RU85274U1

RU85274U1 - PULSE MOTOR

Info

Publication number: RU85274U1
Application number: RU2009115230/22U
Authority: RU
Inventors: Андрей Иванович Дзиговский; Антон Владимирович Бычков
Original assignee: Андрей Иванович Дзиговский; Антон Владимирович Бычков
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2009-07-27

Abstract

1. Импульсный электродвигатель, содержащий источник постоянного тока, статор с равномерно расположенными по его окружности электромагнитами, каждый в виде двух катушек с обмотками, ротор с чередующимися постоянными магнитами, которые расположены с двух сторон от электромагнитов, распределительный коллектор, который жестко соединен с ротором и состоит из токопроводящих пластин, разделенных между собой диэлектрическими промежутками и соединенных друг с другом проводниками, а также токосъемные щетки, соединенные с катушками электромагнитов и установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора, отличающийся тем, что катушки электромагнитов соединены с источником питания параллельно, имеют вытянутую вдоль окружности статора форму, между торцами катушек закреплены постоянные магниты, полюса которых перпендикулярны полюсам постоянных магнитов ротора, каждая нечетная токопроводящая пластина распределительного коллектора соединена по часовой стрелке с соседней пластиной, а каждая четная с n+3 (n=1). ! 2. Импульсный электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что оси постоянных магнитов, расположенных на одной окружности ротора, проходят по лучам промежутков между постоянными магнитами на другой окружности ротора. ! 3. Импульсный электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что расстояние между постоянными магнитами соседних электромагнитов равно расстоянию между осями постоянных магнитов ротора.1. A pulsed electric motor containing a direct current source, a stator with electromagnets evenly spaced around it, each in the form of two coils with windings, a rotor with alternating permanent magnets that are located on both sides of the electromagnets, a distribution manifold that is rigidly connected to the rotor and consists of conductive plates separated by dielectric gaps and connected to each other by conductors, as well as collector brushes connected to electromagnet coils and installed with the possibility of contact with the collector plates, characterized in that the electromagnet coils are connected in parallel with the power source, have an elongated shape along the circumference of the stator, permanent magnets are fixed between the ends of the coils, the poles of which are perpendicular to the poles of the rotor permanent magnets, each odd conductive plate of the distribution manifold connected clockwise with a neighboring plate, and each even with n + 3 (n = 1). ! 2. The pulse motor according to claim 1, characterized in that the axis of the permanent magnets located on one circumference of the rotor pass through the rays of the gaps between the permanent magnets on the other circumference of the rotor. ! 3. The pulse motor according to claim 1, characterized in that the distance between the permanent magnets of the adjacent electromagnets is equal to the distance between the axes of the permanent magnets of the rotor.

Description

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

Известен встроенный электродвигатель (WO 93/08999 А1, 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. 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.A built-in electric motor is known (WO 93/08999 A1, 05/13/93) containing 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 as well as a distribution manifold mounted on a 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. 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, 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, 2005 and No. 2303536 from 2006. These electric 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 по заявке 2009105023. Электродвигатель содержит:The closest technical solution to the claimed pulse inertial engine can be considered an engine according to the patent of the Russian Federation for a utility model according to application 2009105023. 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 процессе работы двигателя постоянно меняется направление поля, что приводит к ограничению количества оборотов и снижает надежность работы.However, with such a circuit solution, the direction of the field constantly changes during the operation of the engine, which leads to a limitation of the number of revolutions and reduces the reliability of operation.

Задача предлагаемого решения - повышение эксплуатационно-технических характеристик за счет обеспечение вращения двигателя только в одну сторону.The objective of the proposed solution is to increase operational and technical characteristics by ensuring engine rotation in only one direction.

Для решения поставленной задачи предложена новая схема электродвигателя, в котором изменены конструкция отдельных узлов и связи между узлами. Электродвигатель содержит источник постоянного тока, статор с равномерно расположенными по его окружности электромагнитами, каждый в виде двух катушек с обмотками, соединенных с источником постоянного тока, ротор с чередующимися постоянными магнитами, которые расположены по окружности с двух сторон от электромагнитов, иTo 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 electric motor contains a direct current source, a stator with electromagnets evenly spaced around its circumference, each in the form of two coils with windings connected to a direct current source, a rotor with alternating permanent magnets that are located on a circle on both sides of the electromagnets, and

распределительный коллектор, который жестко соединен с ротором и состоит из токопроводящих пластин, разделенных между собой диэлектрическими промежутками и соединенных друг с другом проводниками, аa distribution manifold, which is rigidly connected to the rotor and consists of conductive plates separated by dielectric gaps and connected to each other by conductors, and

также токосъемные щетки, соединенные с источником питания и установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора,also collector brushes connected to the power source and installed with the possibility of contact with the collector plates,

В отличие от известных схем, в предлагаемом электродвигателе катушки электромагнитов соединены с источником питания параллельно, имеют вытянутую вдоль окружности форму, между торцами катушек закреплены постоянные магниты, полюса которых перпендикулярны полюсам постоянных магнитов ротора, каждая нечетная токопроводящая пластина распределительного коллектора соединена по часовой стрелке с соседней пластиной, а каждая четная с п+3 (n=1).Unlike the known schemes, in the proposed electric motor, the electromagnet coils are connected in parallel with the power source, have a circumferentially elongated shape, permanent magnets are fixed between the ends of the coils, the poles of which are perpendicular to the poles of the rotor permanent magnets, each odd conductive plate of the distribution manifold is connected clockwise to an adjacent plate, and each even with n + 3 (n = 1).

Кроме того, оси постоянных магнитов, расположенных на одной окружности ротора, проходят по лучам промежутков между постоянными магнитами на другой окружности ротора, а расстояние между постоянными магнитами соседних электромагнитов равно расстоянию между осями постоянных магнитов ротора,In addition, the axis of the permanent magnets located on one circumference of the rotor pass along the rays of the gaps between the permanent magnets on the other circumference of the rotor, and the distance between the permanent magnets of the adjacent electromagnets is equal to the distance between the axes of the permanent magnets of the rotor,

Предлагаемое схемное решение исключает изменение направления поля и направления вращения ротора, уменьшает затраты энергии, позволяет повысить число оборотов двигателя и расширить сферу его применения.The proposed circuit solution eliminates the change in the direction of the field and 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 следующими чертежами:The essence of the utility model is illustrated by the following drawings:

фиг.1 - схематичное изображение электродвигателя, вид сверху, фиг.2 - вид сбоку.figure 1 is a schematic illustration of an electric motor, a top view, figure 2 is a side view.

На оси 1 жестко закреплен статор 2 (фиг.2), на неподвижной окружности которого равномерно расположено четное число электромагнитов 3 (фиг.1 и 2), в данном случае 4 электромагнита. Каждый из указанных электромагнитов 3 имеет вытянутую вдоль окружности статора форму и имеет по две катушки 4, которые соединены с полюсами источника питания параллельно. Между торцами катушек 4 закреплены постоянные N-S магниты 5, оси полюсов которых перпендикулярны оси ротора (полюс N излучает наружу, полюс S излучает внутрь статора).On the axis 1, the stator 2 is fixed (Fig. 2), on a fixed circle of which an even number of electromagnets 3 (Figs. 1 and 2) are evenly located, in this case 4 electromagnets. Each of these electromagnets 3 has a shape elongated along the circumference of the stator and has two coils 4 that are connected to the poles of the power source in parallel. Between the ends of the coils 4 fixed permanent N-S magnets 5, the axis of the poles of which are perpendicular to the axis of the rotor (pole N radiates to the outside, pole S radiates to the stator).

На оси 1 концентрично статору 2 закреплен вращающийся ротор 6 (фиг.1), по окружности которого равномерно установлены чередующиеся постоянные N-S магниты 7 с двух сторон от катушек электромагнитов 4. При этом оси постоянных магнитов, расположенных на одной окружности проходят по лучам в середине промежутков между постоянными магнитами, расположенными на другой окружности ротора 6. Кроме того, расстояние между постоянными магнитами 5 соседних электромагнитов 3 равно расстоянию между осями постоянных магнитов 7 ротора.A rotary rotor 6 is fixed on the axis 1 concentrically to the stator 2 (Fig. 1), along the circumference of which alternating permanent NS magnets 7 are evenly mounted on both sides of the coils of the electromagnets 4. The axes of the permanent magnets located on the same circle pass through the rays in the middle of the gaps between the permanent magnets located on the other circumference of the rotor 6. In addition, the distance between the permanent magnets 5 of the adjacent electromagnets 3 is equal to the distance between the axes of the permanent magnets 7 of the rotor.

На роторе 6 концентрично постоянным магнитам 7 жестко закреплен распределительный коллектор, состоящий из равномерно расположенных по окружности токопроводящих пластин 8. Пластины 8 с наружной стороны разделены изоляционным материалом 9, а с противоположной стороны соединены друг с другом проводниками 10. При этом каждая нечетная токопроводящая пластина 8 распределительного коллектора соединена по часовой стрелке с соседней пластиной, а каждая четная с п+3 (n=1).On the rotor 6 concentric with permanent magnets 7, a distribution manifold is rigidly fixed, consisting of conductive plates evenly spaced around the circumference 8. The plates 8 are separated from the outside by insulating material 9, and from the opposite side are connected to each other by conductors 10. Moreover, each odd conductive plate 8 the distribution manifold is connected clockwise to the adjacent plate, and each even with n + 3 (n = 1).

Количество токопроводящих пластин 8 всегда четно, в предлагаемом варианте в два раза больше количества постоянных магнитов на одной окружности.The number of conductive plates 8 is always even, in the proposed embodiment, two times the number of permanent magnets on one circle.

Электродвигатель работает от источника питания. К его контактам параллельно присоединены обмотки катушек электромагнитов. Выходы обмоток соединены с токосъемными щетками 11, которые закреплены с возможностью контакта с токопроводящими пластинами 8 коллектора. Щетки 11 имеют правые и левые части, разделенные диэлектриком.The electric motor is powered by a power source. Windings of electromagnet coils are connected to its contacts in parallel. The outputs of the windings are connected to the collector brushes 11, which are fixed with the possibility of contact with the conductive plates 8 of the collector. The brushes 11 have right and left parts separated by a dielectric.

Принцип действия предлагаемого электродвигателя аналогичен традиционному электродвигателю постоянного тока и основан на силах электромагнитного притяжения и отталкивания, возникающих при взаимодействии электромагнитов статора и постоянных магнитов ротора. При прохождении ротором положения, когда ось электромагнита расположена между осями постоянных магнитов, катушки электромагнита запитаны так, что создают магнитный полюс, противоположный полюсу последующего в направлении вращения постоянного магнита и одноименный с полюсом предыдущего постоянного магнита. Таким образом, электромагнит одновременно отталкивается от предыдущего и притягивается к последующему постоянному магниту. При прохождении постоянным магнитом положения напротив оси электромагнита последний обесточен, поскольку токосъемник располагается напротив диэлектрического промежутка. Это положение ротор проходит по инерции. Преимущества настоящего электродвигателя заключаются в строго определенном соотношении числа электромагнитов и постоянных магнитов и их взаиморасположении, а также в используемой схеме коммутации электромагнитов.The principle of operation of the proposed electric motor is similar to a traditional direct current electric motor and is based on the forces of electromagnetic attraction and repulsion arising from the interaction of stator electromagnets and permanent rotor magnets. When the rotor passes the position when the axis of the electromagnet is located between the axes of the permanent magnets, the coils of the electromagnet are powered so that they create a magnetic pole opposite to the pole of the subsequent one in the direction of rotation of the permanent magnet and the same name as the pole of the previous permanent magnet. Thus, the electromagnet simultaneously repels from the previous one and is attracted to the next permanent magnet. When the permanent magnet passes the position opposite the axis of the electromagnet, the latter is de-energized, since the current collector is located opposite the dielectric gap. This position of the rotor is inertia. The advantages of this electric motor are in a strictly defined ratio of the number of electromagnets and permanent magnets and their relative position, as well as in the used circuit of switching electromagnets.

Электродвигатель работает следующим образом. При включении источника питания ток от положительного полюса источника постоянного тока проходит через катушки 4 электромагнитов 3 (все обмотки соединены параллельно), далее через правые части щеток 11 на соединенные между собой проводником пластины 8 коллектора. Далее, через пластины 8 коллектора, ток подается на левые щетки и через обмотки катушек электромагнитов на отрицательный контакт источника питания. Цепь замыкается. Поле электромагнита вступает во взаимодействие с ближайшим постоянным магнитом 7 и возникает момент силы, поворачивающий ротор.The electric motor operates as follows. When the power source is turned on, the current from the positive pole of the DC source passes through coils 4 of electromagnets 3 (all windings are connected in parallel), then through the right parts of the brushes 11 to collector plates 8 connected to each other by a conductor. Further, through the collector plates 8, current is supplied to the left brushes and through the windings of the electromagnet coils to the negative contact of the power source. The chain closes. The electromagnet field interacts with the nearest permanent magnet 7 and a moment of force arises, turning the rotor.

При попадании торца электромагнита в промежуток между постоянными магнитами одновременно происходит переход щеток 11 с токопроводящей пластины на диэлектрический элемент коллектора - электромагниты обесточиваются. В этот момент вступают в действие торцевые постоянные магниты 5, N полюса которых отталкиваются от пройденного N полюса постоянного магнита наружной окружности ротора, a S полюса - от одноименного полюса внутренней окружности ротора. Это обеспечивает дальнейший поворот ротора и переход токосъемных щеток к следующей пластине коллектора. В следующий момент ток в катушки электромагнитов подается в противофазе. Они начинают снова взаимодействовать с постоянными магнитами, не прекращая движения ротора. Токопроводящие пластины соединены проводниками таким образом, чтобы, не меняя полярности на входе двигателя, менять направление тока в обмотках электромагнита вращением коллектора. При этом двигатель вращается только в одном направлении.When the end face of the electromagnet falls into the gap between the permanent magnets, the brushes 11 simultaneously transition from the conductive plate to the dielectric element of the collector - the electromagnets are de-energized. At this moment, the end-face permanent magnets 5 come into action, the N poles of which repel from the passed N pole of the permanent magnet of the outer circumference of the rotor, and the S poles start from the same pole of the inner circumference of the rotor. This provides a further rotation of the rotor and the transition of the collector brushes to the next collector plate. At the next moment, the current in the coils of electromagnets is supplied in antiphase. They begin to interact again with the permanent magnets, without stopping the movement of the rotor. The conductive plates are connected by conductors in such a way that, without changing the polarity at the motor input, change the direction of the current in the electromagnet windings by rotating the collector. In this case, the engine rotates in only one direction.

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

1. A pulsed electric motor containing a direct current source, a stator with electromagnets evenly spaced around it, each in the form of two coils with windings, a rotor with alternating permanent magnets that are located on both sides of the electromagnets, a distribution manifold that is rigidly connected to the rotor and consists of conductive plates separated by dielectric gaps and connected to each other by conductors, as well as collector brushes connected to electromagnet coils and installed with the possibility of contact with the collector plates, characterized in that the electromagnet coils are connected in parallel with the power source, have an elongated shape along the circumference of the stator, permanent magnets are fixed between the ends of the coils, the poles of which are perpendicular to the poles of the rotor permanent magnets, each odd conductive plate of the distribution manifold connected clockwise with a neighboring plate, and each even with n + 3 (n = 1).

2. The pulse motor according to claim 1, characterized in that the axis of the permanent magnets located on one circumference of the rotor pass through the rays of the gaps between the permanent magnets on the other circumference of the rotor.

3. The pulse electric motor according to claim 1, characterized in that the distance between the permanent magnets of the adjacent electromagnets is equal to the distance between the axes of the permanent magnets of the rotor.