Электромагнитный двигатель

 

Двигатель предназначен для использования в энергетике. Двигатель содержит неподвижную часть - индуктор и вращающуюся часть - укрепленные на валу якорь и коллектор, причем якорь выполнен в виде листов электротехнической стали и обмотки, укрепленной на сердечнике, а концы обмотки соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора, подключенного к источнику напряжения. Индуктор изготовлен из сегментов электротехнической стали, укрепленных на основании из алюминиевых сплавов; вращающаяся часть выполнена из посаженных на вал колес с электромагнитами, взаимодействующими поочередно с индуктором. Вал установлен вертикально в подшипниках на двух кронштейнах. Изобретение обеспечивает повышение КПД. 4 з.п.ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к энергомашиностроению и предназначено для преобразования электрической энергии в механическую и наоборот.

Наиболее близким к изобретению является электромагнитный двигатель, содержащий корпус и/или основание, по меньшей мере, одну неподвижную часть, выполненную в виде индуктора, по меньшей мере, одну вращающуюся часть, включающую коллектор, посредством электрощеток подключенный к источнику напряжения, и вал отбора мощности (Вальдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высших учебных заведений. "Энергия", Ленинградское отделение, 1978, с.27).

Недостатками этого двигателя являются: сложная технология изготовления, невысокий КПД.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение технологии изготовления двигателя и повышение КПД.

Поставленная задача решается за счет того, что в электромагнитном двигателе, содержащем корпус и/или основание, по меньшей мере, одну неподвижную часть, выполненную в виде индуктора, по меньшей мере, одну вращающуюся часть, включающую коллектор, посредством электрощеток подключенный к источнику напряжения, и вал отбора мощности, индуктор выполнен в виде отдельных сегментов из электротехнической стали, укрепленных на основании, выполненном из алюминиевых сплавов, вращающаяся часть выполнена в виде посаженных на вал колес с электромагнитами, установленными с возможностью поочередного взаимодействия с индуктором, вал установлен в подшипниках на двух кронштейнах, а электромагниты подключены к источнику напряжения посредством коллектора, установленного на валу.

Вал может быть размещен в полом цилиндре в вертикальной плоскости, а его подшипники - расположены в основании цилиндра и в его крышках. Колеса снабжены тремя и более электромагнитами и установлены с возможностью вращения в вертикальной плоскости и с возможностью взаимодействия своими электромагнитами с двумя и более индукторами, закрепленными на внутренней поверхности цилиндра. Коллектор снабжен медными пластинами в количестве, равном числу электромагнитов на всех колесах, а количество электрощеток превышает число индукторов, установленных для одного колеса, на одну минусовую электрощетку.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен описываемый электромагнитный двигатель на основании, разрез А-А на фиг.2; на фиг. 2 - вид по стрелке В на фиг.1; на фиг.3 - колесо с электромагнитами; на фиг. 4 - разрез С-С на фиг.3; на фиг.5 - коллектор, разрез E-E; на фиг.6; на фиг. 6 - разрез Д-Д на фиг.5; на фиг.7 - индуктор на основании; на фиг.8 - корпус с вертикально расположенным валом; на фиг.9 - разрез Б-Б на фиг.8.

Электромагнитный двигатель содержит корпус (цилиндр) и/или основание 14, по меньшей мере, одну неподвижную часть, выполненную в виде индуктора 9, по меньшей мере, одну вращающуюся часть, включающую коллектор 10, посредством электрощеток 11, 13 подключенный к источнику напряжения (условно не показан), и вал 7 отбора мощности.

Индуктор 9 выполнен в виде отдельных сегментов 1 из электротехнической стали, укрепленных на основании 14 из алюминиевых сплавов, вращающаяся часть выполнена в виде посаженных на вал 7 колес 23 с электромагнитами 2, установленными с возможностью поочередного взаимодействия с индуктором (индукторами) 9, вал установлен в подшипниках 6 на двух кронштейнах 24, а электромагниты 2 подключены к источнику напряжения посредством коллектора 10, установленного на валу 7 (фиг.1).

Вал может быть размещен в полом корпусе-цилиндре 14 в вертикальной плоскости, а его подшипники 6 - расположены в основании цилиндра и в его крышке 4 (фиг.8, 9). Колеса снабжены тремя (и более) электромагнитами 2 и установлены с возможностью вращения в горизонтальной плоскости и с возможностью взаимодействия своими электромагнитами 2 с двумя и более индукторами 9, закрепленными на внутренней поверхности цилиндра.

Коллектор 10 снабжен медными пластинами в количестве, равном числу электромагнитов 2 на всех колесах 23, а количество электрощеток превышает число индукторов 9, установленных для одного колеса, на одну минусовую электрощетку. Имеется балансировочный груз 8 на каждом колесе 23, распорные втулки 15, гайки 12, 19.

На фиг.1 представлен электромагнитный двигатель. На валу 7 жестко закреплены три колеса 23 с электромагнитами 2. Колесо 23 выполнено из алюминиевых сплавов или титана. На обод колеса в секторе 120 градусов наклепывается из листовой электротехнической стали сердечник 3, затем наносится изоляционный слой и наматывается провод - электромагнит 2. На противоположной стороне обода колеса крепится балансировочный груз 8 из ненамагничивающегося материала. Шпоночные пазы в колесах смещены на 120^o. Колеса 23 на вал 7 посажены через распорные втулки 15, а затем устанавливается коллектор 10 и прижимается гайкой 12. Таким образом, электромагниты колес смещены друг относительно друга на 120^o.

Коллектор 10 (фиг. 5, 6) имеет три медных пластины-сегмента по 120^o, изолированных друг от друга. Каждый сегмент соединен с одним концом обмотки электромагнита 2 колеса 23. Второй конец обмотки электромагнита 2 соединен с корпусом колеса 23. Подача постоянного напряжения на коллектор 10 производится от источника через электрощетки 11, 13. Медное кольцо 20 напрессовано на гайку 19 и через нее соединено с корпусом 14.

На основании 14 (фиг.1,2,7) закреплены три индуктора 9, для каждого колеса отдельно. Индуктор 9 в поперечном сечении представляет букву "С", но с прямыми углами, а вдоль обода колеса 23 занимает 120^o. При вращении колеса 23 корпус электромагнита свободно, с минимальным зазором, должен входить внутрь индуктора 9, а диск или спица колеса должны свободно проходить через разрез буквы "С" индуктора. При установке коллектора 10 необходимо учитывать расположение электромагнитов 2 относительно индуктора 9. Если, обратившись к чертежам, считать расположение колес слева направо (фиг.1), а вращение, как указано стрелкой (фиг.1, 7), то контакт щетки 13 с медным сегментом коллектора 10, который соединен с электромагнитом первого колеса, должен произойти раньше на величину диаметра "d" (фиг.7) витка соленоида-электромагнита 2, чем торец его подойдет к ближайшему торцу индуктора, а контакт щетки 13 с медным сегментом коллектора 10, который соединен с электромагнитом 2 второго колеса, должен прерваться прежде, чем первый торец по ходу вращения сравняется со вторым торцем индуктора второго колеса. Этого можно достичь, увеличивая или уменьшая ширину щетки 13 и поворачивая вокруг оси индуктор 10.

Таким образом, в основу электромагнитного двигателя заложен принцип втягивания электромагнита в индуктор.

Изменяя радиус "R" колеса или параметры, влияющие на магнитный момент соленоида-электромагнита, можем изменять момент вращения двигателя и тем самым влиять на его мощность.

На фиг. 8, 9 изображен вариант выполнения двигателя с двумя колесами, установленными вертикально на валу 7 и подшипниках 6 в основании корпуса-цилиндра 14 и в крышке 4. Каждое колесо 23 имеет по четыре электромагнита 2 и по три индуктора 9, которые крепятся на внутренних стенках цилиндра 14 и разнесены друг от друга по окружности на 120^o. Колеса 23 устанавливаются одно над другим на шпоночное соединение. Шпоночные пазы в колесах смещены относительно друг друга и должны находиться на диаметральной линии симметрии у одного колеса, проходящей через середину электромагнита, а у другого - через середину промежутка между электромагнитами. Коллектор 10 имеет восемь изолированных друг от друга пластин и каждая нечетная пластина соединена с одним концом обмотки электромагнита верхнего колеса, а каждая четная пластина соединена с одним концом обмотки электромагнита нижнего колеса. Жгут из восьми проводов пропущен через осевое отверстие вала, а у ступиц колес - через радиальные отверстия выведены к электромагнитам. Вторые концы обмотки электромагнитов соединены с корпусом. Постоянное напряжение подается через три электрощетки 13, которые касаются пластин коллектора 10 и расположены по окружности через 120^o против индукторов 9. Второй полюс постоянного напряжения подается через электрощетку 11, которая касается медного кольца 20 на коллекторе и соединена с корпусом. Работает такой двигатель аналогично вышеописанному (фиг. 9). Электромагниты во время вращения колес должны подключаться к источнику напряжения через электрощетки в тот момент, когда электромагнит приблизится к торцу индуктора на расстояние, равное среднему диаметру витка соленоида-электромагнита. На таком расстоянии электромагнитное поле начинает взаимодействовать с индуктором и электромагнит будет втягиваться в индуктор; когда электромагнит полностью войдет в индуктор, контакт щетки 13, принадлежащей одному из индукторов, должен прерваться с медной пластиной коллектора, которая соединена с электромагнитом. Этого можно добиться путем вращения коллектора и подбирая ширину щеток (щетки). Таким образом, все электромагниты верхнего и нижнего колес за один оборот пройдут через все индукторы.

Электромагнитный двигатель дает возможность достигать значительных скоростей и при упрощении технологии изготовления обеспечивает повышение КПД.

Формула изобретения

1. Электромагнитный двигатель, содержащий корпус и/или основание, по меньшей мере, одну неподвижную часть, выполненную в виде индуктора, по меньшей мере, одну вращающуюся часть, включающую коллектор, посредством электрощеток подключенный к источнику напряжения, и вал отбора мощности, отличающийся тем, что индуктор выполнен в виде отдельных сегментов из электротехнической стали, укрепленных на основании, выполненном из алюминиевых сплавов, вращающаяся часть выполнена в виде посаженных на вал колес с электромагнитами, установленными с возможностью поочередного взаимодействия с индуктором, вал установлен в подшипниках на двух кронштейнах, а электромагниты подключены к источнику напряжения посредством коллектора, установленного на валу.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что вал размещен в полом цилиндре в вертикальной плоскости, а его подшипники расположены в основании цилиндра и в его крышке.

3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что колеса снабжены тремя и более электромагнитами и установлены с возможностью вращения в горизонтальной плоскости и с возможностью взаимодействия своими электромагнитами с двумя и более индукторами, закрепленными на внутренней поверхности цилиндра.

4. Двигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что коллектор снабжен медными пластинами в количестве, равном числу электромагнитов на всех колесах.

5. Двигатель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что он снабжен электрощетками в количестве, превышающем число индукторов, установленных для одного колеса, на одну минусовую электрощетку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9