Электродвигатель постоянного тока

 

Изобретение относится к машиностроению и, в частности, к конструированию электродвигателей постоянного тока. Техническим результатом, достигаемым данным изобретением, является повышение эксплуатационных качеств электродвигателя постоянного тока. Электродвигатель содержит корпус, закрытый крышками, два одинаковых магнита возбуждения цилиндрической формы, каждый из которых имеет отверстие для прохода вала и сферическое углубление на одной из торцевых сторон, но разные по направлению вектора магнитной индукции, установленные таким образом, что продольные геометрические оси магнитов совпадают с продольной геометрической осью вала, а сами они повернуты друг к другу разноименными полюсами. Внутри корпуса размещен якорь, выполненный в форме колеса, размещенного внутри сферических углублений магнитов и состоящего из обода в форме пустотелого тора, выполненного из изоляционного материала, внутри которого размещены два электрода в форме колец разного диаметра, вставленных одно в другое с зазором между ними. Обод посредством спиц соединен со втулкой, закрепленной на валу, на задней части которого на изоляционной втулке установлены два коллекторных кольца, соединенных с электродами и контактирующих с угольными щетками. Внутренняя полость обода заполнена ртутью или электропроводящей жидкостью и соединена с двумя тепловыми компенсаторами. 13 ил.

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

Известен электродвигатель постоянного тока с последовательным включением обмотки возбуждения с обмоткой якоря, содержащий корпус, закрытый с обеих сторон крышками, два полюса, закрепленные внутри корпуса с обмотками возбуждения, вал, установленный на самоцентрирующихся подшипниках крышек, якорь с обмоткой и коллектором, установленным на валу, контактирующим со щетками, клеммную коробку.

/В. М. Кленников, Н.М. Ильин, Ю.В. Буравлев, Автомобиль категории "В", учебник водителя, М., Транспорт, 1981, с. 95, рис. 67/.

Недостатками известного электродвигателя постоянного тока являются электрические и тепловые потери в обмотках возбуждения и якоря, небольшой крутящий момент, большой расход цветных металлов.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией электродвигателя постоянного тока.

Известен также электродвигатель постоянного тока МЭ-241 с возбуждением от постоянных магнитов, содержащий корпус, закрытый с обеих сторон крышками, два постоянных магнита, установленных внутри корпуса, вал, установленный на самоцентрирующихся подшипниках, якорь с обмоткой, закрепленный на валу, пластинчатый коллектор, контактирущий с угольными щетками, клеммную коробку.

/В. А. Вершигора, А.П. Игнатов, К.Б. Пятков, Автомобиль ВАЗ-2121 "Нива", М., Транспорт, 1980, с. 234-235, рис. 174/.

Известный электродвигатель постоянного тока МЭ-241, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Недостатки известного электродвигателя постоянного тока МЭ-241, принятого за прототип, те же.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией электродвигателя постоянного тока.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств электродвигателя постоянного тока.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что два вертикальных постоянных магнита, якорь с обмоткой и пластинчатый коллектор заменены двумя постоянными магнитами возбуждения цилиндрической формы, каждый из которых содержит центральное отверстие для прохода вала якоря и сферическое углубление на одной из торцевых сторон, которые имеют противоположное направление вектора магнитной индукции, повернуты друг к другу разноименными полюсами и закреплены внутри корпуса таким образом, что продольные геометрические оси постоянных магнитов возбуждения совпадают с продольной геометрической осью вала, якорем, выполненным в форме колеса, размещенного внутри сферических углублений постоянных магнитов возбуждения, представляющего собой обод в форме пустотелого тора, выполненного из прочного изоляционного материала, внутри которого размещены два электрода в форме колец разного диаметра, вставленных одно в другое с зазором между ними, причем обод посредством спиц соединен с втулкой, закрепленной на валу, тепловыми компенсаторами, каждый из которых представляет собой гофрированный цилиндр, внутренняя полость которого посредством канала соединена с внутренней полостью обода, вставленный в наружный цилиндр, закрытый крышкой, внутри которого между крышкой наружного цилиндра и задней стенкой гофрированного цилиндра размещена пружина, причем внутренние полости гофрированных цилиндров и внутренняя полость обода заполнены ртутью или электопроводящей жидкостью с большим удельным весом, двумя коллекторными кольцами, установленными на изоляционной втулке, закрепленной на валу, каждое из которых соединено с одним из электродов и контактирует с одной из угольных щеток, которые соединены с контактами клеммной коробки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид электродвигателя; на фигуре 2 - вид на электродвигатель слева; на фигуре 3 - продольный разрез электродвигателя; на фигуре 4 - общий вид якоря электродвигателя; на фигуре 5 - устройство левого магнита; на фигуре 6 - устройство правого магнита; на фигуре 7 - вид слева на левый магнит; на фигуре 8 - вид справа на левый магнит; на фигуре 9 - продольный разрез колеса якоря; на фигуре 10 - поперечный разрез колеса якоря; на фигуре 11 - устройство теплового компенсатора колеса якоря; на фигуре 12 - электрическая схема электродвигателя; на фигуре 13 - схема создания вращающего момента на колесе якоря электродвигателя.

Электродвигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов содержит корпус 1, имеющий в нижней части станину 2 для крепления, закрытый задней крышкой 3 и передней крышкой 4, через которую пропущен конец вала 5, установленного в подшипниках 6 и 7, размещенных в передней и задней крышках, имеющих передние 8 и задние 9 окна для охлаждения. Снаружи на корпусе закреплена клеммная коробка 10, закрытая крышкой 11. Внутри корпуса размещены левый 12 и правый 13 постоянные магниты возбуждения, имеющие цилиндрическую форму. Оба постоянных магнита возбуждения одинаковы по конструкции, но имеют противоположное направление вектора магнитной индукции, повернуты друг к другу разноименными полюсами и закреплены внутри корпуса таким образом, что продольные геометрические оси постоянных магнитов возбуждения совпадают с продольной геометрической осью вала. Каждый из постоянных магнитов возбуждения имеет отверстия 14 для крепления к корпусу, выполненному из немагнитного материала, отверстия 15 для прохода охлаждающего воздуха, центральное отверстие 16 для вала и сферическое углубление 17. Якорь электродвигателя выполнен в форме колеса, размещенного внутри сферических углублений постоянных магнитов возбуждения. Колесо, выполненное из прочного изоляционного материала, содержит обод 18 в форме пустотелого тора, внутри которого закреплены электроды 19 и 20 в форме колец разного диаметра, вставленных одно в другое с зазором между ними. Обод посредством спиц 21 соединен с втулкой 22, закрепленной на валу. Колесо имеет два тепловых компенсатора, одинаковых по конструкции, каждый из которых содержит наружный цилиндр 23, закрепленный на ободе и имеющий крышку 24. Внутри наружного цилиндра размещен с возможностью продольного перемещения гофрированный цилиндр 25, закрытый с обеих сторон, внутренняя полость которого через канал 26 соединена с внутренней полостью обода. Между крышкой наружного корпуса и задней стенкой гофрированного цилиндра размещена пружина 27. На передней части вала закреплено вентиляторное колесо 28, а на задней части установлены коллекторные кольца 29 и 30, размещенные на изоляционной втулке 31, каждое из которых соединено с одним из электродов, находящихся внутри обода, и контактирует с одной из угольных щеток 32 и 33, которые закреплены на изоляционной планке 34, прикрепленной к задней крышке корпуса, причем угольные щетки соединены с контактами клеммной коробки. Внутренняя полость обода и внутренние полости гофрированных цилиндров заполнены рабочим телом 35, в качестве которого использована ртуть или электропроводящая жидкость с большим удельным весом. Стрелками на фигуре 13 обозначено: направление движения электрического тока 36, направление вектора магнитной индукции 37, направление движения рабочего тела 38, направление вращения колеса якоря 39.

Работа электродвигателя постоянного тока.

Работа электродвигателя постоянного тока основана на принципе действия магнитогидродинамического движителя. /См. Морской энциклопедический словарь под ред. д. т. н. В. В. Дмитриева, СПб, Судостроение, 1993, т. 2, К-П, с. 231-232/. При подаче электрического тока на контакты клеммной коробки 10 он поступает на угольные щетки 32, 33 и на коллекторные кольца 29, 30. С коллекторных колец ток по проводам поступает на электроды 19, 20 колеса якоря. Внутри обода 18 ток движется через слой ртути в направлении 36 перпендикулярно направлению вектора магнитной индукции 37 (фиг. 13). В результате этого на каждый элементарный объем ртути начинают действовать результирующие силы магнитных и электрических полей, стремящиеся отбросить ртуть 35 в направлении 38. При движении ртуть взаимодействует с внутренней поверхностью обода 18 и непрерывно толкает его с такой же силой в противоположную сторону в направлении 39, заставляя вращаться колесо якоря, а вместе с ним и вал 5 электродвигателя. Частота вращения вала электродвигателя будет зависеть от напряженности магнитного поля и силы тока, протекающего через ртуть 35 в промежутке между электродами 19 и 20, а вращающий момент будет зависеть от веса рабочего тела, которое отбрасывается в направлении 38 и той реактивной силой, которая будет приложена к колесу якоря. Изменение частоты вращения вала электродвигателя может осуществляться путем уменьшения или увеличения тока с помощью какого-либо резисторного регулятора, не показанного на чертежах. При перемене полярности тока движение его остается перпендикулярным направлению вектора магнитной индукции 37, но он станет двигаться между электродами 19, 20 в обратном направлении. В результате этого результирующие силы электрических и магнитных полей, действующие на элементарные объемы ртути 35, станут отбрасывать ее в противоположную сторону и тем самым вращать колесо якоря также в противоположную сторону. Электродвигатель обратим. При вращении вала электродвигателя последний превращается в магнитогидродинамический генератор. Колесо с ртутью 35, вращаясь перпендикулярно направлению вектора магнитной индукции 37, возбуждает внутри ртути круговой электрический ток, который снимается электродами 19, 20 и через коллекторные кольца 29, 30, угольные щетки 32, 33 поступает на контакты клеммной коробки 10 и может быть подан потребителю. /О магнитогидродинамическом генераторе см. Морской энциклопедический словарь под ред. д.т.н. В.В. Дмитриева, СПб, Судостроение, 1994, т. 3, Р-Я, с. 212/, Охлаждение электродвигателя осуществляется вентиляторным колесом 28, которое прогоняет воздух через окна 8, 9 в крышках 3, 4 и через отверстия 15 в постоянных магнитах возбуждения 12, 13. Во время работы электродвигателя ртуть 35 может нагреваться электрическим током и расширяться. Для предохранения обода 18 от разрушения при нагреве ртути ее излишки по каналам 26 перетекают в полости гофрированных цилиндров 25 тепловых компенсаторов, которые, расширяясь, сжимают пружины 27. При уменьшении нагрева ртуть из гофрированных цилиндров 25 под действием пружин 27 вытесняется в обод 18.

Положительный эффект: экономия меди и электроэнергии, более высокий крутящий момент.

Формула изобретения

Электродвигатель постоянного тока, содержащий корпус со станиной, закрытый с обеих сторон крышками, постоянные магниты возбуждения, якорь, закрепленный в подшипниках крышек, вал которого пропущен через отверстие одной из них, коллектор с угольными щетками, клеммную коробку, отличающийся тем, что постоянные магниты возбуждения цилиндрической формы выполнены с центральным отверстием для прохода вала якоря и сферическим углублением на одной из торцевых сторон, имеют противоположное направление вектора магнитной индукции, повернуты друг к другу разноименными полюсами и закреплены внутри корпуса таким образом, что продольные геометрические оси постоянных магнитов возбуждения совпадают с продольной геометрической осью вала, кроме того, якорь выполнен в форме колеса, размещенного внутри сферических углублений постоянных магнитов возбуждения, представляющего собой обод в форме пустотелого тора, выполненного из прочного изоляционного материала, внутри которого размещены два электрода в форме колец разного диаметра, вставленных одно в другое с зазором между ними, причем обод посредством спиц соединен с втулкой, закрепленной на валу, кроме того, тепловые компенсаторы, каждый из которых представляет собой гофрированный цилиндр, внутренняя полость которого посредством канала соединена с внутренней полостью обода, вставленный в наружный цилиндр, закрытый крышкой и прикрепленный к ободу, внутри которого между крышкой наружного цилиндра и задней стенкой гофрированного цилиндра установлена пружина, причем внутренние полости гофрированных цилиндров и внутренняя полость обода заполнены ртутью или электропроводящей жидкостью с большим удельным весом, а два коллекторных кольца, установленные на изоляционной втулке, закрепленной на валу, соединены с электродами и через угольные щетки подключены к контактам клеммной коробки.

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