Электродвигатель постоянного тока

 

Изобретение относится к области электротехники и касается выполнения электродвигателей постоянного тока. Предлагаемый электродвигатель содержит корпус с двумя крышками, через отверстие одной из которых пропущен вал, клеммную коробку, при этом вал соединен с ротором, имеющим радиальные пазы с установленными в них лопастями, имеющими штыри, входящие в криволинейный профилированный паз, выполненный на задней крышке. Генератор водорода, расположенный в нижней части корпуса, содержит трубу с боковыми крышками, имеющими решетки, наполненную палладием или другим металлом с такими же свойствами, на наружной поверхности которой размещены нагреватели-охладители, одна половина из которых является нагревателями, а другая - охладителями. Каждый нагреватель-охладитель включает два кольца, одно из которых выполнено из полупроводника, а другое - из металла. Нагреватели-охладители соединены между собой последовательно, а генератор водорода пневматически соединен с впускной и выпускной полостями электродвигателя. Изобретение обеспечивает повышение эксплуатационных качеств электродвигателя, снижение веса, повышение вращающего момента на валу электродвигателя. 8 ил.

Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве электродвигателя постоянного тока.

Известен электродвигатель переменного трехфазного тока с короткозамкнутым ротором АОМ-32-4, содержащий статор со станиной, ротор, установленный внутри статора на подшипниках крышек, имеющих компенсацию от линейного расширения при нагреве вала, причем обмотка статора выполнена трехфазной, однослойной, состоящей из мелких секций, и подключена к выводам клеммной коробки, установленной снаружи на корпусе.

/М.М. Авдеев и др., Электропоезда переменного тока, М.: Транспорт, 1973, с. 139-140, рис. 96/.

Недостатками известного электродвигателя АОМ-32-4 являются большой вес, электрические, индукционные и тепловые потери, невозможность изменения частоты вращения вала электродвигателя.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией электродвигателя.

Известен также электродвигатель постоянного тока П-22, содержащий корпус со станиной, внутри которого закреплены болтами два основных и один дополнительный полюс с обмотками последовательного и параллельного возбуждения, сердечник якоря, набранный из пластин и закрепленный на валу, установленном в подшипниках крышек, привернутых болтами и корпусу, имеющий пазы, в которые уложены проводники обмотки, концы которых соединены с пластиками коллектора, запрессованными в пластмассовую втулку, надетую на вал, кроме того, на передней крышке закреплена траверса, на которой установлены щетки, контактирующие с коллектором и электрически соединенные с контактами клеммной коробки.

/Маневровые тепловозы, под ред. Л.С. Назарова, М.: Транспорт, 1977, с. 236-237, рис. 159/.

Известный электродвигатель постоянного тока П-22, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Недостатками указанного электродвигателя являются большой вес, электрические, индукционные и тепловые потери, уменьшение мощности при окислении и искрении щеток.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией электродвигателя.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств электродвигателя постоянного тока.

Указанная цель, согласно изобретению, обеспечивается тем, что два основных и один дополнительный полюсы с обмотками, сердечник якоря с обмотками, коллектор и траверза со щетками и щеткодежателями заменены ротором, представляющим собой цилиндрическое тело, имеющее три симметричные радиальные прорези, внутрь которых вставлены пластины-лопасти, имеющие штыри, входящие в криволинейный профилированный паз, выполненный на внутренней поверхности задней крышки корпуса, генератором водорода, представляющим собой трубу, закрытую с обеих сторон крышками с решетками и наполненную кристаллами палладия, на изолированную наружную поверхность которой надеты нагреватели-охладители, каждый из которых состоит из двух колец, посредством одной из боковых поверхностей каждого из которых, соединенных между собой в одно целое, одно из которых выполнено из полупроводника, а другое - из металла, причем все нагреватели-охладители соединены между собой проводниками последовательно таким образом, что при любом направлении движения электрического тока одна половина из них является нагревателями, а другая - охладителями и они подключены к выводам клеммной коробки, к тому же генератор водорода пневматически соединен с впускной и выпускной полостями электродвигателя, кроме того, кристаллы палладия насыщены, а внутренние полости электродвигателя заполнены водородом, который является рабочим телом.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид электродвигателя постоянного тока; на фиг. 2 - вид на электродвигатель постоянного тока слева, разрез; на фиг. 3 - устройство водородного генератора, разрез; на фиг. 4 - общий вид нагревателя-охладителя; на фиг. 5 - вид слева не нагреватель-охладитель; на фиг. 6 - схема соединения нагревателей-охладителей с выводами клеммной коробки; на фиг. 7 - схема принципа действия электродвигателя и вращения ротора в прямом направлении; на фиг. 8 - схема вращения ротора в обратном направлении.

Предлагаемый электродвигатель постоянного тока содержит корпус 1, имеющий в нижней части станину 2. Внутрь корпуса вставлен ротор 3 с тремя симметричными радиальными пазами 4, внутрь которых вставлены с возможностью перемещения пластины-лопасти 5, имеющие отверстия, в которые запрессованы штыри 6, входящие своими концами в криволинейный профилированный паз 7, выполненный на внутренней поверхности задней крышки 8. Спереди к корпусу привернута болтами передняя крышка 9 с сальником 10, через отверстие которой пропущен вал 11 ротора, установленный на подшипниках, размещенных в передней и задней крышках. В нижней части корпуса выполнено отверстие, в которое вставлен генератор водорода 12, который посредством боковых крышек 13, 14, привернутых болтами к корпусу, пневматически соединен через отверстия 15, 16 в корпусе электродвигателя с двумя внутренними лопастями 17, 18, каждая из которых, в зависимости от направления вращения ротора, может быть впускной или выпускной. Генератор водорода содержит внутреннюю трубу 19, наполненную кристаллами палладия 20 или другого металла, способного при охлаждении поглощать водород, а при нагревании выделять его. Поверх трубы уложен слой термостойкой изоляции 21 и надеты нагреватели-охладители, одинаковые по конструкции, каждый из которых состоит из двух колец, посредством одной из боковых поверхностей каждого из которых, соединенных между собой в одно целое, одно из которых выполнено из полупроводника 22, а другое - из металла 23. Посредством проводников кольца соединены последовательно друг с другом таким образом, что при любом направлении движения электрического тока одна половина из них является нагревателями, а другая - охладителями, и они подключены к выводам клеммной коробки 24, закрепленной на корпусе и закрытой крышкой 25. Внутренняя труба генератора водорода вставлена внутрь наружной трубы 26 и обе они закрыты торцевыми крышками 27, 28, имеющими отверстия, закрытые решетками 29, 30. Кристаллы палладия в генераторе насыщения водородом (при комнатной температуре 1 см³ палладия поглощает 800 см³ водорода), а полости корпуса и боковых крышек заполнены водородом под небольшим давлением, который является рабочим телом (о способности палладия поглощать и выделять водород см. С.И. Венецкий - О редких и рассеянных, Рассказы о металлах, М.: Металлургия, 1980, с. 52-60).

Работа эелктродвигателя постоянного тока При подаче постоянного тока на выводы генератора водорода 12 через клеммную коробку 24 в направлении, показанном стрелками, он течет в первой группе колец (обведено пунктиром) от полупроводников 22 к металлам 23, а во второй группе - от металлов 23 к полупроводникам 22. На основании эффекта Пельтье места соединения колец в первой группе разогреваются, а места соединения колец во второй группе охлаждаются.

(Эффект Пельтье. Физический энциклопедический словарь под ред. А.М. Прохорова, М.: Советская энциклопедия, 1983, с. 523).

Тепло и холод через изоляционный слой 21 и внутреннюю трубу 19 передаются кристаллами палладия 20, часть из которых нагревается, а другая часть охлаждается. Из нагретых кристаллов палладия 20 выделяется водород, который через полость крышки 13, отверстие 15 поступает в полость 17 и вместе с водородом, который там находится, производят давление на лопасти 5 ротора 3. В то же время охлажденные кристаллы палладия 20 на другом конце генератора 12 поглощают водород из полости крышки 14, а через отверстие 16 - из полости 18, создавая там разрежение. В результате в полостях 17 и 18 возникает разность давлений и ротор 3 с лопастями 5 начинает вращаться по часовой стрелке и вращать вал 11 электродвигателя, а водород циркулирует в направлении, показанном стрелками на фиг. 7. Для обеспечения вращения ротора 3 в противоположном направлении необходимо остановить электродвигатель, если до этого он работал, и, подождав пока нагретые кристаллы палладия немного остынут, а охлажденные немного нагреются, снова включить его, поменяв при этом полярность электрического тока. При этом группа колец, обведенных на фиг. 8 пунктиром, станет нагревать кристаллы палладия 20 в генераторе 12, а вторая группа их охлаждать. Водород станет поступать в полость крышки 14 и далее через отверстие 16 в полость 18, создавая в ней избыточное давление, а из полости крышки 13 и через отверстие 15 из полости 17 водород станет удаляться, создавая там разрежение. Вследствие возникшей разности давлений в полостях 17 и 18 ротор 3 станет вращаться в противоположном направлении (против часовой стрелки), а водород циркулировать в направлении, указанном стрелками. Мощность электродвигателя будет зависеть от правильно выбранного температурного режима и количества поглощаемого и выделяемого водорода. Частота вращения вала электродвигателя может изменяться регулировкой температуры нагрева и охлаждения генератора водорода 12 путем изменения величины электрического тока. При вращении ротора 13 и вала 11 сальник 10 должен надежно обеспечить герметичность и полностью исключить утечку водорода. Электродвигатель не обратим.

Положительный эффект: экономия черных и цветных металлов, уменьшение веса электродвигателя, повышение вращающего момента на валу электродвигателя, отсутствие электрических и электромагнитных полей, излучаемых в окружающее пространство.

Формула изобретения

Электродвигатель постоянного тока, содержащий корпус со станиной, закрытый крышками, через отверстие одной из которых пропущен вал, клеммную коробку, закрепленную на корпусе, отличающийся тем, что ротор выполнен в форме цилиндрического тела, изготовленного заодно с валом и имеющего три симметричные радиальные прорези, внутрь которых вставлены пластины-лопасти, имеющие штыри, входящие в криволинейный профилированный паз, выполненный на внутренней поверхности задней крышки корпуса, имеющего в нижней части отверстие, в котором размещен генератор водорода, представляющий собой трубу, закрытую с обеих сторон крышками с решетками и наполненную кристаллами палладия или другого металла, способного поглощать и выделять водород при охлаждении и нагревании, на изолированную наружную поверхность которой надеты нагреватели-охладители, каждый из которых представляет собой два кольца, посредством одной из боковых поверхностей каждого из которых соединен между собой в одно целое, одно из которых выполнено из полупроводника, а другое из металла, причем все нагреватели-охладители соединены между собой проводниками последовательно таким образом, что при любом направлении движения электрического тока одна половина из них является нагревателями, а другая охладителями и они подключены к выводам клеммной коробки, кроме того, генератор водорода пневматически соединен с впускной и выпускной полостями электродвигателя, причем кристаллы палладия насыщены, а внутренние полости электродвигателя заполнены водородом, который является рабочим телом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8