Электродвигатель постоянного тока
Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструированию электродвигателей постоянного тока. В предлагаемом электродвигателе постоянного тока, содержащем статор с магнитопроводами с обмотками, ротор и коллектор с щетками, согласно изобретению ротор представляет собой вал, на котором симметрично относительно друг друга закреплены два постоянных магнита, имеющих разную полярность, каждый постоянный магнит имеет С-образное поперечное сечение, магниты закреплены на валу с равными зазорами между их крайними участками, коллектор образован из пластин из электропроводного материала, установленных параллельно друг другу на валу ротора, две крайние пластины выполнены в форме колец, над каждым кольцом установлена щетка, предназначенная для взаимодействия с соответствующим кольцом, при этом первая щетка подключена к положительному выводу источника питания, а вторая щетка подключена к отрицательному выводу источника питания, между кольцами установлены четыре пары пластин, имеющих в поперечном сечении С-образный профиль (С-образные элементы), при этом каждая пара образована двумя С-образными элементами, обращенными друг к другу своими вогнутыми поверхностями и установленными с зазором «b» между их крайними участками, расположенные рядом соседние С-образные элементы установлены с зазором «а» относительно друг друга, над каждой парой С-образных элементов расположена щетка, предназначенная для взаимодействия с С-образным элементом соответствующей пары, расположенные рядом первые С-образные элементы первой и второй пары электрически соединены с разными кольцами, при этом второй С-образный элемент первой пары электрически соединен с первым С-образным элементом второй пары, а второй С-образный элемент второй пары электрически соединен с первым С-образным элементом первой пары, третья пара С-образных элементов расположена рядом со второй парой, а четвертая пара С-образных элементов расположена рядом с третьей парой, при этом первый С-образный элемент четвертой пары расположен рядом с первым С-образным элементом третьей пары, соответственно второй С-образный элемент третьей пары расположен рядом со вторым С-образным элементом четвертой пары, первый С-образный элемент третьей пары электрически соединен с тем же кольцом, что и первый С-образный элемент первой пары, а первый С-образный элемент четвертой пары электрически соединен с тем же кольцом, что и первый С-образный элемент второй пары, второй С-образный элемент третьей пары электрически соединен с первым С-образным элементом четвертой пары, а второй С-образный элемент четвертой пары электрически соединен с первым С-образным элементом третьей пары, первая и вторая пары С-образных элементов установлены на валу ротора идентично, а именно С-образные элементы расположены напротив друг друга, соответственно зазоры «b» между их крайними участками также расположены напротив друг друга, третья и четвертая пары С-образных элементов установлены на валу ротора также идентично, при этом первая и вторая пары С-образных элементов повернуты относительно С-образных элементов третьей и четвертой пары на 90°, вокруг огибающей ротора, проходящей по наружным поверхностям постоянных магнитов, равномерно размещены шихтованные магнитопроводы, закрепленные относительно станины, магнитопроводы установлены с зазором относительно друг друга и относительно постоянных магнитов, огибающая наружных поверхностей магнитопроводов имеет форму, близкую к цилиндрической, вал ротора, огибающая наружных поверхностей постоянных магнитов и огибающая наружных поверхностей магнитопроводов имеют общую ось симметрии, совпадающую с осью вращения вала ротора, статор содержит как минимум четыре магнитопровода, которые имеют Т-образную форму и размещены под углом 90° относительно друг друга, то есть крестообразно, на центральном участке каждого Т-образного магнитопровода размещена обмотка, рядом с каждым Т-образным магнитопроводом с обеих его сторон размещены П-образные магнитопроводы, обмотки двух противолежащих Т-образных магнитопроводов (расположенных под углом 180° по отношению к друг другу), соответственно первая и вторая, имеют противоположное направление, соответственно левая и правая, и соединены последовательно, при этом вход первой обмотки и выход второй обмотки электрически соединены с щетками, расположенными над первой и второй парами С-образных элементов, обмотки двух других противолежащих Т-образных магнитопроводов, соответственно третья и четвертая, также имеют противоположное направление, соответственно левая и правая, и соединены последовательно, при этом вход третьей обмотки и выход четвертой обмотки электрически соединены с щетками, расположенными над третьей и четвертой парами С-образных элементов. Технический результат - упрощение конструкции электродвигателя постоянного тока и повышение его экономичности. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструированию электродвигателей постоянного тока.
Известен электродвигатель постоянного тока по патенту РФ №2191460, содержащий статор с магнитопроводами с обмоткой и ротор с магнитопроводами на валу. В известном электродвигателе ротор выполнен без обмотки, а вращение вала обеспечивается переключением катушек обмотки статора через коллектор, при этом полярность полюсов магнитопроводов обмотки статора не меняется.
Недостатком известной конструкции электродвигателя постоянного тока является его неэкономичность.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - создание экономичного электродвигателя постоянного тока, обеспечивающего полезную работу при меньшем значении мощности.
Поставленная задача решается тем, что в электродвигателе постоянного тока, содержащем статор с магнитопроводами с обмотками, ротор и коллектор с щетками, согласно изобретению ротор представляет собой вал, на котором симметрично относительно друг друга закреплены два постоянных магнита, имеющих разную полярность, каждый постоянный магнит имеет С-образное поперечное сечение, магниты закреплены на валу с равными зазорами между их крайними участками, коллектор образован из пластин из электропроводного материала, установленных параллельно друг другу на валу ротора, две крайние пластины выполнены в форме колец, над каждым кольцом установлена щетка, предназначенная для взаимодействия с соответствующим кольцом, при этом первая щетка подключена к положительному выводу источника питания, а вторая щетка подключена к отрицательному выводу источника питания, между кольцами установлены четыре пары пластин, имеющих в поперечном сечении С-образный профиль (С-образные элементы), при этом каждая пара образована двумя С-образными элементами, обращенными друг к другу своими вогнутыми поверхностями и установленными с зазором «b» между их крайними участками, расположенные рядом соседние С-образные элементы установлены с зазором «а» относительно друг друга, над каждой парой С-образных элементов расположена щетка, предназначенная для взаимодействия с С-образным элементом соответствующей пары, расположенные рядом первые С-образные элементы первой и второй пары электрически соединены с разными кольцами, при этом второй С-образный элемент первой пары электрически соединен с первым С-образным элементом второй пары, а второй С-образный элемент второй пары электрически соединен с первым С-образным элементом первой пары, третья пара С-образных элементов расположена рядом со второй парой, а четвертая пара С-образных элементов расположена рядом с третьей парой, при этом первый С-образный элемент четвертой пары расположен рядом с первым С-образным элементом третьей пары, соответственно второй С-образный элемент третьей пары расположен рядом со вторым С-образным элементом четвертой пары, первый С-образный элемент третьей пары электрически соединен с тем же кольцом, что и первый С-образный элемент первой пары, а первый С-образный элемент четвертой пары электрически соединен с тем же кольцом, что и первый С-образный элемент второй пары, второй С-образный элемент третьей пары электрически соединен с первым С-образным элементом четвертой пары, а второй С-образный элемент четвертой пары электрически соединен с первым С-образным элементом третьей пары, первая и вторая пары С-образных элементов установлены на валу ротора идентично, а именно, С-образные элементы расположены напротив друг друга, соответственно зазоры «b» между их крайними участками также расположены напротив друг друга, третья и четвертая пары С-образных элементов установлены на валу ротора также идентично, при этом первая и вторая пары С-образных элементов повернуты относительно С-образных элементов третьей и четвертой пары на 90°, вокруг огибающей ротора, проходящей по наружным поверхностям постоянных магнитов, равномерно размещены шихтованные магнитопроводы, закрепленные относительно станины, магнитопроводы установлены с зазором относительно друг друга и относительно постоянных магнитов, огибающая наружных поверхностей магнитопроводов имеет форму, близкую к цилиндрической, вал ротора, огибающая наружных поверхностей постоянных магнитов и огибающая наружных поверхностей магнитопроводов имеют общую ось симметрии, совпадающую с осью вращения вала ротора, статор содержит как минимум четыре магнитопровода, которые имеют Т-образную форму и размещены под углом 90° относительно друг друга, т.е. крестообразно, на центральном участке каждого Т-образного магнитопровода размещена обмотка, рядом с каждым Т-образным магнитопроводом с обеих его сторон размещены П-образные магнитопроводы, обмотки двух противолежащих Т-образных магнитопроводов (расположенных под углом 180° по отношению к друг другу), соответственно первая и вторая, имеют противоположное направление, соответственно левая и правая, и соединены последовательно, при этом вход первой обмотки и выход второй обмотки электрически соединены с щетками, расположенными над первой и второй парами С-образных элементов, обмотки двух других противолежащих Т-образных магнитопроводов, соответственно третья и четвертая, также имеют противоположное направление, соответственно левая и правая, и соединены последовательно, при этом вход третьей обмотки и выход четвертой обмотки электрически соединены с щетками, расположенными над третьей и четвертой парами С-образных элементов.
Шихтованные магнитопроводы могут быть образованы из чередующихся (один через один) электропроводных и диэлектрических пластин.
Кольца и С-образные элементы целесообразно выполнить с расположенными под углом к их боковым поверхностям выступами.
Магнитопровод предназначен для локализации потока магнитной индукции, изготавливается из материала с высокой магнитной проницаемостью, а также предназначен для усиления потока магнитной индукции на определенных участках магнитного поля.
Постоянный магнит - материал, свойством которого является сохранение значительной магнитной индукции после устранения намагничивающего поля.
Таким образом, магнитопровод и постоянные магниты - разные материалы, а признак - ротор с постоянными магнитами - не является известным из патента РФ №2191460.
Постоянные магниты представляют собой два идентичных элемента с противоположной полярностью, имеющие в поперечном сечении С-образную форму. Магниты жестко закреплены относительно вала ротора. Огибающая наружных поверхностей постоянных магнитов представляет собой цилиндр. Таким образом, вал ротора и огибающая наружных поверхностей постоянных магнитов имеют общую ось симметрии, совпадающую с осью вращения вала. Лучшим вариантом будет изготовление магнитов из цельного ферромагнитного материала, но возможно изготовление магнитов путем их составления из отдельных магнитов (при больших размерах электродвигателя). Магниты установлены симметрично относительно друг друга с равными зазорами между их крайними участками. Следовательно, образованные зазоры между крайними участками магнитов также будут иметь симметричный контур (в поперечном сечении ротора). Конструкция ротора является симметричной относительно плоскости, проходящей через продольную ось симметрии вала и через центральное продольное сечение магнитов. Также конструкция ротора будет симметричной относительно плоскости, проходящей через продольную ось симметрии вала и по плоскости, равноудаленной от обращенных друг к другу крайних участков магнитов. Симметрия необходима для обеспечения балансировки ротора, исключающей биения.
Конструкция коллектора обусловлена его функцией - преобразованием постоянного тока в переменный. Коллектор установлен на валу ротора и образован из электропроводных пластин, имеющих различную форму поперечного сечения - кольца и С-образные элементы. Пластины коллектора изготавливают из любого электропроводного материала, целесообразно изготавливать их из меди.
Коллектор содержит два крайних кольца, одно из которых взаимодействует с щеткой, подключенной к положительному выводу источника постоянного тока (положительное кольцо), а другое кольцо взаимодействует с щеткой, подключенной к отрицательному выводу источника постоянного тока (отрицательное кольцо). Между кольцами параллельно относительно друг друга размещены в определенном порядке пластины, имеющие в поперечном сечении С-образный профиль (С-образные элементы), а именно, между кольцами размещены четыре пары С-образных элементов. Каждая пара образована двумя С-образными элементами, обращенными друг к другу своими вогнутыми поверхностями и установленными с зазором «b» между их крайними участками. Огибающая каждой пары С-образных элементов представляет собой окружность. Диаметры всех окружностей равны между собой и равны диаметрам крайних колец для того, чтобы обеспечить равномерную и согласованную работу двигателя, обеспечить равномерное вращение вала. С-образные элементы одной пары взаимодействуют с одной щеткой. Общее количество щеток равно шести - над двумя крайними кольцами и над каждой парой С-образных элементов. Все пары С-образных элементов установлены параллельно друг другу и параллельно кольцам. Все соседние параллельные пластины коллектора установлены с зазором относительно друг друга. Величина зазора между пластинами коллектора не имеет принципиального значения и выбирается минимально необходимой и достаточной для обеспечения изоляции пластин (чтобы не было замыкания между соседними пластинами) и для минимизации габаритов коллектора. Реально этот зазор может составлять от 1 до 2 мм (главное, чтобы не было замыкания).
Первые два расположенных рядом С-образных элемента первой и второй пары подключены к разным кольцам. При этом вторые два расположенные рядом друг с другом С-образные элементы первой и второй пары подключены следующим образом: второй С-образный элемент первой пары электрически соединен с первым С-образным элементом второй пары, а второй С-образный элемент второй пары электрически соединен с первым С-образным элементом первой пары. Первый С-образный элемент третьей пары подключен к тому же кольцу, что и первый С-образный элемент первой пары, а первый С-образный элемент четвертой пары подключен к тому же кольцу, что и первый С-образный элемент второй пары. При этом вторые два расположенные рядом друг с другом С-образные элементы третьей и четвертой пары подключены следующим образом: второй С-образный элемент третьей пары электрически соединен с первым С-образным элементом четвертой пары, а второй С-образный элемент четвертой пары электрически соединен с первым С-образным элементом третьей пары.
Первая и вторая пары С-образных элементов, расположенные рядом друг с другом, установлены на валу ротора идентично, а именно, С-образные элементы этих пар расположены напротив друг друга, соответственно зазоры между концевыми (крайними) участками С-образных элементов этих пар также расположены напротив друг друга. Третья и четвертая пары С-образных элементов, расположенные рядом друг с другом, также установлены на валу идентично (по аналогии с первыми двумя парами). При этом первая и вторая пары С-образных элементов сдвинуты относительно С-образных элементов третьей и четвертой пар на 90°. Т.е. зазоры между концевыми участками третьей и четвертой пар С-образных элементов расположены на уровне вершин (максимально высоких точек относительно концов С-образных элементов этих пар) С-образных элементов первой и второй пар. Вышеуказанное расположение С-образных элементов коллектора и их электрическое соединение между собой и с кольцами обеспечивает переключение С-образных элементов каждой пары в процессе работы в требуемом режиме.
Как уже указывалось, над каждой парой С-образных элементов установлены щетки, соответственно третья, четвертая, пятая и шестая щетки. При этом щетки, расположенные над кольцами (первая и вторая), подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам источника питания.
Щетки, расположенные над С-образными элементами, подключены каждая к соответствующим выводам обмоток статора.
Целесообразно кольца и С-образные элементы выполнять с расположенными под углом к их неработающим поверхностям конструктивными элементами - выступами (выступающими относительно неработающих поверхностей), для того, чтобы можно было жестко соединить кольца и С-образные элементы коллектора в одну конструкцию путем заливки их диэлектриком, например фторопластом. При этом залитыми во фторопласт будут именно выступающие неработающие элементы колец и С-образных элементов, оставляя незалитыми наружные торцевые поверхности колец и С-образных элементов, контактирующие с щетками.
Сборку коллектора целесообразно осуществлять в следующей последовательности. Первоначально обеспечивается требуемое электрическое соединение С-образных элементов и колец между собой. Затем кольца и С-образные элементы устанавливаются на металлическую форму с соблюдением вышеуказанных условий, а именно, первые две пары С-образных элементов, расположенных рядом параллельно друг с другом (когда мы говорим о паре С-образных элементов, для исключения двусмысленности мы имеем ввиду, что пара - это два С-образных элемента, обращенных навстречу друг другу вогнутыми поверхностями), установлены напротив друг друга и под углом 90° по отношению ко вторым двум парам С-образных элементов, установленных соответственно напротив друг друга. Кольца и С-образные элементы приклеивают к форме, чтобы они не сдвигались относительно друг друга, и всю конструкцию заливают, например, фторопластом. Затем форму удаляют. В итоге образовалась конструкция пластин коллектора (состоящая из двух крайних колец и С-образных элементов между ними), зафиксированных относительно друг друга. Образованную конструкцию из колец и С-образных элементов закрепляют на валу двигателя. Над каждой пластиной коллектора (кольцами и С-образными элементами) размещена соответствующая щетка, с которой взаимодействует соответствующая пластина коллектора.
Расположение первых двух пар С-образных элементов под углом 90° относительно вторых двух пар С-образных элементов, расположение С-образных элементов каждой пары (обращенных вогнутыми поверхностями навстречу друг другу) с зазором b между их крайними (концевыми) участками (зазор b - это расстояние между торцами крайних участков обращенных навстречу друг другу С-образных элементов) и подключение первых расположенных рядом С-образных элементов каждой пары к разным кольцам (соответственно положительному и отрицательному), все это в совокупности обеспечивает переменный характер изменения тока в обмотках статора. Величина зазора b выбирается исходя из возможности обеспечения перехода щетки с одного С-образного элемента пары на другой. Следовательно, зазор b должен быть больше ширины щетки (чтобы обеспечить такое переключение, т.е. чтобы щетка не могла находиться одновременно на двух С-образных элементах одной пары). Кроме того, ширина зазора b выбирается с учетом требуемых режимов работы двигателя, т.к. скорость переключения обмотки статора (скорость перехода щетки коллектора с одного С-образного элемента каждой пары на другой) определяет скорость вращения вала двигателя.
Ширина «с» каждой пластины коллектора (колец и С-образных элементов) не меньше ширины щетки.
Вокруг наружного периметра ротора (вокруг огибающей ротора, проходящей по наружным поверхностям постоянных магнитов) размещены шихтованные магнитопроводы, жестко закрепленные относительно станины статора. Магнитопроводы расположены максимально близко к постоянным магнитам ротора с зазором, минимально необходимым и достаточным для беспрепятственного вращения ротора с постоянными магнитами относительно магнитопроводов статора. Магнитопроводы не контактируют друг с другом. Магнитопроводы установлены вокруг огибающей ротора веерообразно, перпендикулярно ей. Чем больше магнитопроводов размещено вокруг ротора, тем более равномерным будет вращение ротора.
Наружная огибающая поверхность статора (по наружным поверхностям магнитопроводов) имеет форму, близкую к цилиндрической, что обеспечивает необходимую в заявляемой конструкции двигателя симметрию.
Четыре магнитопровода имеют Т-образную форму и размещены крестообразно относительно вала ротора, т.е. первые два Т-образных магнитопровода расположены под углом 180° относительно друг друга, два других Т-образных магнитопровода также расположены под углом 180° относительно друг друга и одновременно под углом 90° относительно первых двух магнитопроводов. Таким образом, каждый Т-образный магнитопровод расположен под углом 90° по отношению к двум ближайшим (соседним) Т-образным магнитопроводам. Все Т-образные магнитопроводы выполнены идентично.
На центральном участке каждого Т-образного магнитопровода размещена обмотка (обмотка статора).
Рядом с каждым Т-образным магнитопроводом (по обе его стороны) расположены магнитопроводы, имеющие П-образное поперечное сечение. Такая форма магнитопроводов, являющихся соседними с Т-образными магнитопроводами, обусловлена необходимостью обеспечения пространства для свободного размещения обмотки. В противном случае (при иной форме магнитопроводов, соседних с Т-образными) пространства между соседними магнитопроводами может быть недостаточно для размещения обмотки. Все П-образные магнитопроводы выполнены идентично.
Форма иных магнитопроводов не является принципиальной, главное - обеспечить симметричное крестообразное (по аналогии с расположением Т-образных магнитопроводов) расположение всех магнитопроводов относительно друг друга, а также идентичную геометрию всех крестообразно расположенных магнитопроводов для обеспечения плавного вращения вала ротора.
Магнитопроводы, расположенные между Т-образными магнитопроводами, предназначены для обеспечения свободного вращения вала ротора. Без них (в силу полной симметрии расположения Т-образных магнитопроводов) вал будет оставаться неподвижным, т.к. магнитные поля, наводимые обмоткой каждого Т-образного магнитопровода, будут уравновешивать друг друга.
Первая и вторая обмотки двух противолежащих Т-образных магнитопроводов (расположенных под углом 180° по отношению к друг другу) имеют противоположное направление, соответственно левая и правая, и соединены последовательно. При этом вход первой обмотки и выход второй обмотки электрически соединены с щетками, расположенными над первой и второй парами С-образных элементов.
Третья и четвертая обмотки двух других противолежащих Т-образных магнитопроводов также имеют противоположное направление, соответственно левая и правая, и соединены последовательно. При этом вход третьей обмотки и выход четвертой обмотки электрически соединены с щетками, расположенными соответственно над третьей и четвертой парами С-образных элементов.
Таким образом, осуществляется согласование режимов переключения С-образных элементов каждой пары с режимом вращения вала ротора.
Направление вращения вала ротора можно поменять, изменив порядок подключения выводов обмоток к щеткам или изменив направление намотки обмоток.
При подаче тока в обмотки противолежащие Т-образные магнитопроводы, на которых размещены обмотки, будут иметь противоположные полярности, соответственно положительную и отрицательную.
Для пуска двигателя подают от источника питания ток на щетки коллектора, расположенные над кольцами. Через электрическое соединение С-образных элементов с кольцами, через соответствующие щетки ток поступает в обмотки статора. Возникающий в обмотке ток взаимодействует с магнитным полем, создаваемым постоянными магнитами ротора, и на роторе возникают электромагнитные силы, приводящие ротор во вращение. Таким образом, ротор сдвигается с «мертвой» точки. При вращении вала происходит поочередная смена под каждой щеткой (с третьей по шестую) С-образных элементов каждой пары, подключенных к разным кольцам (положительному и отрицательному). Кроме того, первые две пары С-образных элементов сдвинуты относительно вторых двух пар на 90°. Все это обеспечивает переменный характер тока в обмотках статора. В результате взаимодействия тока в обмотках с магнитным полем постоянных магнитов в обмотках статора наводится эдс, создающая на валу ротора вращающий момент. Как только в обмотках статора появляется ток, вследствие явления магнитной индукции противолежащие магнитопроводы поляризуются: один положительно, а другой отрицательно, вследствие этого положительный постоянный магнит ротора будет притягиваться к отрицательному магнитопроводу, отталкиваясь при этом от положительного; отрицательный постоянный магнит ротора будет притягиваться к положительному магнитопроводу, отталкиваясь при этом от отрицательного. Таким образом осуществляется вращение вала ротора. Процесс вращения вала осуществляется по вышеуказанному принципу (положительный постоянный магнит ротора отталкивается от положительного Т-образного магнитопровода, притягиваясь к отрицательному, а отрицательный постоянный магнит ротора отталкивается от отрицательного, притягиваясь к положительному Т-образному магнитопроводу). Полярность Т-образных магнитопроводов меняется в соответствии со скоростью смены С-образных элементов коллектора под соответствующей щеткой. Перемена полярности Т-образных магнитопроводов обеспечивает поддержание вращения вала. Магнитопроводы, расположенные между четырьмя Т-образными магнитопроводами, обеспечивают свободное вращение вала ротора, поляризуясь в процессе вращения вала соответственно положительно или отрицательно.
Направление обмоток Т-образных магнитопроводов выбирают таким образом, чтобы при протекании по обмоткам статора тока они обеспечивали возникновение на валу вращающего момента одного направления (чтобы вал вращался).
Все магнитопроводы расположены вокруг ротора, при этом их наружная огибающая поверхность (проходящая по наружным торцевым поверхностям магнитопроводов, наиболее удаленным от ротора) по форме близка к цилиндрической (близка, т.к. наружные поверхности магнитопроводов сложно выполнить по радиусу, поэтому возможно выполнение наружных торцевых поверхностей магнитопроводов плоскими), при этом центральная ось симметрии вала ротора (являющаяся одновременно его осью вращения) и наружной огибающей поверхности магнитопроводов совпадают.
Конструкцию заявляемого двигателя можно облегчить за счет использования в магнитопроводах статора металлических пластин и пластин из немагнитного материала, например алюминия, установленных поочередно (одна металлическая пластина, рядом алюминиевая и т.д.).
Заявляемый электродвигатель постоянного тока является простым по конструкции и очень экономичным.
Заявляемый электродвигатель обеспечивает вращение ротора с валом весом примерно 2 кг при значениях пускового тока 0,35 А и напряжении 60 В (мощность около 21 Вт), при этом известный двигатель обеспечивает вращение ротора такой же массы при значениях пускового тока 0,45 А и напряжении 220 В (мощность около 100 Вт). Т.е. заявляемый электродвигатель постоянного тока совершает такую же работу, как прототип, при меньших значениях тока и напряжения. Правда, при этом заявляемый электродвигатель имеет несколько большие габариты, но в ситуациях, когда предпочтительной является экономия электрической энергии, использование заявляемого электродвигателя будет очень эффективным.
Заявляемый электродвигатель постоянного тока может быть использован в любых областях техники.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 схематично изображен вид спереди заявляемого электродвигателя.
На фиг.2 изображено сечение А-А ротора.
На фиг.3 изображено сечение Б-Б Т-образного магнитопровода.
На фиг.4 изображено сечение В-В П-образного магнитопровода.
На фиг.5 изображено сечение Г-Г ротора с магнитопроводами.
На фиг.6 изображена схема электрических соединений пластин коллектора с обмотками магнитопроводов.
Заявляемый электродвигатель постоянного тока содержит статор с магнитопроводами с обмотками, ротор и коллектор с щетками. Ротор представляет собой вал 1, на котором симметрично относительно друг друга закреплены два постоянных магнита 2, 3, имеющих разную полярность. Каждый постоянный магнит 2, 3 имеет С-образное поперечное сечение. Магниты 2, 3 прикреплены к валу, например, путем приклеивания. Магниты 2, 3 закреплены на валу 1 с равными зазорами между их крайними участками, которые обращены друг к другу. Магниты 2, 3 выполнены идентичными друг другу, при этом огибающая их наружных поверхностей представляет собой цилиндр. Коллектор образован из пластин из электропроводного материала, установленных параллельно друг другу на валу 1 ротора. Две крайние пластины выполнены в форме колец 4, 5. Над каждым кольцом установлена щетка 6, 7, предназначенная для взаимодействия с соответствующим кольцом. При этом первая щетка 6 подключена к положительному выводу источника питания 8, а вторая щетка 7 подключена к отрицательному выводу источника питания 8. Между кольцами 4, 5 установлены четыре пары пластин, имеющих в поперечном сечении С-образный профиль (С-образные элементы). Каждая пара образована двумя С-образными элементами, обращенными друг к другу своими вогнутыми поверхностями и установленными с зазором «b» между их крайними участками. Расположенные рядом соседние С-образные элементы установлены с зазором «а» относительно друг друга. Над каждой парой С-образных элементов расположена щетка 9, 10, 11, 12, предназначенная для взаимодействия с С-образным элементом соответствующей пары. Расположенные рядом первые С-образные элементы 13 и 14 первой и второй пары электрически соединены с разными кольцами, соответственно 4 и 5. Второй С-образный элемент 15 первой пары электрически соединен с первым С-образным элементом 14 второй пары, а второй С-образный элемент 16 второй пары электрически соединен с первым С-образным элементом 13 первой пары. Третья пара С-образных элементов расположена рядом со второй парой, а четвертая пара С-образных элементов расположена рядом с третьей парой, при этом первый С-образный элемент 18 четвертой пары расположен рядом с первым С-образным элементом 17 третьей пары, соответственно второй С-образный элемент 19 третьей пары расположен рядом со вторым С-образным элементом 20 четвертой пары. С-образный элемент 17 электрически соединен с кольцом 4, а С-образный элемент 18 электрически соединен с кольцом 5. С-образный элемент 19 электрически соединен с С-образным элементом 18 четвертой пары, а С-образный элемент 20 электрически соединен с С-образным элементом 17. Первая и вторая пары С-образных элементов установлены на валу ротора идентично, при этом первая и вторая пары С-образных элементов повернуты относительно С-образных элементов третьей и четвертой пары на 90°. Вокруг огибающей 21 ротора, проходящей по наружным поверхностям постоянных магнитов 2, 3, равномерно размещены шихтованные магнитопроводы, закрепленные относительно станины 22. Магнитопроводы установлены с зазором 23 относительно друг друга и относительно постоянных магнитов 24. Огибающая 25 наружных поверхностей магнитопроводов имеет форму, близкую к цилиндрической. Вал 1 ротора, огибающая 21 и огибающая 25 имеют общую ось симметрии 26, совпадающую с осью вращения вала 1 ротора. Статор содержит как минимум четыре магнитопровода 27, которые имеют Т-образную форму и размещены под углом 90° относительно друг друга, т.е. крестообразно. На центральном участке каждого Т-образного магнитопровода размещена обмотка 28-31. Рядом с каждым Т-образным магнитопроводом 27 с обеих его сторон размещены П-образные магнитопроводы 32. Обмотки 28, 29 двух противолежащих Т-образных магнитопроводов - первая и вторая (расположенных под углом 180° по отношению к друг другу) - имеют противоположное направление, соответственно левая и правая, и соединены последовательно. Вход обмотки 28 и выход обмотки 29 электрически соединены с щетками 9, 10, расположенными над первой и второй парами С-образных элементов. Третья и четвертая обмотки 30, 31 двух других противолежащих Т-образных магнитопроводов 27 также имеют противоположное направление, соответственно левая и правая, и соединены последовательно, при этом вход обмотки 30 и выход обмотки 31 электрически соединены с щетками 11, 12, расположенными над третьей и четвертой парами С-образных элементов.
Работа электродвигателя осуществляется при подаче напряжения на щетки 6, 7. Ток протекает по кольцам 4, 5 и через С-образные элементы 13-20 по обмоткам 28-31. В результате взаимодействия тока в обмотках 28-31 с магнитным полем постоянных магнитов 2, 3 магнитопроводы статора поляризуются. Далее работа электродвигателя осуществляется согласно вышеприведенному принципу.
1. Электродвигатель постоянного тока, содержащий статор с магнитопроводами с обмотками, ротор и коллектор с щетками, отличающийся тем, что ротор представляет собой вал, на котором симметрично относительно друг друга закреплены два постоянных магнита, имеющих разную полярность, каждый постоянный магнит имеет С-образное поперечное сечение, магниты закреплены на валу с равными зазорами между их крайними участками, коллектор образован из пластин из электропроводного материала, установленных параллельно друг другу на валу ротора, две крайние пластины выполнены в форме колец, над каждым кольцом установлена щетка, предназначенная для взаимодействия с соответствующим кольцом, при этом первая щетка подключена к положительному выводу источника питания, а вторая щетка подключена к отрицательному выводу источника питания, между кольцами установлены четыре пары пластин, имеющих в поперечном сечении С-образный профиль (С-образные элементы), при этом каждая пара образована двумя С-образными элементами, обращенными друг к другу своими вогнутыми поверхностями и установленными с зазором «b» между их крайними участками, расположенные параллельно соседние С-образные элементы установлены с зазором «а» относительно друг друга, над каждой парой С-образных элементов расположена щетка, предназначенная для взаимодействия с С-образным элементом соответствующей пары, расположенные рядом (соседние) первые С-образные элементы первой и второй пары электрически соединены с разными кольцами, при этом второй С-образный элемент первой пары электрически соединен с первым С-образным элементом второй пары, а второй С-образный элемент второй пары электрически соединен с первым С-образным элементом первой пары, третья пара С-образных элементов расположена рядом со второй парой, а четвертая пара С-образных элементов расположена рядом с третьей парой, при этом первый С-образный элемент четвертой пары расположен рядом с первым С-образным элементом третьей пары, соответственно второй С-образный элемент третьей пары расположен рядом со вторым С-образным элементом четвертой пары, первый С-образный элемент третьей пары электрически соединен с тем же кольцом, что и первый С-образный элемент первой пары, а первый С-образный элемент четвертой пары электрически соединен с тем же кольцом, что и первый С-образный элемент второй пары, второй С-образный элемент третьей пары электрически соединен с первым С-образным элементом четвертой пары, а второй С-образный элемент четвертой пары электрически соединен с первым С-образным элементом третьей пары, первая и вторая пары С-образных элементов установлены на валу ротора идентично, а именно С-образные элементы расположены напротив друг друга, соответственно зазоры «b» между их крайними участками также расположены напротив друг друга, третья и четвертая пары С-образных элементов установлены на валу ротора также идентично, при этом первая и вторая пары С-образных элементов повернуты относительно С-образных элементов третьей и четвертой пары на 90°, вокруг огибающей ротора, проходящей по наружным поверхностям постоянных магнитов, равномерно размещены шихтованные магнитопроводы, закрепленные относительно станины, магнитопроводы установлены с зазором относительно друг друга и относительно постоянных магнитов, огибающая наружных поверхностей магнитопроводов имеет форму, близкую к цилиндрической, вал ротора, огибающая наружных поверхностей постоянных магнитов и огибающая наружных поверхностей магнитопроводов имеют общую ось симметрии, совпадающую с осью вращения вала ротора, статор содержит как минимум четыре магнитопровода, которые имеют Т-образную форму и размещены под углом 90° относительно друг друга, т.е. крестообразно, на центральном участке каждого Т-образного магнитопровода размещена обмотка, рядом с каждым Т-образным магнитопроводом с обеих его сторон размещены П-образные магнитопроводы, обмотки двух противолежащих Т-образных магнитопроводов (расположенных под углом 180° по отношению к друг другу), соответственно первая и вторая, имеют противоположное направление, соответственно левая и правая, и соединены последовательно, при этом вход первой обмотки и выход второй обмотки электрически соединены с щетками, расположенными над первой и второй парами С-образных элементов, обмотки двух других противолежащих Т-образных магнитопроводов, соответственно третья и четвертая, также имеют противоположное направление, соответственно левая и правая, и соединены последовательно, при этом вход третьей обмотки и выход четвертой обмотки электрически соединены с щетками, расположенными над третьей и четвертой парами С-образных элементов.
2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что шихтованные магнитопроводы образованы из чередующихся (один через один) электропроводных и диэлектрических пластин.
3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что кольца и С-образные элементы выполнены с расположенными под углом к их боковым поверхностям выступами.
