RU2749049C1 - Dc electric motor with partial back emf - Google Patents

Dc electric motor with partial back emf Download PDF

Info

Publication number
RU2749049C1
RU2749049C1 RU2020125494A RU2020125494A RU2749049C1 RU 2749049 C1 RU2749049 C1 RU 2749049C1 RU 2020125494 A RU2020125494 A RU 2020125494A RU 2020125494 A RU2020125494 A RU 2020125494A RU 2749049 C1 RU2749049 C1 RU 2749049C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
armatures
electromagnets
stator
electric motor
shaft
Prior art date
Application number
RU2020125494A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Федорович Коваленко
Original Assignee
Валерий Федорович Коваленко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Федорович Коваленко filed Critical Валерий Федорович Коваленко
Priority to RU2020125494A priority Critical patent/RU2749049C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2749049C1 publication Critical patent/RU2749049C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/02—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting
    • H02K23/04—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting having permanent magnet excitation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Brushless Motors (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, low voltage direct current electric motors, and can be used as a drive for any technical means. The electric motor has partial back emf due to its design, consisting of two armatures longitudinally offset along the shaft from each other, as well as electromagnets mounted on the stator opposite the armatures. The windings of the stator and armature electromagnets are not crossed by the magnetic poles and are parallel to each other. The stator electromagnets are included in operation when aligned with the poles of the armatures. On the gratings, in front of the anchors, graphite brushes are installed in isolation, and they are adjoined to the slip rings, isolated on the armatures. The shaft rests on rolling bearings located in the bearing assemblies of the stator end caps, and fans are fixed at its opposite ends. A circuit of transistors, diodes, Hall sensors and resistors ensures the operation of the electric motor. The electric motor is powered from the network through a current rectifier, and the accumulator provides the operation of the entire electronic circuit.EFFECT: providing ability to work at low voltage by reducing the back emf.1 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электродвигателям постоянного тока, и может использоваться в качестве привода любых технических средств.The invention relates to electrical engineering, namely to DC motors, and can be used as a drive for any technical means.

Уровень техникиState of the art

Известен электромагнитный двигатель RU 2688203 С1, опубликованный 21.05.2019, в конструкции которого имеются электромагниты, закрепленные на статоре, и электромагниты, закрепленные на роторах. Данное изобретение имеет недостатки, обусловленные конструкцией самого электромагнитного двигателя, при которой не возможно развить большой скорости вращения, а значит, и большой мощности на валу, при подаче на электромагнитный двигатель низкого напряжения, так как при вращении якорей, в их обмотках, также, как и в обмотках электромагнитов статора, возникнет противо-ЭДС, которая существенно понизит напряжение и ток в этих конструкциях.Known electromagnetic motor RU 2688203 C1, published 05/21/2019, in the design of which there are electromagnets attached to the stator, and electromagnets attached to the rotors. This invention has disadvantages due to the design of the electromagnetic motor itself, in which it is not possible to develop a high speed of rotation, and therefore, high power on the shaft, when applied to the electromagnetic motor of low voltage, since when the armatures rotate, in their windings, as well as and in the windings of the stator electromagnets, a back-EMF will occur, which will significantly reduce the voltage and current in these structures.

Раскрытие изобретения Задачей изобретения является создание электродвигателя постоянного тока с частичным противо-ЭДС, работающего на низком напряжении, для привода любых технических средств. Конструкция электродвигателя состоит из двух якорей, сделанных из электротехнической листовой стали, и установленных на одном валу со шпонками с продольным смещением относительно друг от друга. Якоря имеют каждый по две боковины, с сегментами по окружности, образующие полюса, и закрепленные между ними сердечники с обмотками напротив полюсов. На статоре закреплены электромагниты на одинаковом расстоянии, собранные из электротехнической листовой стали Н-образной формы, имеющие по две боковины, и закрепленные между ними сердечники с обмотками, причем, витки обмоток якорей и электромагнитов выполнены параллельно друг к другу, и не пересекаются магнитными полюсами, как в обычных электродвигателях постоянного тока. Электромагниты статора расположены напротив якорей, а их боковины с противоположных сторон закреплены кольцами из немагнитной стали. Вал опирается своими концами на подшипники качения, установленные в подшипниковых узлах, которые закреплены на торцевых крышках статора, имеющего фланцевые ребра жесткости с лапами. Решетки расположены перед якорями, с закрепленными на них изолированно графитовыми щетками, примыкающими к медным токосъемным кольцам, установленным изолированно на якорях, по которым питание поступает на обмотки. С противоположных концов вала закреплены вентиляторы, на которые воздух поступает через вентиляционные отверстия, расположенные по краям статора, а для выброса воздуха, имеется отверстие в средней части корпуса статора. Очередность включения электромагнитов происходит от сигналов с датчиков Холла, расположенных на крышке подшипникового узла с противоположного конца выходного вала. Импульс на датчики Холла поступает от плоских магнитов, закрепленных на диске из немагнитной стали, установленного на валу напротив датчиков Холла, с которых импульс поступает на электрическую схему, состоящую из диодов, транзисторов и резисторов, которые в нужный момент подают питание на электромагниты. Электродвигатель может работать на низком напряжении, ввиду того, что якоря являются многополюсными электромагнитами, а их магнитодвижущая сила, также как и у электромагнитов, зависит только от количества ампер-витков в обмотках. Причем, самым важнейшим фактором, позволяющим электродвигателю работать на низком напряжении, является частичное и незначительное противо-ЭДС, возникающее в процессе работы, которое не влияет на мощность электродвигателя. Конструктивное решение, примененное в электродвигателе, для минимизации противо-ЭДС, состоит в увеличении длины полюсов якорей на длину одного полюса электромагнита. При этом, включение электромагнитов по своей очередности, производится только после совмещения с полюсами якорей, во избежание возникновения противо-ЭДС, которое появляется в случае изменения магнитного потока, магнитной индукции, или изменения площади проходящего магнитного потока. Однако, кратковременное изменение магнитной индукции возникнет при включении электромагнитов, так как их обмотки имеют индуктивность, не позволяющую мгновенно создать максимальный ток. Также, небольшая противо-ЭДС возникнет при переключении полярности электромагнитов, но при этом, на мощности электродвигателя это никак не отразится. При включении очередных электромагнитов, последние, выходящие за полюса якорей, отключаются одновременно, и переходят на замкнутый контур, во избежание скачка напряжения, причем, электромагниты соединены в группы, а в их обмотки параллельно встроены диоды. Электромагниты в группах включаются, выключаются и переключаются на другую полярность только одновременно, и не связаны общей электрической цепью, поэтому не влияют на обмотки других электромагнитов. Переключение полярности происходит в предпоследних электромагнитах по ходу вращения якорей, и далее, при совмещении их с концами якорей, они отключаются. На электродвигатель питание подается от сети через выпрямитель тока, а для работы электронной схемы необходим аккумулятор.DISCLOSURE OF THE INVENTION The object of the invention is to provide a DC motor with a partial back-EMF, operating at a low voltage, for driving any technical means. The design of the electric motor consists of two anchors made of electrical steel sheet and mounted on the same shaft with keys, longitudinally offset from each other. The armatures each have two sidewalls, with segments along the circumference, forming poles, and cores fixed between them with windings opposite the poles. Electromagnets are fixed on the stator at the same distance, assembled from electrical sheet steel H-shaped, having two sidewalls, and cores with windings fixed between them, moreover, the turns of the windings of the armatures and electromagnets are made parallel to each other, and do not intersect with magnetic poles, as in conventional DC motors. The stator electromagnets are located opposite the armatures, and their sides on opposite sides are fixed with rings of non-magnetic steel. The shaft rests with its ends on rolling bearings installed in bearing assemblies, which are fixed on the end caps of the stator, which has flanged stiffening ribs with feet. The grids are located in front of the armatures, with isolated graphite brushes attached to them, adjacent to the copper slip rings installed in isolation on the armatures, through which power is supplied to the windings. From the opposite ends of the shaft, fans are fixed, to which air is supplied through ventilation holes located along the edges of the stator, and for air exhaust, there is an opening in the middle part of the stator housing. The sequence of switching on the electromagnets comes from the signals from the Hall sensors located on the cover of the bearing assembly from the opposite end of the output shaft. The impulse to the Hall sensors comes from flat magnets fixed on a non-magnetic steel disk mounted on the shaft opposite the Hall sensors, from which the impulse goes to an electrical circuit consisting of diodes, transistors and resistors, which at the right time supply power to the electromagnets. The electric motor can operate at low voltage, due to the fact that the armatures are multi-pole electromagnets, and their magnetomotive force, like that of electromagnets, depends only on the number of ampere-turns in the windings. Moreover, the most important factor that allows an electric motor to operate at low voltage is a partial and insignificant back-EMF that occurs during operation, which does not affect the power of the electric motor. The constructive solution used in the electric motor to minimize the back-EMF consists in increasing the length of the armature poles by the length of one electromagnet pole. In this case, the inclusion of electromagnets in their order is carried out only after alignment with the poles of the armatures, in order to avoid the occurrence of back-EMF, which appears in the event of a change in the magnetic flux, magnetic induction, or a change in the area of the passing magnetic flux. However, a short-term change in the magnetic induction will occur when the electromagnets are turned on, since their windings have an inductance that does not allow to instantly create a maximum current. Also, a small back-EMF will occur when the polarity of the electromagnets is switched, but at the same time, this will not affect the power of the electric motor. When the next electromagnets are turned on, the last ones that go beyond the poles of the armatures are turned off simultaneously, and go to a closed loop, in order to avoid a voltage surge, moreover, the electromagnets are connected in groups, and diodes are built in parallel in their windings. Electromagnets in groups turn on, turn off and switch to the other polarity only at the same time, and are not connected by a common electrical circuit, therefore they do not affect the windings of other electromagnets. Polarity switching occurs in the penultimate electromagnets in the direction of rotation of the armatures, and then, when they are aligned with the ends of the armatures, they are turned off. The electric motor is powered from the mains through a current rectifier, and a battery is required for the electronic circuit to work.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

На фиг. 1 представлен электродвигатель в продольном сечении, на фиг. 2 показан электродвигатель в поперечном сечении.FIG. 1 shows an electric motor in longitudinal section, FIG. 2 shows an electric motor in cross section.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Электродвигатель постоянного тока состоит из электромагнитов, сделанных из листовой электротехнической стали, имеющих по две боковины (1) и сердечники (2), с обмотками (3), закрепленных на статоре (4) на одинаковом расстоянии друг от друга над якорями, и скрепленных с противоположных боковин кольцами (5) из немагнитной стали. Якоря выполнены из листовой электротехнической стали, и состоят из двух боковин (6), и сердечников (7), закрепленных между ними, с обмотками (8). Вал (9), изготовленный из конструкционной углеродистой качественной стали со шпонками (10), опирается своими концами на подшипники качения (11), установленные в подшипниковых узлах (12), выполненных из конструкционной углеродистой стали обыкновенного качества, которые закреплены на торцевых крышках (13), выполненных из конструкционной углеродистой стали обыкновенного качества, и закрепленных на статоре, который имеет фланцевые ребра (14) жесткости с лапами (15), и выполнен из конструкционной углеродистой стали обыкновенного качества. Решетки (16), установленные перед якорями, сделаны из углеродистой конструкционной стали обыкновенного качества, с закрепленными на них изолированно графитовыми щетками (17), которые примыкают к медным токосъемным кольцам (18), установленным на якорях изолированно. Вентиляторы (19) закреплены на валу с противоположных его концов, и сделаны из алюминия. Диск (20) сделан из немагнитной стали, с установленными на нем плоскими магнитами (21), и закреплен на валуе противоположного конца выходного вала, напротив датчиков (22) Холла, расположенных на крышке подшипникового узла.A DC electric motor consists of electromagnets made of sheet electrical steel, having two sidewalls (1) and cores (2), with windings (3), fixed to the stator (4) at the same distance from each other above the armatures, and fastened to the opposite sides with rings (5) made of non-magnetic steel. Anchors are made of sheet electrical steel, and consist of two sidewalls (6), and cores (7), fixed between them, with windings (8). The shaft (9), made of structural carbon steel with keys (10), rests with its ends on rolling bearings (11) installed in bearing assemblies (12) made of structural carbon steel of ordinary quality, which are fixed on end caps (13 ), made of structural carbon steel of ordinary quality, and fixed on the stator, which has flanged stiffening ribs (14) with feet (15), and is made of structural carbon steel of ordinary quality. The grids (16), installed in front of the armatures, are made of carbon structural steel of ordinary quality, with graphite brushes (17) fixed to them in isolation, which adjoin the copper slip rings (18) mounted on the armatures in isolation. The fans (19) are fixed to the shaft at opposite ends and are made of aluminum. The disc (20) is made of non-magnetic steel, with flat magnets (21) mounted on it, and is fixed on the shaft of the opposite end of the output shaft, opposite the Hall sensors (22) located on the bearing unit cover.

Электромагнитный двигатель работает следующим образом.The electromagnetic motor works as follows.

На обмотки электромагнитов статора и якорей подается постоянный ток, который намагничивая их, производит взаимное притяжение, и тем самым, создает вращательное движение вала, с установленными на нем якорями. При совмещении полюсов якорей с полюсами следующих по очередности включения электромагнитов, последние включаются в работу, и в этот же момент происходит отключение электромагнитов, которые с измененной полярностью выходят за поля якорей. Очередность включения, отключения и переключения полярности электромагнитов обеспечивает электрическая схема, состоящая из транзисторов, резисторов, диодов и датчиков Холла, на которые подается импульс с постоянных плоских магнитов, закрепленных на диске, установленном на валу, и обеспечивающие очередность подачи питания на электромагниты в нужный момент. Питание на электродвигатель подается от сети через выпрямитель тока, а для работы электронной схемы электродвигателя, необходим аккумулятор.A direct current is supplied to the windings of the stator and armature electromagnets, which, by magnetizing them, produces mutual attraction, and thereby creates a rotational motion of the shaft, with the armatures installed on it. When the poles of the armatures are aligned with the poles of the electromagnets following in sequence, the electromagnets are switched on, and at the same moment the electromagnets are switched off, which, with a changed polarity, go beyond the fields of the armatures. The sequence of switching on, off and switching the polarity of electromagnets is provided by an electrical circuit consisting of transistors, resistors, diodes and Hall sensors, to which a pulse is supplied from permanent flat magnets fixed on a disk mounted on a shaft, and providing the sequence of supplying power to the electromagnets at the right time ... Power is supplied to the electric motor from the mains through a current rectifier, and for the operation of the electronic circuit of the electric motor, a battery is required.

Claims (1)

Электродвигатель постоянного тока с частичной противо-ЭДС, состоящий из двух якорей, установленных на валу со шпонками, с продольным смещением относительно друг от друга, выполненных из электротехнической листовой стали и состоящих каждый из двух боковин с сегментами по окружности, образующих полюса, закрепленных между ними сердечниками с обмотками напротив полюсов, статора, с установленными на нем электромагнитами на одинаковом расстоянии Н-образной формы, изготовленных из листовой электротехнической стали, имеющих по две боковины, с закрепленными между ними сердечниками с обмотками возбуждения, и расположенными напротив якорей, причем обмотки якорей и электромагнитов выполнены параллельно друг к другу, а боковины электромагнитов закреплены между собой с противоположных сторон кольцами из немагнитной стали, вала, опирающегося своими концами на подшипники качения, установленные в подшипниковых узлах, которые закреплены на торцевых крышках статора, имеющего фланцевые ребра жесткости с лапами, решеток, установленных перед якорями, и закрепленных на них изолированно графитовых щеток, примыкающих к медным токосъемным кольцам, закрепленным на якорях изолированно, вентиляторов, установленных на валу с противоположных его концов, диска, выполненного из немагнитной стали, с закрепленными на нем плоскими магнитами, и установленного на валу с противоположного конца выходного вала, напротив датчиков Холла, закрепленных на крышке подшипникового узла, вентиляционных отверстий расположенных по краям корпуса статора, и отверстия в средней части статора, элементов управления питанием электромагнитов, состоящих из транзисторов, диодов, резисторов и датчиков Холла, с питанием от аккумулятора, а самого электродвигателя, от сети через выпрямитель тока.DC electric motor with partial back-EMF, consisting of two armatures mounted on a shaft with keys, longitudinally offset from each other, made of electrical sheet steel and each of two sidewalls with segments along the circumference, forming poles, fixed between them cores with windings opposite the poles, a stator, with electromagnets installed on it at the same distance in the H-shaped form, made of sheet electrical steel, having two sidewalls, with cores with field windings fixed between them, and located opposite the armatures, and the armature windings and electromagnets are made parallel to each other, and the sidewalls of the electromagnets are fixed to each other from opposite sides by rings of non-magnetic steel, the shaft resting on its ends on rolling bearings installed in bearing assemblies that are fixed on the end caps of the stator having flange stiffeners with l apami, grids installed in front of the armatures, and graphite brushes attached to them in isolation, adjacent to copper slip rings, isolated on the armatures, fans installed on the shaft from opposite ends, a disk made of non-magnetic steel with flat magnets fixed to it , and installed on the shaft from the opposite end of the output shaft, opposite the Hall sensors mounted on the cover of the bearing assembly, ventilation holes located along the edges of the stator housing, and holes in the middle of the stator, power control elements for electromagnets, consisting of transistors, diodes, resistors and sensors Hall, powered by a battery, and the electric motor itself, from the network through a current rectifier.
RU2020125494A 2020-07-23 2020-07-23 Dc electric motor with partial back emf RU2749049C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020125494A RU2749049C1 (en) 2020-07-23 2020-07-23 Dc electric motor with partial back emf

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020125494A RU2749049C1 (en) 2020-07-23 2020-07-23 Dc electric motor with partial back emf

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2749049C1 true RU2749049C1 (en) 2021-06-03

Family

ID=76301582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020125494A RU2749049C1 (en) 2020-07-23 2020-07-23 Dc electric motor with partial back emf

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2749049C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5387854A (en) * 1992-09-02 1995-02-07 Electric Power Research Institute, Inc. Method of torque notch minimization for quasi square wave back EMF permanent magnet synchronous machines with voltage source drive
RU2091966C1 (en) * 1994-10-12 1997-09-27 Иван Григорьевич Скибицкий Dc machine
RU2011150994A (en) * 2011-12-14 2013-11-20 Юлия Алексеевна Щепочкина ANGOB FOR CERAMIC BRICK
WO2014021911A2 (en) * 2012-07-30 2014-02-06 Convergent Power, Inc. Controller for back emf reducing motor
RU2572040C1 (en) * 2014-07-21 2015-12-27 Валерий Федорович Коваленко Electromagnetic motor
EA028494B1 (en) * 2012-03-20 2017-11-30 Вастек Холдингз Лтд. Brushless dc motor
RU2688203C1 (en) * 2018-04-23 2019-05-21 Валерий Федорович Коваленко Electromagnetic motor with self-exciting by windings of anchors

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5387854A (en) * 1992-09-02 1995-02-07 Electric Power Research Institute, Inc. Method of torque notch minimization for quasi square wave back EMF permanent magnet synchronous machines with voltage source drive
RU2091966C1 (en) * 1994-10-12 1997-09-27 Иван Григорьевич Скибицкий Dc machine
RU2011150994A (en) * 2011-12-14 2013-11-20 Юлия Алексеевна Щепочкина ANGOB FOR CERAMIC BRICK
EA028494B1 (en) * 2012-03-20 2017-11-30 Вастек Холдингз Лтд. Brushless dc motor
WO2014021911A2 (en) * 2012-07-30 2014-02-06 Convergent Power, Inc. Controller for back emf reducing motor
RU2572040C1 (en) * 2014-07-21 2015-12-27 Валерий Федорович Коваленко Electromagnetic motor
RU2688203C1 (en) * 2018-04-23 2019-05-21 Валерий Федорович Коваленко Electromagnetic motor with self-exciting by windings of anchors

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11218038B2 (en) Control system for an electric motor/generator
RU2388132C2 (en) Brushless electric machine
US20170237325A1 (en) Brushless electric motor/generator
US4972112A (en) Brushless DC motor
US20090160391A1 (en) Hybrid permanent magnet motor
KR102357860B1 (en) DC generators and DC motors
KR20070029091A (en) Magnetic force rotating device
US20150054373A1 (en) Commutatorless and brushless dc machine with stationary armature and method of operating the same
RU2688203C1 (en) Electromagnetic motor with self-exciting by windings of anchors
JPH1198794A (en) Torque-generating equipment
US8581465B2 (en) Generator
KR20210029059A (en) A Automatic Rotating Device and Generator Using Magnetic Force and Repulsive Force of Electromagnet and Shielded Magnet with Self-Induced Electricity Applied to Coil
WO2013073416A1 (en) Dynamo-electric machine
RU2749049C1 (en) Dc electric motor with partial back emf
CN108599492B (en) Unit type axial flux switch reluctance motor
JP2022516736A (en) A device that operates as a DC generator and a DC motor
WO2022139690A1 (en) Electromagnetic motor
RU2693011C1 (en) Collectorless synchronous generator of modular type with permanent magnets
RU2733627C1 (en) Low-voltage direct current motor
KR100758670B1 (en) Magnetism amplifying engine
KR20200089911A (en) Bldc motor with double stator structure
KR100451418B1 (en) Dc moter with double stator structure
RU2141159C1 (en) Permanent-magnet torque motor
RU2216843C2 (en) Valve-type electric motor
RU2348098C1 (en) Electrical machine