RU2158465C1

RU2158465C1 - Direct-current motor

Info

Publication number: RU2158465C1
Application number: RU99114894/09A
Authority: RU
Inventors: В.С. Григорчук
Original assignee: Григорчук Владимир Степанович
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2000-10-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: proposed motor has stator with two end plates of which one passes shaft through its bore, terminal box, and rotor coupled with shaft and provided with radial slots accommodating blades which have pins inserted in curvilinear shaped slot made on rear end plate. Hydrogen producer mounted in bottom part of frame has tube with side lids provided with screens; tube is filled with palladium or other metal of same properties and carries on its outer surface heating-and-cooling units arranged so that one part of them functions as cooler and other one as heater. Each heating-and-cooling unit incorporates two rings of which one is made of semiconductor and other, of metal. Heating-and-cooling units are interconnected in series and hydrogen producer is pneumatically coupled through its inlet and outlet with inner spaces of motor. EFFECT: improved performance characteristics, reduced mass, increased shaft torque of motor. 8 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве электродвигателя постоянного тока. The present invention relates to mechanical engineering and may find application as a direct current electric motor.

Известен электродвигатель переменного трехфазного тока с короткозамкнутым ротором АОМ-32-4, содержащий статор со станиной, ротор, установленный внутри статора на подшипниках крышек, имеющих компенсацию от линейного расширения при нагреве вала, причем обмотка статора выполнена трехфазной, однослойной, состоящей из мелких секций, и подключена к выводам клеммной коробки, установленной снаружи на корпусе. Known electric motor of alternating three-phase current with squirrel-cage rotor AOM-32-4, containing a stator with a bed, a rotor mounted inside the stator on bearings of covers having compensation from linear expansion when the shaft is heated, and the stator winding is made of three-phase, single-layer, consisting of small sections, and connected to the terminals of the terminal box mounted externally on the housing.

/М.М. Авдеев и др., Электропоезда переменного тока, М.: Транспорт, 1973, с. 139-140, рис. 96/. / M.M. Avdeev et al., AC Electric Trains, Moscow: Transport, 1973, p. 139-140, fig. 96 /.

Недостатками известного электродвигателя АОМ-32-4 являются большой вес, электрические, индукционные и тепловые потери, невозможность изменения частоты вращения вала электродвигателя. The disadvantages of the known electric motor AOM-32-4 are heavy weight, electric, induction and heat losses, the inability to change the frequency of rotation of the motor shaft.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией электродвигателя. These disadvantages are due to the design of the electric motor.

Известен также электродвигатель постоянного тока П-22, содержащий корпус со станиной, внутри которого закреплены болтами два основных и один дополнительный полюс с обмотками последовательного и параллельного возбуждения, сердечник якоря, набранный из пластин и закрепленный на валу, установленном в подшипниках крышек, привернутых болтами и корпусу, имеющий пазы, в которые уложены проводники обмотки, концы которых соединены с пластиками коллектора, запрессованными в пластмассовую втулку, надетую на вал, кроме того, на передней крышке закреплена траверса, на которой установлены щетки, контактирующие с коллектором и электрически соединенные с контактами клеммной коробки. Also known is a DC electric motor P-22, comprising a housing with a bed, inside of which two main and one additional pole are mounted with windings in series and parallel excitation, an armature core, assembled from plates and mounted on a shaft mounted in bearings of covers screwed by bolts and a housing having grooves in which the winding conductors are laid, the ends of which are connected to the collector plastics, pressed into a plastic sleeve worn on the shaft, in addition, on the front cover The traverse is insulated, on which brushes are installed that are in contact with the collector and are electrically connected to the terminal box contacts.

/Маневровые тепловозы, под ред. Л.С. Назарова, М.: Транспорт, 1977, с. 236-237, рис. 159/. / Shunting diesel locomotives, ed. L.S. Nazarova, Moscow: Transport, 1977, p. 236-237, fig. 159 /.

Известный электродвигатель постоянного тока П-22, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип. The well-known DC motor P-22, as the closest in technical essence and achieved useful result, is taken as a prototype.

Недостатками указанного электродвигателя являются большой вес, электрические, индукционные и тепловые потери, уменьшение мощности при окислении и искрении щеток. The disadvantages of this motor are heavy weight, electric, induction and heat losses, a decrease in power during oxidation and sparking of brushes.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств электродвигателя постоянного тока. The aim of the present invention is to improve the performance of a DC motor.

Указанная цель, согласно изобретению, обеспечивается тем, что два основных и один дополнительный полюсы с обмотками, сердечник якоря с обмотками, коллектор и траверза со щетками и щеткодежателями заменены ротором, представляющим собой цилиндрическое тело, имеющее три симметричные радиальные прорези, внутрь которых вставлены пластины-лопасти, имеющие штыри, входящие в криволинейный профилированный паз, выполненный на внутренней поверхности задней крышки корпуса, генератором водорода, представляющим собой трубу, закрытую с обеих сторон крышками с решетками и наполненную кристаллами палладия, на изолированную наружную поверхность которой надеты нагреватели-охладители, каждый из которых состоит из двух колец, посредством одной из боковых поверхностей каждого из которых, соединенных между собой в одно целое, одно из которых выполнено из полупроводника, а другое - из металла, причем все нагреватели-охладители соединены между собой проводниками последовательно таким образом, что при любом направлении движения электрического тока одна половина из них является нагревателями, а другая - охладителями и они подключены к выводам клеммной коробки, к тому же генератор водорода пневматически соединен с впускной и выпускной полостями электродвигателя, кроме того, кристаллы палладия насыщены, а внутренние полости электродвигателя заполнены водородом, который является рабочим телом. The specified purpose, according to the invention, is ensured by the fact that two main and one additional poles with windings, the core of the armature with windings, the collector and traverse with brushes and brush holders are replaced by a rotor, which is a cylindrical body, having three symmetric radial slots, inside of which plates are inserted - blades having pins included in a curved profiled groove made on the inner surface of the rear housing cover with a hydrogen generator, which is a pipe closed on both sides lids with gratings and filled with palladium crystals, on the insulated outer surface of which heaters and coolers are put on, each of which consists of two rings, by means of one of the side surfaces of each of which are connected together, one of which is made of a semiconductor, and the other is made of metal, and all the heaters-coolers are interconnected by conductors in series so that for any direction of electric current movement, one half of them is a heater mi and the other with coolers and they are connected to the terminals of the terminal box, in addition, the hydrogen generator is pneumatically connected to the inlet and outlet cavities of the electric motor, in addition, the palladium crystals are saturated, and the internal cavities of the electric motor are filled with hydrogen, which is the working fluid.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид электродвигателя постоянного тока; на фиг. 2 - вид на электродвигатель постоянного тока слева, разрез; на фиг. 3 - устройство водородного генератора, разрез; на фиг. 4 - общий вид нагревателя-охладителя; на фиг. 5 - вид слева не нагреватель-охладитель; на фиг. 6 - схема соединения нагревателей-охладителей с выводами клеммной коробки; на фиг. 7 - схема принципа действия электродвигателя и вращения ротора в прямом направлении; на фиг. 8 - схема вращения ротора в обратном направлении. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of a DC motor; in FIG. 2 - view of the DC motor on the left, section; in FIG. 3 - device of a hydrogen generator, section; in FIG. 4 - general view of the heater-cooler; in FIG. 5 is a left view of a non-heater-cooler; in FIG. 6 is a connection diagram of heaters-coolers with terminal box terminals; in FIG. 7 is a diagram of the principle of operation of the electric motor and the rotation of the rotor in the forward direction; in FIG. 8 is a diagram of the rotation of the rotor in the opposite direction.

Предлагаемый электродвигатель постоянного тока содержит корпус 1, имеющий в нижней части станину 2. Внутрь корпуса вставлен ротор 3 с тремя симметричными радиальными пазами 4, внутрь которых вставлены с возможностью перемещения пластины-лопасти 5, имеющие отверстия, в которые запрессованы штыри 6, входящие своими концами в криволинейный профилированный паз 7, выполненный на внутренней поверхности задней крышки 8. Спереди к корпусу привернута болтами передняя крышка 9 с сальником 10, через отверстие которой пропущен вал 11 ротора, установленный на подшипниках, размещенных в передней и задней крышках. В нижней части корпуса выполнено отверстие, в которое вставлен генератор водорода 12, который посредством боковых крышек 13, 14, привернутых болтами к корпусу, пневматически соединен через отверстия 15, 16 в корпусе электродвигателя с двумя внутренними лопастями 17, 18, каждая из которых, в зависимости от направления вращения ротора, может быть впускной или выпускной. Генератор водорода содержит внутреннюю трубу 19, наполненную кристаллами палладия 20 или другого металла, способного при охлаждении поглощать водород, а при нагревании выделять его. Поверх трубы уложен слой термостойкой изоляции 21 и надеты нагреватели-охладители, одинаковые по конструкции, каждый из которых состоит из двух колец, посредством одной из боковых поверхностей каждого из которых, соединенных между собой в одно целое, одно из которых выполнено из полупроводника 22, а другое - из металла 23. Посредством проводников кольца соединены последовательно друг с другом таким образом, что при любом направлении движения электрического тока одна половина из них является нагревателями, а другая - охладителями, и они подключены к выводам клеммной коробки 24, закрепленной на корпусе и закрытой крышкой 25. Внутренняя труба генератора водорода вставлена внутрь наружной трубы 26 и обе они закрыты торцевыми крышками 27, 28, имеющими отверстия, закрытые решетками 29, 30. Кристаллы палладия в генераторе насыщения водородом (при комнатной температуре 1 см³ палладия поглощает 800 см³ водорода), а полости корпуса и боковых крышек заполнены водородом под небольшим давлением, который является рабочим телом (о способности палладия поглощать и выделять водород см. С.И. Венецкий - О редких и рассеянных, Рассказы о металлах, М.: Металлургия, 1980, с. 52-60).The proposed direct current electric motor comprises a housing 1 having a bed 2 in the lower part. A rotor 3 with three symmetric radial grooves 4 is inserted inside the housing, inside of which are inserted blade plates 5 with openings into which pins 6 are pressed in, with their ends in a curved profiled groove 7, made on the inner surface of the back cover 8. In front of the case, the front cover 9 with an oil seal 10 is bolted, through the opening of which the rotor shaft 11 is passed, installed th on bearings located in the front and rear covers. A hole is made in the lower part of the casing, into which a hydrogen generator 12 is inserted, which, by means of side covers 13, 14 screwed to the casing, is pneumatically connected through openings 15, 16 in the motor casing with two internal blades 17, 18, each of which depending on the direction of rotation of the rotor, it can be inlet or outlet. The hydrogen generator contains an inner tube 19 filled with crystals of palladium 20 or another metal capable of absorbing hydrogen upon cooling, and emitting it when heated. A layer of heat-resistant insulation 21 is laid on top of the pipe and heaters and coolers are put on, identical in design, each of which consists of two rings, through one of the side surfaces of each of which are connected together, one of which is made of semiconductor 22, and the other is made of metal 23. By means of conductors, the rings are connected in series with each other in such a way that, for any direction of electric current, one half of them are heaters and the other are coolers, and they connect the terminals of the terminal box 24, mounted on the housing and closed by a cover 25. The inner tube of the hydrogen generator is inserted into the outer tube 26 and both are closed by end caps 27, 28 having openings closed by gratings 29, 30. Palladium crystals in a hydrogen saturation generator ( at room temperature 1 cm ³ palladium absorbs 800 cm ³ hydrogen), and the cavities of the body and side covers are filled with hydrogen under slight pressure, which is a working fluid (for the ability of palladium to absorb and release hydrogen, see S.I. Venetsky - On the rare and scattered, Tales of Metals, Moscow: Metallurgy, 1980, p. 52-60).

Работа эелктродвигателя постоянного тока
При подаче постоянного тока на выводы генератора водорода 12 через клеммную коробку 24 в направлении, показанном стрелками, он течет в первой группе колец (обведено пунктиром) от полупроводников 22 к металлам 23, а во второй группе - от металлов 23 к полупроводникам 22. На основании эффекта Пельтье места соединения колец в первой группе разогреваются, а места соединения колец во второй группе охлаждаются.DC motor operation
When applying direct current to the terminals of the hydrogen generator 12 through the terminal box 24 in the direction shown by the arrows, it flows in the first group of rings (dashed) from semiconductors 22 to metals 23, and in the second group - from metals 23 to semiconductors 22. Based on The Peltier effect, the joints of the rings in the first group are heated, and the joints of the rings in the second group are cooled.

(Эффект Пельтье. Физический энциклопедический словарь под ред. А.М. Прохорова, М.: Советская энциклопедия, 1983, с. 523). (Peltier effect. Physical Encyclopedic Dictionary edited by A.M. Prokhorov, M .: Soviet Encyclopedia, 1983, p. 523).

Тепло и холод через изоляционный слой 21 и внутреннюю трубу 19 передаются кристаллами палладия 20, часть из которых нагревается, а другая часть охлаждается. Из нагретых кристаллов палладия 20 выделяется водород, который через полость крышки 13, отверстие 15 поступает в полость 17 и вместе с водородом, который там находится, производят давление на лопасти 5 ротора 3. В то же время охлажденные кристаллы палладия 20 на другом конце генератора 12 поглощают водород из полости крышки 14, а через отверстие 16 - из полости 18, создавая там разрежение. В результате в полостях 17 и 18 возникает разность давлений и ротор 3 с лопастями 5 начинает вращаться по часовой стрелке и вращать вал 11 электродвигателя, а водород циркулирует в направлении, показанном стрелками на фиг. 7. Для обеспечения вращения ротора 3 в противоположном направлении необходимо остановить электродвигатель, если до этого он работал, и, подождав пока нагретые кристаллы палладия немного остынут, а охлажденные немного нагреются, снова включить его, поменяв при этом полярность электрического тока. При этом группа колец, обведенных на фиг. 8 пунктиром, станет нагревать кристаллы палладия 20 в генераторе 12, а вторая группа их охлаждать. Водород станет поступать в полость крышки 14 и далее через отверстие 16 в полость 18, создавая в ней избыточное давление, а из полости крышки 13 и через отверстие 15 из полости 17 водород станет удаляться, создавая там разрежение. Вследствие возникшей разности давлений в полостях 17 и 18 ротор 3 станет вращаться в противоположном направлении (против часовой стрелки), а водород циркулировать в направлении, указанном стрелками. Мощность электродвигателя будет зависеть от правильно выбранного температурного режима и количества поглощаемого и выделяемого водорода. Частота вращения вала электродвигателя может изменяться регулировкой температуры нагрева и охлаждения генератора водорода 12 путем изменения величины электрического тока. При вращении ротора 13 и вала 11 сальник 10 должен надежно обеспечить герметичность и полностью исключить утечку водорода. Электродвигатель не обратим. Heat and cold through the insulating layer 21 and the inner tube 19 are transferred by palladium crystals 20, part of which is heated, and the other part is cooled. From the heated palladium crystals 20, hydrogen is released, which through the lid cavity 13, the hole 15 enters the cavity 17 and, together with the hydrogen that is there, produce pressure on the blades 5 of the rotor 3. At the same time, the cooled palladium crystals 20 at the other end of the generator 12 they absorb hydrogen from the cavity of the lid 14, and through the hole 16 - from the cavity 18, creating a vacuum there. As a result, a pressure difference occurs in the cavities 17 and 18, and the rotor 3 with the blades 5 starts to rotate clockwise and rotate the motor shaft 11, and hydrogen circulates in the direction shown by the arrows in FIG. 7. To ensure the rotation of the rotor 3 in the opposite direction, it is necessary to stop the electric motor, if it had previously worked, and, having waited until the heated palladium crystals have cooled slightly and the cooled ones have heated a little, turn it on again, changing the polarity of the electric current. In this case, the group of rings circled in FIG. 8 by a dotted line, it will begin to heat the palladium 20 crystals in the generator 12, and the second group will cool them. Hydrogen will enter the lid cavity 14 and then through the opening 16 into the cavity 18, creating excessive pressure in it, and hydrogen will be removed from the lid cavity 13 and through the opening 15 from the cavity 17, creating a vacuum there. Due to the resulting pressure difference in the cavities 17 and 18, the rotor 3 will rotate in the opposite direction (counterclockwise), and hydrogen will circulate in the direction indicated by the arrows. The power of the electric motor will depend on the correctly selected temperature regime and the amount of absorbed and released hydrogen. The frequency of rotation of the motor shaft can be changed by adjusting the temperature of heating and cooling of the hydrogen generator 12 by changing the magnitude of the electric current. When the rotor 13 and the shaft 11 rotate, the stuffing box 10 must reliably ensure tightness and completely eliminate hydrogen leakage. The electric motor is not reversible.

Положительный эффект: экономия черных и цветных металлов, уменьшение веса электродвигателя, повышение вращающего момента на валу электродвигателя, отсутствие электрических и электромагнитных полей, излучаемых в окружающее пространство. Positive effect: saving ferrous and non-ferrous metals, reducing the weight of the electric motor, increasing torque on the motor shaft, the absence of electric and electromagnetic fields emitted into the surrounding space.

Claims

A DC motor comprising a housing with a bed closed by covers, through one of which a shaft is passed, a terminal box mounted on the housing, characterized in that the rotor is made in the form of a cylindrical body made integral with the shaft and having three symmetric radial slots, inside which inserted plate-blades having pins included in a curved profiled groove made on the inner surface of the back cover of the housing having a hole in the lower part in which a hydrogen nerator, which is a tube closed on both sides by covers with gratings and filled with crystals of palladium or another metal capable of absorbing and releasing hydrogen when cooled and heated, on the insulated outer surface of which heaters and coolers are put on, each of which is two rings, by means of one of the side surfaces of each of which is connected together as a whole, one of which is made of a semiconductor, and the other is made of metal, all of which are interconnected in series in such a way that, in any direction of electric current, one half of them are heaters and the other coolers and they are connected to the terminals of the terminal box, in addition, the hydrogen generator is pneumatically connected to the inlet and outlet cavities of the electric motor, with palladium crystals saturated, and the internal cavity of the electric motor is filled with hydrogen, which is the working fluid.