Бесколлекторная универсальная электрическая машина белашова

 

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения бесколлекторных электрических машин, предназначенных для использования в качестве двигателей или генераторов переменного или постоянного тока. Технический результат от использования данного изобретения состоит в повышении КПД, надежности и безопасности, упрощении конструкции. Сущность изобретения состоит в том, что в бeсколлeкторной универсальной электрической машине, содержащей корпус, ротор с магнитными системами и статор с многовитковыми рабочими обмотками, согласно изобретению имеется по меньшей мере один модуль, в котором на валу ротора установлена втулка с внешней и внутренней магнитными системами, между полюсами которых размещен статор с четным или нечетным числом рабочих многовитковых обмоток с четным или нечетным числом рабочих рядов в них, внутри статора размещена система управления рабочими рядами многовитковых обмоток, электрически связанная с электронными коммутаторами, при этом ротор каждого модуля выполнен с пазами для взаимодействия с другими модулями. 4 з.п.ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к конструкции электрических машин постоянного тока, электромаховичных двигателей Белашова, генератора Белашова, универсальных электрических машин Белашова и предназначено для использования в качестве генератора постоянного тока, однофазного или многофазного генератора переменного тока, машины постоянного тока, однофазного или многофазного двигателя переменного тока для использования в любых отраслях народного хозяйства и может быть применено в военных целях.

Известен генератор Белашова содержащий индуктор с постоянными магнитами, взаимодействующими с многовитковыми обмотками немагнитного якоря, способного одновременно вырабатывать ЭДС различного рода. Многомодульная конструкция генератора состоит из идентичных взаимозаменяемых частей и деталей. Патент России N 2025871, Кл. H 02 К 21/00 - аналог.

Известен коллектор Белашова, содержащий диэлектрическую втулку и подпружиненные токопроводящие щетки, установленные в щеткодержателях, электронный коммутатор с тремя токопроводящими контактными кольцами, установленными на диэлектрической втулке и контактирующими со щеткодержателями, две из которых связаны с токопроводящими шинами, а их контактные кольца подключены через коммутатор и разъемы к обмотке ротора электродвигателя, третье контактное кольцо выполнено с наружными контактными пластинами, по бокам электрически изолированными друг от друга, и электрически связано с цепью управления коммутатора, причем щетка третьего кольца подключена к управляющему напряжению. Патент России N 2073296. Кл. H 02 К 13/14, 27/22. - аналог.

Известен электромаховичный двигатель Белашова, содержащий статор с корпусом, по окружности которого с внутренней стороны равномерно расположены постоянные подковообразные магниты чередующейся полярности, установленный на валу ротор из немагнитного материала, по окружности ротора равномерно расположены многовитковые обмотки, количество которых соответствует числу постоянных магнитов статора и числу контактных пластин замкнутого коллектора, токопроводящие щетки, подшипники. Патент СССР N 1831751 - аналог.

Известна универсальная электрическая машина Белашова, содержащая модули, каждый из которых содержит статор с корпусом, по окружности которого с внутренней стороны расположена магнитная система из постоянных магнитов чередующейся полярности, установленный на валу ротор выполненный из диска, на котором закреплена немагнитная направляющая, внутри которой равномерно расположены многовитковые обмотки, замкнутый коллектор, выполненный в виде колец с контактными пластинами, токопроводящие щетки, подшипники. Патент России N 2096898 - прототип.

Цель изобретения - повысить КПД, надежность и безопасность, энергосберегающих, высокомоментных электрических машин. Расширить функциональные возможности и область их применения. Упростить, усовершенствовать технологию изготовления и ремонта бесколлекторных универсальных электрических машин, имеющих полную взаимозаменяемость всех частей и деталей.

Сущность технического решения состоит в том, что бесколлекторная универсальная электрическая машина включает в себя по меньшей мере один модуль, который содержит магнитную систему с магнитопроводами. Полюса магнитопроводов расположены с чередующейся последовательностью. Между внутренними и внешней полюсами магнитной системы в воздушном зазоре размещен статор, содержащий рабочие ряды четного или нечетного количества многовитковых обмоток. Внутри статора размещены многовитковые обмотки системы управления рабочими рядами многовитковых обмоток, электрически связанных с электронными коммутаторами. Каждый модуль машины, дополнительно снабжен пусковым устройством управления, которое позволяет после подачи постоянного напряжения на рабочие ряды многовитковых обмоток статора и пусковое устройство привести в начальное вращение машину, а затем при помощи системы управления рабочими рядами многовитковых обмоток и электронными коммутаторами, вращать с магнитной системой ротор машины.

На фиг. 1 изображен общий вид бесколлекторной универсальной электрической машины.

На фиг. 2 изображен разрез модуля бесколлекторной универсальной электрической машины А-А.

На фиг. 3 изображен разрез модуля бесколлекторной универсальной электрической машины Б-Б.

На фиг. 4 изображена электрическая схема пускового устройства бесколлекторной универсальной электрической машины.

На фиг. 5 изображена электрическая схема бесколлекторной универсальной электрической машины, которая работает от источника постоянного тока.

На фиг. 6 изображена электрическая схема бесколлекторной универсальной электрической машины, которая работает от источника переменного тока.

На фиг. 7 изображен график работы машин постоянного и переменного тока.

На фиг. 8 изображен график работы бесколлекторной универсальной электрической машины.

На фиг. 9 изображена разница между работой машин постоянного или переменного тока и бесколлекторной универсальной электрической машины.

На фиг. 10, 11 изображены электрические схемы, иллюстрирующие пример выполнения и работу бесколлекторной универсальной электрической машины Белашова при использовании в качестве устройства пуска коллектора Белашова, соответственно, для электронных коммутаторов первого и второго ряда многовитковых обмоток статора.

На фиг. 12, 13, 14 изображены графики работы бесколлекторной универсальной электрической машины Белашова, выполненные в соответствии с фиг. 10, 11.

Бесколлекторная универсальная электрическая машина, фиг. 1, содержит четное или нечетное количество идентичных модулей 1. Каждый модуль машины может иметь внешнее или внутреннее подсоединение многовитковых обмоток первого и второго ряда к системе управления, к источнику напряжения или электронным коммутаторам. При внешнем соединении, каждый модуль имеет колодку 2 с клеммой 3, которая электрически связана с началом рабочей многовитковой обмотки первого ряда и колодку 4 с клеммой 5, которая электрически связана с концом рабочей многовитковой обмотки первого ряда. Колодка 6 с клеммой 7 электрически связана с началом рабочей многовитковой обмотки второго ряда, а колодка 8 с клеммой 9 электрически связана с концом рабочей многовитковой обмотки второго ряда. Начало и конец рабочих многовитковых обмоток статора первого и второго ряда могут иметь параллельное, последовательное или смешанное соединение проводников. Вал ротора 10 имеет шпоночный паз 11 и защитную крышку 12. Каждый модуль бесколлекторной универсальной электрической машины может быть оборудован подставкой 13 с отверстиями 14 для крепления модуля к основанию пола. На валу ротора 10, фиг. 2, установлена немагнитопроводящая втулка 15 с внешней и внутренней магнитными системами первого и второго ряда. Магнитная система первого ряда состоит из магнитопровода 16, имеющего расчетное количество южных полюсов 17, и магнитопровода 18, имеющего расчетное количество северных полюсов 19. Магнитная система первого ряда может быть выполнена, как из постоянных магнитов, так и из электромагнита 20, или их совместным сочетанием. Магнитная система второго ряда состоит из магнитопровода 21, имеющего расчетное количество южных полюсов 22, и магнитопровода 23, имеющего расчетное количество северных полюсов 24. Магнитная система второго ряда может быть выполнена, как из постоянных магнитов, так и из электромагнита 25, или их совместным сочетанием. Внешнее основание южных полюсов, на магнитопроводе первого ряда 18, и внешнее основание северных полюсов, на магнитопроводе второго ряда 23, находятся между собой с чередующейся последовательностью. Внутреннее основание северных полюсов, на магнитопроводе первого ряда 16, и внутреннее основание южных полюсов, на магнитопроводе второго ряда 21, находятся между собой с чередующейся последовательностью. Магнитные системы первого и второго ряда могут быть объединены между собой в единый магнитопровод. Число рядов магнитных систем в одном модуле может быть четным или нечетным числом. Если в машине используется электромагниты 20 и 25, то подвод постоянного напряжения на его катушки может осуществляться от колодки с клеммой 26, которая электрически связана с токосъемным кольцом 27, подпружиненной щеткой 28, которая расположена в колодке 29, катушкой электромагнита 20, катушкой электромагнита 25 и далее с подпружиненной щеткой 30, токосъемным кольцом 31 и клеммой колодки 32. Между полюсами магнитной системы первого и второго ряда, в воздушном зазоре 33 и 34, размещен статор 35, который может быть изготовлен из низкоуглеродистой стали, при вращении машины меньше одного оборота в минуту, или собран, например, из трансформаторного железа, при больших оборотах машины. Внутри статора 35 размещено четное количество мест 36 - (углубления, отверстия, пазы, и. т.д.) для укладки или установки катушек с четным или нечетным количеством рабочих многовитковых обмоток первого ряда 37 и многовитковой обмотки системы управления первого ряда 38. Количество рабочих рядов многовитковых обмоток первого и второго ряда зависит от количества фаз и может быть четным или нечетным числом. Статор 35 установлен на стойке 39. Стойка 39 имеет проточку 40 для укладки рабочих рядов многовитковых обмоток и многовитковых обмоток системы управления рабочими рядами многовитковых обмоток. Стойка 39 должна быть выполнена из теплопроводящего немагнитопроводящего материала и жестко крепится к боковой стенке корпуса 41 при помощи элементов крепления 42. Основание корпуса 43 связано с боковой стенкой корпуса 41 и боковой стенкой корпуса 44 при помощи элементов крепления 45. Вал ротора 10 имеет пазы 46 для связи с другими модулями и связан с боковой стенкой корпуса 41 при помощи элементов качения 47 и боковой стенкой корпуса 44 при помощи элементов качения 48. Пусковое устройство машины имеет систему управления электронными коммутаторами. Пусковое устройство выполнено в виде устройства управления 49, которое управляет электронным коммутатором 50 первого ряда рабочих многовитковых обмоток 37 и электронным коммутатором 51 второго ряда рабочих многовитковых обмоток 52, фиг. 3. При этом электронные коммутаторы первого и второго ряда 50 и 51 могут быть расположены как внутри, так и снаружи бесколлекторной универсальной электрической машины Белашова. Внутри статора 35 размещен первый ряд рабочих многовитковых обмоток 37 и второй ряд рабочих многовитковых обмоток 52. Система управления рабочими многовитковыми обмотками первого ряда 37 выполнена в виде многовитковой обмотки управления 38. Система управления рабочими многовитковыми обмотками второго ряда 52 выполнена в виде многовитковой обмотки управления 53. Для наглядности чертежа, в нем указаны только места 36 для укладки рабочих многовитковых обмоток первого и второго ряда, так как многовитковые обмотки могут быть выполнены кольцевым или зигзагообразным способом и иметь гибкую или жесткую каркасную намотку на катушки. Рабочие многовитковые обмотки первого ряда 37 могут входить в места 36 многовитковых обмоток системы управления 38, и наоборот, многовитковые обмотки системы управления первого ряда 38 могут быть расположены в любом месте 36 рабочих многовитковых обмоток первого ряда 37. Рабочие многовитковые обмотки второго ряда 52 могут входить в места 36 многовитковых обмоток системы управления 53, и наоборот, многовитковые обмотки системы управления второго ряда 53 могут быть расположены в любом месте 36 рабочих многовитковых обмоток второго ряда 52. Отверстия 54 служат для связи между собой модулей. Средство крепления 55 служит для связи статора 35 со стойкой 39. В стойке 39 могут быть расположены отверстия, для принудительного охлаждения электрической машины. На фиг. 4 изображена принципиальная электрическая схема пускового устройства бесколлекторной универсальной электрической машины, которая выполнена на двух электронных бесконтактных быстродействующих тиристорных коммутаторах постоянного тока и устройства управления, установленных внутри машины. Первый электронный коммутатор 50, имеет сопротивление нагрузки из рабочих многовитковых обмоток первого ряда 37, начало которых электрически связано с положительной клеммой 56, катодом диода 57, резистором 58. Конец многовитковых обмоток 37 связан с анодом диода 57, отрицательным концом конденсатора 59 и анодом тиристора включения 60. имеющего управляющий электрод 61. Анод тиристора отключения 62 электрически связан с резистором 58, положительным концом конденсатора 59 и имеет управляющий электрод 63. Катоды тиристоров 60,63 электрически связаны с отрицательной клеммой 64. Второй электронный коммутатор 51 имеет сопротивление нагрузки из рабочих многовитковых обмоток второго ряда 52, начало которых электрически связано с положительной клеммой 56, катодом диода 65, резистором 66. Конец многовитковых обмоток 52 связан с анодом диода 65, отрицательным концом конденсатором 67 и анодом тиристора включения 68, имеющего управляющий электрод 69. Анод тиристора отключения 70 электрически связан с резистором 66, положительным концом конденсатора 67 и имеет управляющий электрод 71. Катоды тиристоров 68,70 электрически связаны с отрицательной клеммой 64. Система управления пускового устройства 49 может состоять из коммутатора (распределитель) или любого типа датчика (первичный преобразователь) - устройство которое осуществляет восприятие контролируемой величины и преобразование ее в величину удобную для передачи по линиям связи и дальнейшего преобразования. К устройствам распределения может относится электромагнитное реле, поляризованное реле, шаговый переключатель, коллектор Белашова, магнитомодуляционные датчики перемещения, датчики положения, (преобразователи Холла, датчики магнитосопротивления, емкостные, индукционные, феррозонды, магнетроны, и.т.д.) которые связаны с электронными или полупроводниковыми приборами для обеспечения выбора и соединения группы входных цепей с выходными. В данном случае для пуска машины можно применить простой контактный прерыватель. Контактный прерыватель имеет подвижный контакт 72, который электрически связан через сопротивление 73 с положительной клеммой 56, нормально замкнутым контактом 74 и анодом диода 75, 76. Катод диода 75 связан с управляющим электродом 61 тиристора 60. Катод диода 76, связан с управляющим электродом 71 тиристора 70. Нормально разомкнутый контакт 77 электрически связан с анодом диода 78,79. Катод диода 78 связан с управляющим электродом 63 тиристора 62. Катод диода 79 связан с управляющим электродом 69 тиристора 68. Принципиальная электрическая схема бесколлекторной универсальной электрической машины, которая работает от источника постоянного напряжения, фиг. 5, отличается от пускового устройства тем, что система управления первым рядом рабочих многовитковых обмоток состоит из многовитковой обмотки управления первого ряда 38, а система управления вторым рядом рабочих многовитковых обмоток состоит из многовитковой обмотки управления второго ряда 53. Начало многовитковой обмотки управления 38, первого ряда многовитковых обмоток 37, электрически связано с отрицательным шинопроводом 64, катодом тиристора 60, 62, 68, 70 и началом многовитковой обмотки управления второго ряда 53, второго ряда многовитковых обмоток 52. Конец многовитковой обмотки управления 38 электрически связан с анодом диода 75 и 76. Конец многовитковой обмотки управления 53 электрически связан с анодом диода 78 и 79. Принципиальная электрическая схема бесколлекторной универсальной электрической машины которая работает от источника переменного тока, фиг. 6, отличается от электрической схемы, фиг. 5, тем, что фазовый шинопровод 56 электрически связан с катодом диода 80. Анод диода 80 электрически связан с началом многовитковой обмотки управления второго ряда 53, катодом тиристора 68 и катодом тиристора 70. Конец многовитковой обмотки управления 53, второго ряда многовитковых обмоток 52, электрически связан с анодом диода 78 и 79. Отрицательный шинопровод 64 электрически связан с катодом диода 81. Анод диода 81 электрически связан с началом многовитковой обмотки управления первого ряда 38, катодом тиристора 60 и катодом тиристора 62. Конец многовитковой обмотки управления 38, первого ряда многовитковых обмоток 37, электрически связан с анодом диода 75 и 76. Все существующие сейчас машины переменного или постоянного тока работают по графику фиг. 7, что является очень не эффективным. Бесколлекторная универсальная электрическая машина Белашова работает по графику фиг. 8. График изменения ЭДС в проводнике показывает, что только в бесколлекторной универсальной машине Белашова sinα = 1, или E = BLv, или F=BIL, I - сила тока, А, L - длина проводника, м; В - магнитная индукция, тесла (тл); v - скорость движения проводника в магнитном поле, м/сек.

Из графика фиг. 9 видно, что существующие сейчас машины постоянного или переменного тока несовершенны, где из поз. 82 видна разница в работе положительного полупериода машины, а из поз. 83 видна разница в работе отрицательного полупериода машины. Несовершенство традиционных двигателей состоит и в том, что у них на каждую многовитковую обмотку ротора или статора каждый импульс тока с определенным интервалом подается отдельно, а в универсальной машине каждый импульс тока с определенным интервалом подается на все многовитковые обмотки каждого ряда одновременно, что существенно влияет на КПД машины. На фиг. 10, 11 изображены электрические схемы, иллюстрирующие пример выполнения и работу бесколлекторной универсальной электрической машины Белашова при использовании в качестве устройства пуска, коллектора Белашова, соответственно для электронного коммутатора первого ряда 50 и второго ряда 51. Коллектор Белашова состоит из четырех изолированных друг от друга замкнутых кольца. На каждом кольце расположено расчетное количество контактных пластин. Все контактные пластины четырех колец объединены между собой и изолированы друг от друга. Контактные пластины 84 первого кольца 85 для многовитковых обмоток первого ряда 37 электрически связаны с нормально замкнутым контактом 86, переключающего реле 87. Контактные пластины 88 второго кольца 89 для многовитковых обмоток первого ряда 37 электрически связаны с нормально замкнутым контактом 90, переключающего реле 87. Нормально замкнутый контакт 86 электрически связан с управляющим электродом 91 тиристора 92, управляющим электродом 93 тиристора 94, концом управляющей обмотки первого ряда 38 и катодом стабилитрона 95. Нормально замкнутый контакт 90 электрически связан с управляющим электродом 96 тиристора 97, управляющим электродом 98 тиристора 99, нормально разомкнутым контактом 100 переключающего реле 87 и катодом стабилитрона 101. Начало управляющей обмотки 38 электрически связано с нормально разомкнутым контактом 100 и анодом диода 102. Конец управляющей обмотки 38 электрически связан с анодом диода 103. Катоды диодов 102,103 электрически связаны с катодом стабилитрона 104 и началом рабочей обмотки переключающего реле 87. Аноды тиристоров 94,97 электрически связаны с положительной клеммой 56 и токопроводящей щеткой 105. Катоды тиристоров 94, 97 электрически связаны с многовитковыми обмотками первого ряда 37. Катоды тиристоров 92, 99 электрически связаны с отрицательной клеммой 64, токопроводящей щеткой 106, концом рабочей обмотки переключающего реле 87 и анодами стабилитронов 95, 101, 104. Аноды тиристоров 92, 99 электрически связаны с многовитковыми обмотками первого ряда 37. Контактные пластины 107 третьего кольца 108 для многовитковых обмоток второго ряда 52 электрически связаны с нормально замкнутым контактом 109 переключающего реле 110, фиг. 11. Контактные пластины 111 четвертого кольца 112 для многовитковых обмоток второго ряда 52 электрически связаны с нормально замкнутым контактом 113 переключающего реле 110. Нормально замкнутый контакт 109 электрически связан с управляющим электродом 114 тиристора 115, управляющим электродом 116 тиристора 117, концом управляющей обмотки второго ряда 53 и катодом стабилитрона 118. Нормально замкнутый контакт 113 электрически связан с управляющим электродом 119 тиристора 120, управляющим электродом 121 тиристора 122, нормально разомкнутым контактом 123 переключающего реле 110 и катодом стабилитрона 124. Начало управляющей обмотки 53 электрически связано с нормально разомкнутым контактом 123 и анодом диода 125. Конец управляющей обмотки 53 электрически связан с анодом диода 126. Катоды диодов 125, 126 электрически связаны с катодом стабилитрона 127 и началом рабочей обмотки переключающего реле 110. Аноды тиристоров 117, 120 электрически связаны с положительной клеммой 56 и токопроводящей щеткой 105. Катоды тиристоров 117, 120 электрически связаны с многовитковыми обмотками второго ряда 52. Катоды тиристоров 115, 122 электрически связаны с отрицательной клеммой 64, токопроводящей щеткой 106, концом рабочей обмотки переключающего реле 110 и анодами стабилитронов 118, 124, 127. Аноды тиристоров 115, 122 электрически связаны с многовитковыми обмотками второго ряда 52. На фиг. 12 изображен график работы первого ряда многовитковых обмоток 37. На фиг. 13 изображен график работы второго ряда многовитковых обмоток 52. На фиг. 14 изображен график работы первого и второго ряда многовитковых обмоток 37,52. Отличается бесколлекторная универсальная электрическая машина Белашова от существующих машин тем, что: - в машине увеличена площадь системы возбуждения; - для пуска машины можно применить съемный коллектор Белашова, а пусковое устройство выполненное на съемном коллекторе Белашова может питаться от независимого источника постоянного напряжения; - машина легко регулируется по току и может работать с системой автоматического определения поступающего напряжения; - машина может иметь порог чувствительности менее 1 В;
- машина может работать от одного или несколько независимых источников напряжения различного рода, а в южных странах от энергии солнечных батарей;
- машина имеет большую степень надежности и может быть изготовлена от нескольких Вт, до множества сотен кВт;
- машина может работать в качестве низкооборотного генератора переменного или постоянного тока и выдавать ЭДС большого напряжения;
- машина может работать в качестве низкооборотного безредукционного двигателя и вращаться со скоростью меньше одного оборота в минуту но с большим моментом силы на валу;
- машина может одновременно выдавать ЭДС постоянного и ЭДС переменного напряжения любого количества рядов (фаз);
- универсальные электрические машины Белашова могут быть использованы и в качестве высокоскоростного регулируемого электропривода.

Работает бесколлекторная универсальная электрическая машина Белашова следующим образом:
1. Перед пуском машины необходимо убедиться в том, что бесколлекторная универсальная электрическая машина имеет систему возбуждения, состоящую из постоянных магнитов. Если это указано в сопроводительных документах, то тогда сразу можно приступить к пуску машины. Если машина имеет систему возбуждения, оборудованную электромагнитами, тогда необходимо предварительно на катушку электромагнита 20 и катушку электромагнита 25 подать постоянное напряжение. Подвод постоянного напряжения на катушки электромагнитов 20 и 25 осуществляется от колодки с клеммой 26 и колодки с клеммой 32.

2. Пуск бесколлекторной универсальной электрической машины осуществляется от пускового устройства управления 49, которое управляет электронным коммутатором 50, первого ряда рабочих многовитковых обмоток 37 и электронным коммутатором 51, второго ряда рабочих многовитковых обмоток 52. Ток положительной полярности поступает на клемму 56, катод диода 57, начало рабочих многовитковых обмоток первого ряда 37, сопротивление 58, конденсатор 59, анод тиристора 60 и 62. Ток положительной полярности поступает на катод диода 65, начало рабочих многовитковых обмоток второго ряда 52, резистор 66, конденсатор 67, анод тиристора 68, 70, добавочное сопротивление 73 и подвижный контакт 72. В зависимости от положения полюсов между магнитной системой и мест 36 расположения первого ряда рабочих многовитковых обмоток 37 и второго ряда рабочих многовитковых обмоток 52, подвижный контакт 72 устройством управления 49 направляет ток положительной полярности на электронный коммутатор 50 или на электронный коммутатор 51. Если устройство управления 49, имеющее контактный прерыватель с подвижным контактом 72, расположено, например, перед рабочей многовитковой обмоткой первого ряда 37 и замыкает подвижный контакт 72 на контакт 74, тогда ток положительной полярности поступает на анод диода 75 и анод диода 76. Ток, проходящий через диод 75, поступает на управляющий электрод 61 тиристора 60. Когда к управляющему электроду 61 тиристора 60 приложен сигнал, тиристор 60 отпирается и напряжение положительной полярности проходит по рабочим многовитковым обмоткам первого ряда 37 от начала к концу. Сила действия магнитного поля на проводник с током, по правилу левой руки, перемещает магнитную систему от первого ряда рабочих многовитковых обмоток до второго ряда рабочих многовитковых обмоток 52. Правая обкладка конденсатора 59 заряжается положительно относительно левой обкладки через резистор 58. Левая обкладка конденсатора 67 заряжается положительно относительно правой обкладки через резистор 66. Одновременно с подачей напряжения положительной полярности на диод 75 происходит подача тока положительной полярности на диод 76. Ток, проходящий через диод 76, поступает на управляющий электрод 71 тиристора 70. Когда к управляющему электроду 71 тиристора 70 приложен сигнал, тиристор 70 отпирается, конденсатор 67 оказывается подсоединенным к зажимам тиристора 68, создавая обратное смещение на нем. В результате тиристор 68 выключается и прерывает ток по рабочим многовитковым обмоткам второго ряда 52. Если устройство управления 49, имеющее контактный прерыватель с подвижным контактом 72, расположен перед рабочей многовитковой обмоткой второго ряда 52 и замыкает подвижный контакт 72 на контакт 77, тогда ток положительной полярности поступает на анод диода 78 и анод диода 79. Ток, проходящий через диод 79, поступает на управляющий электрод 69 тиристора 68. Когда к управляющему электроду 69 приложен сигнал, тиристор 68 отпирается и ток положительной полярности проходит по рабочим многовитковым обмоткам второго ряда 52 от начала к концу. Сила действия магнитного поля на проводник с током, по правилу левой руки, перемещает магнитную систему от второго ряда рабочих многовитковых обмоток до первого ряда рабочих многовитковых обмоток 37. Левая обкладка конденсатора 67 заряжается положительно относительно правой обкладки через резистор 66. Одновременно с подачей напряжения положительной полярности на диод 78, происходит подача тока положительной полярности на диод 79. Ток, проходящий через диод 78, поступает на управляющий электрод 63 тиристора 62. Когда к управляющему электроду 63 тиристора 62 приложен сигнал, тиристор 62 отпирается, конденсатор 59 оказывается подсоединенным к зажимам тиристора 60, создавая обратное смещение на нем. В результате тиристор 60 выключается и прерывает ток по рабочим многовитковым обмоткам первого ряда 37. Дальнейшая работа рабочих многовитковых обмоток первого и второго ряда осуществляется попеременно, от устройства управления 49 электронными коммутаторами 50 и 51, заставляя вращать якорь машины с магнитными системами.

3. Работа бесколлекторной универсальной электрической машины от источника постоянного напряжения. Когда бесколлекторная универсальная электрическая машина запущена, устройство управления 49 отключается. Дальнейшая работа бесколлекторной универсальной электрической машины осуществляется автономно от обмоток системы управления, электронного коммутатора 50 и электронного коммутатора 51. Система управления состоит из многовитковой обмотки управления 38, первого ряда рабочих многовитковых обмоток 37 и многовитковой обмотки управления 53, второго ряда рабочих многовитковых обмоток 52. Многовитковая обмотка управления 38 работает следующим образом. Если между полюсами магнита будем перемещать многовитковые обмотку управления 38 и 52, которые будут пересекать магнитные линии магнитной системы, то в обмотках индуцируется ЭДС индукции. Величина индуцированной ЭДС, возникающей в обмотках при пересечении ими магнитных линий, зависит от магнитной индукции В, рабочей длины L проводника и скорости его движения в магнитном поле. Эта зависимость выражается формулой:
E = BLv.

При прохождении многовитковой обмотки управления 38 и рабочих многовитковых обмоток в магнитном поле ротора, обмотка управления выдает ЭДС, положительный полупериод которой проходит через диод 75 и диод 76. Ток положительной полярности проходя через диод 75, управляющий электрод 61, отпирает тиристор 60, включая рабочие многовитковые обмотки первого ряда 37. Ток положительной полярности, проходя через диод 76, управляющий электрод 71, открывает тиристор 70 и закрывает тиристор 68. При прохождении многовитковой обмотки управления 53 и рабочих многовитковых обмоток в магнитном поле ротора обмотка управления выдает ЭДС, положительный полупериод которого проходит через диод 78 и диод 79. Ток положительной полярности, проходя через диод 79, управляющий электрод 69, отпирает тиристор 68, включая рабочие многовитковые обмотки второго ряда 52. Ток положительной полярности, проходя через диод 78, управляющий электрод 63, открывает тиристор 62 и закрывает тиристор 60. Дальнейшая работа рабочих многовитковых обмоток первого и второго ряда осуществляется от системы управления - многовитковой обмотки управления первого и второго ряда, заставляя вращать якорь машины с магнитными системами.

4. Работа бесколлекторной универсальной электрической машины от источника переменного напряжения. Работа бесколлекторной универсальной электрической машины от источника переменного напряжения напоминает работу машины от источника постоянного тока. Разница в том, что каждый положительный полупериод синусоидального напряжения поочередно проходит через рабочую многовитковую обмотку первого, а затем второго ряда, и наоборот. Условием для такой работы служат диод 81 для рабочей многовитковой обмотки второго ряда 52 и диод 80 для рабочей многовитковой обмотки первого ряда 37. Так, электронные коммутаторы 50 и 51, многовитковые обмотки управления 38 и 53 служат для прохождения переменного тока синусоидальной формы, только положительного периода. Бесколлекторная универсальная электрическая машина будет работать и в таком режиме. Для полного использования не только положительного, но и отрицательного полупериода синусоидальной формы переменного тока, в электрическую схему бесколлекторной универсальной электрической машины необходимо дополнительно ввести еще два электронных переключателя (аналогичной конструкции) и две многовитковые обмотки управления, для отрицательного полупериода синусоидальной формы переменного тока.

5. Работа бесколлекторной универсальной электрической машины в качестве генератора переменного тока. После вращения ротора 10 с магнитной системой, магнитное поле полюсов бесколлекторной универсальной электрической машины начинает пересекать проводники первого ряда 37 и второго ряда 52 рабочих многовитковых обмоток, индуцируя в них ЭДС индукции, которое можно определить по правилу правой руки. В проводниках рабочих многовитковых обмоток первого и второго ряда 37 и 52 будет появляться электродвижущая сила переменного тока. Первую фазу переменного тока можно отвести от первого ряда рабочей многовитковой обмотки 37 через клеммы 3, 5 колодок 2, 4. Вторую фазу переменного тока можно отвести от второго ряда рабочей многовитковой обмотки, 52 через клеммы 7, 9 колодок 6, 8. Многовитковые обмотки управления 38 и 53 в генераторе переменного тока не используются, но их тоже можно задействовать для увеличения мощности машины. График выдаваемого переменного напряжения показан на фиг. 8.

6. Работа бесколлекторной универсальной электрической машины в качестве генератора постоянного тока. После вращения ротора 10 с магнитной системой магнитное поле полюсов бесколлекторной универсальной электрической машины начинает пересекать проводники первого ряда 37 и второго ряда 52 рабочих многовитковых обмоток, индуцируя в них ЭДС индукции, которую можно определить по правилу правой руки. В проводниках рабочих многовитковых обмоток первого и второго ряда 37 и 52 будет появляться электродвижущая сила переменного тока, но для того чтобы получить на выходе клемм 56 и 64 постоянное напряжение, необходимо использовать полную электрическую схему, изображенную на фиг. 5, описание работы которой дано в пункте 3 работы бесколлекторной универсальной электрической машины Белашова.

7. Работа бесколлекторной универсальной электрической машины Белашова от пускового устройства, выполненного на коллекторе Белашова.

Ток положительной полярности, фиг. 10, через клемму 56 поступает на токосъемную щетку 105, контактные пластины 88 кольца 89, нормально замкнутый контакт 90 переключающего реле 87 и управляющие электроды 96, 98. Когда к управляющим электродам 96, 98 приложен сигнал положительной формы, тиристор 97, 99 отпирается и напряжение положительной полярности проходит по рабочим многовитковым обмоткам первого ряда 37 от начала к концу. Ток отрицательной полярности через клемму 64 поступает на токопроводящую щетку 106, контактные пластины 84 кольца 85, нормально замкнутый контакт 86 переключающего реле 87, управляющие электроды 91, 93. Когда к управляющим электродам 91, 93 приложен сигнал отрицательной формы, тиристор 92, 94 запирается. Сила действия магнитного поля на проводник с током, по правилу левой руки, перемещает магнитную систему от первого ряда рабочих многовитковых обмоток 37 ко второму ряду рабочих многовитковых обмоток 52. График работы электронного коммутатора для многовитковых обмоток первого ряда 37 представлен на фиг. 12. Ток положительной полярности с клеммы 56, через токопроводящую щетку 105, фиг. 11, поступает на контактные пластины 111 кольца 112 нормально замкнутый контакт 113 переключающего реле 110 и управляющие электроды 119, 121. Когда к управляющим электродам 119, 121 приложен сигнал положительной формы, тиристор 120,122 отпирается и напряжение положительной полярности проходит по рабочим многовитковым обмоткам второго ряда 52 от начала к концу. Ток отрицательной полярности 64 через токопроводящую щетку 106 поступает на контактные пластины 107 кольца 108, нормально замкнутый контакт 109 переключающего реле 110 и управляющие электроды 114, 116. Когда к управляющим электродам 114, 116 приложен сигнал отрицательной формы, тиристор 115, 117 запирается. Сила действия магнитного поля на проводник с током, по правилу левой руки, перемещает магнитную систему от второго ряда многовитковых обмоток 52 к первому ряду многовитковых обмоток 37. График работы электронного коммутатора для многовитковых обмоток второго ряда 52 представлен на фиг. 13. Ток положительной полярности с клеммы 56 через токопроводящую щетку 105 поступает на контактные пластины 84 кольца 85, нормально замкнутый контакт 86 переключающего реле 87 и управляющие электроды 91, 93. Когда к управляющим электродам 91, 93 приложен сигнал положительной формы, тиристор 92, 94 отпирается и напряжение положительной полярности проходит по рабочим многовитковым обмоткам первого ряда 37 от конца к началу. Ток отрицательной полярности 64 через токопроводящую щетку 106 поступает на контактные пластины 88 кольца 89, нормально замкнутый контакт 90, переключающего реле 87 и управляющие электроды 96, 98. Когда к управляющим электродам 96, 98 приложен сигнал отрицательной формы, тиристор 97, 99 запирается. Сила действия магнитного поля на проводник с током, по правилу левой руки, перемещает магнитную систему от первого ряда многовитковых обмоток 37 ко второму ряду многовитковых обмоток 52. Ток положительной полярности с клеммы 56 через токопроводящую щетку 105 поступает на контактные пластины 107 кольца 108, нормально замкнутый контакт 109 переключающего реле 110 и управляющие электроды 114, 116. Когда к управляющим электродам 114,116 приложен сигнал положительной формы, тиристор 115,117 отпирается и напряжение положительной полярности проходит по рабочим многовитковым обмоткам второго ряда 52 от конца к началу. Ток отрицательной полярности 64 через токопроводящую щетку 106 поступает на контактные пластины 111 кольца 112, нормально замкнутый контакт 113, переключающего реле 110 и управляющие электроды 119,121. Когда к управляющим электродам 119,121 приложен сигнал отрицательной формы, тиристор 119,122 запирается. Сила действия магнитного поля на проводник с током, по правилу левой руки, поочередно перемещает магнитную систему от первого ряда многовитковых обмоток 37 ко второму ряду многовитковых обмоток 52 и наоборот. После пуска универсальной электрической машины в управляющей обмотке первого ряда 38 и управляющей обмотке второго ряда 53 по правилу правой руки наводится ЭДС, эту зависимость можно выразить формулой
E = BLv,
величина и направление индуцированной ЭДС будет зависеть от количества витков в управляющей обмотке 38,53, количества оборотов машины и меняться в зависимости от направления движения проводника в магнитном поле. Направление движения ЭДС в управляющих обмотках 38,53 должно быть согласовано с коллектором Белашова. Например, если ЭДС управляющей обмотки 38, пройдя магнитное поле ротора, будет иметь направление движения от конца к началу, ток положительной полярности пройдет по диоду 102 на переключающее реле 87. Когда напряжение ЭДС обмотки управления 38 будет достаточным для включения переключающего реле 87, контакты 86,90 разомкнутся, а контакт 100 замкнется. Дальше в зависимости от изменения полярности на обмотке управления 38, машина начинает работу в автономном режиме, поочередно включая одну пару тиристоров и одновременно выключая вторую пару тиристоров, как и в случае пуска машины от коллектора. В электронном коммутаторе первого ряда 50 предусмотрены стабилитроны 95, 101, 104, для поддержания постоянного напряжения на управляющих электродах 91, 93, 96, 98 тиристоров 92, 94, 96, 99, так как в зависимости от скорости вращения машины будет изменяться ЭДС на обмотке управления 38. В электронном коммутаторе второго ряда 51 предусмотрены стабилитроны 118, 124, 127, для поддержания постоянного напряжения на управляющих электродах 114, 116, 119, 121 тиристоров 115, 117, 119, 122. Если вращение машины будет замедлено и ЭДС на управляющих обмотках 38, 53 будет уменьшаться, тогда произойдет отключение переключающего реле 87, 110 и машина перейдет на управление электронными коммутаторами 50, 51 от коллектора Белашова. Пусковое устройство, выполненное на коллекторе Белашова, может питаться от независимого низковольтного источника постоянного напряжения. Управляющие обмотки 38, 53 могут содержать большое количество витков, что позволит системе управления электронными коммутаторами 50, 51 переходить в автономный режим от небольшого количества оборотов машины.

Изобретение позволяет создать новое направление бесколлекторных экономичных энергосберегающих высокомоментных электрических машин. Универсальные бесколлекторные электрические машины надежны и безопасны, имеют большой КПД, что расширяет их функциональные возможности и область применения, упрощает и усовершенствует технологию изготовления и ремонта.

Формула изобретения

1. Бесколлекторная универсальная электрическая машина, содержащая корпус, ротор с магнитными системами, вал ротора, статор с многовитковыми обмотками, отличающаяся тем, что включает в себя по меньшей мере один модуль, в котором на валу ротора установлена втулка с внешней и внутренней магнитными системами, между полюсами внешней и внутренней магнитных систем ротора размещен статор с четным или нечетным числом рабочих многовитковых обмоток с четным или нечетным числом рабочих рядов в них, внутри статора размещена система управления рабочими рядами многовитковых обмоток, электрически связанная с электронными коммутаторами, при этом ротор каждого модуля выполнен с пазами для взаимодействия с другими модулями.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что система управления рабочими рядами многовитковых обмоток выполнена в виде многовитковой обмотки управления для каждого ряда рабочих многовитковых обмоток.

3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена пусковым устройством управления электронными коммутаторами.

4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что магнитная система ротора выполнена из постоянных магнитов, или электромагнитов, или их сочетания.

5. Машина по п.1, отличающаяся тем, что число магнитных систем ротора выполнено четным или нечетным.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14