RU88483U1

RU88483U1 - DC Reed Motor

Info

Publication number: RU88483U1
Application number: RU2009129128/22U
Authority: RU
Inventors: Иван Николаевич Ваганов; Николай Иванович Ваганов; Алексей Андреевич Иванов; Николай Николаевич Медов; Иван Николаевич Медов; Дмитрий Александрович Якимов
Original assignee: Межрегиональное общественное учреждение "Институт инженерной физики"
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2009-11-10

Abstract

Герконовый двигатель постоянного тока, содержащий корпус с боковыми фланцами и подшипниками, статор с электромагнитными полюсами, ротор с n секциями витков провода, уложенными в пазы ротора, и вал, на котором размещены ротор и внутренние кольца подшипников, наружные кольца которых установлены на боковых фланцах корпуса, внутри которого размещен статор с электромагнитными полюсами, отличающийся тем, что содержит пару токоподводящих колец и n герконов, каждый из которых содержит первый и второй переключающие контакты, размыкающий контакт первого переключающего контакта подключен к замыкающему контакту второго переключающего контакта и к выводу начала каждой из n секций витков провода, размыкающий контакт второго переключающего контакта подключен к замыкающему контакту первого переключающего контакта и к выводу конца каждой из n секций витков провода, первый и второй переключающие контакты n герконов соединены соответственно с парой токоподводящих колец, неподвижные токоподводящие элементы которых подключены к клеммам «+» и «-» источника питания.A DC reed motor containing a housing with side flanges and bearings, a stator with electromagnetic poles, a rotor with n sections of wire turns laid in the rotor slots, and a shaft on which the rotor and inner rings of bearings are located, the outer rings of which are mounted on the side flanges of the housing , inside of which there is a stator with electromagnetic poles, characterized in that it contains a pair of current-conducting rings and n reed switches, each of which contains the first and second switching contacts, opening contact the first switching contact is connected to the make contact of the second switching contact and to the output terminal of each of the n sections of wire turns, the opening contact of the second switching contact is connected to the make contact of the first switching contact and to the end of each of the n sections of wire turns, the first and second switching contacts n Reed switches are connected respectively to a pair of current-carrying rings, the fixed current-conducting elements of which are connected to the terminals “+” and “-” of the power source.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в электродвигательных установках постоянного тока, в частности, в стартерных двигателях и электродрелях, эксплуатируемых на объектах повышенной радиационной опасности.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in DC electric motor installations, in particular, in starter motors and electric drills operated at objects of increased radiation hazard.

Известен бесколлекторный двигатель постоянного тока, содержащий корпус (станину), статор с многосекционными обмотками, электронный (полупроводниковый) коммутатор, ротор с постоянными магнитами и бесконтактный датчик углового положения ротора, выходные сигналы которого подключены к управляющим входам электронного коммутатора [1]. С учетом углового положения ротора электронный коммутатор подключает соответствующие секции обмоток статора к источнику электрического питания. Двигатели постоянного тока имеют хорошие регулировочные свойства, развивают большой крутящий момент и потому нашли широкое применение в специальной и бытовой технике.Known brushless DC motor containing a housing (bed), a stator with multi-sectional windings, an electronic (semiconductor) switch, a rotor with permanent magnets and a proximity sensor of the angular position of the rotor, the output signals of which are connected to the control inputs of the electronic switch [1]. Given the angular position of the rotor, the electronic switch connects the corresponding sections of the stator windings to an electric power source. DC motors have good adjusting properties, develop high torque and therefore have found wide application in special and household appliances.

Недостаток известного бесколлекторного двигателя постоянного тока состоит в низком развиваемом крутящем моменте, пульсирующем характере его формирования и, кроме того, при воздействии проникающей радиации и в условиях радиоактивного заражения местности в известном бесколлекторном двигателе постоянного тока выходит из строя его полупроводниковый коммутатор и двигатель перестает работать.The disadvantage of the known brushless DC motor is the low developed torque, the pulsating nature of its formation and, in addition, when exposed to penetrating radiation and in conditions of radioactive contamination of the terrain in the known brushless DC motor, its semiconductor switch fails and the motor stops working.

Наиболее близким известным техническим решением (прототипом) является двигатель постоянного тока, содержащий корпус с боковыми фланцами и подшипниками, статор с электромагнитными полюсами, ротор с n секциями витков провода, уложенными в пазы ротора, и вал, на котором размещены ротор и внутренние кольца подшипников, наружные кольца которых установлены на боковых фланцах корпуса, внутри которого размещен статор с электромагнитными полюсами [2]. Кроме того, известный двигатель постоянного тока содержит вращающийся электроизоляционный держатель электродов электровакуумных диодов, установленный на валу внутри герметичного корпуса двигателя, и диаметрально расположенные внутри герметичного корпуса двигателя неподвижные электроизоляционные держатели электродов электровакуумного диода. К каждому катоду и аноду вращающихся электровакуумных диодов подключены выводы соответствующих витков обмотки ротора. Анод и катод неподвижного электровакуумного диода связаны с клеммами источника электрического питания двигателя постоянного тока и расположены внутри герметичного корпуса двигателя так, что появляется возможность протекания тока через те электроды подвижных электровакуумных диодов, которые при их вращении приблизились к поверхности анода и катода неподвижного электровакуумного диода. Для работы электровакуумных диодов внутри герметичного корпуса двигателя установлены нити подогрева (накаливания катода). Крутящий момент к нагрузке двигателя передается с помощью электромагнитных муфт сцепления.The closest known technical solution (prototype) is a DC motor containing a housing with side flanges and bearings, a stator with electromagnetic poles, a rotor with n sections of wire turns laid in the grooves of the rotor, and a shaft on which the rotor and inner rings of the bearings are placed, the outer rings of which are mounted on the side flanges of the housing, inside of which is placed a stator with electromagnetic poles [2]. In addition, the known DC motor includes a rotating electrical insulating electrode holder of electro-vacuum diodes mounted on a shaft inside a sealed motor housing, and fixed electro-insulating electrode holders of an electro-vacuum diode diametrically located inside a sealed motor housing. Each cathode and anode of rotating electric vacuum diodes are connected to the conclusions of the corresponding turns of the rotor winding. The anode and cathode of the fixed electrovacuum diode are connected to the terminals of the electric power supply of the DC motor and are located inside the sealed motor housing so that current flows through the electrodes of the movable electrovacuum diodes, which, when they rotate, approach the surface of the anode and cathode of the stationary electrovacuum diode. For the operation of electrovacuum diodes inside the sealed engine casing, heating threads (cathode glow) are installed. Torque to the engine load is transmitted using electromagnetic clutches.

Недостаток прототипа состоит в том, что для разогрева нитей накаливания и для работы электромагнитных муфт сцепления вала двигателя с нагрузкой требуется дополнительный источник электрической энергии, что снижает КПД двигателя, так как дополнительный источник электрической энергии не участвует в формировании крутящего момента. Кроме того, крутящий момент в магнитном поле статора формируется только с помощью той одной единственной из n секцией витков ротора, по которой протекает ток через электроды неподвижного диода. Остальные (n-1) секции витков ротора в магнитном поле статора крутящий момент не формируют, так как через них ток не протекает. Поэтому, установленные в прототипе электроды неподвижного диода, выполняют всего лишь известную функцию одной пары щеток известных коллекторных двигателей постоянного тока.The disadvantage of the prototype is that for heating the filament and for the operation of the electromagnetic clutch of the engine shaft with the load, an additional source of electrical energy is required, which reduces the efficiency of the engine, since the additional source of electrical energy is not involved in the formation of torque. In addition, the torque in the magnetic field of the stator is formed only with the help of that one single of n sections of rotor turns, through which current flows through the electrodes of a fixed diode. The remaining (n-1) sections of the rotor turns in the stator magnetic field do not generate torque, since no current flows through them. Therefore, the fixed diode electrodes installed in the prototype, therefore, perform only the well-known function of one pair of brushes of known DC brush motors.

Целью полезной модели является повышение развиваемого крутящего момента двигателем постоянного тока путем формирования крутящего момента сразу от всех (n-1) секций витков ротора с вращающимися герконами в магнитном поле статора, а не от одной секции витков ротора, к выводам которой подается известным образом ток через известные щетки (электроды неподвижного диода) машины постоянного тока.The purpose of the utility model is to increase the developed torque by a DC motor by generating torque immediately from all (n-1) sections of rotor turns with rotating reed switches in the stator magnetic field, and not from one section of rotor turns, to the terminals of which current is supplied in a known manner through known brushes (electrodes of a fixed diode) of a direct current machine.

Сущность полезной модели заключается в том, что, кроме известных и общих отличительных признаков, а именно: корпуса двигателя с боковыми фланцами и подшипниками, статора с электромагнитными полюсами, ротора с n секциями витков провода, уложенными в пазах ротора, и вала, на котором размещены ротор и внутренние кольца подшипников, наружные кольца которых установлены на боковых фланцах корпуса, внутри которого размещен статор с электромагнитными полюсами, предлагаемый герконовый двигатель постоянного тока содержит пару токоподводящих колец и n герконов, каждый из которых содержит первый и второй переключающие контакты, размыкающий контакт первого переключающего контакта подключен к замыкающему контакту второго переключающего контакта и к выводу начала каждой из n секций витков провода, размыкающий контакт второго переключающего контакта подключен к замыкающему контакту первого переключающего контакта и к выводу конца каждой из n секций витков провода, первый и второй переключающие контакты n герконов соединены соответственно с парой токоподводящих колец, неподвижные токоподводящие элементы которых подключены к клеммам «+» и «-» источника питания.The essence of the utility model is that, in addition to the well-known and general distinguishing features, namely: the motor housing with side flanges and bearings, the stator with electromagnetic poles, the rotor with n sections of wire turns laid in the grooves of the rotor, and the shaft on which the rotor and the inner rings of the bearings, the outer rings of which are mounted on the side flanges of the housing, inside which a stator with electromagnetic poles is placed, the proposed DC reed motor contains a pair of current-carrying rings c and n reed switches, each of which contains the first and second switching contacts, the opening contact of the first switching contact is connected to the making contact of the second switching contact and to the output of the beginning of each of the n sections of wire turns, the opening contact of the second switching contact is connected to the making contact of the first switching contact and to the conclusion of the end of each of the n sections of wire turns, the first and second switching contacts of the n reed switches are connected respectively to a pair of current-carrying rings, fixed t okopodopodnye elements which are connected to the terminals "+" and "-" of the power source.

Новизна полезной модели состоит в том, что герконовый двигатель постоянного тока содержит пару токоподводящих колец и n герконов, каждый из которых содержит первый и второй переключающие контакты, размыкающий контакт первого переключающего контакта подключен к замыкающему контакту второго переключающего контакта и к выводу начала каждой из n секций витков провода, размыкающий контакт второго переключающего контакта подключен к замыкающему контакту первого переключающего контакта и к выводу конца каждой из n секций витков провода, первый и второй переключающие контакты n герконов соединены соответственно с парой токоподводящих колец, неподвижные токоподводящие элементы которых подключены к клеммам «+» и «-» источника питания, что обеспечивает повышение крутящего момента двигателя постоянного тока.The novelty of the utility model consists in the fact that the reed switch DC motor contains a pair of current-conducting rings and n reed switches, each of which contains the first and second switching contacts, the opening contact of the first switching contact is connected to the closing contact of the second switching contact and to the output of the beginning of each of n sections turns of the wire, the opening contact of the second switching contact is connected to the making contact of the first switching contact and to the output end of each of the n sections of turns of wire first and second switching contacts n reed switches are respectively connected to a pair of current-carrying rings fixed current-carrying elements which are connected to terminals "+" and "-" power supply, which increases the torque of the DC motor.

Электрическая схема предлагаемого герконового двигателя постоянного тока в его продольном сечении с одной (n=1) вращающейся в магнитном поле статора секцией витков провода с герконом условно изображена в начале вращения ротора на фиг.1, а после поворота ротора на 180° - показана на фиг.2. На фиг.1 и 2 обозначено: 1 - вал герконового двигателя постоянного тока; 2 - ротор с пазами; 3 - секция витков провода; 4 - геркон с двумя переключающимися контактами; 5 - токоподводящие кольца; 6 - неподвижные токоподводящие элементы; 7 - нагрузка.The electrical circuit of the proposed DC reed-current DC motor in its longitudinal section with one (n = 1) section of turns of wire with a reed switch rotating in the stator magnetic field is conventionally shown at the beginning of the rotor rotation in FIG. 1, and after the rotor rotates through 180 °, it is shown in FIG. .2. In figures 1 and 2 are indicated: 1 - shaft reed motor DC; 2 - rotor with grooves; 3 - section of turns of wire; 4 - reed switch with two switching contacts; 5 - current-carrying rings; 6 - fixed current-carrying elements; 7 - load.

В исходном положении вал двигателя 1 жестко соединен с ротором 2, к противоположным концам секции проводников 3 которого подключены выводы геркона 4. Переключающие контакты геркона 4 соединены через токоподводящие кольца 5 и неподвижные токоподводящие элементы 6 с клеммами «+» и «-» источника питания. Нагрузка 7 двигателя жестко связана с валом 1 двигателя.In the initial position, the shaft of the motor 1 is rigidly connected to the rotor 2, the contacts of the reed switch 4 are connected to the opposite ends of the conductor section 3. The switching contacts of the reed switch 4 are connected via current-supply rings 5 and fixed current-carrying elements 6 with the terminals “+” and “-” of the power source. The load 7 of the engine is rigidly connected with the shaft 1 of the engine.

Предлагаемый герконовый двигатель постоянного тока работает следующим образом.The proposed reed switch DC motor operates as follows.

При подключении источника электрического питания к клеммам «+» и «-» протекает ток через неподвижные токоподводящие элементы 6, токоподводящие кольца 5, переключающие контакты геркона 4 и секцию витков 3 провода, уложенных в пазы ротора 2. Так как ток протекает по проводам 3 в магнитном поле N-S статора, то по правилу левой руки проводники 3 начнут поворачиваться с ротором 2 и осью (валом двигателя) 1 в направлении, указанном кружками на нагрузке 7. Точка в кружке обозначает движение в сторону наблюдателя, а крест в кружке показывает направление перемещения от наблюдателя. Последовательно, одна за другой секции витков провода, уложенных в пазах якоря ротора, поворачиваются на валу всех известных машин постоянного тока, получая электрическую энергию через пару щеток щеточно-коллекторного узла. Такой принцип работы машин постоянного тока лежит в основе всех известных двигателей постоянного тока. Щеточно-коллекторный узел ограничивает протекающий ток якоря и развиваемый крутящий момент.When connecting an electric power source to the “+” and “-” terminals, current flows through the fixed current-supplying elements 6, current-supplying rings 5, switching contacts of the reed switch 4 and the section of turns 3 of the wire laid in the grooves of the rotor 2. Since the current flows through the wires 3 to magnetic field NS of the stator, then, according to the rule of the left hand, the conductors 3 will begin to rotate with the rotor 2 and the axis (motor shaft) 1 in the direction indicated by the circles on the load 7. The dot in the circle indicates movement toward the observer, and the cross in the circle indicates the direction of emescheniya from the observer. Consistently, one after the other, sections of wire turns laid in the grooves of the rotor armature rotate on the shaft of all known DC machines, receiving electrical energy through a pair of brushes of the brush-collector assembly. This principle of operation of DC machines is the basis of all known DC motors. The brush-collector assembly limits the flowing armature current and the developed torque.

Предлагается заменить щеточно-коллекторный узел машин постоянного тока двумя токоподводящими кольцами 5 и n вращающимися вместе с проводами 3 герконами 4.It is proposed to replace the brush-collector assembly of DC machines with two current-conducting rings 5 and n with reed switches 4 rotating with the wires 3.

Герконы [3] - герметичные контакты, управляемые магнитным полем, имеют малые габаритные размеры, непрерывная продолжительность работы около 10 лет с частотой переключения 1 кГц, устойчивы к воздействию проникающей радиации и радиоактивному заражению окружающей местности, мощность типового геркона 100...150 вт.Reed switches [3] - sealed contacts controlled by a magnetic field, have small overall dimensions, continuous operation time of about 10 years with a switching frequency of 1 kHz, resistant to penetrating radiation and radioactive contamination of the surrounding area, the power of a typical reed switch 100 ... 150 watts.

Под действием протекающего по секции 3 провода тока в магнитном поле (фиг.1) поворачивается, как упоминалось выше, ротор 2 с валом 1 в направлении, определяемом правилом левой руки. В горизонтальном положении секции 3 проводов переключающие контакты геркона 4 займут нейтральное положение. При дальнейшем вращении ротора 2 с валом 1, например, под действием момента инерции, переключающие контакты геркона 4 (фиг.2) примут положение, противоположное (поворот на 180°) исходному положению. В магнитном поле статора переключающие контакты геркона 4 переключаются и формируют замкнутую цепь протекания тока от источника электрического питания к клеммам «+» и «-» через неподвижные токоподводящие элементы 6, токоподводящие кольца 5, переключающие контакты геркона 4 и секцию витков 3 провода, уложенных в пазы ротора 2. Формирование вращающего (крутящего) момента в герконовом двигателе продолжается и при повороте секции 3 проводов на 180°.Under the action of a current wire flowing through section 3 in a magnetic field (Fig. 1), as mentioned above, the rotor 2 rotates with the shaft 1 in the direction determined by the rule of the left hand. In the horizontal position of the wire section 3, the switching contacts of the reed switch 4 will take a neutral position. With further rotation of the rotor 2 with the shaft 1, for example, under the action of the moment of inertia, the switching contacts of the reed switch 4 (figure 2) will take the opposite position (180 ° rotation) to the initial position. In the magnetic field of the stator, the switching contacts of the reed switch 4 are switched and form a closed circuit for the flow of current from the electric power source to the terminals "+" and "-" through the fixed current-supplying elements 6, the current-supplying rings 5, the switching contacts of the reed switch 4 and the coil section 3 of the wires laid in grooves of the rotor 2. The formation of the torque (torque) in the reed switch motor continues even when the section of the 3 wires is rotated 180 °.

При размещении в пазах ротора 2 не одной, а n вращающихся вместе с проводами 3 герконами 4, повышается в несколько десятков раз развиваемый крутящий электромагнитный момент герконового двигателя постоянного тока.When placing in the grooves of the rotor 2 not one, but n reed switches 4 rotating together with the wires 3, the developed electromagnetic torque of the reed switch DC motor increases by several tens of times.

Протекающие токи в одном направлении всех n секций витков провода ротора 2 его верхней половины и, протекающие эти же токи в другом направлении всех n секций витков провода ротора 2 его нижней половины в магнитном (электромагнитном) поле статора по закону Ампера создают суммарный вращающий электромагнитный момент, значение которого значительно превышает вращающий электромагнитный момент, создаваемый в прототипе с помощью одной лишь секции проводов с протекающим по ней току через щеточно-коллекторный узел.The currents flowing in one direction of all n sections of turns of the wire of the rotor 2 of its upper half and the currents flowing in the other direction of all n sections of turns of wire of the rotor 2 of its lower half in the magnetic (electromagnetic) field of the stator according to Ampere’s law create a total electromagnetic torque, the value of which significantly exceeds the rotating electromagnetic moment created in the prototype using only one section of wires with the current flowing through it through the brush-collector assembly.

Промышленная применимость изобретения обосновывается тем, что в нем используются известные в электротехнике элементы и узлы (герконы, токосъемные кольца) по своему прямому функциональному назначению. В организации-заявителе изготовлена в 2009 году модель герконового двигателя постоянного тока.The industrial applicability of the invention is justified by the fact that it uses elements and units known in electrical engineering (reed switches, slip rings) for its intended purpose. The applicant organization manufactured in 2009 a model of a DC reed motor.

Положительный эффект от использования изобретения состоит в том, что в сравнении с прототипом увеличивается формируемый вращающий электромагнитный момент двигателя постоянного тока в К раз, гдеThe positive effect of the use of the invention is that in comparison with the prototype increases the generated electromagnetic torque of the DC motor in K times, where

, ,

n - число вращающихся секций витков провода, уложенных в пазы ротора 2 герконового двигателя постоянного тока;n is the number of rotating sections of turns of wire laid in the grooves of the rotor 2 of a reed motor DC;

φ - среднее значение угла проекции сил Ампера и наводимой ЭДС всех вращающихся витков провода с протекающими по ним токами на ось ординат, образованную силовыми линиями магнитного поля неподвижных магнитных полюсов N-S.φ is the average value of the projection angle of the Ampere forces and the induced EMF of all rotating turns of the wire with currents flowing along them to the ordinate axis formed by the magnetic field lines of the stationary magnetic poles N-S.

Источники информации:Information sources:

1. Немцов М.В. Электротехника и электроника: Учебник для вузов. - М.: Издательство МЭИ, 2003 г., с.458-460. (аналог).1. Nemtsov M.V. Electrical Engineering and Electronics: Textbook for universities. - M .: MEI Publishing House, 2003, p. 458-460. (analogue).

2. Патент РФ №2206955, Двигатель постоянного тока, МПК H02P 6/14, H02K 29/00, приоритет 13.08.2001 г, патентообладатель: Мельников А.В. (прототип).2. RF patent No. 2206955, DC motor, IPC H02P 6/14, H02K 29/00, priority 13.08.2001, patentee: Melnikov A.V. (prototype).

3. Рабкин Л.И., Евгенова И.Н., Герконы, М., 1968 г.3. Rabkin L.I., Evgenova I.N., Reed switches, M., 1968

Claims

A reed-current DC motor comprising a housing with side flanges and bearings, a stator with electromagnetic poles, a rotor with n sections of wire turns laid in the grooves of the rotor, and a shaft on which the rotor and inner rings of bearings are located, the outer rings of which are mounted on the side flanges of the housing , inside of which there is a stator with electromagnetic poles, characterized in that it contains a pair of current-conducting rings and n reed switches, each of which contains the first and second switching contacts, opening contact the first switching contact is connected to the making contact of the second switching contact and to the output terminal of each of the n sections of wire turns, the breaking contact of the second switching contact is connected to the making contact of the first switching contact and to the end of each of n sections of wire turns, the first and second switching contacts n Reed switches are connected respectively to a pair of current-carrying rings, the fixed current-conducting elements of which are connected to the terminals “+” and “-” of the power source.