Электрический мотор на постоянных магнитах

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам. Предлагается новая конструкция коллекторного многополюсного электромотора постоянного тока, который использует в статоре постоянные магниты, не требующие электропитания, который имеет в отличие от многощеточного аналога минимальное количество щеток, а именно две при любом четном количестве полюсов статора. Сущность изобретения состоит в том, что в электрическом моторе, содержащем статор, а также ротор с разомкнутой или замкнутой обмоткой, имеющей выводы на коллектор и щетки, согласно данному изобретению статор выполнен многополюсным на постоянных магнитах, а коллектор представляет собой две системы контактов на не проводящем ток основании, изолированные друг от друга и вложенные друг в друга так, что при повороте ротора от контакта к контакту коллектора направление тока в обмотке ротора меняется на обратное с помощью двух щеток, которые могут прикасаться к любой паре контактов коллектора разных вышеупомянутых систем, причем начало обмотки ротора соединено с одной системой контактов коллектора, конец обмотки ротора соединен с другой системой контактов коллектора, а между каждой парой контактов упомянутых систем имеется «ложный» контакт, не присоединенный к обмотке ротора для исключения замыкания одной щеткой двух контактов разной полярности, при этом статор не требует энергии. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в том, что за счет указанных нововведений и специальной конструкции коллектора электромотор имеет лучший по сравнению с аналогами КПД (коэффициент полезного действия). В настоящее время создана работающая экспериментальная модель, которая хорошо согласуется с теорией вращения маховиков. Диаметр ротора 20 см. Вес ротора 3,5 кг. Он в основном расположен по внешней его окружности. Скорость вращения ротора 3 оборота в секунду. Потребляемая мощность 50 Вт. Напряжение, подаваемое в обмотку, 12 вольт. Сила тока 4 ампера. 2 ил.

 

Изобретение относится к изделию электротехнической промышленности, а именно к коллекторному электромотору постоянного тока, содержащему статор, ротор, коллектор, щетки, несущие напряжение в обмотки электромагнитов статора и ротора.

Взаимодействие электромагнитных полей статора и ротора обеспечивает вращение ротора внутри статора относительно его электромагнитов. Ось вращения проходит через центры статора и ротора и жестко соединена с последним.

Описание аналога изобретения в статике.

Чертеж такого электромотора изабражен на рис.9.1 /а/ и /б/ главы девятой стр.342 учебника электротехники за 1985 г. авторов Борисова Ю.М., Липатова Д.Н. и Зорина Ю.Н.

Из чертежа и текста видно, что обмотка электромагнитов ротора представляет собой последовательно соединенные секции, состоящие из сердечников из листового железа с намотанным на них медным проводом с термической изоляцией.

Статор содержит два главных полюса /тоже электромагниты/. Выводы от секций обмотки ротора присоединены к закрепленному на оси коллектору, который представляет собой цилиндр, состоящий из медных пластин /контактов/, изолированных друг от друга.

К каждой пластине коллектора подходят два выводы обмотки - «начало» и «конец» двух соседних секций обмотки ротора. К коллектору с помощью пружин прижимаются графитные щетки, находящиеся в специальных щеткодержателях.

Представленный электромотор может служить аналогом предлагаемому мной электромотору на постоянных магнитах.

Недостатками аналога является малой силы крутящий момент /только два электромагнита в статоре/ и большое потребление электрической энергии /два источника потребления статор и ротор/. Если взять, например, многополюсный аналог /такой тоже есть/, то у последнего будет много щеток, которые создадут дополнительное трение, т.е. ослабят вращение. Поэтому встала задача, придумать такое изменение в конструкции аналога, чтобы число щеток было минимальным, т.е. две, а число полюсов статора максимальным для данного размера диаметра статора и чтобы статор не потреблял бы электрической энергии.

Поэтому прототипом моего электромотора, предлагаемого как изобретение, может служить многополюсный аналог, у которого в статоре переменный магнитопровод выполнен постоянными магнитами /феромагниты/.

Но как уменьшить количество щеток до двух в многополюсном электромоторе?

Описание работы аналога в динамике

В рассмотренном аналоге стр.342 - две щетки. Они делят обмотку ротора на две половины. В каждой половине - несколько секций электромагнитов. Одна половина секций питается напряжением «+» с концом секций, другая половина секций питается напряжением «+» с начала секций. Поэтому вся обмотка ротора представляет собой двухполюсной электромагнит.

Полюс N статора отталкивает N ротора, S статора отталкивает S ротора.

Через 180 градусов вращения происходит переполюсовка секций обмотки ротора. Половина обмотки, которая олицетворяла полюс N, становится полюсом S, другая половина обмотки, которая была полюсом S, становится полюсом N и вращение продолжается.

Если аналог многополюсный, то каждая пара щеток обеспечивает переполюсовку своей секции. Для этого щетки должны прижиматься в следующей очередности к коллектору: «+-+-+-» и т.д. соответственно чередованию полюсов статора.

Обмотка ротора аналога замкнута. Конец соединен с началом.

Выводы секций идут на пластины коллектора.

В чем же должно заключаться изменение коллектора, чтобы всего две щетки могли управлять переполюсовкой секций.

Это будет основным признаком моего технического предложения.

1. Пластины коллектора должны представлять собой две системы. Система начала обмотки - 1 и система конца обмотки - 2 (см. фиг.1). Сама обмотка должна быть разомкнута. Начало ее присоединяется к системе 1, конец ее присоединяется к системе 2 или наоборот.

Пластины системы 1 соединены между собой медным обручем.

Пластины системы 2 соединены между собой медным обручем.

Но с каждой секцией и в том, и другом случае они не соединены.

Расположение медных пластин видно на фиг.1. Они представляют собой как бы два гребня, имеющие форму цилиндра, вложенные друг в друга. Контакты начала и конца обмотки чередуются.

Описание динамики работы предложенного изобретения

Из указанного расположения пластин коллектора следует, что коллектор сам будет менять направление тока в обмотке ротора по всем полюсам сразу при своем вращении от одной пары полюсов статора к другой. Щетка «+» будет подавать ток то в начало обмотки, то в конец ее. То же самое будет делать и щетка «-».

2. Чтобы осуществлялось вращение ротора в пределах отдельно взятой пары постоянных магнитов статора, необходимо первоначально при намотке провода на секции ротора соблюдать очередность изменения направления намотки секций. Например, по часовой стрелке мотать первую секцию, против часовой стрелки, вторую, по часовой - третью и т.д. Число полюсов /секций/ ротора равно числу полюсов статора.

Целью предлагаемого изобретения является создание более оптимального электромагнита как в смысле электротехническом, так и в смысле технологическом.

Из приведенного описания следует, что выигрыш налицо.

Минимальное трение - от двух щеток и максимальное усилие - вращение от многополюсной конструкции. Потребление энергии сократится вдвое, а мощность на валу увеличится. Это значит, что коэффициент полезного действия будет больше.

Вторая цель изобретения - это технология изготовления.

Экономия железа за счет пластмассового корпуса.

Разборность и свободный доступ к элементам конструкции, возможность ее ремонта, профилактика и настройка на различимые режимы ее работы.

Конструктивные особенности предложенного электромотора (см. фиг.2) хорошо согласуются с теорией вращения маховиков. Момент инерции помогает вращению и является дополнительным источником энергии. Поскольку вес ротора в основном находится на внешнем ободе.

Электрический мотор, содержащий статор, ротор с разомкнутой или замкнутой обмоткой, имеющей выводы на коллектор и щетки, отличающийся тем, что статор выполнен многополюсным на постоянных магнитах, а коллектор представляет собой две системы контактов на не проводящем ток основании, изолированные друг от друга и вложенные друг в друга так, что при повороте ротора от контакта к контакту коллектора направление тока в обмотке ротора меняется на обратное с помощью двух щеток, которые могут прикасаться к любой паре контактов коллектора разных вышеупомянутых систем, причем начало обмотки ротора соединено с одной системой контактов коллектора, конец обмотки ротора соединен с другой системой контактов коллектора, а между каждой парой контактов упомянутых систем имеется «ложный» контакт, не присоединенный к обмотке ротора для исключения замыкания одной щеткой двух контактов разной полярности, при этом статор не требует энергии.