инерционный электродвигатель постоянного тока

Формула изобретения

Инерционный электродвигатель постоянного тока, содержащий корпус, имеющий опорную плиту, закрытый передней и задней крышками, якорь, установленный на валу, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки, щеткодержатель с угольными щетками, клеммовую коробку, выводы которой электрически соединены с угольными щетками, отличающийся тем, что якорь выполнен в форме двух инерционных механизмов, одинаковых по конструкции, закрепленных в двух противоположных точках на поверхности вала, лежащих на линии, проходящей через центр вращения, продольные оси которых перпендикулярны продольной плоскости вала, развернутых в горизонтальной плоскости один относительно другого на 180 градусов, каждый из которых содержит круглый пустотелый корпус, имеющий спереди торцевую стенку с центральным отверстием и внутренний зубчатый венец, закрепленный на валу и закрытый задней крышкой с центральным отверстием, на наружной поверхности которой закреплен приводной электродвигатель постоянного тока, вал которого пропущен в центральное отверстие задней крышки и имеет на конце центральную зубчатую шестерню, кроме того, на наружной поверхности передней торцевой стенки корпуса закреплена передняя неподвижная шестерня с центральным отверстием, причем в центральное отверстие передней неподвижной шестерни и в центральное отверстие торцевой стенки корпуса вставлен вал, один конец которого входит внутрь корпуса и на нем закреплено водило, на котором установлена свободно посаженная на оси шестерня (сателлит), входящая в зацепление с зубчатым венцом корпуса и центральной шестерней приводного электродвигателя постоянного тока, а на другом наружном конце вала закреплена крестовина, на четырех концах которой установлены свободно сидящие на осях зубчатые шестерни с дебалансами, входящие в зацепление с передней неподвижной зубчатой шестерней, причем у шестерен крестовины каждый последующий дебаланс смещен относительно предыдущего на 90 градусов, кроме того, на якорном валу, на изоляционной втулке закреплены токовые кольца, контактирующие с угольными щетками, причем положительные выводы обоих электродвигателей электрически соединены с одним токовым кольцом, а отрицательные выводы соединены с другим токовым кольцом.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области электротехники и может найти применение при конструировании электродвигателей постоянного тока с усилителями мощности.

Известен электродвигатель однофазного переменного и постоянного тока, содержащий корпус, вал, установленный в подшипниках корпуса, клеммовую коробку. Внутри корпуса размещен лопастной двигатель, вал которого пропущен в отверстие передней крышки, впускной и выпускной патрубки которого гидравлически соединены с соответствующими каналами переключателя прямого и обратного хода, а также с камерами нагрева и охлаждения. Внутренние полости двигателя, камер нагрева и охлаждения, трубопроводов заполнены ртутью или легкокипящей жидкостью /Патент РФ № 2357347, кл. Н02К 27/00, H02K 57/00, опубл. 27.05.2009. Бюл. № 15/.

Недостатками аналога являются низкий КПД, недостаточная мощность, большой расход электроэнергии.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией электродвигателя.

Известен также электродвигатель постоянного тока с редуктором МЭ-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, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки и кинематически связан с валом электродвигателя /В.А.Вершигора, А.Д.Игнатов. Н.В.Пятков. Автомобиль ВАЗ-2121 "Нива", М., Транспорт, 1980, с.234-235, рис.174/.

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

Недостатками известного электродвигателя постоянного тока МЭ-241, принятого за прототип, являются большой расход электроэнергии, малая мощность, недостаточный крутящийся момент, обгорание и окисление пластин коллектора.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией электродвигателя постоянного тока.

Задачей настоящего изобретений является повышение технических характеристик электродвигателя постоянного тока.

Технический результат обеспечивается тем, что в инерционном электродвигателе постоянного тока, содержащем корпус, имеющий опорную плиту, закрытый передней и задней крышками, якорь, установленный на валу, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки, щеткодержатель с угольными щетками, клеммовую коробку, выводы которой электрически соединены с угольными щетками, согласно изобретению якорь выполнен в форме двух инерционных механизмов, одинаковых по конструкции, закрепленных в двух противоположных точках на поверхности вала, лежащих на линии, проходящей через центр вращения, продольные оси которых перпендикулярны продольной плоскости вала, развернутых в горизонтальной плоскости один относительно другого на 180 градусов, каждый из которых содержит круглый пустотелый корпус, имеющий спереди торцевую стенку с центральным отверстием и внутренний зубчатый венец, закрепленный на валу и закрытый задней крышкой с центральным отверстием, на наружной поверхности которой закреплен приводной электродвигатель постоянного тока, вал которого пропущен в центральное отверстие задней крышки и имеет на конце центральную зубчатую шестерню, кроме того, на наружной поверхности передней торцевой стенки корпуса закреплена передняя неподвижная шестерня с центральным отверстием, причем в центральное отверстие неподвижной шестерни и в центральное отверстие торцевой стенки корпуса вставлен вал, один конец которого входит внутрь корпуса и на нем закреплено водило, на котором установлена свободно посаженная на оси шестерня (сателлит), входящая в зацепление с зубчатым венцом корпуса и центральной шестерней приводного электродвигателя постоянного тока, а на другом наружном конце вала закреплена крестовина, на четырех концах которой установлены свободно сидящие на осях зубчатые шестерни с дебалансами, входящие в зацепление с передней неподвижной зубчатой шестерней, причем у шестерен крестовины каждый последующий дебаланс смещен относительно предыдущего на 90 градусов, кроме того, на якорном валу, на изоляционной втулке закреплены два токовых кольца, контактирующие с угольными щетками, причем положительные выводы обоих электродвигателей электрически соединены с одним токовым кольцом, а отрицательные выводы соединены с другим токовым кольцом.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фигуре 1 изображен общий вид инерционного электродвигателя постоянного тока;

на фигуре 2 - продольный разрез инерционного электродвигателя постоянного тока;

на фигуре 3 - поперечный разрез инерционного электродвигателя постоянного тока;

на фигуре 4 - общий вид инерционного механизма в разрезе;

на фигуре 5 - вид спереди на инерционный механизм;

на фигуре 6 - развертка боковой поверхности неподвижной шестерни и расположение дебалансов относительно друг друга;

на фигура 7 - траектория движения дебаланса при движении шестерни крестовины по зубьям неподвижной шестерни и образование инерционных сил;

на фигуре 8 - электрическая схема питания приводных электродвигателей постоянного тока инерционных механизмов;

на фигуре 9 - схема инерционных сил, действующих за единицу времени при движении дебалансов.

Инерционный электродвигатель постоянного тока содержит корпус 1 с опорной плитой 2, закрытый передней 3 и задней 4 крышками, имеющими вентиляционные окна 5. Внутрь корпуса вставлен якорь, установленный на валу 6, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки. На заднем конце вала закреплен вентилятор 7 и надета изоляционная втулка 8, на которой закреплены токовые кольца 9. Внутри задней крышки закреплен щеткодержатель 10 с угольными щетками 11, которые электрически соединены с выводами клеммовой коробки 12, закрепленной на корпусе. Якорь выполнен в форме двух инерционных механизмов 13, одинаковых по конструкции, закрепленных в двух противоположных точках на поверхности вала, лежащих на линии, проходящей через центр вращения. Продольные оси инерционных механизмов перпендикулярны продольной плоскости вала. Инерционные механизмы развернуты в горизонтальной плоскости один относительно другого на 180 градусов. Инерционный механизм (фиг.4) содержит круглый пустотелый корпус 14, закрытый спереди торцевой стенкой с центральным отверстием и имеет внутренний зубчатый венец 15. Корпус закреплен на валу и закрыт задней крышкой 16 с центральным отверстием. На наружной поверхности задней крышки закреплен приводной электродвигатель постоянного тока 17, вал которого пропущен в центральное отверстие задней крышки и имеет на конце центральную зубчатую шестерню 18. На наружной поверхности передней торцевой стенки корпуса инерционного механизма закреплена передняя неподвижная шестерня 19, имеющая центральное отверстие. В центральное отверстие передней неподвижной шестерни и в центральное отверстие торцевой стенки корпуса вставлен горизонтальный вал 20, соосный валу приводного электродвигателя. Один конец этого вала входит внутрь корпуса и на нем закреплено водило 21, на котором установлена свободно посаженная на оси шестерня 22 (сателлит), входящая в зацепление с внутренним зубчатым венцом корпуса и центральной шестерней приводного электродвигателя постоянного тока. На другом наружном конце горизонтального вала закреплена крестовина 23, на четырех концах которой установлены свободно сидящие на осях зубчатые шестерни 24 с дебалансами 25, входящие в зацепление с передней неподвижной зубчатой шестерней. У шестерен крестовины каждый последующий дебаланс смещен относительно предыдущего на 90 градусов. Оба приводных электродвигателя постоянного тока включены в единую электрическую цепь. Положительные выводы обоих приводных электродвигателей постоянного тока подключены к одному токовому кольцу. Отрицательные выводы обоих приводных электродвигателей постоянного тока подключены к другому токовому кольцу.

Инерционный электродвигатель постоянного тока работает следующим образом.

При подаче на клеммы клеммовой коробки 12 постоянного тока он через угольные щетки 11, токовые кольца 9 поступает в обмотки якорей приводных электродвигателей 17 и приводит их валы во вращение. Центральные шестерни 18, вращаясь, заставляют вращаться шестерни 22, которые передвигаются по внутренним зубчатый венцам 15, заставляют вращаться водила 21, а вместе с ним и валы 20. Вместе с валами 20 вращаются крестовины 23 и с ними шестерни 24 с дебалансами 25. Шестерни 24 одновременно вращаются вокруг своих осей и перемещаются по зубьям передних неподвижных шестерен 19. Вследствие этого дебалансы 25 двигаются по криволинейным траекториям радиуса R, как показано на фигуре 7. Возникающие при этом составлявшие сил инерции Fи каждого дебаланса 25 станут суммироваться и вектор этих сих будет направлен вдоль продольных осей инерционных механизмов в сторону от приводных электродвигателей, а на вал 6 будет действовать пара сил, приводящая его во вращение. Одновременно составляющие сил инерции будут действовать на шестерни 24 и дебалансы 25 в поперечном направлении, уравновешивая друг друга, как показано на фигуре 5. Вместе с тем каждый из дебалансов 25 в разное время станет находиться в крайних точках своей траектории и в этом случае его составляющая сил инерции Fи₃ будет направлена вдоль продольной оси корпуса инерционного механизма в сторону, противоположную действию остальных составляющих сил инерции. Из схемы на фигуре 9 видно, что при перемещении дебалансов 25 по своим траекториям за время t в каждый отдельный момент (ограничен двумя тонкими вертикальными линиями) из четырех дебалансов одной крестовины 23 только один, и то не всегда, может находиться в крайних точках траектории, а создаваемая им составляющая сил инерции Fи ₃ будет уравновешиваться составляющей сил инерции одного дебаланса 25, так как скорости движения одинаковы и вес дебалансов тоже одинаков. Остальные дебалансы будут создавать пару сил и вращать вал 6. Таким образом, вращение вала 6 обеспечивается созданием непрерывно действующих инерционных сил. Изменение частоты вращения вала 6 может осуществляться изменением величины тока и напряжения, подаваемого на выводы клеммовой коробки 12. Инерционный двигатель постоянного тока обеспечивает только одностороннее вращение вала 6. Данный инерционный механизм известен из патентных материалов: см. Патент РФ № 2340470, кл. B60K 8/00, F03G 3/00, опубл. 10.12.2008, Бюл. № 34.

Изобретение позволяет увеличить мощность на валу электродвигателя, снизить потребление электроэнергии, уменьшить расход цветных металлов и повысить его долговечность.