ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА КОЛЛЕКТОРНОГО ТИПА С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ, ТРЕХПОЛЮСНЫМ РОТОРОМ И УСИЛЕНИЕМ МАГНИТНОГО ПОТОКА ПОЛЮСОВ РОТОРА МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ (ЭПТР-У)

Сущность решения.
Состоит в том, что ЭПТР-У создан на базе обычного электродвигателя постоянного тока коллекторного типа с возбуждением от постоянных магнитов и трехполюсным ротором.
- Отличается от него наличием на полюсах ротора постоянных магнитов.
- Отличается взаимодействием магнитных полей полюсов ротора и статора.
- Отличается конструкцией коллекторно-щеточного узла
- Отличается магнитным полем статора.
Решение поясняется графически.
На фиг.1 изображены схемы взаимодействия магнитных потоков статора и ротора, а также векторные диаграммы распределения и направления сил взаимодействия:
А - при отключении электропитания обмоток полюсов ротора;
В - в рабочем режиме.
Работает ЭПТР-У следующим образом.
Возьмем обычный электродвигатель постоянного тока коллекторного типа с возбуждением от постоянных магнитов и трехполюсным ротором, который широко применяется в ручном инструменте, авиа- и судомоделировании и др.
С помощью коллекторно-щеточного узла производится переменное включение обмоток полюсов ротора (Фиг.1: А, В. Приложение). При взаимодействии магнитных полей статора и ротора, последний приходит во вращение. Сила, создающая вращающий момент, равна сумме сил взаимодействия магнитных потоков двух полюсов ротора с магнитным потоком полюсов статора.
При отключении обмоток ротора, он тормозится магнитным потоком статора, который проходит через его сердечник. Этот же магнитный поток создает дополнительное сопротивление вращению ротора в рабочем режиме двигателя, а также наводит в обмотках ротора паразитные токи, в виду чего повышается энергопотребление. При увеличении «мощности» (магнитного потока) магнитов статора, эти потери возрастают.
Установим на статоре такого же двигателя магниты, магнитный поток которых будет направлен к оси вращения ротора (центру).
1
2
На каждый полюс ротора установим постоянные магниты, магнитный потокок каждого из которых будет равен сумме магнитных потоков (M+M) обмоток полюсов, а одноименные полюсы обращены к центру оси. Ротор не вращается (фиг.1.А).
«Нейтральное» магнитное поле статора снижает сопротивление вращению ротора и исключает паразитные токи в обмотках ротора.
При включении обмоток (подаче электропитания), создается условие «экранирования» (компенсации магнитного потока) одного постоянного магнита ротора (в зависимости от положения). Включение обмоток осуществляется при смещении оси полюса ротора с выключенной обмоткой относительно центра близлежащего магнита статора на угол φ (фиг.1.В).
Данное смещение обеспечивается поворотом щеточного узла. Ротор начинает вращаться. При условии перемены полярности контактных щеток через каждые 60° угла поворота ротора, происходит стабильное его вращение. Перемена полярности может производиться различными способами, в т.ч. с помощью компактной электросхемы.
1
1(2)
2
1
3
1
2
1
3
Вращение ротора происходит за счет вращающего момента, создаваемого силами Fn=2F; Fn≈Fn (свойства постоянных магнитов) и силой Fn3, возникающей при взаимодействии магнитных материалов (свойства постоянных магнитов) (фиг.1.В). Сила Fn<Fn(n) и, в основном, компенсирует силу противодействия противолежащего полюса статора силе Fn. Сила Fn может быть увеличена за счет увеличения магнитного потока обмоток ротора (режим «форсирования»).
Т.к. вращающий момент обусловлен взаимодействием магнитных потоков статора и ротора, то при сохранении условия «экранирования» магнитов ротора, можно увеличить мощность (вращающий момент) двигателя за счет увеличения «мощности» (магнитного потока) постоянных магнитов статора. Следуя этому принципу, также можно заменить два постоянных магнита (полюса) статора одним, «мощность» которого будет в 2÷2.5 раза больше. При этом отпадает надобность в периодической перемене полярности контактных щеток, что упростит конструкцию, но возможно небольшое увеличение габаритов.