RU2073300C1

RU2073300C1 - Electromechanical machine

Info

Publication number: RU2073300C1
Application number: RU93045411A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Фирсов
Original assignee: Александр Васильевич Фирсов
Priority date: 1993-09-27
Filing date: 1993-09-27
Publication date: 1997-02-10

Abstract

FIELD: electric drive. SUBSTANCE: device uses stator 7 made of non-conducting material with electromagnetic coils 8, having the shape of a sewing spool with a winding of copper wire 9. Secured on both sides of the stator on the shaft are two disk rotors 11 and 12 with built-in permanent magnets 13 of alternating polarity. Secured on the shaft is a distributor disk connected to a switching device that provides voltage supply from coil 8 in such a direction that each coil 8 would attract subsequent rotor magnet 13 and push off each previous one, creating constant rotation of the rotor. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электромашиностроению. The invention relates to electrical engineering.

Известна электромеханическая машина, содержащая два статора с расположенными на них постоянными магнитами и дисковый ротор, размещенный между статорами. На валу расположены коллекторные пластины и коллекторные щетки [1]
Наиболее близкой к заявляемой является электромеханическая машина, содержащая корпус, внутри которого неподвижно размещен статор с электромагнитными катушками, по обе стороны статора неподвижно закреплены два дисковых ротора, состоящие из проводящего материала со встроенными в них постоянными магнитами чередующейся полярности, при этом на валу выполнен распределительный диск, связанный с неподвижным коммутационным устройством с обеспечением переключения полярности напряжения в таком направлении, чтобы каждая катушка статора притягивала последующий магнит роторов, а предыдущий их магнит отталкивала в сторону вращения [2]
Недостатками известной машины является использование замкнутого магнитного потока, приводящего к возникновению максимальной противоЭДС в обмотках катушек, что позволяет использовать включение катушек только параллельно, сердечники катушек имеют большую длину, выходящую на периферию к магнитам, что уменьшает рабочий магнитный поток, сердечники катушек имеют малую площадь относительно габаритов катушек, что также уменьшает рабочий магнитный поток, при таком расположении обмоток катушек происходит слабый отток тепла и, следовательно, сильное нагревание обмоток.Known electromechanical machine containing two stator with permanent magnets located on them and a disk rotor located between the stators. On the shaft are collector plates and collector brushes [1]
Closest to the claimed one is an electromechanical machine containing a housing, inside which a stator with electromagnetic coils is stationary, two disk rotors are fixed on both sides of the stator, consisting of a conductive material with alternating polarity permanent magnets embedded in them, while a distribution disk is made on the shaft associated with a fixed switching device with the provision of switching the polarity of the voltage in such a direction that each stator coil attracts Givana subsequent magnet rotors and their previous magnet pushed in the direction of rotation [2]
The disadvantages of the known machine is the use of a closed magnetic flux, which leads to the appearance of maximum back-emf in the windings of the coils, which makes it possible to use the coils only in parallel, the cores of the coils have a large length extending to the periphery of the magnets, which reduces the working magnetic flux, the cores of the coils have a small area with respect to the dimensions of the coils, which also reduces the working magnetic flux, with this arrangement of the windings of the coils there is a slight outflow of heat and, therefore, strong heating of the windings.

Технической задачей изобретения является повышение коэффициента полезного действия машины. An object of the invention is to increase the efficiency of the machine.

Техническая задача решается тем, что в электромеханической машине, содержащей корпус, внутри которого неподвижно размещен статор с электромагнитными катушками, имеющими обмотки и сердечники, вал с неподвижно закрепленными на нем дисковыми роторами со встроенными в них постоянными магнитами чередующейся полярности, распределительный диск, связанный с коммутационным устройством для обеспечения переключения полярности напряжения в таком направлении, чтобы каждая катушка статора притягивала последующий магнит роторов, а предыдущий их магнит отталкивала в сторону вращения, новым является то, что в ней электромагнитные катушки имеют форму "швейной катушки" с обмоткой из медного провода, а распределительный диск с коммутационным устройством расположены внутри корпуса машины. The technical problem is solved in that in an electromechanical machine containing a housing, inside which a stator is stationary with electromagnetic coils having windings and cores, a shaft with disk rotors fixedly mounted on it with permanent magnets of alternating polarity, a distribution disk associated with a switching a device for switching voltage polarity in such a direction that each stator coil attracts the subsequent magnet of the rotors, and the previous one the magnet pushed in the direction of rotation, new is that in it the electromagnetic coils are in the form of a “sewing coil” with a winding of copper wire, and the distribution disk with the switching device are located inside the machine body.

На чертеже представлена заявляемая электромеханическая машина. The drawing shows the inventive electromechanical machine.

В корпусе 1 машины закреплены на винтах задняя 2 и передняя 3 крышки, в которых вставлены подшипники 4 и 5. В подшипниках установлен вал 6. Внутри корпуса расположен статор 7 из непроводящего материала со сквозными отверстиями, проделанными по возможности близко друг к другу, параллельно оси вала. В этих отверстиях размещены электромагнитные катушки 8, имеющие форму "швейной катушки" с намотанным на них медным проводом 9. Все обмотки соединены последовательно и электрически связаны с коммутационным устройством 10, которое представляет собой электромеханический переключатель для изменения напряжения в обмотках катушек на обратное значение в нужные моменты при работе машины. По обе стороны статора неподвижно на валу закреплены два дисковых ротора 11 и 12, в которых встроены постоянные магниты 13 чередующейся полярности. Количество постоянных магнитов на одном роторе точно равно количеству катушек на статоре. В задней части машины на валу установлен распределительный диск 14 с возможностью разворота на 360^o относительно вала, предназначенный для изменения угла опережения включения напряжения на катушках. Распределительный диск механически связан с коммутационным устройством через шток 15 с укрепленным на нем подшипником 16. Коммутационное устройство электрически связано с двумя проводящими контактами 17, установленными на изоляторах в задней крышке машины, которые служат для подачи электрической энергии в машину. На валу в специальных пазах вставлены ограничительные кольца 18 для невозможности осевого смещения вала.In the housing 1 of the machine, the rear 2 and front 3 covers are fixed on the screws, in which the bearings 4 and 5 are inserted. The shaft 6 is installed in the bearings. Inside the housing there is a stator 7 made of non-conductive material with through holes made as close to each other as possible parallel to the axis shaft. In these holes are placed electromagnetic coils 8, in the form of a “sewing coil” with a copper wire wound around them 9. All windings are connected in series and electrically connected to a switching device 10, which is an electromechanical switch for reversing the voltage in the coil windings to the desired value moments when the car is running. On both sides of the stator, two disk rotors 11 and 12 are fixedly mounted on the shaft, in which permanent magnets 13 of alternating polarity are built-in. The number of permanent magnets on one rotor is exactly equal to the number of coils on the stator. In the rear part of the machine, a distribution disk 14 is mounted on the shaft with the possibility of a 360 ^° rotation relative to the shaft, designed to change the lead angle of the voltage on the coils. The distribution disk is mechanically connected to the switching device via a rod 15 with a bearing 16 mounted on it. The switching device is electrically connected to two conductive contacts 17 mounted on insulators in the rear cover of the machine, which serve to supply electrical energy to the machine. On the shaft in special grooves, restrictive rings 18 are inserted to prevent axial displacement of the shaft.

При этом в машине возможно использование нескольких статоров и роторов, причем количество роторов всегда на единицу больше статоров, т.к. каждый ротор располагается между двумя статорами. В случае использования нескольких статоров и роторов коммутационная система, включающая распределительный диск и коммутационное устройство, в данной машине остается единой независимо от их количества. At the same time, several stators and rotors can be used in the machine, and the number of rotors is always one more than stators, because each rotor is located between two stators. In the case of using several stators and rotors, the switching system, including the distribution disk and the switching device, in this machine remains the same regardless of their number.

Заявляемая электромеханическая машина работает следующим образом. The inventive electromechanical machine operates as follows.

Напряжение постоянного тока через контакты 17 на задней крышке 2 машины подается на коммутационное устройство 10. В этот момент его контакты замкнуты в одном из двух положений. По катушкам 8 течет ток постоянной амплитуды, создавая магнитный поток по торцовым частям катушек. Катушки последовательно соединены таким образом, что создают магнитный поток чередующейся полярности. Постоянные магниты 13, расположенные на дисковых роторах 11 и 12, также имеют чередующуюся полярность и через определенный угол α при вращении роторов оказываются в точности напротив торцовых сторон катушек. Распределительный диск 14 закреплен на валу 6 в таком положении, что, воздействуя на коммутационное устройство, напряжение на катушки подается в таком направлении, чтобы каждая катушка притягивала последующий магнит, а предыдущий отталкивала в сторону вращения. Как только роторы повернуться на угол a и последующие магниты окажутся напротив притягивающих их катушек, коммутационное устройство переключит напряжение в катушках на обратное значение и снова возникает крутящий момент. Таким образом, создается постоянное вращение ротора машины. DC voltage through the contacts 17 on the rear cover 2 of the machine is supplied to the switching device 10. At this moment, its contacts are closed in one of two positions. A constant amplitude current flows through coils 8, creating a magnetic flux along the end parts of the coils. The coils are connected in series so as to create a magnetic flux of alternating polarity. Permanent magnets 13, located on the disk rotors 11 and 12, also have alternating polarity and after a certain angle α during rotation of the rotors are exactly opposite the end faces of the coils. The distribution disk 14 is mounted on the shaft 6 in such a position that, acting on the switching device, the voltage on the coils is applied in such a way that each coil attracts the next magnet and repels the previous one in the direction of rotation. As soon as the rotors rotate through angle a and the subsequent magnets are opposite the coils attracting them, the switching device will switch the voltage in the coils to the opposite value and torque again appears. Thus, a constant rotation of the rotor of the machine is created.

В случае установки в машине нескольких статоров и роторов роторы, которые расположены между статорами, взаимодействуют обеими сторонам постоянных магнитов. При этом все статоры запитываются напряжением через единое коммутационное устройство, не претерпевающее никаких изменений и усложнений. Увеличение машины растет с увеличением количества статоров и роторов. If several stators and rotors are installed in the machine, the rotors located between the stators interact with both sides of the permanent magnets. In this case, all the stators are powered by a single switching device, which does not undergo any changes and complications. The increase in machine increases with the number of stators and rotors.

Предлагаемая электромеханическая машина работает на обычном принципе притяжения разнополярных магнитных полей без замыкающегося магнитного потока машины, что позволяет ей использовать последовательное и последовательно-параллельное подключение катушек, т.к. противоЭДС значительно ниже, магнитные полюса катушек составляют небольшую длину относительно общей длины катушек и имеют небольшое магнитное сопротивление и магнитная индукция в них будет значительно выше, что влияет на увеличение КПД машины; площадь магнитных полюсов равна размеру общего габарита катушки, что увеличивает КПД машины за счет максимального использования магнитного потока катушек при такой конструкции и уменьшает габариты машины; боковые полюса катушек являются радиаторами для охлаждения обмоток при работе машины, что способствует лучшему охлаждению катушек. The proposed electromechanical machine operates on the usual principle of attraction of bipolar magnetic fields without locking magnetic flux of the machine, which allows it to use a serial and parallel-parallel connection of the coils, because counter-EMF is much lower, the magnetic poles of the coils are small in length relative to the total length of the coils and have a small magnetic resistance and the magnetic induction in them will be much higher, which affects the increase in machine efficiency; the area of the magnetic poles is equal to the size of the overall dimensions of the coil, which increases the efficiency of the machine due to the maximum use of the magnetic flux of the coils with this design and reduces the dimensions of the machine; the side poles of the coils are radiators for cooling the windings during operation of the machine, which contributes to better cooling of the coils.

Claims

An electromechanical machine containing a housing, inside which a stator is fixedly mounted with electromagnetic coils having windings and cores, a shaft with disk rotors fixedly mounted on it with permanent magnets of alternating polarity, a distribution disk connected to a switching device to provide voltage polarity switching in in such a direction that each stator coil attracts the subsequent magnet of the rotors, and their previous magnet pushes in the direction of rotation, characterized in that the electromagnetic coils are in the form of a “sewing coil” with a winding of copper wire, and a distribution disk with a switching device is located inside the machine body.