RU89301U1 - MAGNETODYNAMIC MOTOR WITH NON-CONTACT COMMUNICATION - Google Patents

Abstract

1. Магнитодинамический двигатель с бесконтактной коммутацией, содержащий источник постоянного тока, статор с равномерно расположенными по его окружности соленоидами, ротор с постоянными магнитами и распределительный коллектор, отличающийся тем, что соленоиды соединены с источником постоянного тока параллельно, постоянные магниты соединены между собой одноименными полюсами, при этом двигатель дополнен закрепленным на статоре оптическим датчиком и взаимодействующими с ним светоотражающими полосами на роторе, а распределительный коллектор выполнен в виде электронных ключей, включенных в цепь питания соленоидов и управляемых через микропроцессор сигналами с оптического датчика. ! 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что длина каждого соленоида равна длине постоянного магнита.1. A non-contact switching magnetodynamic motor containing a direct current source, a stator with solenoids evenly spaced around its circumference, a rotor with permanent magnets and a distribution manifold, characterized in that the solenoids are connected in parallel with the direct current source, the permanent magnets are connected by the same poles, the engine is supplemented by an optical sensor fixed to the stator and reflective bands on the rotor interacting with it, and the distribution count Héctor is in the form of electronic keys included in the power circuit and solenoid controlled through microprocessor signals from the optical sensor. ! 2. The engine according to claim 1, characterized in that the length of each solenoid is equal to the length of the permanent magnet.

Description

Полезная модель касается конструкции электродвигателей постоянного тока и может быть использована в качестве мотор-колес на транспорте или иных областях техники.The utility model relates to the design of DC motors and can be used as motor wheels in transport or other areas of technology.

Известен встроенный электродвигатель (WO 93/08999, 13.05.93), содержащий две основные части: неподвижный статор, закрепленный на оси и имеющий магнитопровод с постоянными магнитами, размещенными равномерно, и подвижный ротор, несущий обод и содержащий по крайней мере две группы электромагнитов, а также распределительный коллектор, закрепленный на статоре и имеющий токопроводящие пластины, соединенные с источником постоянного тока. На роторе закреплены токосъемники, имеющие электрический контакт с пластинами распределительного коллектора.A built-in electric motor is known (WO 93/08999, 05/13/93), which contains two main parts: a fixed stator fixed on an axis and having a magnetic circuit with permanent magnets arranged uniformly, and a movable rotor bearing a rim and containing at least two groups of electromagnets, and also a distribution manifold mounted on the stator and having conductive plates connected to a direct current source. On the rotor are fixed current collectors having electrical contact with the plates of the distribution manifold.

Однако описанный электродвигатель и его разновидности имеют ряд недостатков, главный из которых заключается в необходимости больших пусковых и переходных токов при начале движения и ускорении транспортного средства. Это приводит к быстрому износу и порче аккумуляторов и ухудшению теплового режима. Также названные электродвигатели имеют низкий крутящий момент, что существенно ограничивает область их практического использования.However, the described electric motor and its varieties have several disadvantages, the main of which is the need for large starting and transient currents at the beginning of movement and acceleration of the vehicle. This leads to rapid wear and deterioration of the batteries and the deterioration of the thermal regime. Also called electric motors have low torque, which significantly limits the scope of their practical use.

Известны аналогичные электродвигатели по патентам на изобретения №2248657 от 2003 г., №2285997 от 2005 г. и №2303536 от 2006 г. Указанные электродвигатели содержат статор, на котором размещены с одинаковым шагом постоянные магниты. На роторе закреплено четное число электромагнитов, которые расположены попарно напротив друг друга. Каждый электромагнит содержит две катушки с последовательно встречным направлением обмоток. Распределительный коллектор закреплен на корпусе статора и состоит из токопроводящих пластин, которые расположены по окружности, разделены диэлектрическими промежутками и соединены с чередованием полярности с источником постоянного тока. С пластинами коллектора контактируют токосъемники, при этом каждый из них подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов. Обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой. Алгоритм работы указанных двигателей, а также их эксплуатационно-технические характеристики не обеспечивают эффективной и надежной работы.Similar electric motors are known for patents for inventions No. 2248657 from 2003, No. 2285997 from 2005 and No. 2303536 from 2006. These motors contain a stator on which permanent magnets are placed with the same pitch. An even number of electromagnets are fixed on the rotor, which are arranged in pairs opposite each other. Each electromagnet contains two coils with a successively opposite direction of the windings. The distribution manifold is mounted on the stator housing and consists of conductive plates that are arranged in a circle, separated by dielectric gaps and connected to alternating polarity with a direct current source. Current collectors are in contact with the collector plates, and each of them is connected to the terminal of the same name of the windings of the corresponding electromagnets. The windings of the coils of adjacent electromagnets are connected in series, and the terminals of the windings of the opposite electromagnets, not connected to the current collectors, are interconnected. The operation algorithm of these engines, as well as their operational and technical characteristics, do not ensure efficient and reliable operation.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому импульсно-инерционному двигателю можно считать двигатель по патенту РФ на полезную модель №83372. Электродвигатель содержит:The closest technical solution to the claimed pulse-inertial engine can be considered the engine according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 833372. The electric motor contains:

источник постоянного тока,DC source

статор с равномерно расположенными по его окружности электромагнитами, каждый в виде двух катушек с обмотками, соединенных с источником постоянного тока,a stator with electromagnets evenly spaced around its circumference, each in the form of two coils with windings connected to a direct current source,

ротор с расположенными по окружности чередующимися постоянными магнитами иa rotor with alternating permanent magnets arranged around a circle and

распределительный коллектор, жестко соединенный с ротором и состоящий из токопроводящих пластин, которые разделены между собой диэлектрическими промежутками и соединены друг с другом проводниками, аa distribution manifold rigidly connected to the rotor and consisting of conductive plates that are separated by dielectric gaps and connected to each other by conductors, and

также токосъемные щетки, установленные с возможностью контакта с токопроводящими пластинами коллектора,also collector brushes installed with the possibility of contact with the conductive plates of the collector,

Однако при таком схемном решении в электромагнитах используются классические сердечники из магнитомягких материалов, которые в процессе работы двигателя требуют дополнительного времени и энергии для перемагничивания, что приводит к ограничению количества оборотов и снижает надежность работы.However, with such a circuit solution in electromagnets, classic cores made of soft magnetic materials are used, which during the operation of the engine require additional time and energy for magnetization reversal, which leads to a limitation of the number of revolutions and reduces the reliability of operation.

Задача предлагаемого решения - повышение эксплуатационно-технических характеристик.The objective of the proposed solution is to increase the operational and technical characteristics.

Для решения поставленной задачи предложена новая схема электродвигателя, в котором изменены конструкция отдельных узлов и связи между узлами. Двигатель содержит источник постоянного тока, статор с расположенными по его окружности катушками (соленоидами), которые имеют вытянутую вдоль окружности форму, ротор с постоянными магнитами и распределительный коллектор.To solve this problem, a new electric motor scheme is proposed, in which the design of individual nodes and the connection between the nodes are changed. The motor contains a direct current source, a stator with coils (solenoids) located around its circumference, which have a shape elongated along the circumference, a rotor with permanent magnets and a distribution manifold.

В отличие от известных схем, в предлагаемом двигателе соленоиды соединены с источником постоянного тока параллельно, а постоянные магниты соединены одноименными полюсами Кроме того двигатель дополнен закрепленным на статоре оптическим датчиком и взаимодействующими с ним светоотражающими полосами на роторе, а распределительный коллектор выполнен в виде электронных ключей, включенных в цепь питания катушек и управляемых через микропроцессор сигналами с оптического датчика.In contrast to the known schemes, in the proposed engine, the solenoids are connected in parallel with a direct current source, and the permanent magnets are connected by the poles of the same name. In addition, the engine is supplemented by an optical sensor fixed to the stator and reflecting bands interacting with it on the rotor, and the distribution manifold is made in the form of electronic keys, the coils included in the power supply circuit and controlled through the microprocessor by signals from the optical sensor.

Длина каждого соленоида равна длине постоянного магнита.The length of each solenoid is equal to the length of the permanent magnet.

В предлагаемом схемном решении отсутствуют магнитомягкие сердечники катушек, а также исключен механический контакт токосъемных щеток с токопроводящими пластинами коллектора, который заменен набором быстродействующих электронных ключей, что при сохранении направления вращения ротора уменьшает затраты энергии, позволяет повысить число оборотов двигателя и расширить сферу его применения.In the proposed circuit solution, there are no magnetically soft cores of the coils, and mechanical contact of the collector brushes with the collector conductive plates is excluded, which is replaced by a set of high-speed electronic keys, which, while maintaining the direction of rotation of the rotor, reduces energy costs, allows you to increase the engine speed and expand its scope.

Сущность полезной модели поясняется фиг.1, где показано схематичное изображение электродвигателя, вид сбоку,The essence of the utility model is illustrated in figure 1, which shows a schematic illustration of an electric motor, side view,

На оси 1 жестко закреплен статор 2 (фиг.1) и ротор 3. На неподвижной окружности статора равномерно расположены соленоиды (катушки) 4, в данном случае 3 соленоида. Каждый из указанных соленоидов имеет вытянутую вдоль окружности статора форму. Один конец обмотки соленоида соединен с полюсами двупопярного источника питания, а второй конец соленоида подключен параллельно к разным полюсам источника питания через силовые ключи 5.1-5.6. Также на статоре 2 закреплен N-канальный оптический датчик 6 и оси зубчатых колес 7.Stator 2 (Fig. 1) and rotor 3 are rigidly fixed on axis 1. Solenoids (coils) 4, in this case 3 solenoids, are uniformly located on the fixed circumference of the stator. Each of these solenoids has a shape elongated along the circumference of the stator. One end of the solenoid winding is connected to the poles of a bipolar power source, and the second end of the solenoid is connected in parallel to different poles of the power source through power switches 5.1-5.6. Also on the stator 2 is fixed N-channel optical sensor 6 and the axis of the gears 7.

Концентрично статору смонтирован ротор 3 двигателя, который представляет собой зубчатое колесо из немагнитного материала, выполненное с возможностью взаимодействия с зубчатыми колесами 7, оси которых закреплены на статоре 2. За счет этого взаимодействия вращающий момент ротора 3 передается на внешний обод 8, являющийся ободом колеса. На внутренней стороне ротора 3 установлены 4 постоянных магнита N-S 9, которые соединены между собой одноименными полюсами.The rotor 3 of the engine is mounted concentrically to the stator, which is a gear wheel made of non-magnetic material, configured to interact with gears 7, the axes of which are mounted on the stator 2. Due to this interaction, the rotor 3 torque is transmitted to the outer rim 8, which is the wheel rim. On the inner side of the rotor 3 there are 4 permanent magnets N-S 9, which are interconnected by the same poles.

Электромагнитные поля соленоидов 4 статора имеют одинаковое направление с полями постоянных магнитов 9 ротора 3. Длина каждой катушки 4 равна длине одного постоянного магнита 9.The electromagnetic fields of the stator solenoids 4 have the same direction with the fields of permanent magnets 9 of the rotor 3. The length of each coil 4 is equal to the length of one permanent magnet 9.

На внутренней поверхности ротора дополнительно нанесены светоотражающие полосы 10. Полосы 10 нанесены так, чтобы сигналы с них могли быть получены фотодатчиком 6, который соединен с микроконтроллером (не показан).Reflective strips 10 are additionally applied to the inner surface of the rotor. The strips 10 are applied so that signals from them can be received by a photosensor 6, which is connected to a microcontroller (not shown).

В предлагаемой схеме коллектор выполнен в виде набора описанных выше электронных ключей 5.1-5.6.In the proposed scheme, the collector is made in the form of a set of electronic keys 5.1-5.6 described above.

Принцип действия предлагаемого электродвигателя основан на силах электромагнитного притяжения и отталкивания, возникающих при взаимодействии соленоида 4 статора 2 и постоянных магнитов 9 ротора 3. При включении источника питания ток проходит через соленоиды 4, в результате создаются электромагнитные поля. Постоянные магниты 9, направление поля которых в данный момент одинаково с направлением полей соленоидов втягиваются внутрь обмоток соленоидов. Одновременно магниты, поля которых имеют противоположное направление с полями соленоидов, выталкиваются из них. Возникает момент силы и ротор проворачивается. Сигнал со светоотражающей полоски 10 поступает на фотодатчик 6, благодаря чему фиксируется положение ротора (магнитов). В заданном положении магнитов 9 с микроконтроллера после обработки сигнала с фотодатчика 6 поступает сигнал на один из ключей 5.1-5.6 и осуществляется обесточивание одного из соленоидов, а затем смена полярности включения его обмотки за счет включения другого ключа этого соленоида.The principle of operation of the proposed electric motor is based on the forces of electromagnetic attraction and repulsion arising from the interaction of the solenoid 4 of the stator 2 and the permanent magnets 9 of the rotor 3. When the power source is turned on, the current passes through the solenoids 4, resulting in electromagnetic fields. Permanent magnets 9, the direction of the field of which at the moment is the same as the direction of the fields of the solenoids are pulled into the coils of the solenoids. At the same time, magnets whose fields are in the opposite direction with the fields of solenoids are pushed out of them. There is a moment of force and the rotor turns. The signal from the reflective strip 10 is fed to the photosensor 6, due to which the position of the rotor (magnets) is fixed. In the given position of the magnets 9, the microcontroller, after processing the signal from the photosensor 6, receives a signal to one of the keys 5.1-5.6 and de-energizes one of the solenoids, and then changes the polarity of its winding by switching on another key of this solenoid.

При смене полярности соленоидов происходит выталкивание одних магнитов и втягивание других. Вращение ротора продолжается. Далее обесточивается и меняется направление поля следующего соленоида. Движение продолжается, при этом ротор продолжает двигаться в ту же сторону.When changing the polarity of the solenoids, some magnets are ejected and others are drawn in. The rotation of the rotor continues. Then, the field of the next solenoid is de-energized and changes. The movement continues, while the rotor continues to move in the same direction.

В предлагаемом двигателе коллектор, регулирующий поступление тока на соленоиды, выполнен в виде набора электронных ключей, что позволило снизить время и потребляемую энергию на перемагничивание катушек соленоидов. Управление двигателем осуществляется бесконтактно, электронным способом (светоотражающие полоски - фотодатчик - микроконтроллер - ключи), что обеспечивает большую надежность по сравнению с контактным управлением в прототипе.In the proposed engine, the collector that controls the flow of current to the solenoids is made in the form of a set of electronic keys, which reduced the time and energy consumed by the magnetization reversal of the solenoid coils. The engine is controlled non-contact, electronically (reflective strips - photosensor - microcontroller - keys), which provides greater reliability compared to contact control in the prototype.

Управление ключами может быть отрегулировано для решения определенной задачи, определенного алгоритма работы двигателя: определенного режима движения, определенной динамики, для создания экономичного режима и т.д.)Key management can be adjusted to solve a specific problem, a specific algorithm of the engine: a certain driving mode, certain dynamics, to create an economical mode, etc.)

В данной схеме электродвигателя достигнуто уменьшение скачков напряжения (электропотребление) при разгоне электродвигателя и улучшены его динамические характеристики. Электродвигатель работает без изменения направления поля, уменьшена длина пути, которую ротор проходит по инерции, что позволило снизить его энергоемкость. Предлагаемая схема позволила при тех же энергетических затратах увеличить число оборотов двигателя и расширить тем самым область его применения. Настоящее предложение позволило улучшить эксплуатационно-технических характеристик электродвигателя при сохранении относительной простоты конструкции и надежности.In this electric motor circuit, a reduction in voltage surges (power consumption) during acceleration of the electric motor is achieved and its dynamic characteristics are improved. The electric motor works without changing the direction of the field, the length of the path that the rotor passes by inertia is reduced, which reduced its energy consumption. The proposed scheme allowed at the same energy costs to increase the engine speed and thereby expand its scope. This proposal allowed us to improve the operational and technical characteristics of the electric motor while maintaining the relative simplicity of design and reliability.

Claims (2)

1. Магнитодинамический двигатель с бесконтактной коммутацией, содержащий источник постоянного тока, статор с равномерно расположенными по его окружности соленоидами, ротор с постоянными магнитами и распределительный коллектор, отличающийся тем, что соленоиды соединены с источником постоянного тока параллельно, постоянные магниты соединены между собой одноименными полюсами, при этом двигатель дополнен закрепленным на статоре оптическим датчиком и взаимодействующими с ним светоотражающими полосами на роторе, а распределительный коллектор выполнен в виде электронных ключей, включенных в цепь питания соленоидов и управляемых через микропроцессор сигналами с оптического датчика.1. A non-contact switching magnetodynamic motor containing a direct current source, a stator with solenoids evenly spaced around its circumference, a rotor with permanent magnets and a distribution manifold, characterized in that the solenoids are connected in parallel with the direct current source, the permanent magnets are connected by the same poles, the engine is supplemented by an optical sensor fixed to the stator and reflective bands on the rotor interacting with it, and the distribution count Héctor is in the form of electronic keys included in the power circuit and solenoid controlled through microprocessor signals from the optical sensor. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что длина каждого соленоида равна длине постоянного магнита.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the length of each solenoid is equal to the length of the permanent magnet.