Электродвигатель постоянного тока

 

Изобретение относится к области электротехники и, в частности, к конструированию электродвигателей постоянного тока. Сущность изобретения состоит в следующем. Электродвигатель постоянного тока содержит корпус с передней и задней крышками. Внутри корпуса размещен магнитопровод с двумя полюсами, на которые надеты обмотки возбуждения. Якорь закреплен в самоустанавливающихся подшипниках, в пазах которого уложена обмотка, концы которой соединены с коллектором, контактирующим с графитовыми щетками. Сверху на корпусе размещена клеммовая коробка. Новым в электродвигателе постоянного тока является то, что корпус выполнен с дополнительным отсеком, закрытым крышкой, внутри которого размещен генератор постоянного тока. Входные клеммы генератора постоянного тока через ограничительный резистор подключены к клеммам клеммовой коробки, а выходные клеммы электрически связаны с входными выводами электродвигателя. Технический результат состоит в экономии электроэнергии и в повышении мощности при одновременном снижении тока потребления. 1 з.п.ф-лы, 8 ил.

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

Известен электродвигатель трехфазного переменного тока АОМ-32-4, содержащий корпус, закрытый передним и задним подшипниковыми щитами, статор с полюсами, набранными из отдельных пластин с трехфазной однослойной обмоткой, короткозамкнутый ротор, клеммовую коробку (Авдеев М.М. и др. Электропоезда переменного тока. - М.: Транспорт, 1973, с.139-142, рис.96).

Недостатками электродвигателя трехфазного переменного тока АОМ-32-4 являются: большой расход электроэнергии, большие тепловые и электрические потери.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией электродвигателя трехфазного переменного тока АОМ-32-4.

Известен также электродвигатель постоянного тока с последовательным включением обмотки возбуждения с обмоткой якоря, содержащий корпус, закрытый двумя крышками, внутри которого размещен магнитопровод с двумя полюсами, набранными из отдельных пластин, имеющий обмотки возбуждения, вал якоря, размещенный внутри корпуса на самоустанавливающихся подшипниках и содержащий сердечник, в пазах которого уложена обмотка, концы которой соединены с пластинами коллектора, закрепленного на изоляционной втулке, закрепленной на валу, графитовые щетки, установленные на изоляционной пластине и контактирующие с пластинами коллектора, клеммовую коробку (Кленников В.М., Ильин Н.М., Буралев Ю.В. Автомобиль категории "В". Учебник водителя. - М.: Транспорт, 1981, с.95, рис.67).

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

Недостатки электродвигателя постоянного тока, принятого за прототип, те же.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией электродвигателя постоянного тока.

Целью настоящего изобретения является уменьшение энергопотребления и повышение мощности электродвигателя постоянного тока.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что корпус электродвигателя постоянного тока заменен корпусом, имеющим дополнительный отсек, закрытый сверху крышкой, генератором постоянного тока, размещенным в дополнительном отсеке, одна из входных клемм которого соединена с одной из клемм клеммовой коробки, а вторая входная клемма которого через ограничительный резистор подключена ко второй клемме клеммовой коробки, кроме того, одна выходная клемма генератора постоянного тока соединена с одним из выводов первой обмотки возбуждения электродвигателя, второй вывод которой электрически связан с первым выводом второй обмотки возбуждения, второй вывод которой соединен с одной из графитовых щеток, а вторая графитовая щетка подключена ко второй выходной клемме генератора постоянного тока, выполненного в виде набора плоских прямоугольных пластин, изготовленных из металла, обладающего хорошей проводимостью, с малым сопротивлением, установленных симметрично и параллельно друг другу, на котором расстоянии одна над другой, изолированных друг от друга, запрессованных в пластмассу и размещенных между разноименными полюсами постоянных магнитов, запрессованных в ту же пластмассу, векторы магнитной индукции которых перпендикулярны плоскостям плоских прямоугольных пластин, причем в продольном направлении положительные выводы всех плоских прямоугольных пластин соединены в общую шину и подключены к одной из входных клемм генератора постоянного тока, а отрицательные выводы упомянутых пластин также соединены в общую шину и подключены ко второй входной клемме генератора постоянного тока, в поперечном направлении те же плоские прямоугольные пластины соединены между собой так, что второй вывод предыдущей плоской прямоугольной пластины соединен с первым выводом последующей плоской прямоугольной пластины и они образуют цепь последовательного соединения, положительный вывод которой соединен с одной из выходных клемм генератора постоянного тока, а отрицательный вывод упомянутой электрической цепи соединен со второй выходной клеммой генератора постоянного тока.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид электродвигателя постоянного тока, на фиг.2 - вид на электродвигатель постоянного тока сверху, на фиг.3 - вид на электродвигатель постоянного тока спереди с частичным разрезом, на фиг.4 - общий вид генератора постоянного тока с частичным разрезом, на фиг.5 - вид на генератор постоянного тока сбоку, на фиг.6 - общий вид плоской прямоугольной пластины генератора постоянного тока, на фиг.7 - электрическая схема генератора постоянного тока, на фиг.8 - электрическая схема соединения генератора постоянного тока с электродвигателем постоянного тока.

Электродвигатель постоянного тока содержит корпус 1, закрытый передней 2 и задней 3 крышками. Внутри корпуса размещены: магнитопровод с двумя полюсами 4, 5, на которые надеты обмотки возбуждения 6, 7, якорь 8, установленный на самоустанавливающихся подшипниках, в пазы которого уложена обмотка, концы которой соединены с пластинами коллектора 9, графитовые щетки 10, 11, установленные на изоляционной пластине и контактирующие с пластинами коллектора. Корпус электродвигателя постоянного тока имеет дополнительный отсек 12, закрытый крышкой 13, внутри которого установлен генератор постоянного тока 14, содержащий набор плоских прямоугольных пластин 15, количество которых не ограничено и определяется только величиной тока, необходимого для питания электродвигателя, установленных симметрично и параллельно друг другу, на некотором расстоянии одна над другой, изолированных друг от друга. Каждая плоская прямоугольная пластина имеет отверстия 16 для лучшего крепления, изготовлена из металла, обладающего хорошей проводимостью, с малым сопротивлением. Весь набор плоских прямоугольных пластин опрессован пластмассой 17 и размещен между разноименными полюсами постоянных магнитов 18, 19, запрессованных в ту же пластмассу, векторы магнитной индукции которых перпендикулярны плоскостям плоских прямоугольных пластин. Кроме того, одна из входных клемм генератора постоянного тока соединена с одной из клемм клеммовой коробки, а вторая входная клемма его через ограничительный резистор 20 подключена ко второй клемме клеммовой коробки 21, закрытой крышкой 22, причем в продольном направлении положительные выводы всех плоских прямоугольных пластин генератора постоянного тока соединены в общую шину и подключены к одной из входных клемм упомянутого генератора, а отрицательные выводы упомянутых пластин также соединены в общую шину и подключены ко второй входной клемме генератора постоянного тока. В поперечном направлении те же плоские прямоугольные пластины соединены между собой так, что второй вывод предыдущей плоской прямоугольной пластины соединен с первым выводом последующей плоской прямоугольной пластины и они все образуют цепь последовательного соединения, положительный вывод которой соединен с одной из выходных клемм генератора постоянного тока, а отрицательный вывод упомянутой электрической цепи соединен со второй выходной клеммой генератора постоянного тока. Одна из выходных клемм генератора постоянного тока соединена с одним из выводов первой обмотки возбуждения электродвигателя, второй вывод которой электрически связан с первым выводом второй обмотки возбуждения, второй вывод которой соединен с одной из графитовых щеток, а вторая графитовая щетка подключена ко второй выходной клемме генератора постоянного тока.

Работа электродвигателя постоянного тока.

При включении электродвигателя постоянного тока в сеть электрический ток протекает через плоские прямоугольные пластины 15 генератора постоянного тока 14 в продольном направлении, а также через резистор 20, который ограничивает ток потребления и предотвращает короткое замыкание сети, вследствие малого сопротивления плоских прямоугольных пластин 15. При этом появляется разность потенциалов в направлении, перпендикулярном току и магнитному полю постоянных магнитов 18, 19, в поперечном направлении плоских прямоугольных пластин 15 на основании эффекта Холла. (Об эффекте Холла см. Физический энциклопедический словарь, гл. ред. Прохоров А.М. - М.: Советская энциклопедия, 1983, с.839; журнал "Наука и жизнь", №1, 1999, с.56-58). В генераторе постоянного тока 14 в поперечном направлении происходит умножение постоянного тока, так как возникающий в каждой последующей плоской прямоугольной пластине 15 ток складывается с током, который возник в предыдущей плоской прямоугольной пластине. Электродвижущая сила Uн, возникающая в одной плоской прямоугольной пластине 15 генератора постоянного тока 14 в поперечном направлении, будет зависеть от величины магнитного потока постоянных магнитов 19, 18, величины тока, протекающего через плоскую прямоугольную пластину в продольном направлении, и от толщины самой пластины. Uн=RHI/d, где R - постоянная Холла, Н - величина магнитного потока, I - величина тока, протекающего в продольном направлении, d - толщина плоской прямоугольной пластины (там же, с.839). Полученный от плоских прямоугольных пластин 15 генератора постоянного тока 14 в поперечном направлении электрический ток протекает через обмотку возбуждения 6, затем через обмотку возбуждения 7 полюсов 4, 5, далее через графитовую щетку 11, коллектор 9, через обмотку якоря 8 и через графитовую щетку 10 возвращается в генератор постоянного тока. Магнитное поле якоря взаимодействует с магнитным полем полюсов 4, 5, и якорь 8 приходит во вращение. Изменяя величину сопротивления резистора 20, можно изменять частоту вращения якоря 8. Таким образом генератор постоянного тока 14 вырабатывает ток, превосходящий ток, потребляемый от сети, подает его на электродвигатель постоянного тока, повышая его мощность и снижая потребление электроэнергии от сети.

Электродвигатель постоянного тока может быть использован там, где ограничен запас электроэнергии, например в электромобилях, инвалидных колясках с электроприводом, аккумуляторных электрокарах и погрузчиках.

Положительный эффект: экономия электроэнергии, более высокая мощность при небольшом токе потребления.

Формула изобретения

1. Электродвигатель постоянного тока, содержащий корпус с передней и задней крышками, внутри которого размещен магнитопровод с двумя полюсами и надетыми на них обмотками возбуждения, якорь, установленный в самоустанавливающихся подшипниках, в пазах которого уложена обмотка, концы которой соединены с пластинами коллектора, контактирующего с графитовыми щетками, клеммовую коробку, отличающийся тем, что корпус выполнен с дополнительным отсеком, закрытым крышкой, внутри которого размещен генератор постоянного тока, одна из входных клемм которого соединена с одной из клемм клеммовой коробки, а вторая входная клемма которого через ограничительный резистор подключена ко второй клемме клеммовой коробки, кроме того, одна выходная клемма генератора постоянного тока соединена с одним из выводов первой обмотки возбуждения электродвигателя, второй вывод которой электрически связан с первым выводом второй обмотки возбуждения, второй вывод которой соединен с одной из графитовых щеток, а вторая графитовая щетка подключена ко второй выходной клемме генератора постоянного тока.

2. Электродвигатель постоянного тока по п.1, отличающийся тем, что генератор постоянного тока выполнен в виде набора плоских прямоугольных пластин, изготовленных из металла, обладающего хорошей проводимостью с малым сопротивлением, установленных симметрично и параллельно друг другу на некотором расстоянии одна над другой, изолированных друг от друга, запрессованных в пластмассу и размещенных между разноименными полюсами постоянных магнитов, запрессованных в ту же пластмассу, векторы магнитной индукции которых перпендикулярны плоскостям плоских прямоугольных пластин, причем в продольном направлении положительные выводы всех плоских прямоугольных пластин соединены в общую шину и подключены к одной из входных клемм генератора постоянного тока, а отрицательные выводы упомянутых пластин также соединены в общую шину и подключены ко второй входной клемме генератора постоянного тока, в поперечном направлении те же плоские прямоугольные пластины соединены между собой так, что второй вывод предыдущей плоской прямоугольной пластины соединен с первым выводом последующей плоской прямоугольной пластины и они образуют цепь последовательного соединения, положительный вывод которой соединен с одной из выходных клемм генератора постоянного тока, а отрицательный вывод упомянутой электрической цепи соединен со второй выходной клеммой генератора постоянного тока.

РИСУНКИ