RU2316881C2 - Electric motor based on constant magnets - Google Patents

Abstract

FIELD: electric engineering, namely - electric machines.

SUBSTANCE: invention claims new design of collector multi-pole constant current electric motor, which uses constant magnets in stator, which require no electric power, having minimal number of brushes as opposed to multi-brush analog, namely two brushes for any even number of stator poles. In accordance to the invention, in electric motor, containing stator, and also rotor with open or closed winding, having contacts connected to collector and brushes, the stator is made multi-pole and uses constant magnets, and collector represents two contact systems on non current-conductive base, mutually isolated and enclosed in each other in such a way, that during rotation of rotor from contact to collector contact direction of current in rotor winding changes to reverse by means of two brushes, which may touch any pair of collector contacts of various aforementioned systems, where the start of rotor winding is connected to one system of collector contacts, end of rotor winding is connected to another system of collector contacts, and a "false" contact is present between each pair of contacts of aforementioned systems, which is not connected to rotor winding to prevent shorting of two contacts of different polarity by one brush, while stator does not require power. A working experimental model exists, which fits well with balance wheel rotation theory. Rotor diameter 20 cm. Rotor weight 3,5 kg, and it is mainly positioned around its outside circle. Rotor rotation speed 3 revolutions per second. Power consumption of 50 Wt. Voltage, fed into winding, of 12 volts. Current intensity of 4 amperes.

EFFECT: due to aforementioned new features and special design of collector the electric motor has better efficiency compared to analogs.

2 dwg

Description

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.The invention relates to a product of the electrical industry, namely to a DC collector electric motor containing a stator, rotor, collector, brushes carrying voltage in the windings of the electromagnets of the stator and rotor.

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.The interaction of the electromagnetic fields of the stator and rotor ensures the rotation of the rotor inside the stator relative to its electromagnets. The axis of rotation passes through the centers of the stator and rotor and is rigidly connected to the latter.

Описание аналога изобретения в статике.Description of the analogue of the invention in statics.

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.The drawing of such an electric motor is shown in Fig. 9.1 / a / and / b / of the chapter of the ninth p. 342 of the electrical engineering textbook for 1985 by Borisov Yu.M., Lipatova DN and Zorina Yu.N.

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.From the drawing and the text it can be seen that the winding of the electromagnets of the rotor is a series-connected sections consisting of sheet metal cores with copper wire wound on them with thermal insulation.

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.The stator contains two main poles / also electromagnets /. The conclusions from the sections of the rotor winding are connected to a collector fixed to the axis, which is a cylinder consisting of copper plates / contacts / isolated from each other.

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.Two outputs of the winding are suitable for each collector plate - the “beginning” and “end” of two adjacent sections of the rotor winding. Graphite brushes located in special brush holders are pressed against the collector using springs.

Представленный электромотор может служить аналогом предлагаемому мной электромотору на постоянных магнитах.The presented electric motor can serve as an analogue of the permanent magnet electric motor that I propose.

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.The disadvantages of the analogue are low power torque / only two electromagnets in the stator / and high consumption of electric energy / two sources of consumption of the stator and rotor /. If we take, for example, a multi-pole analogue / there is one such /, then the latter will have many brushes that will create additional friction, i.e. weaken the rotation. Therefore, the task arose to come up with such a change in the design of the analogue so that the number of brushes was minimal, i.e. two, and the number of stator poles is the maximum for a given stator diameter and so that the stator does not consume electrical energy.

Поэтому прототипом моего электромотора, предлагаемого как изобретение, может служить многополюсный аналог, у которого в статоре переменный магнитопровод выполнен постоянными магнитами /феромагниты/.Therefore, the prototype of my electric motor, proposed as an invention, can be a multi-pole analogue, in which the variable magnetic core in the stator is made with permanent magnets / pheromagnets /.

Но как уменьшить количество щеток до двух в многополюсном электромоторе?But how to reduce the number of brushes to two in a multi-pole electric motor?

Описание работы аналога в динамикеDescription of the analogue in dynamics

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.In the considered analog p.342 - two brushes. They divide the rotor winding into two halves. In each half there are several sections of electromagnets. One half of the sections is powered by the “+” voltage with the end of the sections, the other half of the sections is powered by the “+” voltage from the beginning of the sections. Therefore, the entire rotor winding is a bipolar electromagnet.

Полюс N статора отталкивает N ротора, S статора отталкивает S ротора.The pole N of the stator repels the N rotor, S stator repels the S rotor.

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.After 180 degrees of rotation, the polarity of the rotor winding sections is reversed. Half of the winding that represented pole N becomes pole S, the other half of the winding that was pole S becomes pole N and rotation continues.

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.If the analog is multipolar, then each pair of brushes provides a polarity reversal of its section. To do this, the brushes should be pressed in the following order to the collector: “+ - + - - + -”, etc. according to alternating stator poles.

Обмотка ротора аналога замкнута. Конец соединен с началом.The winding of the analog rotor is closed. The end is connected to the beginning.

Выводы секций идут на пластины коллектора.The conclusions of the sections go to the collector plates.

В чем же должно заключаться изменение коллектора, чтобы всего две щетки могли управлять переполюсовкой секций.What should be the change in the collector so that only two brushes can control the polarity reversal of the sections.

Это будет основным признаком моего технического предложения.This will be the main feature of my technical proposal.

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.1. The collector plates must be two systems. The system of the beginning of the winding - 1 and the system of the end of the winding - 2 (see figure 1). The winding itself must be open. Its beginning is connected to system 1, its end is connected to system 2 or vice versa.

Пластины системы 1 соединены между собой медным обручем.The plates of system 1 are interconnected by a copper hoop.

Пластины системы 2 соединены между собой медным обручем.The plates of system 2 are interconnected by a copper hoop.

Но с каждой секцией и в том, и другом случае они не соединены.But they are not connected to each section in either case.

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.The location of the copper plates is seen in figure 1. They represent, as it were, two ridges, having the shape of a cylinder, nested in each other. The contacts of the beginning and end of the winding alternate.

Описание динамики работы предложенного изобретенияDescription of the dynamics of the proposed invention

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 «-».From the indicated arrangement of the collector plates it follows that the collector will itself change the direction of the current in the rotor winding at all poles at once during its rotation from one pair of stator poles to another. The brush “+” will supply current to the beginning of the winding, then to the end of it. The "-" brush will do the same.

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.2. In order for the rotor to rotate within a single pair of permanent stator magnets, it is necessary to observe the sequence of changing the direction of winding of the sections when winding the wires on the rotor sections. For example, clockwise wind the first section, counterclockwise, the second, clockwise - the third, etc. The number of poles / sections / rotor is equal to the number of poles of the stator.

Целью предлагаемого изобретения является создание более оптимального электромагнита как в смысле электротехническом, так и в смысле технологическом.The aim of the invention is the creation of a more optimal electromagnet both in the sense of electrical and in the sense of technology.

Из приведенного описания следует, что выигрыш налицо.From the above description it follows that the gain is obvious.

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.Minimum friction - from two brushes and maximum force - rotation from a multi-pole design. Energy consumption will be reduced by half, and the power on the shaft will increase. This means that the efficiency will be greater.

Вторая цель изобретения - это технология изготовления.The second objective of the invention is manufacturing technology.

Экономия железа за счет пластмассового корпуса.Saving iron through a plastic case.

Разборность и свободный доступ к элементам конструкции, возможность ее ремонта, профилактика и настройка на различимые режимы ее работы.Clarity and free access to structural elements, the possibility of its repair, prevention and adjustment to distinguishable modes of its operation.

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.Design features of the proposed electric motor (see figure 2) are in good agreement with the theory of rotation of the flywheels. The moment of inertia helps the rotation and is an additional source of energy. Since the weight of the rotor is mainly on the outer rim.

Claims (1)

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.An electric motor containing a stator, an open or closed winding rotor having terminals to the collector and brushes, characterized in that the stator is multi-pole with permanent magnets, and the collector is two contact systems on a non-conductive base, isolated from each other and nested each other so that when the rotor rotates from contact to the collector contact, the current direction in the rotor winding reverses with two brushes that can touch any pair of collector contacts different in the aforementioned systems, with the beginning of the rotor winding connected to one collector contact system, the end of the rotor winding connected to another collector contact system, and between each pair of contacts of the mentioned systems there is a “false” contact not connected to the rotor winding to prevent two different contacts from closing with one brush polarity, while the stator does not require energy.

Images