Jednosmerný elektromotor

Číslo patentu: U 5210

Dátum: 06.08.2009

Autor: Šteller Július

Je ešte 1 strana.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Technické riešenie sa týka konštrukcie jednosmerného elektromotora so statorom, skonštruovaného tak,že neobsahuje rotor. Technicke riešenie spadá do oblasti elektrotechniky.Jednosmerná elektromotory sú jednosmerné stroje so statororn, rotororn, komutátorom a zberacírn ústrojcnstvom. Rotor je realizovaný ako zväzok vzájorrme izolovaných plechov s drážkanri, v ktorých je uložené vinutie kotvy. Stator je magnetický obvod z liatej ocele alebo plechov a má zabudované cievky budiaceho vinutia pólových nástavcov. Komutátor sú vzájomne izolované medené lamely a sú spojené s vývodrni jednotlivých cievok. Zberacím ústrojenstvom je systém uhlíkových kief. Fyzikálna podstata jednosmemého elektromotora je taká, že cievkami rotora tečie elektrický prúd a tým je generované magnetické pole okolo rotora, ktorý je uložený medzi pólovými nástavcami. Jedna strana kotvy je preto vytláčaná jedným pólom magnetu a priťahovaná na opačnú stranu k druhému pólu magnetu, čo spôsobuje rotáciu kotvy. V zlomovom okamihu komutátor reverzuje smer prúdu tečúceho cez cievku a tým sa otočí aj smer magnetického poľa. Celý proces sa opakuje a tým vzniká otáčanie kotvy elektromotora. Výhoda jednosmerných elektromotorov je v tom, že majú veľký záberový moment a jednoduchú reguláciu otáčiek v širokom rozsahu. Preto sa používajú najmä v regulačných pohonoch.Všetky známe konštrukcie j ednosmerných elektromotorov obsahujú rotor s vinutými medenými cievkami. Tak sa zvyšuje hmotnosť samotného eleklromotora. Hmotnosť elektromotora bola kľúčovým faktorom pre vývoj jednosmemého elektromotora, ktorý by mal minimálnu hmotnosť. Výsledkom tohto úsilia je ďalej opisovaný jednosmerný elektromotor bez rotora v predloženom úžitkovom vzore.Vyššie uvedené nedostatky sú odstránené jednosmerným elektromotorom podľa tohto technického riešenia, a ktorého podstata je založená na tom, že obsahuje stator s kľukovým hriadeľom. Kľukový hríadel v tomto prípade nahrádza rotor. Kinematická zviazanosť týchto dvoch podstatných konštrukčných častí je zabezpečená jadrami statorových cievok a pohyblivýrni kulisarni. Stator jednosmerného elektromotora pozostáva rninímálne zo štyroch statorových cievok, v ktorých sú pohyblivo uložené j adrá. Jednosmerný elektromotor ďalej pozostáva z kľukového hriadeľa tvoreného stredovým hriadeľom so stredovou osou a excentrického hriadeľa s excentríckou osou. Statorové cievky sú uložené v jednej rovine 11 tak, že osi statorových cievok sú smerované kolmo k stredovej osi kľukového hriadeľa. Protiľahlé jadra statorových cievok sú prepojené samostatnou pohyblivou kulisou tak, že cez priečnu vodiacu drážku každej pohyblivej kulisy prechádza excentrická os kľukového hriadeľa. Vinutia statorových cievok sú prepojené s budičom vinutí statorových cievok. Z tejto základnej konštrukcie jednosmemého elektromotora je možné za účelom zväčšenia jeho výkonu v jednej rovine radiť párny počet statorových cievok s počtom 4, 6, 8, 12, 14, 16 a viac. Výkon jednosmerného elektromotora je možné zväčšovať aj tak, že párny počet statorových cievok s pohyblivýrni jadrami v jednej rovine je možné radiť za sebou do minimálne dvoch rovín 11 až nn, kde n je cele číslo z 2. Jadrá statorových cievok sú z feromagnetického materiálu, ako je napríklad permalloy, železo alebo transfomrátorové plechy.Aby bol jednosmemý elektromotor funkčný, je potrebné ho budiť, t. j. do jeho vinutí statorových cievok je nutné priviesť jednosmerný elektrický prúd. To zabezpečuje budič, ktorý je neoddeliteľnou súčasťou j ednosmemého elektromotora. Budič môže byť elektronický s polovodičovými výkonovýrni spínacími prvkami a riadiacimi obvodmi, alebo budič môže byť aj mechanický. Mechanický budič pozostáva z rotačného prúdového napájača izolované uloženého v stredovej osi kľukového hriadeľa s najmenej štyrmi kĺznymi zberačmi, ku ktorým sú pripojené jedny konce vinutia statorových cievok. Druhé konce vinutia statorových cievok sú pripoj ené na druhý pól jednosmemého napájania, napríklad na záporný pól napájania. Rotačný prúdový napájač je z nevodivého materiálu, do ktorého je osadený jeden vodivý segment klzné prepojujúci dva susedné kĺzne zberače. Rotačný prúdový napáj ač je trecími kontaktmi pripojený k j ednosmemému napáj aciemu zdroju. Tento prvý typ jednosmerného elektromotora využíva priťahovanie jadier do statorových cievok. Prítom mechanický budič môže byť V jednom prípade nainštalovaný priamo na stredovej osi kľukového hriadeľa. Tak je umiestnený vo vnútri krytu jednosmerného elektromotora, čím sa vytvára jednoliaty konštrukčný celok. V druhom prípade má mechanický budič samostatnú os nezávislú na kľukovom hriadeli a ako konštrukčný celok je uchytený o valcový kryt jednosmerného elektromotora z vonkajšej strany. V treťom prípade rná mechanický budič opäť samostatnú os nezávislú na kľukovom hriadeli a ako konštrukčný celok je in 10štalovaný mimo jednosmemý elektromotor, s ktorým je prepojený len izolovanými vodičmi. Tým samotný jednosmerný elektromotor môže byť ponorený aj v kvapaline.Ak jadrá statorových cíevok sú z pennanenmých magnetov, potom tento druhý typ jednosmemého elekuomotora využíva jednak priťahovanie jadier do vnútra statorových cíevok ale aj vysúvanie jadier von zo statorových cíevok. K tomu účelu je nutné prispôsobiť aj samotný mechanický budič. V tomto pripade mechanický budič pozostáva z najmenej dvoch rotačných prúdových napájačov izolovane uložených v stredovej osi kľukového hriadeľa, každý napriklad s najmenej štyrmi klznýrni zberačmi, ku ktorým sú pripojené jedny aj druhé vinutia statorových cíevok pre kladný ale aj zápomý pól jednosmemého napájania. To znamená, že v jednom prípade je jeden koniec vinutia statorovej cievky pripojený ku kladnému pólu napájania a po otočení rotačného prúdového napájača o 180 ° je ten istý koniec vinutia statorovej cievky pripojený k zápomému pólu napájania. Pritom každý rotačný prúdový napájač obsahuje aspoň jeden vodivý segment prepojujúci vždy dva susedné kĺzne zberače.Výhody jednosmemého elektromotora podľa tohto technického riešenia sú zjavné z jeho účinkov, ktorými sa prejavuje navonok. Účinky jednosmemého elektromotora podľa technického riešenia spočívajú najmä v tom, že tento jednosmerný elektromotor neobsahuje rotor. Teda neobsahuje ani rotorové cievky, čím sa jednak šetrí med ale sa aj podstatne znižuje hmotnosť jednosmerného elektromotora. Výroba tohto elektromotora je jednoduchšia. V tejto konštrukcii sú vinutia statorových cíevok podstatne odolnej šie proti zhoreniu.Z hľadiska konštrukcie je tento jednosmerný elektromotor ideálny pre osadenie akýchkoľvek klasických pohonných jednotiek. Tým, že je odolný voči skratu, môže pracovať aj vo vlhkom prostredi alebo priamo v kvapaline, čo ho predurčuje aj pre využitia v lodnom priemysle ako nizkootáčkový motor s veľkým krútiacim momentom. Ak by kvapalinou bol olej, olej by plnil funkciu chladenia a motor by mohol pracovať na plný výkon neobmedzený čas. Radiálna orientácia stredových osi statorových cíevok a vzájomná kinematická zviazanosť jadier statorových cíevok, ktorým je dovolený pohyb len v radiálnom smere spôsobuje stav, že kľukový hriadeľ jednosmemého elektromotora, bez dodávanía elektrickej energie do statorových cíevok, nie je schopný rotácie. Tak je možné tento jednosmerný elektromotor využiť aj ako riadený brzdiaci mechanizmus.Prehľad obrázkov na výkresochJednosmemý elektromotor podľa technického riešenia bude bližšie objasnený na konkrétnych realizáciách zobrazených na výkresoch, kde obr. l v priečnom reze znázorňuje kinematické usporiadanie štyroch statorových cíevok a časti kľukového mechanizmu s pohyblivými kulisarni. Na obr. 2 je znázomené usporiadanie jednosmemého elektromotora v jeho pozdlžnom smere s inštalovaným budičom v telese jednosmemého elektromotora. Na obr. 3 je v čelnom náhľade znázomené usporiadanie klzných zberačov prúdového napájača mechanického budiča pri budení statorového vinutia cievky A a cievky B. Na obr. 4 je v čelnom náhľade znázornené usporiadanie klzných zberačov prúdového napáj ača mechanického budiča pri budení statorového vinutia cievky B a cievky C.Príklady uskutočnenia technického riešeniaRozumie sa, že jednotlivé uskutočnenia jednosmerného elektromotora podľa technického riešenia sú predstavované pre ilustráciu a nie ako obmedzenia technických riešení. Odbomíci znalí stavom techniky nájdu alebo budú schopni zistiť s použitím nie viac ako rutinrrého experimentovania Irmoho ekvivalentov k špecifrckým uskutočneniam technického riešenia jednosmerného elektromotora. Aj takéto ekvivalenty budú spadať do rozsahu nasledujúcich nárokov na ochranu.Pre odbomikov znalých stavom techniky nemôže robiť problém dimenzovanie takého jednosmemého elektromotora a vhodná voľba jeho materiálov a konštrukčných usporiadaní, preto tieto znaky neboli detailne rresene.V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaná základná konštrukcia jednosmerného elektromotora ako je to znázomené na obr. l. Hlavnými komponentní jednosmemého elektromotora je stator so statorovýrni cievkami 1 a kľukový hriadeľ. Kľukový hriadeľ v tomto prípade nahrádza rotor. Statorové cievky 1 sú upravené a upevnené na pevnom koši statora 10. Kinematická zviazanosť týchto dvoch podstatných konštrukčných častí je zabezpečená jadrami 2 statorových cíevok 1 a pohyblivýrni kulisarni 4. Stator jednosmemého elektromotora tak pozostáva zo štyroch statorových cíevok 1, v ktorých sú pohyblivo uložené jadrá 2. Jednosmerný elektromotor ďalej pozostáva z kľukového hriadeľa tvoreného stredovým hriadeľom so stredovou osou 3 a excentrického hriadeľa s excentrickou osou 6. Stredový hriadeľkľukového hriadeľa je uložený v ložiskách 7 statora 10. Statorové cievky 1 sú uložené V jednej rovine 1 tak,že osi statorových cievok 1 sú smerované kolmo k stredovej osi 3 kľukového hriadeľa. Protiľahlé jadrá 2 statorových cievok 1 sú prepojené samostatnou pohyblivou kulisou 4 tak, že cez priečnu vodiacu drážku 5 každej pohyblivej kulisy 4 prechádza excentrická os 6 kľukového hriadeľa. Konštrukcia tak obsahuje dve pohyblivé kulisy 4. Elektrické vývody vinutí statorových cievok 1 sú prepojené s elektrickými vývodmi mechanického budiča vinutí statorových cievok 1. Jadrá 2 statorových cievok 1 sú z feromagnetického materiálu, ako je v tomto pripade permalloy, altematívne železo alebo transformátorové plechy.Mechanický budíč vinutí statorových cievok 1 je neoddeliteľnou súčasťou jednosmerného elektromotora a je znázornený na obr. 2. Pozostáva z rotačného prúdového napájača 8 izolovane uloženého v stredovej osi 3 kľukového hriadeľa so štyrmi klznými zberačmi 9, ku ktorým sú pripojené jedny konce vinutí statorových cievok l. Čo však nie je znázornená, tak druhé konce vinutí statorových cievok 1 sú pripojené na druhý pól jednosmemého napájania, napríklad na zápomý pól napájania. Rotačný prúdový napájač 8 je z nevodivého materiálu, do ktorého je osadený jeden vodivý segment kĺzne prepojujúci dva susedné kĺzne zberače 9. Klzne zberače 9 sú napríklad uhlikové. Rotačný prúdový napájač 8 je trecim kontaktným usporiadanim 11 pripojený k neznázomenému jednosmemému napáj aciemu zdroju. Tento prvý typ jednosmerného elektromotora využíva priťahovanie jadier 2 do statorových cievok 1. Mechanický budíč je v tomto prípade nainštalovaný priamo na stredovej osi 3 kľukového hriadeľa. Tak je umiestnený vnútri krytu jednosmerného elektromotora,čím sa vytvára jednoliaty konštrukčný celok.Funkcia jednosmerného elektromotora skonštruovaného podľa tohto technického riešenia je nasledovná a vyplýva z fyzikálneho princípu, ktorý bol použitý na konštrukciu tohto jednosmerného elektromotora. Aby bol jednosmemý elektromotor funkčný, je potrebné ho budiť, t. j. do jeho vinutí statorových cievok 1 je nutné priviesť jednosmemý elektrický prúd. U tohto jednosmerného elektromotora sa rotácia výstupného hríadeľa nedosahuje indukovaným magnetickým poľom postupujúcim po kruhu, ale rotácia výstupného hriadeľa, t. j. rotácia kľukového hriadcľa sa dosiahne postupným riadeným pripájaním a odpájaním vinutí dvoch susedných statorových cievok 1 od jednosmerného elektrického zdroja tak, že sa vytvára horizontálny a vertikálny posun dvoch pohyblivých kulís 4, ktoré sú kinematický previazané so stredovým hríadeľom kľukového hriadeľa, čo je názome zobrazené na obr. 3 a 4. Využíva sa pritom ťažná alebo tlačná sila elektrickej statorovej cievky 1 na jadro 2 z ferornagnetického materiálu. Budenie jednosmemého elektromotora už vyššie opísanými technickými prostriedkami zabezpečuje časové prezozdeľovaríie dodávky elektrickej energie do jednotlivých vinutí statorových cievok 1.V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaná prvá aplikačná konštrukcia jednosmemého elektromotora pre väčšie inštalované výkony a znásobenie krútiaceho momentu. Táto zostava motora je v podstate opisaná v príklade 1. Iným spôsobom je však riešené rozmiestnenie statorových cievok 1. V jednej rovine 1 je zaradený pámy počet statorových cievok 1 s počtom statorových cievok 1 väčším ako 4. Pri počte napríklad ôsmich statorových cievok 1 možno krútiaci moment zdvojnásobiť. Samozrejme, že príslušnému počtu statorových cievok 1 zodpovedá aj príslušný počet jadier 2 a pohyblivých kulís 4. Náležite sa upraví aj lďukový hriadeľ.V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opisaná druhá aplikačná konštrukcia jednosmerného elektromotora pre väčšie inštalované výkony a znásobenie krútiaceho momentu. Táto zostava motora je v podstate opísaná v príklade 1. Iným spôsobom je však riešené rozmiestnenie statorových cievok 1. Statorové cievky 1 sú rozmiestnené vo viacerých rovinách 1 tak, že pámy počet statorových cievok 1 s pohyblivými jadrami 2 v jednej rovine 1 sa zaradí za sebou napríklad do troch rovin 11 až 13. Aj v tomto prípade príslušnému počtu statorových cievok 1 zodpovedá aj príslušný počet jadier 2 a pohyblivých kulís 4. Opäť sa náležite upraví aj kľukový hriadeľ.V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaná tretia aplikačné konštrukcia jednosmerného elektromotora. Táto zostava motora je v podstate opísaná v príkladoch l až 3. Rozdiel spočíva v realizácii samotného budiča, ktorý je v tomto prípade elektronický s polovodičovýrni výkonovými spínacímí prvkami a riadiacimi obvodrni. Možno vybrať elektronický budíč z uniñkovanej rady budičov, s výhodou taký, ktorý je programovateľný.V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaná štvrtá aplikačné konštrukcia jednosmemého elektromotora. Táto zostava motora je v podstate opísaná v príkladoch 1 až 4. Rozdiel spočíva v realizácii samotného mechanického budiča, ktorý má v tomto prípade samostatnú os nezá 10vislú na kľukovom hriadeli a ako konštrukčný celok je uchytený o valcový lcryt jednosmerného elektromotora z vonkajšej strany.V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaná piata aplikačná konštrukcia jednosmerného elektromotora. Táto zostava motora je v podstate opísaná V príkladoch l až S. Rozdiel spočíva V realizácii samotného mechanického budiča, ktorý má opäť samostatnú os nezávislú na kľukovom hriadeli ale ako konštrukčný celok je inštalovaný mimo jednosmemý elektromotor, s ktorým je prepojený len izolovanými elektrickýrni vodičmi. V takomto prípade samotný jednosmerný elektromotor má využitie aj v aplikáciách ked je ponorený V kvapaline.V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaná druhá aplikačné konštrukcia jednosmerného elektromotora pre väčšie inštalované výkony a znásobenie krútiaceho momentu. Táto zostava motora je V podstate opísaná v príklade l. V tomto prípade sa využíva nielen ťažná ale aj výtlačná sila statorových cievok 1. Pre tento prípad jadra 2 statorových cievok 1 sú vyrobené z permanentných magnetov. Preto tento typ jednosmemého elektromotora využíva jednak priťahovanie jadier 2 do vnútra statorových cievok 1 ale aj vysúvanie jadier 2 von zo statorových cievok l. K tomu účelu je nutné prispôsobiť aj samotný mechanický budič. V tomto prípade mechanický budič pozostáva z najmenej dvoch rotačných prúdových napájačov 8 izolovane uložených v stredovej osi 3 kľukového hriadeľa. Každý prúdový napájač 8 má napríklad najmenej štyri kĺzne zberače 9, ku ktorým sú pripojené jedny aj druhé vinutia statorových cievok l pre kladný ale aj zápomý pól neznázomeného jednosmerného napájania. To znamená, že V jednom prípade je jeden koniec vinutia statorovej cievky 1 pripojený ku kladnému pólu napájania a po otočení rotačného prúdového napájača 8 o 180 ° je ten istý koniec vinutia statorovej cievky 1 pripojený k zápomému pólu napájania. Pritom každý rotačný prúdový napájač 8 obsahuje aspoň jeden vodivý segment prepojujúci Vždy dva susedné kĺzne zberače 9.Jednosmerný elektromotor podľa technického riešenia nachádza uplatnenie V doprave, priemysle. Tentojednosmemý elektromotor môže pracovať aj V režime krokového motora ale aj V režime aktívneho brzdiaceho mechanizmu.l. J ednosrnemý elektromotor so statorom, V y z n a č u j ú c i s a t ý m , že pozostáva minimálne zo štyroch statorových cievok (1) s pohyblivýrni jadrami (2) uloženýrni V jednej rovine (n) tak, že osi statorových cievok (l) sú smerované kolmo k stredovej osi (3) kľukového hriadeľa, pričom protiľahlé jadrá (2) statorových cievok (l) sú prepojené samostatnou pohyblivou kulisou (4) tak, že cez priečnu vodiacu drážku (5) každej pohyblivej kulisy (4) prechádza excentrická os (6) klukového hriadeľa, pričom vinutia statorových cievok (l) sú prepojené s budičom.2. Jednosmerný elektromotor podľa nároku l, V y z n a č u j ú c i s a t ý m , že štvorice statorových cievok (l) s pohyblivýrni jadrami (2) uloženýrni V minimálne dvoch rovinách (111 až nn), kde n je celé číslo 2 2.3. Jednosmemý elektromotor podľa nároku 1 alebo 2, V y z n a č u j ú c i s a t ý m , že budič je elektronický s polovodičovýrni výkonovými spínacími prvkami a riadiacimi obvodmi.4. Jednosmerný elektromotor podľa nároku 1 alebo 2, v y z n a č u j ú e i s a t ý m , že budič je mechanický, pozostávajúci z rotačného prúdového napájača (8) izolovane uloženého V stredovej osi (3) kľukoVého hriadeľa s najmenej štyrmi klznýrni zberačmi (9), ku ktorým sú pripojené jedny vinutia statorových cievok (l), pričom rotačný prúdový napájač (8) obsahuje jeden vodivý segment prepojujúci dva susedné kĺzne zberače (9), rotačný prúdový napáj ač (8) je uspôsobený k jednosmemému napájaniu.5. Jednosmemý elektromotor podľa nároku 1 alebo 2, V y z n a č uj ú c i s a t ý m , že budičje mechanický, pozostávajúci z najmenej dvoch rotačných prúdových napájačov (8) izolovane uložených v stredovej osi (3) kľukového hriadeľa, každý s najmenej štyrmi klznými zberačmi (9), ku ktorým sú pripojené jedny aj druhé vinutia statorových cievok (l), pričom každý rotačný prúdový napájač (8) obsahuje aspoň jeden vodivý segment prepojujúci dva susedné kĺzne zberače (9), rotačné prúdové napájače (8) sú uspôsobene k jednosmemému napájaniu.

MPK / Značky

MPK: H02K 33/00, H02K 41/035

Značky: jednosmerný, elektromotor

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/9-u5210-jednosmerny-elektromotor.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Jednosmerný elektromotor</a>

Podobne patenty