униполярное бесконтактное колесо-двигатель постоянного тока

Формула изобретения

Униполярное бесконтактное колесо-двигатель постоянного тока, содержащее неподвижную полуось, выполненную за одно целое с фланцем, на которой закреплены два подшипника; кольцевую катушку индуктивности, жестко закрепленную с фланцем неподвижной полуоси, обмотки которой подключены к сети постоянного тока через каналы в неподвижной полуоси; обод с постоянными магнитами, радиально закрепленными с внутренней стороны, а боковая крышка выполнена за одно целое с ободом; подвижную полуось с постоянными магнитами, радиально закрепленными с наружной стороны подвижной полуоси, которая жестко крепится со второй боковой крышкой, жестко закрепленной с ободом; отличающееся тем, что постоянные магниты обода и подвижной полуоси обращены одноименными полюсами к внутренней и наружной частям обмоток кольцевой катушки индуктивности с минимальным зазором, а магнитные потоки замыкаются через сердечник кольцевой катушки индуктивности и боковые крышки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области дорожно-транспортного машиностроения и электромашиностроения.

Целью изобретения является создание экологически чистых транспортных средств, работающих от источников постоянного тока, двигателями которых без трансмиссионных передач являются колеса, не имеющие скользящих контактов, способные работать в условиях загрязненной среды и высокой влажности.

Прототипом такого двигателя-колеса является мотор-колесо (А.С. 375214, ВНИИ строительного и дорожного машиностроения, авторы Н.А. Погарский и Т.В. Гайликовская), где к неподвижному статору подводится переменный ток, создающий вращающееся магнитное поле, а ротор, связанный с ободом колеса, приводит его в действие.

Недостатком мотор-колеса является то, что транспортное средство должно иметь источник переменного тока.

Наиболее близким по конструкции и целям изобретения является униполярный генератор постоянного тока, описанный в книге д. т. н. З.Н. Андрианова Электрические машины и аппараты, Москва: Колос, 1971 г., стр.299. Униполярной электрической машиной является такая машина, в которой при вращении проводников в магнитном поле полярность магнитного поля не изменяется. Индукция в таком случае называется униполярной.

Генераторы, в проводниках которых ЭДС возникает по принципу униполярной индукции, называются униполярными.

Униполярные электрические машины не имеют коллектора, они, как правило, имеют большое количество скользящих контактов, соединенных последовательно, что усложняет их конструкцию и вызывает значительные потери механической и электрической энергии.

На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого униполярного бесконтактного колеса-двигателя постоянного тока, предназначенного для транспортных средств.

Эта конструкция содержит неподвижную полуось 3, выполненную из электротехнической стали за одно целое с фланцем.

На неподвижную полуось 3 напрессован основной подшипник 4, а на фланце жестко крепится сердечник 1 кольцевой катушки индуктивности, выполненный из электротехнической стали в виде полого цилиндра со шлицами, симметрично расположенными на торцах, между которыми укладываются обмотки 2 кольцевой катушки индуктивности, соединенные между собой последовательно.

Начало первой обмотки и конец последней выводятся через каналы в неподвижной полуоси к источнику постоянного тока.

По центру неподвижной полуоси 3 со стороны фланца выполнена глухая выточка для подшипника 5 подвижной полуоси 6, на которой жестко закреплены постоянные магниты 7, которые вместе с подвижной полуосью образуют внутренний ротор.

Постоянные магниты 7 крепятся радиально и направлены одноименными полюсами к внутренней части обмоток 2 кольцевой катушки индуктивности, образуя с витками минимальный зазор.

Обод колеса, представляющий наружный ротор, выполнен из электротехнической стали в виде полого цилиндра за одно целое с боковой крышкой, которая по центру оси имеет отверстие для свободного выхода неподвижной полуоси 3 и выточку для подшипника 4, напрессованного на эту полуось.

С внутренней стороны обода 9 жестко крепятся радиально по окружности постоянные магниты 8, направленные одноименными полюсами одинаковой полярности с внутренним ротором к наружной части обмоток кольцевой катушки индуктивности, образуя с витками минимальный зазор.

Обод 9 с магнитами 8 образует наружный ротор колеса.

Вторая боковая крышка 10 выполнена из электротехнической стали, жестко крепится к ободу 9, удерживая шину 11, и к подвижной полуоси 6 внутреннего ротора, образуя со шлицами сердечника 1 кольцевой катушки индуктивности минимальный зазор.

Таким образом, магнитные потоки обоих роторов. замыкаются на массе сердечника 1 кольцевой катушки индуктивности через боковые крышки.

На фиг. 2 представлена принципиальная электрическая схема. Она содержит аккумуляторную или конденсаторную батарею (GB), реостат с плавным регулированием сопротивления (RR), реверсивный переключатель направления тока (SA) и обмотки кольцевой катушки индуктивности (LM).

При подаче постоянного тока на обмотки кольцевой катушки индуктивности и взаимодействии электрических и магнитных полей согласно "Закону электромагнитной индукции" колесо-двигатель приобретает односторонний крутящий момент, направление которого будет определяться направлением тока в обмотках кольцевой катушки индуктивности.

Величина модуля вектора крутящего момента на основании "Закона полного тока" будет определяться количеством витков и длиной их активной части в обмотках кольцевой катушки индуктивности, напряженностью магнитного потока и силой тока в кольцевой катушке индуктивности.

Отсутствие в конструкции колеса-двигателя коллектора и скользящих контактов позволяет исключить процесс перемагничивания стали, тем самым исключаются потери энергии от гитерезиса, а это в свою очередь позволяет изготовление деталей колеса-двигателя из цельнометаллических заготовок.

Униполярные бесконтактные колеса-двигатели могут найти широкое применение в бытовых электрических средствах.