Електричний мотор стартера двигуна внутрішнього згорання

Реферат: UA 87300 U UA 87300 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до машинобудування та може бути використана для запуску двигуна внутрішнього згорання (ДВЗ), з живленням від аккумулятора електричної енергії, та може використовуватися, наприклад, в виробництві автомобілів. Відомі численні конструкції п'єзоелектричних моторів з фрикційним зв'язком між статором та ротором (див. наприклад, пат. США № 4.019.073, 1975 г). Їх максимальна потужність залежить від об'єму п'єзоелемента, обмеженого робочими частотами, які не можуть лежати у звуковому діапазоні. Десятка ват потужності, які можливо отримати на цих моторах, явно не вистачає, щоб використовувати їх як приводи стартера. З цієї причини для стартерів ДВЗ (див. інтернет "Стартер - назначение, устройство, работа" autonotes.info/starter) використовуються електромагнітні мотори, у яких взаємодія статора з ротором здійснюється завдяки магнітному зв'язку. Для збудження магнітного поля виготовляються обмотки з мідного дроту. Сховища міді на землі, за передбаченням вчених, практично зникнуть через 60 років. Вартість міді вже зараз висока (більше 9 доларів за кг) та буде зростати з кожним роком. Другим недоліком використання електромагнітних моторів є великі кидки пускового струму, обумовлених миттю інерції навантаження. Такі струми витримують тільки спеціальні кислотні акумулятори, котрі називають стартерними. Недоліком цих акумуляторів є те, що вони не допускають повного розряду. Їх можна розряджати тільки на 50 % влітку, та 25 % взимку. Вартість та вага акумулятора пропорційні його ємності. Це означає, що власнику машини потрібно платить в 2-3 раза більше за акумулятор, та перевозити зайву вагу. Мідь можна прибрати з мотора, а ємність та вагу акумулятора можна знизити майже в два рази, замінив стартерні акумулятори, так званими тяговими, котрі повністю можна розряджати. Для цього статор електричного мотора виконується у вигляді двох металевих плоских кілець, стягнутих болтами, між котрими, через звукоізоляційні прокладки, наприклад, з текстоліту встановлені п'єзоелементи у формі плоских кілець, між якими встановлені металічні плоскі кільця з рівномірно закріпленими на них одним кінцем пакетами з пружних, наприклад, стальних пластин-штовхачів, причому всі кільця розташовані співвісно з валом ротора мотора, а взаємодія статора з ротором здійснена через фрикційний контакт штовхачів, притиснутих до циліндричної поверхні ротора, виконаної з твердого діелектричного матеріалу, наприклад з кераміки, своїм другим кінцем. При використані загальноприйнятої схеми спряження вала електричного мотора з валом ДВЗ через обгінну муфту, редуктор та зчеплення, ротор повинен обертатися з великою швидкістю. Для отримання великих швидкостей обертання п'єзоелементи охоплюють циліндричний ротор мотора. В основу корисної моделі поставлена задача спрощення схеми спряження валів. Згідно з корисною моделлю, можлива спрощена схема спряження валів - безпосередньо прямопривідно за вал через обгону муфту. Для цього, ротор мотора виконаний у вигляді стакана, охоплюючого п'єзоелементи. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де: Фіг. 1 - схема конструкції високообертального мотора, Фіг. 2- схема конструкції високомоментного мотора, Фіг. 3 та Фіг. 4 - розкривають конструктивне виконання деталей мотора. Пристрій містить (Фіг. 1 та Фіг. 2) статор 1 у вигляді двох металевих плоских кілець 2, стягнутих болтами 3, між якими через звукоізоляційні прокладки 4, наприклад, з текстоліту встановлені п'єзоелементи 5 у формі плоских кілець, між котрими встановлені металеві плоскі кільця 6. Всі кільця розташовані співвісно з валом 7 ротора 8, а взаємодія статора з ротором здійснена через фрикційний контакт рівномірно встановлених, пакетів 9 (див. також Фіг. 3 та Фіг. 4), зібраних з пружних пластин-штовхачів 10, виконаних наприклад зі сталі. Штовхачі одним кінцем 11 притиснуті до циліндричної поверхні 12 ротора, а іншим кінцем 13 закріплені на згаданих металевих кільцях. Плоскі поверхні п'єзоелементів покриті нікелем, котрий є електродом 14 п'єзоелементів. Для підключення до джерела перемінної напруги ультразвукової частоти до двох крайніх електродів припаяні виводи 15. Чим більше діаметр циліндричної поверхні 12 ротора, тим більше пусковий момент мотора та меньше частота обертання вала. Тому, для збільшення частоти обертання ротора, він встановлений всередині п'єзоелементів (Фіг. 1), а для збільшення моменту обертання, ротор охоплює п'єзоелементи (Фіг. 2). Працює пристрій наступним чином. Постійна напруга акумулятора перетворюється конвертором в переміну напругу ультразвукової частоти та через виводи 15 (Фіг. 1 та Фіг. 2) подається на електроди крайніх п'єзоелементів 5 (акумулятор та конвертор на кресленнях не показані). У наведеному прикладі (Фіг. 1) реалізації мотора всі п'єзоелементи поляризовані в одному напрямку та електрично з'єднані послідовно за допомогою з'єднань, що для отримання 1 UA 87300 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 синфазних коливань п'єзоелементів. Паралельне з'єднання п'єзоелементів та їх поляризація показані на Фіг. 2. П'єзоелементи синфазно перетворюють електричну напругу у пружні механічні зміщення своїх точок у радіальному напрямку. Амплітуди зміщення точок максимальні на краях п'єзоелементів, тобто там, де до них притиснуті металеві кільця 6. Внаслідок цього, точки кілець також починають коливатися в радіальному напрямку. Частота конвертора підбирається такою, щоб коливання цих точок були максимальні, що має місце на резонансі першої моди радіальних коливань, тобто, коли діаметр п'єзоелемента дорівнюється половині довжини акустичної хвилі. Радіальні зміщення точок кілець 6 створюють повздовжні зміщення точок у пружних металічних пластинах 10, котрі називаються штовхачами. Штовхачі закріплені одним кінцем 11 на цих кільцях, а іншим кінцем 13 пружно притиснуті до циліндричної поверхні 12 ротора 8. Будучи нахиленими до циліндричної поверхні ротора, штовхачі при своєму подовжені заклинюють, створюючи момент обертання, а при скорочені - розклинюють, дозволяючи ротору по інерції продовжувати рух. З'єднання штовхачів в пакет 9 дозволяє уникнути прояву ефекту "засипання", зв'язаного з частковою втратою пускового момента мотора при довгому його збережені. Акустичний зв'язок між п'єзоелементами та плоскими кільцями 6, з закріпленими на них штовхачами, досягнутий за допомогою двох металевих кілець 2 та болтів 3. Для усування акустичних втрат між кільцями та п'єзоелементами встановлені звукоізолюючі прокладки 4, наприклад, з текстоліту. Металеві кільця 2, які є часткою статора 1, використовуються, також, для закріплення мотора на двигуні внутрішнього згорання. Спряження вала 7 з валом двигуна внутрішнього згорання, виконується по звичної схемі, в той же час, з обов'язковим застосуванням обгінної муфти, оскільки фрикційні мотори загальмовані у вимкнутому стані. Особливості вищезгаданих конструкцій полягають у тому що, практично не ускладнюючи мотор, можливо керування моментом обертання, змінюючи кількість п'єзоелементів. Крім того, для мотора у якого статор охоплює п'єзоелементи (Фіг. 2), пусковий момент може перевищувати 100 Нм. Для таких моторів можливе спряження валів без редуктора. Струм споживання мотора з фрикційним з'вязком між статором та ротором майже не залежить від навантаження. Це дозволяє змінити стартерний на тяговий аккумулятор. Мотор практично миттєво набирає швидкість та миттєво зупиняється, що дозволяє його експлуатувати в стартерно-зупинному режимі. Стає можливим програмування режиму пуску в залежності від стану акумулятора. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Електричний мотор стартера двигуна внутрішнього згорання, що містить взаємодіючі між собою статор та ротор з валом, спряжений з валом двигуна внутрішнього згорання, який відрізняється тим, що статор виконаний у вигляді двох металевих плоских кілець, стягнутих болтами, між котрими через звукоізолюючі прокладки, наприклад, з текстоліту встановлені п'єзоелементи в формі плоских кілець, між якими встановлені металеві плоскі кільця з рівномірно закріпленими одним кінцем пакетами пружних, наприклад, стальних пластинштовхачів, причому всі кільця розміщені співвісно з валом ротора, а взаємодія статора та ротора здійснена через фрикційний контакт штовхачів, притиснутих до циліндричної поверхні ротора, виконаної з твердого діелектричного матеріалу, наприклад з кераміки, своїм другим кінцем. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що п'єзоелементи охоплюють циліндричний ротор мотора. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що ротор мотора виконаний у вигляді стакана, охоплюючого п'єзоелементи. 2 UA 87300 U 3 UA 87300 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4