ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА
SINGLE-PHASE ALTERNATING AND DIRECT CURRENT ELECTRIC MOTOR

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение в качестве электродвигателя однофазного переменного и постоянного тока.
Известен двухполюсный электродвигатель постоянного тока с последовательным включением возбуждения и якоря, содержащего корпус, закрытый передней и задней крышками, вал с якорем, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки, установленный в самоустанавливающихся подшипниках, коллектор, пластины которого соединены с обмоткой якоря, щеткодержатель, угольные щетки, клеммовую коробку /Кленников В.М., Ильин Н.М., Буралев Ю.В. Автомобиль категории "В". Учебник водителя, М., Транспорт, 1981, с.95, рис.67/.
Недостатками известного электродвигателя постоянного тока являются большие тепловые потери, обгорание пластин коллектора, большой расход электроэнергии и цветных металлов, невозможность работы от сети переменного тока.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией электродвигателя постоянного тока.
Известен также электродвигатель однофазного переменного тока, содержащий корпус, вал, установленный в подшипниках корпуса, клеммовую коробку, механизм преобразования поступательного движения во вращательное, выходное звено которого связано с валом, а входное звено кинематически соединено с двумя цилиндрами, размещенными в корпусе соосно один напротив другого, внутри каждого из которых размещены нагревательный и охлаждающий элементы, причем нагревательный элемент первого цилиндра электрически последовательно соединен с одним из диодов и охлаждающим элементом второго цилиндра и подключен к клеммам клеммовой коробки. Нагревательный элемент второго цилиндра электрически последовательно соединен со вторым диодом противоположной проводимости, с охлаждающим элементом первого цилиндра и подключен к тем же клеммам клеммовой коробки. Оба цилиндра имеют одинаковую конструкцию и каждый из них выполнен в форме гофрированной трубы, закрыт с обеих сторон крышками, внутри которой размещены нагревательный и охлаждающий элементы, выводы которых выведены наружу. Внутренние полости обеих гофрированных труб заполнены легкокипящей жидкостью /Патент РФ №2119228, кл. Н02К 57/00, F01B 29/10, F02B 75/40, опубл. 20.09.98, Бюл. №26 /.
Известный электродвигатель однофазного переменного тока как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату принят за прототип.
Недостатками известного электродвигателя однофазного переменного тока, принятого за прототип, являются низкий КПД, недостаточная мощность, однонаправленное вращение вала, невозможность работы от сети постоянного тока.
Указанные недостатки обусловлены наличием механизма преобразования прямолинейного движения во вращательное, малым временем нагрева и охлаждения рабочего тела, а также конструкцией электродвигателя.
Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных характеристик электродвигателя.
Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что преобразователь прямолинейного движения во вращательное, два гофрированных цилиндра заменены лопастным двигателем, вал которого пропущен в отверстие передней крышки, впускной и выпускной патрубки которого размещены внутри верхней части корпуса, переключателем прямого и обратного хода, размещенного внутри корпуса, содержащего корпус, внутрь которого вставлен золотник с перепускными канавками, гидравлически соединенного с впускным и выпускным патрубками лопастного двигателя, впускной канал которого соединен с выпускным каналом цилиндрической камеры нагрева, а выпускной канал упомянутого переключателя соединен с впускным каналом цилиндрической камеры охлаждения, причем выпускной канал цилиндрической камеры охлаждения соединен с впускным каналом цилиндрической камеры нагрева трубопроводом, внутри которого установлен клапан, открывающийся в сторону цилиндрической камеры нагрева, нагревателем, представляющим собой электроизоляционный термостойкий каркас с обмоткой из нихромовой проволоки, выводы которой подключены к клеммам клеммовой коробки, надетый на цилиндрический пустотелый корпус цилиндрической камеры нагрева, охладителем, представляющим собой изоляционный каркас, надетый на цилиндрический пустотелый корпус цилиндрической камеры охлаждения, на котором размещены чередующиеся между собой металлические и полупроводниковые диски, причем каждая пара дисков (металл+полупроводник) изолирована прокладкой от другой такой же пары, выводы от всех металлических дисков соединены между собой и через выпрямитель подключены к одной из клемм клеммовой коробки, выводы от всех полупроводниковых дисков соединены между собой и через выпрямитель подключены к другой клемме клеммовой коробки, причем при любой полярности постоянного тока последний в охладителе течет от металла к полупроводнику, кроме того, внутренние полости лопастного двигателя, цилиндрических камер нагрева и охлаждения, переключателя прямого и обратного хода, трубопровода заполнены ртутью или легкокипящей жидкостью.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид электродвигателя однофазного переменного и постоянного тока, на фиг.2 - вид на электродвигатель однофазного переменного и постоянного тока сзади, на фиг.3 - вид на электродвигатель однофазного переменного и постоянного тока опереди, на фиг.4 - принципиальная схема электродвигателя однофазного переменного и постоянного тока, на фиг.5 и 6 - принцип действия электродвигателя однофазного переменного и постоянного тока.
Электродвигатель однофазного переменного и постоянного тока содержит цилиндрический корпус 1, закрытый передней 2 и задней 5 крышками. В нижней части корпус имеет станину 4 для крепления. На задней крышке установлена ручка 5 переключения прямого и обратного хода. Сбоку к корпусу прикреплена клеммовая коробка 6. Внутри корпуса размещен лопастной двигатель, содержащий цилиндрический корпус 7, внутрь которого вставлен ротор 8, продольная ось которого смещена вниз относительно продольной оси цилиндрического корпуса, имеющий радиальные пазы 9, в которые вставлены пустотелые лопасти 10, нагруженные пружинами 11. Ротор выполнен заодно с валом 12, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки. В конструкции двигателя использован насос (см. Физический энциклопедический словарь. Гл. ред. A.M.Прохоров, М., Советская энциклопедия, 1983, с.64). Впускной и выпускной патрубки лопастного двигателя соединены с каналами переключателя 15 прямого и обратного хода, который содержит корпус 14, внутрь которого вставлен золотник 15, имеющий перепускные канавки 16 и фиксирующие круглые пазы 17, в которые входит шарик 18, нагруженный пружиной 19. Впускной канал корпуса переключателя прямого и обратного хода соединен с выпускным каналом корпуса 20 цилиндрической камеры нагрева, на которую надет нагреватель 21. Нагреватель содержит электроизоляционный термостойкий каркас 22, на который намотана обмотка 23 из нихромовой проволоки, выводы которой подключены к клеммам клеммовой коробки. Выпускной канал корпуса переключателя прямого и обратного хода соединен с впускным каналом корпуса 24 цилиндрической камеры охлаждения, на которую надет охладитель 25, содержащий изоляционный каркас 26, на котором размещены чередующиеся между собой металлические 27 и полупроводниковые 28 диски с центральными отверстиями, причем каждая пара дисков (металл+полупроводник) изолирована прокладкой 29 от другой такой же пары. Выводы от всех металлических дисков соединены между собой и через выпрямитель 30 подключены к одной из клемм клеммовой коробки. Выводы от всех полупроводниковых дисков соединены между собой и через тот же выпрямитель подключены к другой клемме клеммовой коробки. При любой полярности постоянного тока последний в охладителе течет от металла к полупроводнику. Выпускной канал цилиндрической камеры охлаждения и впускной канал цилиндрической камеры нагрева соединены между собой трубопроводом, внутри которого установлен клапан 31, открывающийся в сторону цилиндрической камеры нагрева. Вое внутренние полости лопастного двигателя, цилиндрических камер нагрева и охлаждения, переключателя прямого и обратного хода, трубопровода с клапаном заполнены ртутью или легкокипящей жидкостью.
Работа электродвигателя однофазного переменного и постоянного тока
При подключении к клеммам клеммовой коробки 6 однофазного переменного или постоянного тока происходит следующее. Ток, поступая в обмотку 25 нагревателя 21, раскаляет провода обмотки и, нагревая корпус 20 цилиндрической камеры нагрева, разогревает находящееся в ней рабочее тело - ртуть или легкокипящую жидкость. В то же время электрический ток, если он переменный, то выпрямляется, если он постоянный, то следует в предписанном диодами выпрямителя 30 направлении от металлических дисков 27 к полупроводниковым дискам 28 и на основании эффекта Пельтье отбирает тепло от корпуса 24 цилиндрической камеры охлаждения, охлаждая рабочее тело в ней (Об эффекте Пельтье. Физический энциклопедический словарь. Гл. ред. A.M. Прохоров, М., Советская энциклопедия, 1983, с. 523). В результате в корпусе 20 цилиндрической камеры нагрева разогретая ртуть или легкокипящая жидкость расширяется, проходит через перепускные канавки 16 переключателя прямого и обратного хода 13 и поступает во внутренние полости лопастного двигателя, производит давление на лопасти 10, заставляя ротор 8, а вместе с ним и вал 12, поворачиваться, удаляя отработанное рабочее тело в цилиндрическую камеру охлаждения. Охлажденное в корпусе 24 рабочее тело через клапан 31 возвращается в цилиндрическую камеру нагрева (фиг.5). Клапан 31 обеспечивает однонаправленное движение рабочего тела. Затем все повторяется сначала. Для обеспечения вращения вала 12 в обратном направлении необходимо остановить электродвигатель и посредством ручки 5 передвинуть золотник 15 вправо. При этом рабочее тело станет подаваться в противоположную полость лопастного двигателя и удаляться из другой. В результате вал 12 станет вращаться в противоположную сторону (фиг.6). Частоту вращения вала 12 можно изменять путем увеличения или уменьшения степени нагрева и охлаждения рабочего тела (на чертежах не показано).
Предлагаемый электродвигатель может быть использован на транспорте, строительстве и в других областях.
Положительный эффект: более расширенная область применения, независимость от рода тока, экономия цветных металлов, возможность регулирования частоты вращения вала.