PL183444B1 - Silnik elektryczny - Google Patents

Abstract

1 . Silnik elektryczny zawierajacy elektromag nes, który ma rdzen o pierscieniowych koncentrycz- nych biegunach magnetycznych N-S lezacych na wspólnej plaszczyznie równoleglej do kotwicy utwierdzonej do walu obrotowego, znamienny tym, ze kotwica (3) ma po przeciwnej stronie elektromag- nesów (1A, 2A), (1B, 2B), (1C, 2C), (1D, 2D) wspor- nik (3a) w postaci trzpienia ulozyskowanego w wy- braniu (4a) na koncu walu obrotowego (4), a os wybra- nia (4a) jest nachylona pod katem ostrym do osi (1) walu obrotowego (4). FIG. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest silnik elektryczny

Znany jest silnik elektryczny według opisu patentowego USA nr 4837470 silnik elektryczny, który ma elektromagnesy rozmieszczone koncentrycznie na tarczy wokół wału napędowego. Końce rdzeni, będące biegunami magnetycznymi leżą na płaszczyźnie, która jest powierzchnią, boczną stożka takiego samego jak zwora magnetyczna oddzielona od tych rdzeni szczeliną magnetyczną. Na swym obwodzie obie płaszczyzny stożkowe zaopatrzone są w zazębienia, przy czym ilość zębów na obu płaszczyznach jest różna. Zwora jest zamocowana do wału. Pod wpływem sił pola magnetycznego następuje przyciąganie fragmentów zwory nad biegunami magnetycznymi, co powoduje zazębianie się kolejno zębów na obu płaszczyznach stożkowych i obrót tarczy. Różnica ilości zębów na obu płaszczyznach wpływa na szybkość obrotu, które są bardzo wolne.

Znany jest także silnik elektryczny według opisu patentowego USA nr 3794865 zawierający elektromagnesy współosiowe z wałem napędowym, zasilane prądem zmiennym. Na obwodzie ma wieniec zębaty, który zazębia się z zębami na płaszczyźnie tarczy, zaopatrzonej w co najmniej dwa magnesy stałe. Obrót spowodowany jest przyciąganiem elektromagnetycznym i zazębianiem się zębów. Jest to rodzaj silnika synchronicznego.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że kotwica ma po przeciwnej stronie elektromagnesów wspornik w postaci trzpienia ułożyskowanego w wybraniu na końcu wału obrotowego, a oś wybrania jest nachylona pod kątem ostrym do osi wału obrotowego.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia silnik elektryczny z zespołem elektromagnesów osadzonym na wspólnym podłożu w przekroju osiowym, fig. 2 przedstawia schemat ideowy układu zasilającego poszczególne uzwojenia elektromagnesów, a fig. 3 - przebiegi w czasie prądów i strumienia magnetycznego na poszczególnych uzwojeniach elektromagnesów.

Silnik według fig. 1 ma cztery elektromagnesy 1A, 2A, 1B, 2B, 1C, 2C, 1D, 2D, z których jedenjest niewidoczny. Rdzenie 1A, 1B, 1C, 1D mająksztalłsztabek wygiętych w kształcie litery „U”, bądź podkowy i są wygięciami zamocowane na podłożu A. Elektromagnesy są równomiernie rozmieszczone na obwodzie koła oraz parami na końcachjednej średnicy. Na wewnętrzne ramię rdzenia 1A nawinięte jest uzwojenie 2A, na wewnętrzne ramię rdzenia 1B nawinięte jest uzwojenie 2B, na wewnętrzne ramię rdzenia 1C nawinięte jest uzwojenie 2C, na wewnętrzne ramię rdzenia 1D nawinięte jest uzwojenie 2D. Powierzchnie końców la wszystkich rdzeni 1A, 1B, 1C, ID, gd^i<e są bieguny magnetyczne N-S, tworzą wycinki jednej płaszczyzny P. Nad końcami rdzeń la usytuowana jest wspólna dla wszystkich elektromagnesów 1A, 2A, 1B, 2B, 1C,

183 444

2C, 1D, 2D kotwica 3 w kształcie dysku. Z drugiej strony kotwica 3 zaopatrzona jest w koncentryczny wspornik 3a, który ma postać trzpienia ułożyskowanego w walcowym wybraniu 4a na końcu wału obrotowego 4. Oś wybrania 4a nachylona jest pod kątem ostrym do osi 7 wału obrotowego 4. Kotwica 3 jest usytuowana w zawieszeniu Kardana złożonego z dwóch koncentrycznych pierścieni 15 połączonych za pomocą ułożyskowanych w nich sworzni 14. Pierścień 15 wewnętrzny i kotwica 3 połączone są za pośrednictwem ułożyskowanych w nich sworzni 14.

Jak to jest uwidocznione na fig. 2 źródło zasilania Uz połączonejest z pierścieniami ślizgowymi 9- i 9+. Przymocowane do wału 4 pary szczotek 10,10A przekazjąprąd Iz z pierścieni ślizgowych 9-, 9+ na pola komutacyjne 19B i 19D. Prąd Iz przepływa od dodatniego bieguna „+” źródła zasilającego Uz poprzez pierścień 9+, parę szczotek 10A, pole komutacyjne 19B, trzecią diodę komutacyjną D3, uzwojenie 2A, diodę komutacyjną czwartą D4, uzwojenie 2D, pole komutacyjne 19D, parę szczotek 10, pierścień ślizgowy 9- i dopływa do bieguna ujemnego źródła zasilania Uz. Podczas obrotu wału o kąt π/2 pary szczotek 10, 10A przekazyąprąd Iz z pierścieni ślizgowych 9-, 9+ na pola komutacyjne 19A, 19C i prąd Iz przepływa przez czwartą diodę komutacyjną D4, uzwojenie 2D, pierwszą diodę komutacyjnąDl, uzwojenie 2C i pole komutacyjne 19D.

Jak to jest uwidocznione na fig. 3 zasilanie kolejnych elektromagnesów 1A, 2A, 1B, 2B, 1C, 2C, ID, 2D następie co 11/4 okresu T. Każdy elektromagnes działa w czasie 112 T i w tym czasie wytwarza pole magnetyczne, którego linie sił 11 , jak to jest przedstawione na fig. 1 sąprostopadłe do płaszczyzny P a strumień magnetyczny wywołany tym polem jest stały od momentu załączenia elektromagnesu do momentu wyłączenia go. Stałość strumienia dla poszczególnych elektromagnesów wynika stąd, że przepływa prądu Iz jest tak dobrany aby przy maksymalnej wielkości szczeliny powietrznej materiał ferromagnetyczny rdzenia elektromagnesu pracował w zakresie nasycenia magnetycznego charakterystyki magnesowania B = F(H). Podczas zmniejszania się szczeliny powietrznej natężenie pola magnetycznego w rdzeniu elektromagnesu szybko wzrasta. Strumień pozostaje stały ponieważ wraz ze wzrostem natężenia pola H w rdzeniu maleje jego przenikalność magnetyczna względu μ, tak, że wielkość φ = (0₎μ_τ pozostaje stała, gdzie (o - przenikalność magnetyczna próżni; S - pole przekroju rdzenia elektromagnesu; < - strumień w obwodzie magnetycznym elektromagnesu.

Okresowe załączanie kolejnych elektromagnesów 1 A, 2 A, 1B,2B, 1C, 2C, 1D, 2D powoduje powstawanie i zanikanie pola magnetycznego kolejnych elektromagnesów i przyciąganie tych części kotwicy 3, które znajdują się aktualnie nad aktywnymi elektromagnesami. Pozwala to na synchronizację prądu fazą ruchu. Strefa przyciągania kotwicy 3 porusza się po okręgu co powoduje ruch kolejnego odcinka brzegu kotwicy 3 w kierunku aktywnego aktualnie elektromagnesu 1A, 2A, 1B, 2B, 1C, 2C, 1D, 2D. Kierunek przesuwu przyciąganego odcinka brzegu kotwicy 3 do kolejnego elektromagnesu 1A, 2A, 1B, 2B, 1C, 2C, 1D, 2D jest równoległy do linii sił pola magnetycznego 11 w szczelinie lo. Przyciąganie kolejnych odcinków brzegu kotwicy 3 po okręgu powoduje, że wspornik 3a porusza się po powierzchni bocznej stożka, którego osiąobrotujest oś 7 obrotu wału 4. Wolny koniec poruszającego się wspornika 3a pociąga za sobąwał 4, w którym jest ułożyskowany, co powoduje obrót wału wokół własnej osi 7.

Komutator wg fig. 3 dostosowując fazę zasilania do fazy ruchu powoduje naprzemienne zasilanie przeciwległych elektromagnesów 1A, 2A, 1C, 2C oraz 1B, 2B, 1D, 2D. Fazy zasalania obu tych par elektromagnesów 1A 2A, 1C, 2C i 1B, 2B, 1D, 2D przesunięte sąwzględem siebie o kąt obrotu wału o wartości n/2. W związku z tym w każdej chwili pracują jednocześnie dwa sąsiednie elektromagnesy. Każdy z elektromagnesów rozpoczyna przyciąganie kotwicy 3 przy maksymalnej wartości Iomax szczeliny Io i kończy przyciąganie przy wartości minimalnej Iomin. W przypadku pracy bez nasycenia strumienia <^A, ψβ, φθ, φD w pojedynczych obwodach magnetycznych w trakcie zmniejszania szczeliny magnetycznej Io zwiększał by swoją, wartość, powodując powstanie siły elektromotorycznej w uzwojeniu elektromagnesu i zamianę energii elektrycznej w mechaniczną.

183 444

W silniku tym nie występuje siła elektromotoryczna rotacji gdyż silnik nie ma wirujących elementów elektromagnetycznych. Nie występuje także siła elektromotoryczna transformacji, powstająca w przypadku modulacji strumienia magnetycznego spowodowanej ruchem kotwicy 3 w polu magnetycznym. Jest to spowodowane pracą elektromagnesów 1A, 1A, 1B, 2B, 1C, 2C, 1D, 2D w nasyceniu charakterystyki namagnesowania B = f(H). W zakresie tym duże zmiany natężenia pola magnetycznego H nie wywołują zmian strumienia magnetycznego.

Za pośrednictwem elektromagnesów 1A, 2A, 1B, 2B, 1C, 2C, 1D, 2D, kolejno załączanych wytwarza się pole magnetyczne okresowo zmienne. Kolejne części na obrzeżu kotwicy 3 z materiału ferromagnetyczengo są zbliżane do kolejnych elektromagnesów, przy czym ich ruch jest równoległy do linii pola sił pola magnetycznego i nie powoduje obrotu kotwicy. W każdej chwili od załączenia do wyłączenia prądu w pojedynczym elektromagnesie utrzymywanajest stała wartość całkowitego strumienia φ_Α, φ_Β jego obwodu magnetycznego 1A, lo, 3, 1B, lo, 3, 1D, lo, 3, dzięki temu, że elektromagnesy 1 A, 2A, 1B, 2B, 1C, 2C, 1D, 2D pracują w zakresie nasycenia charakterystyki namagnesowania B = f(H) rdzeni elektromagnesów. Dzięki sprzężeniu kotwicy 3 z wałem silnika 4 ruchy obrzeża kotwicy 3 zamieniane są na ruch obrotowy wału 4 silnika.

FIG. 2

183 444

Φ, Iz

4>B 2B O

ΦΑ,2Α

4D, 2D

Φθ, 2C

ω

4π

2π

FIG.3

183 444

FG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Silnik elektryczny zawierający elektromagnes, który ma rdzeń o pierścieniowych koncentrycznych biegunach magnetycznych N-S leżących na wspólnej płaszczyźnie równoległej do kotwicy utwierdzonej do wału obrotowego, znamienny tym, że kotwica (3) ma po przeciwnej stronie elektromagnesów (1A, 2A), (1B, 2B), (1C, 2C), (1D, 2D) wspornik (3a) w postaci trzpienia ułożyskowanego w wybraniu (4a) na końcu wału obrotowego (4), a oś wybrania (4a) jest nachylona pod kątem ostrym do osi (1) wału obrotowego (4).

2. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że kotwica (3) jest usytuowana w zawieszeniu Kardana złożonym z dwóch koncentrycznych pierścieni (15) połączonych za pomocą ułożyskowanych w nich sworzni (14), a pierścień (15) wewnętrzny i kotwica (3) połączone sąza pośrednictwem ułożyskowanych w nich sworzni (14).