ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относится к энергетике и предназначена для преобразования электрической энергии в механическую.
Известен электродвигатель по патенту РФ на полезную модель №134714, МПК H02R 7/02, опубл. 23.04.2013 г. Электродвигатель-маховик, содержащий роторную систему, состоящую из маховика с закрепленными на нем деталями электродвигателя, вал которого установлен в шарикоподшипниковых, симметрично расположенных от маховика опорах вращения, отличающийся тем, что вал маховика с закрепленными на нем деталями электродвигателя установлен в кольцевых магнитожидкостных опорах, симметрично расположенных от маховика, состоящих из кольцевых магнитов поочередно установленных с немагнитными кольцами в корпусах немагнитных втулок, охватывающих вал маховика и магнитной жидкости, заполняющей зазор между кольцевыми магнитами и валом маховика.
Недостаток сложность конструкции.
Известен электродвигатель по патенту РФ на полезную модель №1333662, МПК H02K 21/12, опубл. 23.04.2013 г. Этот бесконтактный электродвигатель включает, установленный в корпусе на валу в подшипниках двойной ротор, состоящий из наружного в виде ферромагнитного стакана и внутреннего в виде ферромагнитного цилиндра с постоянным магнитом на внешней поверхности, и размещенный между частями ротора цилиндрический немагнитный беспазовый статор с обмоткой, закрепленной одним концом на корпусе, отличающийся тем, что внутренний ротор выполнен в виде цилиндра, охватывающего вал, и, отделенного от стакана наружного ротора с образованием фланца в донной части и возможностью размещения на нем подшипника с опорным фланцем свободного конца статора, при этом другой конец статора закреплен на опорном фланце подшипника на валу.
Недостаток сложность конструкции.
Известен электродвигатель по патенту РФ на изобретение №24444108, МПК H02K 1/27, опубл. 12.07.2010 г., прототип.
Этот электродвигатель имеет ротор. Предлагаемый ротор электромашины содержит полый вал из немагнитного материала и надетый на него цилиндр, выполненный из магнитно-мягкого материала с высокой магнитной проницаемостью, в продольных радиальных пазах которого размещены постоянные магниты, зафиксированные немагнитными металлическими клиньями, внешняя поверхность которых соответствует кривизне внешней поверхности цилиндра, при этом согласно настоящему изобретению цилиндр жестко скреплен с полым валом и немагнитными металлическими клиньями по всей площади их контактов, при этом торцы ротора жестко скреплены с цилиндрическими втулками, выполненными из немагнитного металла, соосными и жестко скрепленными с полым валом, кроме того, цилиндрические втулки снабжены сквозными проточками, ориентированными параллельно продольной оси цилиндра, при этом сквозные проточки совпадают по количеству и местоположению с продольными радиальными пазами цилиндра и превышают их размеры на величину, достаточную для свободного прохода через них постоянных магнитов, кроме того, постоянные магниты снабжены средствами их фиксации в продольных радиальных пазах цилиндрических втулок, кроме того, наружная поверхность цилиндра снабжена бандажом, выполненным намоткой на него гибкой нити из высокопрочного немагнитного материала, например углеродного волокна, при этом внешней поверхности бандажа придана цилиндрическая форма, соответствующая по диаметру и шероховатости поверхности указанным цилиндрическим втулкам. Нити в бандаже скреплены пропиткой твердеющими синтетическими смолами. Средства фиксации постоянных магнитов в продольных радиальных пазах цилиндра выполнены в виде деталей из немагнитного металла, повторяющих поперечное сечение сквозных проточек цилиндрических втулок, и размещены с натягом в сквозных проточках, в контакте с торцами постоянных магнитов. Кроме того, свободный торец, по меньшей мере, одной цилиндрической втулки закрыт ввинчиваемой или запрессованной крышкой. При этом для скрепления жестко соединяемых деталей ротора использована вакуумно-диффузионная сварка. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в значительном повышении механической прочности предлагаемого ротора электромашины, а также в увеличении ее ресурса при работе на повышенных и высоких частотах вращения за счет организации газового подшипника между ротором и втулкой, размещенной в статоре и закрепленной в торцевых щитах, и тем самым в обеспечении возможности отказа от подшипников качения. Кроме того, у предложенного ротора электромашины отсутствует прогиб, так как в качестве цапфы используется вся поверхность ротора.
Недостаток большие габариты и сложность конструкции.
Задачи создания полезной модели упрощение конструкции электродвигателя и уменьшение его габаритов.
Достигнутый технический результат: упрощение конструкции электродвигателя и уменьшение его габаритов за счет отсутствия обмотки возбуждения.
Решение указанных задач достигнуто в электродвигателе постоянного тока, содержащем статор и ротор, подшипники, размещенные на валу по концам ротора, и источник постоянного тока, соединенный электрическими проводами с ротором, тем, что ротор выполнен в виде электропроводящего, например, металлического цилиндра, с двумя токоподводящими контактами, выходы которых электрически присоединены к концам ротора, а эти токоподводящие контакты электрически присоединены к выходу источника постоянного электрического тока.
Источник постоянного электрического тока может быть выполнен регулируемым.
В качестве токоподводящих контактов могут быть использованы угольные токосъемные щетки.
Электродвигатель постоянного тока может быть снабжен по меньшей мере одним постоянным магнитом. Концентрично ротору может быть выполнен статор цилиндрической формы из немагнитного материала, причем на его внутренней поверхности размещен хотя бы постоянный магнит. Концентрично ротору между ротором и статором может быть установлен промежуточный экран цилиндрической формы выполненный с чередованием участков из магнитопроницаемого и немагнитопроницаемого материала.
Промежуточный экран может быть выполнен с возможностью вращения. Промежуточный экран может быть выполнен с возможностью вращения в сторону противоположную вращению ротора. Постоянные магниты могут быть выполнен в виде неодимовых полосовых магнитов, размещенных на внутренней поверхности статора параллельно ротору. Постоянные магниты могут быть размещены на роторе. Постоянные магниты могут быть размещены на статоре и на роторе.
Ротор может быть выполнен полым и заполнен жидкостью. Жидкость может содержать ферромагнитные частицы.
Жидкость может содержать электропроводные частицы. Полость может быть герметично соединена трубопроводами с внешней системой водяного охлаждения.
Сущность полезной модели поясняется на чертежах (фиг. 1…12), где:
- на фиг. 1 приведена электрическая схема включения электродвигателя,
- на фиг. 2 приведен регулируемый источник постоянного тока,
- на фиг. 3 приведен подшипник скольжения,
- на фиг. 4 приведен подшипник качения,
- на фиг. 5 приведена схема с подводом электрических проводов с одного торца ротора,
- на фиг. 6 приведен ротор с постоянными магнитами,
- на фиг. 7 приведен статор с постоянными магнитами,
- на фиг. 8 приведен электродвигатель с промежуточным экраном,
- на фиг. 9 приведен разрез А-А,
- на фиг. 10 приведена схема подключения ротора к системе жидкостного (водяного) охлаждения,
- на фиг. 11 приведен ротор полость которого заполнена электропроводными частицами,
- на фиг. 12 приведен ротор, полость которого заполнена ферромагнитными частицами,
- на фиг. 13 приведена схема электродвигателя с несколькими щеточными токоподводами на наружной поверхности ротора,
- на фиг. 14 приведена схема электродвигателя с одним щеточным токоподводом на наружной поверхности ротора.
Электродвигатель постоянного тока (фиг. 1…14) содержит ротор 1 цилиндрической формы, выполненный их электропроводного материала, например стали. Ротор 1 имеет цилиндрические цапфы 2 и 3, которые установлены на подшипниках 4 и 5. С обеих сторон ротора 1 выполнены токоподводящие контакты 6 и 7, которые электрическими проводами 8 через выключатель 9 соединены с источником постоянного тока 10. Источник постоянного тока 10 может быть выполнен регулируемым и содержать батарею 11 и потенциометр 12 (фиг. 2).
Подшипники 4 и 5 могут быть выполнены в виде подшипников качения (фиг. 3) и электрические провода 8 присоединены к ним. Могут быть применены подшипники качения (фиг. 4) которые содержат внутреннюю обойму 13, внешнюю обойму 14 и тела качения 15 (шарики или ролики). Электрические провода 8 присоединены с обеих сторон ротора 1 к подшипникам 4 и 5. Возможен подвод двух электрических проводов 8 с одной стороны ротора 1. (фиг. 5). Для этого внутри ротора 1 выполнено сквозное отверстие 16, через которое проведен внутренний изолированный провод 17. На роторе 1 может быть закреплен, по меньшей мере один постоянный магнит 18 (фиг. 6). Электродвигатель может содержать статор 19 цилиндрической формы из диэлектрического материала и в нем установлены постоянные магниты 20. Постоянные магниты 20 могут быть выполнины из ниодима.
Возможна установка между статором 19 и ротором 1 промежуточного экрана 21, который содержит магнитопрониаемые 22 и магнитонепроницаемые 23 участки (фиг. 8 и 9).
Возможно выполнение внутри ротора 1 полости 23, заполненной жидкостью. Жидкость может содержать или электропроводные или ферромагнитные частицы 24 или 25 (фиг. 11 и 12). В цапфах 2 и 3 могут быть выполнены каналы 26 и 27, к которым присоединены подводящий и отводящий трубопроводы 28 и 29 и теплообменник 30 (фиг. 10). Для прокачки жидкости установлен насос 31.
При работе (фиг. 1) включают выключатель 9 и напряжение подается на торцы ротора 1. Вдоль ротора 1 протекает ток, около которого возникает внешнее электромагнитное поле. Электромагнитное поле наводит в роторе вихревые токи и магнитные поля, которые взаимодействуя с ротором 1 вызывают его вращение.
При заполнении полости 23 электропроводными частицами 24 они ориентируются вдоль ост электродвигателя и позволяют увеличить силу тока, проходящую вдоль ротора и тем самым повышают крутящий момент и КПД электродвигателя (фиг. 11).
При заполнении полости 23 ферромагнитными частицами 25 они ориентируются и дополнительно усиливают магнитное поле ротора и повышают крутящий момент и КПД (фиг. 12).
Применение системы охлаждения (фиг. 10) позволит увеличить мощность электродвигателя.
Применение полезной модели позволило:
- уменьшить габариты электродвигателя за счет отсутствия статора или его выполнении в виде тонкостенного цилиндра,
- упростить его конструкцию за счет отсутствия обмоток возбуждения,
- уменьшить вес,
- снизать стоимость.