RU2380815C1

RU2380815C1 - Contactless dc motor

Info

Publication number: RU2380815C1
Application number: RU2008125864/09A
Authority: RU
Inventors: Михаил Федорович Ефимов (RU); Михаил Федорович Ефимов; Николай Аркадьевич Столяров (RU); Николай Аркадьевич Столяров; Валерий Григорьевич Захаров (RU); Валерий Григорьевич Захаров
Original assignee: Михаил Федорович Ефимов; Николай Аркадьевич Столяров
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2010-01-27

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: contactless DC motor is proposed, which comprises stator and rotor separated from each other by means of air gaps, where stator consists of two diametrically opposite coils produced from internal windings, which are connected to external source of DC voltage, and from external windings connected to winding of control current source armature, through which concave flat permanent magnets, being arranged as two diametrically opposite and installed between external nonmagnetic and internal ferromagnetic rotor rings may freely pass through, northern poles of which are tightly pressed by the first ring, and southern ones - tightly glued to surface of the second rotor ring, which may freely move around circle on four rollers and which is connected via two friction reducers with central nonmagnetic wheel, on axis of which there is DC source inductor installed as cruciform and made of four permanent magnets and ferromagnetic cylinder.

EFFECT: simplified design of contactless DC motor, its improved reliability and prolonged resource of operation, reduced prime cost.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, конкретно к бесконтактным машинам постоянного тока. Наиболее близко по технической сущности к предлагаемому двигателю относится бесконтактная машина постоянного тока, в качестве ротора которой служит постоянный магнит. Названный аналог по физической природе является фактически машиной переменного тока. Наличие в ней полупроводниковых приборов не только существенно снижает надежность и ресурс ее работы, но и повышает себестоимость изготовления.The invention relates to the field of electrical engineering, specifically to non-contact DC machines. The closest in technical essence to the proposed engine is a non-contact direct current machine, the rotor of which is a permanent magnet. The named analogue in physical nature is actually an alternating current machine. The presence of semiconductor devices in it not only significantly reduces the reliability and resource of its work, but also increases the cost of manufacturing.

Технический результат заявленного изобретения состоит в том, что оно позволяет существенно повысить надежность, ресурс его работы и снизит себестоимость.The technical result of the claimed invention is that it can significantly increase the reliability, the resource of its work and reduce the cost.

Технический результат достигается тем, что в предложенной конструкции бесконтактного двигателя постоянного тока отсутствуют всякие полупроводниковые преобразователи, в том числе выпрямители и инверторы.The technical result is achieved by the fact that in the proposed design of a contactless DC motor there are no any semiconductor converters, including rectifiers and inverters.

Предложенный бесконтактный двигатель постоянного тока, содержащий статор и ротор, разделенные между собой воздушными зазорами, отличается тем, что статор состоит из двух диаметрально противоположно расположенных друг к другу катушек, образованных из внутренних, соединенных с внешним источником постоянного напряжения обмоток и из внешних, соединенных с обмоткой якоря источника управляющего тока обмоток, через которые свободно могут проходить два диаметрально противоположно расположенные друг к другу между внешним немагнитым и внутренним ферромагнитным кольцами ротора вогнутые плоские постоянные магниты, северные полюсы которых плотно прижаты первым кольцом, а южные плотно приклеены к поверхности второго кольца ротора, которое свободно может двигаться по кругу на четырех роликах и которое связано через два фрикционных редуктора с центральным немагнитым колесом, на оси которого установлен также крестообразный, образованный из четырех постоянных магнитов и ферромагнитного цилиндра индуктор источника управляющего тока.The proposed non-contact DC motor containing a stator and a rotor separated by air gaps is characterized in that the stator consists of two coils diametrically opposed to each other, formed from internal windings connected to an external constant voltage source and from external connected to winding the armature of the control current source of the windings through which two diametrically oppositely spaced to each other between the external non-magnetic and internal concave flat permanent magnets with the ferromagnetic rings of the rotor, the north poles of which are tightly pressed by the first ring, and the south poles are firmly glued to the surface of the second rotor ring, which can freely move in a circle on four rollers and which is connected through two friction reducers with a central non-magnetic wheel, on the axis which is also installed cross-shaped, formed from four permanent magnets and a ferromagnetic cylinder, the inductor of the control current source.

На фиг.1 и 2 приняты следующие обозначения:Figure 1 and 2 adopted the following notation:

1 - вогнутый плоский постоянный магнит1 - concave flat permanent magnet

2 - внешняя обмотка статора2 - external stator winding

3 - внутренняя обмотка статора3 - inner stator winding

4 - внешнее немагнитное кольцо ротора4 - external non-magnetic rotor ring

5 - внутреннее ферромагнитное кольцо ротора5 - inner ferromagnetic rotor ring

6 - центральное немагнитное колесо6 - central non-magnetic wheel

7 - корпус двигателя7 - engine housing

8 - ролик ферромагнитного кольца ротора8 - roller ferromagnetic rotor ring

9 - фрикционный редуктор9 - friction gear

10 - внешний магнитопровод источника управляющего тока10 - external magnetic circuit of the control current source

11 - обмотка якоря источника управляющего тока11 - winding of the armature of the source of control current

12 - постоянный стержневой магнит индуктора - источника управляющего тока12 - permanent core magnet of the inductor - a source of control current

13 - центральный магнитопровод источника управляющего тока.13 - the central magnetic circuit of the control current source.

Необходимо отметить, что предложенный БД состоит из двух частей. Непосредственно с самого двигателя (фиг.1) и источника управляющего тока (фиг.2) БД работает следующим образом. При подаче на внутренние обмотки статора 3 постоянного напряжения = U вогнутые плоские постоянные магниты 1 начинают втягиваться в катушки статора, так как в этот момент их северные полюса находятся в области южных полюсов первых. Тогда через фрикционный редуктор 9 получает движение центральное немагнитное колесо 6, которое, в свою очередь, передает движение индуктору источника управляющего тока, состоящего из центрального магнитопровода 13 и поставленных крест-накрест на последнего стержневых постоянных магнитов 12, так как они установлены на один общий вал с осью О÷О. При этом с обмотки якоря 11 источника управляющего тока начинает поступать ток на внешнюю обмотку статора 2 БД такого направления, что результирующая магнитная индукция катушки статора резко возрастет, что существенно увеличит втягивающую силу статора БД.It should be noted that the proposed database consists of two parts. Directly from the engine itself (FIG. 1) and the control current source (FIG. 2), the database operates as follows. When applying constant voltage = U to the internal windings of the stator 3, concave flat permanent magnets 1 begin to be drawn into the stator coils, since at this moment their north poles are in the region of the first poles. Then, through the friction reducer 9, the central non-magnetic wheel 6 receives motion, which, in turn, transmits the motion to the inductor of the control current source, consisting of a central magnetic circuit 13 and placed crosswise on the last rod permanent magnets 12, since they are mounted on one common shaft with axis О ÷ О. At the same time, from the winding of the armature 11 of the control current source, current begins to flow to the external winding of the stator 2 of the OBD in such a direction that the resulting magnetic induction of the stator coil increases sharply, which will significantly increase the retractor force of the DB stator.

Через 1/8 часть оборота все полюса постоянных магнитов 12 индуктора источника управляющего тока окажутся вне зон его обмоток, а вогнутые плоские постоянные магниты 1 ротора БД - в серединах его катушек. В это время на внешних обмотках 2 катушек статора ток упадет до нуля. При этом вся движущая часть машины продолжает двигаться по инерции. Через 1/8 часть оборота этот ток увеличится до максимума, но противоположного направления. Тогда величины результирующих магнитных индукций катушек статора упадут почти до нуля, что позволяет легко преодолевать вогнутым плоским постоянным магнитам 1 ротора БД доведенные до минимума при этом электромагнитные барьеры. Через 1/8 часть оборота основные части вогнутых плоских магнитов будут вне катушек статора, а управляющий ток на внешних их обмотках 2 спадает до нуля. Через 1/8 часть оборота, то есть фактически через пол-оборота ротора после начала движения, процессы начинают повторяться. При вхождении постоянных магнитов 1 ротора в катушки статора управляющие токи на внешних обмотках 2 начинают резко возрастать, но уже со знаком плюс, и соответственно - результирующие величины магнитных индукций вторых, что, в свою очередь, способствует резкому возрастанию их втягивающих сил. Дальше процессы начинают повторяться, и ротор двигателя начинает вращаться.After 1/8 of the revolution, all the poles of the permanent magnets 12 of the inductor of the control current source will be outside the zones of its windings, and the concave flat permanent magnets 1 of the DB rotor will be in the middle of its coils. At this time, on the external windings of the 2 stator coils, the current will drop to zero. In this case, the entire moving part of the machine continues to move by inertia. After 1/8 of the revolution, this current will increase to a maximum, but in the opposite direction. Then the values of the resulting magnetic inductions of the stator coils will drop to almost zero, which makes it easy to overcome the electromagnetic barriers minimized by the concave flat permanent magnets of 1 DB rotor. After 1/8 of the revolution, the main parts of the concave flat magnets will be outside the stator coils, and the control current on their external windings 2 drops to zero. After 1/8 of the revolution, that is, in fact, half a revolution of the rotor after the start of movement, the processes begin to repeat. When the permanent magnets of the 1 rotor enter the stator coils, the control currents on the external windings 2 begin to increase sharply, but with a plus sign, and accordingly, the resulting values of the second magnetic inductions, which, in turn, contributes to a sharp increase in their pulling forces. Then the processes begin to repeat, and the rotor of the engine begins to rotate.

В генераторном режиме БД работает следующим образом. При вращении общего вала посторонним двигателем постоянные магниты 1 ротора будут постоянно двигаться своими северными полюсами постоянно в одном направлении по отношению к внешним сторонам витков внутренних обмоток 3 статора. При этом в последних наводится ЭДС одного знака и направления. А южные полюса, как видно из фиг.1, заэкранированы общим ферромагнитным кольцом 5, и они в обмотках статора не могут наводить обратную ЭДС. Внешние обмотки статора 2 при этом должны быть отключены от обмоток источника управляющего тока 11. Тогда результирующее выходное напряжение машины будет с постоянным знаком, а величина его будет зависеть от скорости вращения ротора.In the generator mode, the database operates as follows. When the common shaft is rotated by an external motor, the permanent magnets 1 of the rotor will constantly move their north poles constantly in the same direction with respect to the outer sides of the turns of the internal windings 3 of the stator. Moreover, in the latter, the EMF of one sign and direction is induced. And the south poles, as can be seen from figure 1, are shielded by a common ferromagnetic ring 5, and they cannot induce a reverse emf in the stator windings. The external windings of the stator 2 must be disconnected from the windings of the control current source 11. Then the resulting output voltage of the machine will be with a constant sign, and its value will depend on the speed of rotation of the rotor.

Источник информацииThe source of information

1. Калашников С.Г. Электричество. М.: Наука, 1985 г.1. Kalashnikov S.G. Electricity. M .: Nauka, 1985

2. Сливинская А.Г. Электромагниты и постоянные магниты. М.: Энергия, 1972 г.2. Slivinskaya A.G. Electromagnets and permanent magnets. M .: Energy, 1972

3. Копылов И.П. Электрические машины. М.: Энергоатомиздат, 1986 г.3. Kopylov I.P. Electric cars. M .: Energoatomizdat, 1986

4. Бертинов А.И. Специальные электрические машины. М.: Энергия, 1982 г.4. Bertinov A.I. Special electric cars. M .: Energy, 1982

5. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. М.: Высшая школа, 1990 г.5. Booth D.A. Contactless electric machines. M .: Higher school, 1990

Claims

A non-contact DC motor containing a stator and a rotor separated by air gaps, characterized in that the stator consists of two coils diametrically opposed to each other, formed from internal, connected to an external DC voltage source, windings and from external connected to winding the armature of the source of control current, windings through which two diametrically oppositely spaced to each other between an external non-magnetic and internal ferr can freely pass the magnetic rotor rings are concave flat permanent magnets, the north poles of which are tightly pressed by the first ring, and the south poles are firmly glued to the surface of the second rotor ring, which can freely move in a circle on four rollers and which is connected through two friction gearboxes with a central non-magnetic wheel, on the axis of which a cruciform, formed of four permanent magnets and a ferromagnetic cylinder, an inductor of the control current source is also installed.