электродвигатель постоянного тока с усилителем крутящего момента

Формула изобретения

Электродвигатель постоянного тока с усилителем крутящего момента, содержащий корпус, закрытый передней и задней крышками, магнитные полюсы возбуждения, закрепленные внутри корпуса, вал, установленный в подшипниках крышек, на котором закреплены якорь и коллектор, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки, щеткодержатель с угольными щетками, контактирующими с пластинами коллектора, клеммовую коробку, выводы которой подключены к угольным щеткам, корпус редуктора, соединенный болтами с корпусом электродвигателя, закрытый передней и задней крышками, ведомый вал, установленный в подшипниках крышек, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки, кинематически связанный с валом электродвигателя, отличающийся тем, что на ведомом валу редуктора дополнительно закреплены: маховик с зубчатым венцом, который через промежуточную шестерню соединен с шестерней вала электродвигателя, передний и задний подвижные диски с постоянными магнитами, размещенными соответственно на задней и передней торцевых поверхностях в глухих радиальных пазах и обращенными одними и теми же полюсами на заднюю торцевую поверхность переднего подвижного диска и противоположными полюсами на переднюю торцевую поверхность заднего подвижного диска, причем продольная ось каждого из магнитов переднего подвижного диска наклонена в сторону передней торцевой крышки корпуса редуктора и установлена под углом к его задней торцевой поверхности, а продольная ось каждого из магнитов заднего подвижного диска также наклонена в сторону передней крышки корпуса редуктора и установлена под таким же углом к его передней торцевой поверхности, кроме того, неподвижный диск, установленный с возможностью продольного перемещения по направляющим и фиксации посредством механизма, кинематически связанного с ручкой переключения, установленной снаружи на корпусе редуктора, имеющий сквозные радиальные пазы, в которых закреплены постоянные магниты, концы которых выходят на переднюю и заднюю торцевые поверхности и обращены к переднему и заднему подвижным дискам ведомого вала своими одноименными полюсами, причем продольная ось каждого из магнитов наклонена в сторону передней крышки корпуса редуктора и установлена под таким же углом к передней и задней торцевым поверхностям, причем подвижные и неподвижный диски выполнены из немагнитного материала, а при смещении неподвижного диска в сторону переднего или заднего подвижного диска и совмещении магнитов продольные оси магнитов неподвижного диска соосны со всеми продольными осями магнитов переднего или заднего подвижного диска, а количество магнитов на всех четырех дисках должно быть одинаково, кроме того, между неподвижным диском и передним подвижным диском закреплен неподвижный защитный диск, выполненный из ферросплава, с радиальными сквозными пазами, продольные оси которых наклонены в сторону передней крышки корпуса редуктора под таким же углом и соосны с продольными осями магнитов переднего подвижного диска при их совмещении, кроме того, между неподвижным диском и задним подвижным диском закреплен неподвижный защитный диск из ферросплава с радиальными сквозными пазами, продольные оси которых наклонены в сторону передней крыши корпуса редуктора под таким же углом и соосны с продольными осями магнитов заднего подвижного диска при их совмещении.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области электротехники и может найти применение в качестве электродвигателя постоянного тока.

Известен электродвигатель трехфазного переменного тока АОМ-32-4, содержащий корпус статора с обмотками возбуждения, два подшипниковых щита, короткозамкнутый ротор, клеммовую коробку, наружный вентилятор.

/М.М.Авдеев и др. Электропоезда переменного тока. М.: Транспорт, 1973, с.139-140, рис.96/.

Недостатками известного трехфазного переменного тока электродвигателя АОМ-32-4 являются: большой расход электроэнергии, невозможность перемены направления вращения вала, повышенный расход цветных и черных металлов, большие тепловые потери.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией электродвигателя.

Известен также электродвигатель постоянного тока с редуктором MЭ-241, содержащий корпус, закрытый передней и задней крышками, вал, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки, выполненный заодно с якорем и коллектором, магнитные полюсы возбуждения, угольные щетки с держателем, клеммовую коробку, клеммы которой электрически соединены с угольными щетками, корпус редуктора, соединенный с корпусом электродвигателя закрытый крышками, ведомый вал, свободным конец которого пропущен в отверстие передней крышки и кинематически связан с валом электродвигателя.

/В.А.Вершигора, А.П.Игнатов, Н.В.Пятков. Автомобиль BAЗ-2121 "Нива", М.: Транспорт, 1980, с.234-235, рис.174/.

Известный электродвигатель постоянного тока с редуктором МЭ-241, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Недостатками известного электродвигателя постоянного тока с редуктором MD-241, принятого за прототип, являются: большой расход электроэнергии, малая мощность, недостаточный крутящий момент, обгорание и окисление пластин коллектора.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией электродвигателя.

Целью настоящего изобретения является повышение технических характеристик электродвигателя постоянного тока с редуктором.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что на ведомом валу редуктора дополнительно закреплены: маховик с зубчатым венцом, который через промежуточную шестерню соединен с шестерней вала электродвигателя, передний и задний подвижные диски с постоянными магнитами, размещенными соответственно на задней и передней торцевых поверхностях в глухих радиальных пазах и обращенными одними и теми же полюсами на заднюю торцевую поверхность переднего подвижного диска и противоположными полюсами на переднюю торцевую поверхность заднего подвижного диска, причем продольная ось каждого из магнитов переднего подвижного диска наклонена в сторону передней крышки корпуса редуктора и установлена под углом к его задней торцевой поверхности, а продольная ось каждого из магнитов заднего подвижного диска также наклонена в сторону передней крышки корпуса редуктора и установлена под таким же углом к его передней торцевой поверхности, кроме того, неподвижный диск, установленный с возможностью продольного перемещения по направляющим и фиксации посредством механизма, не показанного на чертежах, кинематически связанного с ручкой переключения, установленной снаружи на корпусе редуктора, имеющий сквозные радиальные пазы, в которых закреплены постоянные магниты, концы которых выходят на переднюю и заднюю торцевые поверхности и обращены к переднему и заднему подвижным дискам ведомого вала своими одноименными полюсами, причем продольная ось каждого из магнитов наклонена в сторону передней крышки корпуса редуктора и установлена под таким же углом к передней и задней торцевым поверхностям, причем подвижные и неподвижный диски выполнены из немагнитного материала, а при смещении неподвижного диска в сторону переднего или заднего подвижных дисков и совмещении магнитов продольные оси магнитов неподвижного диска соосны всем продольным осям магнитов переднего или заднего подвижных дисков, а количество магнитов на всех трех дисках должно быть одинаково, кроме того, между неподвижным диском и передним подвижным диском закреплен неподвижный защитный диск, выполненный из ферросплава с радиальными сквозными пазами, продольные оси которых наклонены в сторону передней крышки корпуса редуктора под таким же углом и соосны продольным осям магнитов переднего подвижного диска при их совмещении, кроме того, между неподвижным диском и задним подвижным диском закреплен неподвижный защитный диск, выполненный из ферросплава о радиальными сквозными пазами, продольные оси которых наклонены в сторону передней крышки корпуса редуктора под таким же углом и соосны продольным осям магнитов заднего подвижного диска при их совмещении.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид электродвигателя постоянного тока с редуктором, на фигуре 2 - схема размещения узлов в корпусе редуктора, на фигуре 3 - устройство усилителя крутящего момента, на фигуре 4 - вид на заднюю торцевую поверхность переднего подвижного диска, на фигуре 5 - вид на переднюю торцевую поверхность переднего подвижного диска, на фигуре 6 - вид на боковую поверхность переднего подвижного диска, на фигуре 7 - вид на заднюю торцевую поверхность заднего подвижного диска, на фигуре 8 - вид сбоку на задний подвижный диск, на фигуре 9 - вид на переднюю торцевую поверхность заднего подвижного диска, на фигуре 10 - вид на торцевую поверхность защитного диска, на фигуре 11 - вид сбоку на защитный диск, на фигуре 12 - вид на торцевую поверхность неподвижного диска, на фигуре 13 - вид сбоку на неподвижный диск с частичным разрезом, на фигуре 14 - общий вид магнита подвижных и неподвижного дисков, на фигуре 15 - схема усиления крутящего момента при прямом вращении ведомого вала, на фигуре 16 - схема усиления крутящего момента при обратном вращении ведомого вала.

Электродвигатель постоянного тока с усилителем крутящего момента 1 содержит корпус, закрытий передней и задней крышками, внутри которого установлены магнитные полюсы возбуждения, вал, установленный в подшипниках крышек, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки, выполненный заодно с якорем и коллектором, который контактирует с угольными щетками, установленными на держателе, выводы от которых выведены в клеммовую коробку. Корпус 2 усилителя крутящего момента соединен болтами с корпусом электродвигателя постоянного тока. Корпус цилиндрической формы закрыт передней 3 и задней 4 крышками, внутри которого в подшипниках крышек установлен ведомый вал 5, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки. На ведомом валу закреплены: маховик 6 с зубчатым венцом, который через промежуточную шестерню 7 соединен с шестерней 8, закрепленной на валу электродвигателя постоянного тока, передний 9 и задний 10 подвижные диски с постоянными магнитами 11, размещенными соответственно на задней и передней торцевых поверхностях в глухих радиальных пазах и обращенными одними и теми же полюсами на заднюю торцевую поверхность переднего подвижного диска и противоположными полюсами на переднюю торцевую поверхность заднего подвижного диска. Продольная ось каждого из магнитов переднего подвижного диска установлена под углом , равным 45°, к его задней торцевой поверхности, а продольная ось каждого из магнитов заднего подвижного диска установлена под таким же углом к его передней торцевой поверхности. Неподвижный диск 12, установленный с возможностью продольного перемещения по направляющим 13, привернутым болтами к корпусу, посредством механизма, не показанного на чертежах, кинематически связан с ручкой переключения 14, установленной снаружи на корпусе усилителя крутящего момента. Неподвижный диск имеет сквозные радиальные пазы, в которые вставлены постоянные магниты, концы которых выходят на переднюю и заднюю торцевые поверхности и обращены к переднему и заднему подвижным дискам ведомого вала своими одноименными полюсами. Продольная ось каждого магнита установлена под таким же углом к торцевым поверхностям неподвижного диска, что и упомянутые ранее магниты. При смещении неподвижного диска в сторону переднего или заднего подвижных дисков и совмещении магнитов неподвижного диска с магнитами переднего или заднего подвижных дисков оси всех магнитов соосны друг другу (фиг.15, 16), а количество магнитов на всех трех дисков должно быть одинаковым. Все магниты должны обладать высоким уровнем напряженности магнитного поля, и они должны быть изготовлены из ферромагнитного порошка с добавками редкоземельных элементов. Между неподвижным диском и передним подвижным диском, между неподвижным диском и задним подвижным диском закреплены неподвижные защитные диски 15, одинаковые по конструкции, выполненные из ферросплава, имеющие радиальные сквозные пазы 16. Продольные оси каждого паза установлены под углом , равным 45°, к задней торцевой поверхности.

Работа электродвигателя постоянного тока с усилителем крутящего момента.

Электродвигатель постоянного тока 1 может работать в нескольких режимах. При подключении к сети электродвигателя ручка переключения 14 находится в среднем положении (фиг.1), неподвижный диск 12 с магнитами 11 также находится в среднем положении. Вал электродвигателя вращается и через шестерни 7, 8, зубчатый венец маховика 6 вращает ведомый вал 5. При этом маховик 6 за счет инерции запасает энергию вращения и делает его равномерным. В этом случае никакого усиления крутящего момента не происходит. Если электродвигатель подключен к сети таким образом, что ведомый вал 5 вращается по часовой стрелке и необходимо увеличить крутящий момент, то ручка управления 14 поворачивается вправо. Неподвижный диск 12 с магнитами 11 механизмом, не показанным на чертеже, передвигается вдоль по направляющим 13 в сторону переднего подвижного диска 9 (на фигуре 15 показано горизонтальной стрелкой) и фиксируется на некотором расстоянии от неподвижного защитного диска 15. В этом случае к силе F, с которой вращается передний подвижный диск 9, добавляется сила Fм, которая возникает при отталкивании магнитов 11 переднего подвижного диска 9 от одноименных полюсов магнитов 11 неподвижного диска 12. Это происходит, когда магниты неподвижного диска 12 и магниты переднего подвижного диска 9, а также пазы 16 неподвижного защитного диска 15 находятся на одной линии, как показано на фигуре 15. Сила отталкивания Fм и сила F, с которой вращается передний подвижный диск 9, действующие под углом друг к другу, образуют равнодействующую силу Fр, которая является результирующей силой, действующей на передний подвижный диск 9, и которая больше силы F. Следовательно, происходит увеличение крутящего момента на переднем подвижном диске 9 и соответственно на ведомом валу 5. В то время, когда магнитное поле магнитов переднего подвижного диска 9 и неподвижного диска 12 направлено вдоль ведомого вала и может тормозить ведомый вал, неподвижный защитный диск 15 не дает возможности взаимодействовать магнитам обоих дисков, экранируя их. Маховик 6 помогает выводить диски из этого положения. Таким образом при вращении переднего подвижного диска 9 из-за одновременного периодического отталкивания его магнитов от магнитов неподвижного диска 12 происходит увеличение крутящего момента. При переключении электродвигателя 1 на обратный ход ведомый вал 5 начинает вращаться в противоположную сторону против часовой стрелки. Ручка переключателя 14 передвигается влево и фиксируется (На фигуре 16 показано горизонтальной стрелкой). Неподвижный диск 12 передвигается в сторону заднего подвижного диска 10 и магниты обоих дисков начинают взаимодействовать друг с другом, как было описано выше. При этом также происходит увеличение крутящего момента. Таким образом за счет энергии постоянных магнитов можно получить более высокую мощность на ведомом валу при меньшей затратной мощности на ведущем валу.

Предлагаемый электродвигатель может быть использован там, где необходима экономия электроэнергии. Например, на электромобилях.

Положительный эффект: экономия электроэнергии, посредством маломощного электродвигателя можно приводить в движение механизмы, требующие большой мощности.