RU2035115C1

RU2035115C1 - Motor-wheel

Info

Publication number: RU2035115C1
Authority: RU
Inventors: Василий Васильевич Шкондин; Константин Владимирович Молчанов
Original assignee: Василий Васильевич Шкондин; Константин Владимирович Молчанов
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1990-10-31
Publication date: 1995-05-10

Abstract

FIELD: transportation means. SUBSTANCE: motor-wheel has armature 2 with magnetic circuit 3 and groups of electromagnets 4.1 and 4.2 put on axle 1. Armature carries ring contact 5, main 6.1 and supplementary 6.2 distribution contacts corresponding to groups 4.1 and 4.2 and composed of current conducting insulated plates with each other one interconnected in groups. Field structure 7 has magnetic circuit with permanent magnets 10 arranged evenly with alternating polarities and current collectors having electric contact with collector distribution plates 6.1 and 6.2 and current collector 15 having electric contact with contact 5. Current collectors in this case perform commutation of low voltage across controlling inputs of commutators commutating high voltage across coils of electromagnets of stator. Due to this voltage across electromagnets of rotor can be raised as heavy current flows directly through coils but not through brushes. This leads to increase of forces of electromagnetic interaction and to enhanced reliability of motor thanks to sudden drop of current through brush-and-collector unit. EFFECT: enhanced reliability of motor-wheel. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве мотора-колеса транспортных, дорожных и других передвижных средств. The invention relates to mechanical engineering and can be used as a motor-wheel of transport, road and other mobile vehicles.

Известен мотор-колесо, содержащее встроенную в колесо асинхронную электрическую машину, при этом статор с магнитопроводом неподвижно закреплен на оси колеса, на магнитопроводе статора размещены магнитные элементы статора, ротор установлен подвижно по оси колеса и имеет магнитопровод с короткозамкнутыми обмотками [1] Мотор-колесо имеет ряд недостатков: плохие тепловой режим и регулировочные характеристики, высоковольтное питание, сложную систему управления и другие. A known motor wheel containing an asynchronous electric machine integrated in the wheel, the stator with the magnetic circuit is fixedly mounted on the axis of the wheel, the magnetic elements of the stator are placed on the magnetic circuit of the stator, the rotor is mounted movably along the axis of the wheel and has a magnetic circuit with short-circuited windings [1] Motor wheel It has a number of disadvantages: poor thermal conditions and adjustment characteristics, high-voltage power supply, complex control system and others.

Известен мотор-колесо, который в силу наибольшей сложности по технической сущности и общим признакам выбрано за прототип, содержащий обод, ось, электропривод с электродвигателем и блок регулируемого напряжения, статор электродвигателя жестко закреплен на оси, на статоре размещен магнитопровод статора с электромагнитами статора, образованными катушками, размещенными на сердечниках, соединенных с магнитопроводом статора, или на зубцах магнитопровода статора, ротор электродвигателя с магнитопроводом ротора, установленный на оси колеса с возможностью вращения относительно статора и несущий обод, на магнитопроводе ротора размещены магнитные элементы ротора, обращенные к магнитным элементам статора так, что магнитные элементы статора и ротора имеют магнитное взаимодействие, распределительный коллектор, токосъемники с минимум двумя элементами токосъема [1]
Однако в прототипе имеется недостаток: через распределительный коллектор и щетки протекает большой ток, обусловленный необходимостью создания мощных электромагнитов, что приводит к уменьшению долговечности и надежности за счет возможности пробоя и кругового огня, не позволяет достичь большой мощности и хороших регулировочных свойств.A motor wheel is known, which, due to the greatest complexity in terms of technical nature and general features, is selected as a prototype containing a rim, an axle, an electric drive with an electric motor and an adjustable voltage unit, the stator of the electric motor is rigidly fixed to the axis, a stator magnetic circuit with stator electromagnets is formed on the stator coils placed on the cores connected to the stator magnetic circuit, or on the teeth of the stator magnetic circuit, the rotor of the electric motor with the rotor magnetic circuit mounted on the wheel axis rotatable relative to the stator and the supporting rim, magnetic rotor elements are placed on the rotor magnetic circuit, facing the stator magnetic elements so that the magnetic elements of the stator and rotor have a magnetic interaction, distribution manifold, current collectors with at least two current collector elements [1]
However, the prototype has a drawback: a large current flows through the distribution manifold and brushes, due to the need to create powerful electromagnets, which leads to a decrease in durability and reliability due to the possibility of breakdown and all-round fire, it does not allow to achieve high power and good adjusting properties.

Избежать указанного недостатка можно путем подачи высокого напряжения на неподвижные электромагниты статора и его управления мощными коммутаторами. This drawback can be avoided by applying high voltage to the stationary electromagnets of the stator and controlling it with powerful switches.

Цель изобретения повышение долговечности, надежности и мощности, улучшение регулировочных свойств мотора-колеса. The purpose of the invention is to increase durability, reliability and power, improve the adjusting properties of the motor-wheel.

На фиг. 1 изображен мотор-колесо и его разрез; на фиг. 2 электрическая схема и конструкция некоторых блоков. In FIG. 1 shows a motor wheel and its section; in FIG. 2 electrical diagram and design of some blocks.

Мотор-колесо (фиг. 1) содержит закрепленный на оси 1 якорь (статор) 2 с магнитопроводом 3 и группами электромагнитов 4.1 и 4.2. На якоре закреплены кольцевой контакт 5 и основной 6.1 и дополнительный 6.2 распределительные контакты, соответствующие группам электромагнитов 4.1 и 4.2 и состоящие из токопроводных изолированных пластин 6.1.1, 6.1.2, 6.1.3 и 6.2.1, 6.2.2, 6.2.3 соответственно. Пластины 6.1.1, 6.1.2 и 6.2.1, 6.2.2 соединены каждые (через одну) электрически между собой в группы. Пластины 6.1.3 и 6.2.3 являются промежуточными и могут быть как токонепроводными, так и токопроводными, но изолированными. Индуктор (ротор) 7 имеет обод 8, магнитопровод 9 с постоянными магнитами 10, расположенными равномерно с чередующимися полярностями, токосъемники 11 и 12 с элементами 13 и 14, имеющими электрический контакт с пластинами распределительных коллекторов 6.1 и 6.2 соответственно, и токосъемник 15 с элементом 16, имеющий электрический контакт с контактом 5. Элементы 13, 14 и 16 соединены электрически. Выводы электромагнитов группы 4.1 и 4.2 соединены с выходами коммутаторов 17.1 и 17.2 соответственно, входы которых соединены с соответствующими выходами блока регулируемого напряжения 18 (на фиг. 1 не показано), а управляющие входы с соответствующими группами пластин соответствующих распределительных коллекторов. The motor wheel (Fig. 1) contains an anchor (stator) 2 fixed to the axis 1 with a magnetic circuit 3 and groups of electromagnets 4.1 and 4.2. An annular contact 5 and the main 6.1 and additional 6.2 distribution contacts corresponding to the groups of electromagnets 4.1 and 4.2 and consisting of conductive insulated plates 6.1.1, 6.1.2, 6.1.3 and 6.2.1, 6.2.2, 6.2.3 are anchored respectively. Plates 6.1.1, 6.1.2 and 6.2.1, 6.2.2 are connected each (through one) electrically to each other in groups. The plates 6.1.3 and 6.2.3 are intermediate and can be either conductive or conductive, but insulated. The inductor (rotor) 7 has a rim 8, a magnetic circuit 9 with permanent magnets 10 arranged uniformly with alternating polarities, current collectors 11 and 12 with elements 13 and 14 having electrical contact with the plates of the distribution manifolds 6.1 and 6.2, respectively, and the current collector 15 with element 16 having electrical contact with contact 5. Elements 13, 14 and 16 are electrically connected. The outputs of the electromagnets of groups 4.1 and 4.2 are connected to the outputs of the switches 17.1 and 17.2, respectively, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the adjustable voltage unit 18 (not shown in Fig. 1), and the control inputs are connected to the corresponding groups of plates of the respective distribution manifolds.

Р выбрано равным 45^о (360/8).P is chosen equal to 45 ^about (360/8).

Электрическое соединение и частные конструкции коммутаторов 17.1 и 17.2 и блока регулируемого напряжения 18 показаны на фиг. 2. В общем случае число групп электромагнитов якоря равно общему числу распределительных коллекторов. Наиболее оптимальным является вариант равномерного распределения электромагнитов в группах и постоянных магнитов по окружности индуктора. The electrical connection and particular designs of the switches 17.1 and 17.2 and the adjustable voltage unit 18 are shown in FIG. 2. In the general case, the number of groups of armature electromagnets is equal to the total number of distribution manifolds. The most optimal option is the uniform distribution of electromagnets in groups and permanent magnets around the circumference of the inductor.

Мотор-колесо работает следующим образом. The motor wheel operates as follows.

При включении напряжения блока 18 напряжение подается на коммутаторы 17.1 и 17.2. Это напряжение через соответствующий коммутатор (17.1) подается на те электромагниты (4.1), элемент токосъемника которых находится на электрически соединенных между собой пластинах. В зависимости от того, какой группе принадлежит указанная пластина, электрический сигнал (блок 18 контакт 5 элемент 16 элемент 13 пластины 16.1.2) подается на тот или иной управляющий вход коммутатора (17.1). При этом осуществляется прямое или инверсное подключение блока 18 к электромагнитам (4.1), зависящее от направления движения и подходящего к электромагнитам группы постоянных магнитов. После прохождения над электромагнитом очередного постоянного магнита, элемент (13) переходит на пластину другой группы (16.1.1) пластин этого же распределительного коллектора (6.1), перекоммутируя напряжение на электромагнитах (4.1) (т. к. следующий постоянный магнит имеет противоположную полярность), меняя их намагниченность и обеспечивая требуемое электромагнитное взаимодействие. При этом, когда электромагниты одной группы (4.2) не участвуют в силу обесточенности в создании вращающегося момента, его создают электромагниты другой группы (4.1) и наоборот. When you turn on the voltage of the block 18, the voltage is supplied to the switches 17.1 and 17.2. This voltage is supplied through the corresponding switch (17.1) to those electromagnets (4.1), the current collector element of which is located on the plates electrically connected to each other. Depending on which group the specified plate belongs to, an electrical signal (block 18 contact 5 element 16 element 13 of the plate 16.1.2) is supplied to one or another control input of the switch (17.1). In this case, a direct or inverse connection of the block 18 to the electromagnets (4.1) is carried out, depending on the direction of movement and a group of permanent magnets suitable for the electromagnets. After the next permanent magnet passes over the electromagnet, the element (13) passes to the plate of another group (16.1.1) of plates of the same distribution collector (6.1), switching the voltage across the electromagnets (4.1) (since the next permanent magnet has the opposite polarity) , changing their magnetization and providing the required electromagnetic interaction. In this case, when the electromagnets of one group (4.2) do not participate, due to power failure in creating a torque, it is created by the electromagnets of another group (4.1) and vice versa.

Величину вращающегося момента можно менять за счет изменения напряжения блока 18. Блок 18 может быть реализован на источнике стабильного напряжения и аккумуляторах (на фиг. 2 шины питания коммутаторов не указаны). Коммутаторы могут быть стандартно реализованы на электронных аналоговых коммутаторах, например КР590КН. The magnitude of the torque can be changed by changing the voltage of block 18. Block 18 can be implemented on a stable voltage source and batteries (in Fig. 2, the power buses of the switches are not indicated). Switches can be standardly implemented on electronic analog switches, for example KR590KN.

Таким образом в данном устройстве распределительный коллектор осуществляет функцию управления коммутацией напряжения, а не коммутирует его, что сразу позволяет, во-первых, избежать кругового огня, подгорания щеток, замыканий, испарения покрытий, что ведет к повышению надежности и долговечности, во-вторых, поднять рабочее напряжение на электромагнитах (т.к. большие токи коммутируются специальными блоками), что ведет к увеличению мощности, в-третьих, регулировочные характеристики улучшаются за счет увеличения крутизны управляющих импульсов и, следовательно, более жестких характеристик сигналов управления (напряжения) за счет детерминированности работы ключей. Thus, in this device, the distribution manifold performs the function of controlling the voltage switching rather than switching it, which immediately allows, firstly, to avoid circular fire, burning brushes, short circuits, evaporation of coatings, which leads to increased reliability and durability, and secondly, raise the operating voltage at the electromagnets (since high currents are switched by special units), which leads to an increase in power, and thirdly, the regulation characteristics are improved by increasing the steepness of the control impulses s and therefore more rigid characteristics of the control signal (voltage) at the expense of determinism operation keys.

Предлагаемое изобретение позволяет значительно повысить надежность и мощность мотора-колеса. The present invention can significantly improve the reliability and power of the motor-wheel.

Claims

1. MOTOR-WHEEL, containing a rim, axis, electric drive, consisting of an adjustable voltage source and an electric motor, containing an inductor with permanent magnets placed uniformly on the surface of its magnetic circuit, an armature with a magnetic circuit and winding coils located at least one group around the magnetic circuit circumference and placed in groups so that the angular distance between the axes of any two coils is a multiple of the angular distance α, while any two coils of the same group create oppositely directed total fluxes, if the angular distance between their axes is a multiple of an odd number α and equally directed, if this distance is a multiple of an even number a, the groups of coils are offset one from another so that when the axis of the coils of at least one group coincide with the axes of the permanent magnets, the axis of the coils as at least one other group does not coincide with the axes of the permanent magnets, current collectors for each group of coils, each of which with at least one current collector element, a distribution manifold formed by circumferentially electric conductive main plates connected electrically through one one another to form two groups of main plates, while the width of any current collection element is less than the distance between any two main plates, characterized in that, in order to improve the control properties of increasing power and reliability, the motor inductor fixed to the wheel rim, anchor fixed to the wheel axis, distribution manifold located at anchor, current collectors at the inductor, permanent magnets placed such that the angular distance between the axes of any two magnets is a multiple of the angular distance a, while any two permanent magnets have opposite polarity if the angular distance is an odd number a and the same if an even number, an additional at least one ring contact is mounted, anchored and connected to corresponding output of the regulated voltage source, at least one additional current collector with at least one current collector element, mounted on the inductor, at least one additional distribution box a diesel collector similar to the main one and mounted on an anchor concentrically with it, a switching unit whose inputs are connected to the corresponding outputs of the adjustable voltage source, control inputs with the corresponding plate groups of the respective distribution collectors, outputs each with the corresponding output of the winding coil of the corresponding group, current collector elements are respectively connected between themselves.

2. The motor wheel according to claim 1, characterized in that the distribution manifold is made with the possibility of angular displacement relative to the coils.

3. The motor wheel according to claim 1, characterized in that in the design of the electric motor with one ring contact, one additional current collector with one current collector element and the number of groups of winding coils equal to the number of distribution collectors, the winding coils in each group are evenly spaced, the number M the plates of each distribution manifold are even and equal to the number of permanent magnets, the switching unit is made of switches, the number of which is equal to the number of groups of winding coils, the ring contact is electrically connected to the first the regulated voltage source, the elements of all current collectors are electrically interconnected, the plate groups of each distribution collector are each connected to the corresponding control input of the corresponding switch, the first inputs of which are connected to the second output of the regulated voltage source, the second inputs are with its third output, and the outputs are with winding coils the corresponding group, in this case, when the axis of the coils of any group coincide with the axes of the corresponding permanent magnets, the element corresponds to It is a group of the current collector between the plates corresponding to the distribution manifold, and α = 360 ^° / M.