком, а источник постоянного тока соединен с катушками электромагнитов.

2. Импульсно-инерционный электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что токопроводящие пластины расположены по лучам промежутков между постоянными магнитами, при этом длина пластин соответствует промежутку между постоянными магнитами.

3. Импульсно-инерционный электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что щетки токосъемников по длине соответствуют промежутку между пластинами коллектора.

4. Импульсно-инерционный электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что количество токопроводящих пластин в распределительном коллекторе равно половине числа постоянных магнитов статора.