Электромаховичный двигатель белашова

 

Использование: в конструкциях электродвигателей постоянного тока, предназначенных для использования в электромобилях, электрокарах, подъемных механизмах. Сущность изобретения: на валу диэлектрического ротора, имеющего разветвленный профиль, имеются иаправляющиес рядными многовитковыми обмотками. Рядных обмоток может быть несколько. Это увеличивает мощность двигателя, так как увеличивается количество постоянных магнитов системы возбуждения и количество коллекторов. Механизм автоматического отключения главного коллектора от щеток, питающих обмотки ротора по достижении последним заданного числа оборотов, исключает излишнюю потерю напряжения и быстрый выход щеток, соприкасэющихся с коллектором. Электромаховичный двигатель решает проблемы чистых двигателей, способных развивать большие мощности на валу при низких напряжениях, и способен рекуперировать механическую энергию, накопленную в роторе-маховике . 8 з.п.ф-лы, 6 ил.

(з()э H 02 K 23/54

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

О

О

О о

Комитет Российской Федерации по патентам и товарнымзнакам (21) 4862009/07 (22) 05.09.90 (46) 07.09.93. Бюл. 3Ф 33-36 (76) Белашов А.Н. (54) ЭЛЕКТРОМАХОВИЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

БЕЛАШОВА (57) Использование: в конструкциях электродвигателей постоянного тока, предназначенных для использования в электромобилях, электрокарах, подъел(ных механизмах. Сущность изобретения: на валу диэлектрического ротора, имеющего разветвленный профиль, имеются направляющие с рядными многовитковыми обмотками. Рядных обмоток может быть несколько, Это увеличивает мощность

Изобретение относится к конструкции электромаховичных двигателей, предназначенных для использования в электромобилях. электрокарах, рубительных машинах, подъемных механизмах и в других областях техники, где необходимо создать большое усилие вращения вала ротора при относительно небольших напряжениях питания обмоток ротора с дальнейшей возможностью рекуперировать механическую энер гию.

Известен электродвигатель постоянного тока, содержащий установленный на основании станины вал с установленным дисковым ротором, выполненным из непроводящего материала и расположенным с зазором относительно статора, каждый из которых имеет равномерно расположенные по окружности Р полюсов, причем обмотки

-двигателя, так как увеличивается количество постоянных магнитов системы возбуждения и количество коллекторов. Механизм автоматического отключения главного коллектора от щеток, питающих обмотки ротора по достижении последним заданного числа оборотов, исключает излишнюю потерю напряжения и быстрый выход щеток, соприкасающихся с коллектором.

Электромаховичный двигатель решает проблемы чистых двигателей, саособных развивать большие мощности на валу при низких напряжениях, и способен рекуперировать механическую энергию, накопленную в роторе-маховике. 8 з.п.ф-лы, 6 ил. на диске выполнены в виде секций, при этом секции одной стороны диска смещены относительно секций другой стороны. Статор и ротор установлены с возможностью вращения относительно друг друга (авт.св. СССР

М 924799, кл. Н 02 К 23/26, 1982).

Известен 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, токопроводящие щетки и подшипники, связанные с валом ротора (патент США М 2623187, кл, 310 — 154, 1952).

2000641

Недостатками известных двигателей являются низкая эффективность в пользовании, сложность конструкции, трудоемкость технологии изготовления дискового ротора, невозможность применения расчетного количества направляющих с независимыми управляемыми обмотками, невозможность изготовления дискового ротора большого диаметра, невозможность без дополнительных средств рекуперировать механическую энергию.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей электромаховичного двигателя, повышение удельной мощности и момента инерции, упрощение конструкции и технологии изготовления дискового ротора, повышение эффективности в пользовании, при профилактике и производстве ремонтно-востановительных работ.

Сущность технического решения состоит в том, что электромаховичный двигатель содержит три ряда независимых систем возбуждения, состоящих иэ подковообразных магнитов, расположенных во внутренней части kopnyca статора в чередующейся последовательности и взаимодействюущих с дисковым ротором, в основании которого размещены три ряда независимых направляющих. сечение которых представляет со0а4 крестообразный профиль. Внутри направляющих расположены независимые ряды четных многовитковых обмоток, взаимодействующих с независимыми рядами магнитных систем возбуждения, в воздушном зазоре, причем магниты статора разных рядов как и многовитковые кольцевые обмотки каждой направляющей, так и контактные пластины короткозамкнутых колец

smx направляющих сдвинуты между собой по окружности на одинаковый угол, для образования плавного пуска двигателя, при котором используется способ непрерывного прохождения Н количества замкнутых рамок с током сквозь замкнутые магнитные поля Н количества систем возбуждения.

При этом для увеличения срока службы токоподающих щеток и уменьшения потерь в коллекторе с увеличением степени рекуперации электромаховичный двигатель снабжен механизмом автоматического отключения щеток, содержащим токоподающие щетки, размер которых равен размеру контактных пластин диэлектрической колодки, закрепленной на подвижных штырях и подпружиненной к основанию корпуса, соленоид с катушкой, управляющий плунжером, прикрепленным к двуплечему рычагу, опирающемуся через косынки на ось вращения.

На фиг. 1 изображен электромаховичный двигатель в разрезе: на фиг, 2 — коллектор электромаховичного двигателя; на фиг.

3 — механизм автоматического отключения щеток: на фиг. 4 показано "развернутое" электрическое соединение трех рядов кольцевых многовитковых обмоток направляющих и их взаимодействие с коллекторными пластинами и Н количеством полюсов постоянных магнитов; на фиг. 5 изображен подковообразный магнит; на фиг, 6 — он же, в открытом зафиксированном положении, Электромаховичный двигатель (фиг. 1) содержит корпус 1 статора, снабженный втулкой 2 удлинения для внутреннего подшипника 3 и внешнего подшипника 4, разделенных промежуточной втулкой 5, внутри которых расположен вал 6, жестко зафиксированный шпонкой 7. связывающей вал с фиксирующей втулкой 8, Корпус статора снабжен цилиндрическим внешним ободом

9, к которому прикреплена элементами 10 фиксации съемная рама 11. Три независимых ряда систем возбуждения состоят из расчетного числа подковообразных магнитов 12 первого ряда, имеющих северный полюс 13 и южный полюс 14, укрепленных на внутренней плоской части корпуса 1, расчетного числа разборных подковообразных магнитов 15 второго ряда, укрепленных на. внутренней части цилиндрического обода 9, и расчетного числа подковообразных магнитов 16 третьего ряда, укрепленных на внутренней части съемной рамы 11. На валу 6 жестко посажен дисковый ротор 17, на внешней стороне которого закреплен маховик 18. По окружности ротора расположены связанные между собой связующим утолщением три независимых направляющих, имеющих в сечении крестообразный профиль.

Первая направляющая 19 расположена в зазоре между полюсами 13, 14 первого ряда системы возбуждения, состоящего иэ подковообразных магнитов 12. Внутри первой направляющей расположено расчетное число кольцевых многовитковых обмоток 20. закрепленных между перемычками 21 ребрами 22 жесткости и закрытых в воздушном зазоре между полюсами второго ряда системы возбуждения, состоящего иэ разборных подковообразных магнитов 15.

Внутри второй направляющей расположено расчетное число четных кольцевых многовитковых обмоток 25, закрепленных между перемычками ребрами жесткости и закрытых предохранительным кожухом. Третья направляющая 26 расположена в воздушном зазоре между полюсами третьего ряда системы возбуждения, состоящего из подковообразных магнитов 16. Внутри третьей

2000641

15 направляющей расположено расчетное число четных кольцевых многовитковых обмоток 27. закрепленных между перемычками ребрами жесткости и закрытых предохранительным кожухом. Многовитковые обмотки

20 первой направляющей, взаимодействующие с подковообразными магнитами 12 первого ряда систем возбуждения, сдвинуты по окружности по отношению к второй направляющей с многовитковыми обмотками 25, взаимодействующими с подковообразными магнитами 15, на расчетный угол а, а многовитковые обмотки 27 третьей направляющей, взаимодействующие с подковообразными магнитами 16 третьего ряда системы возбуждения, сдвинуты по отношению к многовитковым обмоткам второй направляющей на расчетный угол P . На внутренней стороне дискового ротора укреплена диэлектрическая колодка 28 коллектора, имеющая короткозамкнутое кольцо 29 первой направляющей 19, которая содержит контактные пластины, число которых в два рада меньше числа четных кольцевых многовитковых обмоток 20, электрически связанных с общим короткозамкнутым кольцом 30 коллектора, короткозамкнутое кольцо 31 второй направляющей 24, которая содержит контактные пластины, число которых в два раза меньше числа четных кольцевых многовитковых обмоток 25, электрически связанных с общим короткоэамкутым кольцом 30 коллектора, короткозамкнутое кольцо 32 третьей направляющей 26, которая содержит контактные пластины, число которых в два раза меньше числа четных кольцевых многовитковых обмоток 27, электрически связанных с общим короткозамкнутым кольцом 30 коллектора. Внутренняя центральная часть корпуса 1 содержит отверстие 33 для свободного вращения вала, вокруг которого размещен механизм 34 автоматического подвода щеток, выполненный в виде жесткого основания 35, оборудованного направляющими штоками 36, взаимодействующими с корпусом 1. На верхней части жесткого основания 35 закреплена диэлектрическая колодка 37, подпружиненная к корпусу пружинами 38, расположенными в окнах 39. В теле диэлектрической колодки расположены плавающая щетка 40 первой направляющей 19, электрически связанная с клеммой 41, плавающая щетка 42 второй направляющей 24, электрически связанная с клеммой 43. плавающая щетка 44 третьей направляющей

26, электрически связанная с клеммой 45, и плавающая щетка 46, электрически связан20

55 ная с клеммой 47 для общего шинопровода всех направляющих, взаимодействующих с короткозамкнутым кольцом 30.

Механизм подвода и отвода плавающих щеток от коллектора выполнен в виде двуплечего рычага 48, опирающегося через ось вращения на косынку 49. Рычаг одним основанием упирается в диэлектрическую колодку 37, а другим через шарнир удерживает плунжер 50. взаимодействующий с катушкой соленоида 51.

Многовитковые обмотки 20 первой направляющей электрически связаны с кокозамкнутым кольцом 29 коллектора, содержащим коллекторные пластины 52 (фиг. 2), которые синхронно двинуты по окружности по отношению к второй направляющей с многовитковыми обмотками 25. электрически связанными с короткоэамкнутым кольцом 31, имеющим коллекторные пластины 53, на расчетный угол а, а многовитковые обмотки 27 третьей направляющей электрически связаны с короткозамкнутым кольцом 32 коллектора, содержащим коллекторные пластины 54, которые синхронно сдвинуты по окружности по отношению к второй направляющей на расчетный угол Р. Коллекторные пластины всех короткозамкнутых колец изготовлены под углом С, зависящим от диаметра ротора и рабочих,зон многовитковых обмоток каждой независимой направляющей.

Механизм автоматического отключения плавающих щеток (фиг, 3) оборудован токоподающими щетками, размер которых равен размеру контактных пластин, размещенных на опорной чашке 55, подпружиненной пружиной 56 к упору 57, расположенному внутри диэлектрического стакана

58, подпружиненного пружиной 59 и имеющего ограничительный выступ 60, расположенный в окне рабочей зоны 61 диэлектрической колодки 37.

Развернутое электрическое соединение многовитковых обмоток первой, второй и третьей направляющих и их взаимодействие с рабочими зонами 62 и нерабочими зонами 63 независимых систем возбуждения статора электромаховичного двигателя, смещенных одна относительно другой на расчетный угол а и j3, где нерабочая зона

63 должна быть в два раза больше ширины рабочей эоны 62, показаны на фиг, 4, Для облегчения ремонтно-восстановительных работ разборные подковообразные магниты 15 системы возбуждения статора, расположенные на ободе 9, имеют магнитопроводящий корпус 64 (фиг. 6), выполненный с подвижным плечом 65 (фиг. 5), 2000641 который осью 66 вращения (фиг. 6) связан с корпусом, имеющим элементы 67 фиксации.

Внутри корпуса впрессованы прямоугольные магниты 68 в чередующейся последовательности для образования единого магнитного поля через магнитопроводящий корпус и воздушный зазор для взаимодействия с второй направляющей. На внешней части магнитопроводящего корпуса закреплены втулки 69 для фиксации в открытом положении подвижного плеча 65 немагнитным стержнем 70. Диаметр всех кольцевых многовитковых обмоток любой направляющей должен превышать ширину 71 выступов полюсов рабочих зон подковообразных магнитов.

Работает электромаховичный двигатель следующим образом.

При подаче напряжения на обмотку соленоида 51, плунжер 50 входит внутрь соленоида и приводит в движение через систему рычага 48, опирающегося через ось вращения на косынки 49, механизм автоматического отключения-включения щеток, подводящий диэлектрическую колодку 37, оборудованную щетками 40, 42, 44, 46, до контакта с контактными пластинами 52, 53, 54 короткозамкнутых колец 29, 31, 32, 30. электрически связанных с каждой направляющей, после которого при подаче постоянного положительного напряжения на клеммы 41, 43, 45, электрически связанные с токосьемными щетками 40. 42, 44, передающими напряжение питания через контактные пласТины 52, 53, 54 короткоэамкнутых колец 29, 31, 32 на первый. второй и третий ряды независимых многовитковых обмоток

20, 25, 27, электрически связанных с короткозамкнутым кольцом 30 коллектора, и далее через токоподводящую щетку 46, электрически связанную с клеммой 47, на которую под5

45

55 ано отрицательное напряжение постоянного тока, в первом. втором и третьем рядах независимых систем статора происходит вра- щение электромаховичного двигателя. По достижении заданных режимов работы для увеличения срока службы токоподающих щеток, уменьшения потерь на трение и максимальное использование запасенной механической энергией или степени ее рекуперации после прекращения подачи напряжения на катушку соленоида механизм автоматического подвода-отвода щеток отходит от коллектора, в результате чего происходит свободное вращение дискового ротора на запасенной механической энергии. В зависимости от полярности подаваемого напряжения постояннрого тока на клеммы 47 и 41, 43, 45 можно получать вращение электромаховичного двигателя в любом направлении.

Изобретение позволяет создать новое направление энергосберегающих двигателей с упрощенной конструкций, повышенным КПД, способных обеспечить высокую технологичность сборки статора и ротора любой конфигурации (шар, круг, диск, квадрат, цилиндр и т.д.), обеспечить надежность работы многовитковых обмоток и их хорошее охлаждение, расширить функциональные воэможности электромаховичного двигателя, применив механизм автоматического подвода-отвода щеток для уменьшения потерь, и увеличить способности по эапасению на валу ротора механической энергии.

Формула изобретения

1. Электромаховичный двигатель, содержащий статор с корпусом, по окружности которого равномерно расположены подковообразные магниты, установленный на валу дисковый ротор из диэлектрического материала, по окружности которого расположены многовитковые катушки обмотки, коллектор ротора, токоподводящие щетки и подшипники,отличающийся тем,что, с целью повышения удельной мощности и момента инерции, корпус статора снабжен цилиндрическим внешним ободом и при- крепленной к ободу сьемной рамой, подковообразные магниты расположены в три ряда, магниты первого ряда укреплены на плоской части корпуса, магниты второго ряда — на цилиндрическом ободе, а магниты третьего ряда — на сьемной раме, причем магниты разных рядов сдвинуты между собой по окружности на одинаковый угол, в центре корпуса расположена втулка удлинения, в которой размещены подшипники, разделенные промежуточной втулкой, и элементы фиксирующей втулки с фиксатором вала, ротор на внешнем диаметре имеет в своем сечении крестообразный профиль, снабженный связующим утолщением, иэ которого выходят три независимые направляющие. содержащие замкнутые полости, внутри каждой полости установлено четное число многовитковых кольцевых обмоток, расположенных между перемычками, ребрами жесткости и закрытых предохранительными кожухами, направляющие каждого ряда расположены в зазоре между полюсами подковообразных магнитов, а их независимые многовитковые обмотки сдвинуты между собой внутри направляющих на одинаковый угол, равный углу сдвига постоянных магнитов статора, на внутренней стороне диска ротора укреплена диэлектрическая колодка коллектора. имею2000641 щего короткозамкнутые кольца различного диаметра, оборудованные контактными пластинами, число которых в два раза меньше числа многовитковых обмоток каждой направляющей, контактные пластины каждого ряда короткозамкнутого кольца сдвинуты на угол, равный углу сдвига рядов постоянных магнитов статора и многовитковых обмоток рядов направляющих, размер контактных пластин зависит от угла рабочей зоны статора, причем одно короткозамкнутое кольцо электрически соединено с многовитковыми обмотками одной направляющей и замкнуто на второе короткозамкнутое кольцо, число которых зависит от количества направляющих, на внешней стороне дискового ротора расположен маховик, токоподводящие щетки расположены в подпружиненных диэлектрических стаканах, размещенных в углублениях подпружиненной по отношению к статору диэлектрической колодки, и электрически соединены с клеммами, расположенными на внешней стороне корпуса статора, указанная диэлектрическая колодка и корпус статора выполнены с окнами для прохода вала, двигатель снабжен механизмом автоматического включения-отключения щеток, включающим соленоид с катушкой и плунжером. прикрепленным к рычагу, опирающемуся на косынку, в основании которой расположен шарнир.

2. Двигатель по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения конструкции коллектора, начало всех четных многовитковых обмоток любого количества направляющих содержит одно короткозамкнутое кольцо.

3.Двигатель по и. 1, отл ич а ю щийс я тем, что, с целью изменения конфигурации дискового ротора, от связующего утолщения отходит в разные стороны расчетное число направляющих под различными углами.

4. Двигатель по и. 1, о т л и ч а ю щи йс я тем, что, с целью облегчения ремонтновосстановительных работ по замене дискового ротора, второй ряд подковообразных магнитов выполнен разборным, 5, Двигатель по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью поддержания крутящего момента при отключении основных обмоток, двигатель оборудован дополнительным кольцом коллектора для подпитки отдельных обмоток дискового ротора.

6. Двигатель по и. 1, о тл и ч а ю щи йс я тем, что, с целью точной подачи постоянного импульса напряжения на заданную направляющую, имеющую расчетное число многовитковых обмоток, размеры щеток равны размерам контактных пластин, а рабочая площадь контактных пластин пропорционально уменьшается при уменьшении диаметра короткозамкнутого кольца.

7, Двигатель поп. 1, отл ич а ю щи йс я тем. что, с целью обеспечения надежной работы, нерабочая часть обмоток в два раза больше ширины системы возбуждения.

8, Двигатель по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения мощности двигателя, расчетное число направляющих дискового ротора расположено в любой плоскости.

9.Двигатель поп. 1, отл ич а ю щи йс я тем. что, с целью расширения функциональных возможностей, основание дискового ротора имеет любую конфигурацию.

2000641

2000641

Ile°

fj ве

2000641

Составитель А.Б ела шов

Техред М.Моргентал

Редактор Т.Юрчикова

Корректор В,Петраш

Заказ 3081

Тираж Подписное

НПО Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. Ул.Гагарина. 101