close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY1743

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 1743
(13)
C1
6
(51) H 02K 23/00,
(12)
B 60K 7/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
ЭЛЕКТРОКОЛЕСО
(54)
(21) Номер заявки: 81
(22) 12.01.1993
(46) 30.09.1997
(71) Заявитель: Федотов В. Д. (BY)
(72) Автор: Федотов В. Д. (BY)
(73) Патентообладатель: Федотов Василий Дмитриевич
(BY)
(57)
Электроколесо, содержащее магнитопроводы в обмотках, укрепленные на опорном элементе в якорь и на
удерживающем устройстве - в индуктор, щеточно-коллекторный узел, снабженный приспособлением смещения
нейтрали, отличающееся тем , что магнитопроводы в обмотках укреплены средней частью на опорном элементе и на удерживающем устройстве, щеточно-коллекторный узел расположен концентрично якорю и индуктору, а приспособление смещения нейтрали выполнено электромагнитным в виде постоянных магнитов,
установленных на кольцевом щеткодержателе с возможностью взаимодействия с полюсными наконечниками
индуктора.
(56)
Патент германии 54312, МКИ 21, 1989 (прототип)
Фиг. 1
Фиг. 2
Изобретение относится к области многополюсных электрических машин, как постоянного тока с механической коммутацией, так и переменного тока, выполненных для работы в режиме генератора электрической энергии или электродвигателя. Первоначальная область использования изобретения предусматривается как тяговый
электродвигатель для привода в движение уличного транспорта - в частности, и безрельсового транспорта - вообще, путем установки электродвигателя в обод ведущего колеса, так как электродвигатель с
многополюсным индуктором обладает большим вращающим моментом и малой скоростью вращения
якоря.
BY 1743 C1
Только электродвигатель, равный по форме и по весу колесу и по кпд - не ниже описанных [1-10]
электрических машин, может дать толчок к массовому применению электротяги на безрельсовом
транспорте.
Известные конструкции электродвигателей [1-10], приведенные в конце описания, в основном предназначенные для привода в движение безрельсового транспорта. Так, электродвигатели [1-3], применялись раньше
или работают сейчас с понижающими редукторами, как встроенными в обод колеса, так и вынесенными из
обода. Дисковый безредукторный [4], его практическое применение неизвестно. С ферромагнитной жидкостью,
в качестве силового тела [5], на практике может встретиться в будущем. Электродвигатель [6], безредукторный
встроенный в обод колеса, и электродвигатель [7], представляющий совокупность полюсов когтеобразного с
зубчатым и двухпетлевой многоугольной магнитной цепью, - возможно находят узкое применение в Америке.
Электродвигатель [8], с соосно расположенным кольцевым коллектором и электродвигатель [9], помещаемый в
ступицу /по-видимому, “лунохода”/, также до настоящего времени не получили массового применения на уличном транспорте. Хотя первый из них [8] имеет достоинство в том, что диаметр его коллектора, совпадающий по
конструкции с заявленным, сравнялся с диаметром якоря, так как стремление его к равенству с диаметром якоря видно на всех тяговых электродвигателях. Что же касается электродвигателя [10], предназначавшегося также
для привода в движение уличного транспорта, то он давно заброшен и позабыт, хотя имеет достоинство по части простых не разветвленных магнитных цепей, малой скоростью вращения индуктора и большим вращающим
моментом, помещением магнитопроводов в обмотку, а не наоборот, как это имеет место в широко распространенных электрических машинах с барабанным якорем.
Известная конструкция электроколеса, выбранная в качестве прототипа, является электрическая машина
[10], описанная в Германском патенте, содержащая простые неразветвляющиеся магнитные цепи, выполненные из прямоугольных магнитопроводов в обмотках укрепленных за концы винтами между двух опорных колец в якоре, и между двух удерживающих шайб в индукторе; соосно с ними расположенный щеточноколлекторный узел, коллектор которого снабжен ручкой смещения нейтрали.
Недостатками известной конструкции [10] являются:
- непостоянная площадь поперечного сечения канала магнитопровода, не полностью магнитопроводы
помещены в обмотку, повышенная длина магнитной цепи вследствие прямоугольности их формы, обусловленной креплением их винтами;
- малая контактная площадь коллектора, значительная длина проводников между коллектором и обмотками магнитопроводов якоря, из-за соосного расположения коллектора, и ручное смещение нейтрали;
- большой осевой размер электрической машины;
- наличие пульсирующего вращающего момента, вызванного повышенной плотностью магнитного потока, выражающегося значительными колебаниями магнитного сопротивления в рабочем воздушном зазоре,
приводящее к искажению кривой формы магнитного потока из-за разделенности магнитной цепи на самостоятельные не связанные друг с другом простые магнитные цепи.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в том, чтобы в полном объеме
использовать в электроколесе свойство магнитного поля и электрического тока путем:
- уменьшения длины магнитных цепей и неактивных проводников в якоре;
- округления формы каналов магнитных цепей и помещения магнитопроводов полностью в однослойную
обмотку;
- увеличения контактной поверхности коллектора и сокращения осевых размеров электроколеса;
- создания устройства автоматического смещения нейтрали;
- уменьшение колебания магнитного сопротивления в воздушном зазоре.
Поставленная задача в электроколесе решена методом:
- применения полукруглых магнитопроводов в обмотках, укрепленных средней частью на одном опорном
кольце - в якоре и на удерживающих спицах - в индукторе;
- концентрического расположения щеточно-коллекторного узла;
- применения постоянных магнитов для автоматического смещения нейтрали;
- смещения полюсов магнитопроводов одной стороны якоря в ту или другую сторону, относительно
противоположно находящихся полюсов индуктора. Бесследно устраняется пульсирующий момент нечетным отношением числа магнитопроводов якоря к числу магнитопроводов индуктора, например как
2,5:1, и применением двухрядного коллектора.
КПД вращающейся электрической машины с магнитопроводами, уложенными в обмотку выше тех машин, в которых обмотка уложена в магнитопровод, так как в первой магнитопровод окружен обмоткой со
всех четырех сторон и магнитному потоку нет условий замкнуться минуя воздушный зазор, в то время как во
второй бесполезно замыкается теоретически до 25% магнитного потока, создаваемого проводником, лежащем в пазу магнитопровода. Так что для работы в электроколесе барабанный якорь хуже кольцевого.
Новое крепление полукруглых магнитопроводов в якоре и индукторе позволяет поместить их в обмотку
целиком от полюса до полюса, форму магнитной цепи сделать круглой без резких поворотов, толчков и завихрений; делать обмотку однослойной, увеличивая этим количество ампервитков; дает возможность ис2
BY 1743 C1
пользовать опилки, стружки, обрывки стальных канатов и прочие стальные обрезки для изготовления магнитопроводов якоря. Полукруглые магнитопроводы технологичнее в изготовлении, чем прямоугольные. Многополюсность индуктора позволяет отказаться набирать магнитопроводы из стальных листов.
Из элементарной электротехники известно свойство магнитного поля - иметь состояние расположения
магнитных сил круглое по форме, а также свойство электрического тока - выталкиваться из магнитного поля
и спирально навиваться на магнитный поток, или физическим языком [11, стр. 164] “Траектории могут стремиться к предельному циклу или к незамкнутой намотке на торе, но могут вести себя совершенно по иному сложно и запутанно”.
Автор книги [12] подробно расписывает магнитные потери во вращающихся электрических машинах, а
на стр. 7 показывает графически беспотерьную схему преобразования электрической энергии и на стр. 22 в
первом абзаце отмечается ее “хорошие эксплуатационные характеристики”, но нигде не упоминается о возможности ее использования практически в электрической машине.
Неслучайно близким к изобретению техническим решением оказался такой древний прототип [10], критикуемый современной литературой за “кольцевой якорь”, “многополюсность индуктора”, “высокую частоту
перемагничивания” и другие “недостатки” на стр. 95 и 345 [13], стр. 54 [14], стр. 26 [15].
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид электроколеса сбоку, на
фиг. 2 - электроколесо в разрезе по линии А-А, на фиг.3 - электроколесо в разрезе по линии Б-Б, на фиг.4 показан якорь, вид сбоку, обозначен вырыв опрессовочного материала для уяснения местоположения петушков
ламелей, на фиг.5 - якорь в разрезе по линии В-В, на фиг.6 показан кольцевой щеткодержатель, состоящий
из трех сегментов 17, вид сбоку, на фиг.7 - щеткодержатель в разрезе по линии Г-Г, на фиг.8 показана электрическая схема с трехсекционными обмотками магнитопроводов 8 якоря, обмотками магнитопроводов 6
индуктора, коллектором 9 и щетками 11.
Электроколесо содержит: cостоящий из двух подшипниковых щитов вращающийся на оси 3 корпус 1 с
отверстиями 2 для осмотра и вентиляции, пустотелую ось 3 с отверстиями 4 в полость, и спицами 5 удерживающими магнитопроводы 6 индуктора; опорное кольцо 7 магнитопроводов 8 якоря, с коллектором 9;
скользящий кольцевой щеткодержатель 10 со щетками 11, щетконажимной резиной 12 и постоянными магнитами 13.
Якорь, фиг.4 и 5, состоит из опорного кольца 7, выполненного например из дерева, магнитопроводов 8, с
трехсекционными обмотками присоединенными к петушкам 16 ламелей, и ламелей коллектора 9. Детали
якоря в собранном виде, фиг.4 и 5, опрессованы в монолитный кольцевой якорь, например эпоксидной смолой с полимернотекстильным наполнителем. По всей наружной поверхности опрессовки магнитопроводов 8,
якорь плотно обжимается корпусом 1, как это видно на фиг.2 и 3, чем и обеспечивается защита якоря от разрыва и проворачивания в корпусе. В сборе якорь с корпусом составляют наружный ротор электроколеса.
Пустотелая ось 3, со спицами 5 и магнитопроводами 6 в обмотках, составляют индуктор и одновременно являются статором электроколеса.
Скользящий щеткодержатель состоит из трех сегментов 17 совершенно одинаковых, показанный на фиг.6
и 7, каждый сегмент 17 имеет по четыре гнезда для щеток 11, канал 14 для щетконажимной резины 12, хорошо виден на фиг.3 и 7, и по два постоянных магнита 13. Сегменты 17 щеткодержателя со щетками 11 свободно укладываются на обмотки магнитопроводов индуктора одноименными полюсами постоянных
магнитов 13 в одну и взаимодействуют с полюсными наконечниками 15 магнитопроводов 6 индуктора.
Щетконажимная резина 12 в канале 14 на концах сегментов 17 надежно закрепляется. Многощеточность
конструкции обеспечивает токопровод резиновым нажимом на щетки.
Электроколесо работает на принципе использования сил магнитного потока по выравниванию формы
магнитной цепи и сокращению ее длины, искривляемой при помощи механической коммутации. Поэтому в
электроколесе все силы магнитного потока расходуются только в воздушном зазоре, на всех других участках
магнитной цепи, как видно на фиг.2 и 3, потери магнитной энергии на резкие повороты, толчки и завихрения
конструктивным решением - устранены.
Электроэнергия на обмотки индуктора подается по проводам так же пропущеным в полость через пустотелую ось 3 и отверстия в ней 4, как это схематически показано на фиг.8.
Автоматическое смещение нейтрали достигается путем смещения щеткодержателя 10 со щетками 11, см.
фиг.1, 3, 6, 7, в ту или другую сторону до упора постоянных магнитов 13 в полюсные наконечники 15, как
это видно на фиг.1. При изменении полярности полюсов магнитопроводов 6 индуктора, например для изменения направления вращения электроколеса, постоянные магниты, отталкиваясь от одноименных и притягиваясь к разноименным полюсам, перемещают щеткодержатель через геометрическую нейтраль, вместе со
щетками 11, навстречу движения якоря.
Источники информации:
1. А.с. СССР 156852, МКИ В62d, 1963.
2. А.с. СССР 197413, МКИ В62d, 1967.
3. А.с. СССР 268193, МКИ В60К, 63 С, 1/01, 1970.
4. А.с. СССР 628008, МКИ В60К, 7/00, 1978.
3
BY 1743 C1
5. А.с. СССР 1110063, МКИ В60К, 7/00, 1983.
6. Патент США 2.581.551,1952.
7. Патент США 3.548.965, МКИ В60К, 7/00, 1970.
8. Патент Франции 2.068.109, МКИ В60К, 7/00, 1971.
9. Заявка Франции 2.264.675, МКИ В60К, 7/00, 1975.
10. Германский патент 54312, МКИ 21, 1989.-прототип.
11. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика.Т.6 Гидродинамика.-М.:Наука, 1986.-С.164.
12. Иванов-Смоленский А. В.Электрические машины.-М.: Энергия, 1980.-С. 7, 22, 319-327.
13. Сергеев, Виноградов, Горяинов. Проектирование электрических машин.-М.: Энергия, 1969.-С. 95-97,
345.
14. Костенко, Пиотровский. Электрические машины.-Л., 1972.-С.54.
15. Ермолин. Электрические машины.-М.: 1975.-C.25.
Фиг. 3
Фиг. 5
Фиг. 4
Фиг. 6
Фиг. 7
4
BY 1743 C1
Фиг. 8
Cоставитель Е. В. Федоров
Редактор В.Н. Позняк
Корректор Т.Н. Никитина
Заказ 2041
Тираж 20 экз.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
287 Кб
Теги
by1743, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа