ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H02K5/167 H02K29/08 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкциям бесщеточных микроэлектродвигателей постоянного тока, предназначенных для привода исполнительных механизмов, приводов магнитных дисков, видеомагнитофонов.

Известны электродвигатели малой мощности для привода ведущего вала или лентопротяжного механизма, имеющие удлиненный вертикальный вал [1]-[4] В этих конструкциях электромагнитная система машин, как правило, размещена в нижней части, а вал установлен в одном или двух опорных подшипниках и размещен в дополнительном кожухе или втулке, которые имеют отверстие для доступа к валу и разъемного соединения его с прижимным роликом. В каждом из устройств предусмотрены меры против проскальзывания вала: это либо специальный кольцевой замок, либо упор и два осевых буртика, вращающихся друг относительно друга [4] либо выполнение подшипников в виде винтового элемента с резьбой на наружной поверхности и соответствующего их размещения в основании и верхней части корпуса [3] Однако в каждом двигателе необходимо тщательно регулировать установку подшипников, что усложняет процесс сборки машины.

Эта необходимость отпадает в конструкциях электродвигателей, использующих самоустанавливающиеся подшипники скольжения [5]-[8]
В каждом из этих двигателей подшипник, имеющий сферическую наружную поверхность, подпружинен либо пружинной шайбой, как в [6] и [5] либо винтовой пружиной сжатия, как в [8] либо помещен в гнездо из эластичного материала, как в [7] Во всех указанных двигателях требуется высокая точность изготовления сопрягаемых деталей подшипников. Кроме того, в приводах, использующих не приводной ролик, а шкив, последний обычно размещен на выступающем конце удлиненного вала двигателя [1] [4] Это приводит к повышенному износу ближайшего подшипника из-за того, что он нагружен больше, чем удаленный подшипник.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции является конструкция бесконтактного электродвигателя постоянного тока [9] Двигатель содержит корпус, вертикальный вал, установленный на опорном подшипнике и снабженный радиальным подшипником скольжения, связанным с корпусом. Ротор содержит два соосных магнитопровода, на одном из которых закреплен кольцевой многополюсный магнит, намагниченный в аксиальном направлении. В зазоре между магнитом и вторым магнитопроводом размещена статорная плита, вокруг центрального отверстия которой закреплены плоские статорные катушки. На верхнем конце вала двигателя насажен шкив, с которым жестко связан второй магнитопровод ротора. Статорная плата закреплена на корпусе. Обмотки статора подключены к полупроводниковому коммутатору. Особенность данной конструкции состоит в выполнении радиального подшипника: он представляет собой массивную втулку, а статорная плата выполнена с ней за одно целое. Соединение втулки с корпусом осуществлено через статорную плату. Такая конструкция двигателя позволяет обеспечивать достаточно точное относительное размещение статорных катушек и роторного магнита, а также снизить радиальные биения конца вала, на котором закреплен шкив. Однако двигатель сложен в изготовлении как отдельных узлов, так и при сборке.

Цель изобретения создание вентильного электродвигателя, обладающего простой конструкцией при сохранении высоких электротехнических характеристик, который имел бы при этом уменьшенные размеры за счет рационального размещения узлов двигателя.

Цель достигается тем, что в электродвигателе, содержащем корпус, закрепленный на основании, вал, установленный в подшипниках в корпусе, насаженные на вал шкив и ротор в виде двух соосных магнитопроводов, на одном из которых установлен кольцевой многополюсный постоянный магнит, намагниченный в аксиальном направлении, а также размещенную в зазоре ротора и закрепленную на основании статорную плату с расположенными вокруг ее центрального отверстия катушками обмотки статора, подключенными к полупроводниковому коммутатору, корпус выполнен в виде скобы, состоящей из стойки и двух концевых кронштейнов, перпендикулярных стойке, в каждом кронштейне имеется цилиндрическая полость, ось которой перпендикулярна оси вала, в полости размещены самоустанавливающийся сферический подшипник и сопряженный с ним толкатель, снабженный упругим элементом, а отверстие на торце кронштейна закрыто съемной крышкой, шкив закреплен на валу между подшипниками рядом с ротором, на свободном магнитопроводе которого установлен второй многополюсный магнит, ротор снаружи охвачен электромагнитным ленточным экраном, закрепленным на основании, а в статорной плате выполнен вырез от края платы до центрального отверстия и закрепление платы на основании осуществлено концами образованных вырезом пластин, при этом по крайней мере еще один край платы закреплен в пазах экрана.

Кроме того, электродвигатель может быть снабжен тахогенератором, выполненным в виде двух круглых катушек, размещенных на статорной плате и разнесенных на 180 эл. град. при этом магнитопроводами для них служат крепежные винты из магнитомягкого материала.

Вентильный электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, характеризуется простотой конструкции изготовления как отдельных узлов, так и сборки в целом, компактностью машины, а также высокими техническими параметрами и надежностью благодаря применению двух роторных магнитов и размещению приводного шкива на валу между подшипниками.

На фиг. 1 показан электродвигатель, общий вид, разрез по оси; на фиг.2 вид в аксонометрии условно разнесенных узлов и элементов электродвигателя.

Электродвигатель содержит корпус 1, выполненный в виде скобы, состоящий из стойки 2 и перпендикулярных ей концевых кронштейнов 3 и 4. Корпус 1 закреплен на основании 5, которое снабжено крепежными стойками 6 и 7. В кронштейне 3 имеется цилиндрическая полость, ось которой перпендикулярна стойке 2. В полости размещены самоустанавливающийся сферический подшипник 8, толкатель 9 и пружина 10 сжатия. В кронштейне 4 имеется такая же полость с размещенными в ней подшипником 11, толкателем 12 и пружиной 13. Толкатели 9 и 12 имеют вогнутую сферическую поверхность, сопрягаемую с поверхностью подшипника, и каждый из них прижат к подшипнику с помощью пружин 10 и 13 соответственно. С противоположной стороны (на торцах кронштейнов 3 и 4) подшипники 8 и 11 прижаты съемными крышками 14 и 15. В подшипниках 8 и 11 (перпендикулярно осям цилиндрических полостей в кронштейнах 3 и 4) установлен вал 16 двигателя, а в кронштейнах 3 и 4 для выступающих концов вала выполнены сквозные прорези, параллельные осям цилиндрических полостей. На валу 16 в промежутке между подшипниками закреплены шкив 17 и ротор 18, состоящий из двух кольцевых постоянных многополюсных магнитов 19 и 20, намагниченных вдоль оси и установленных на магнитопроводах 21 и 22, имеющих чашеобразную форму. Внутренний выступ каждого магнитопровода имеет отверстие и служит втулкой для посадки ротора 18 на вал 16.

В зазоре между магнитами 19 и 20 размещена статорная плата 23, имеющая центральное отверстие для вала и втулки вращающегося ротора. На плате 23 вокруг центрального отверстия в зоне действия полюсов магнитов 19 и 20 закреплены плоские катушки 24 обмотки статора и датчики 25 положения ротора, подключенные к полупроводниковому коммутатору (на чертеже не показан). В плате 23 выполнен вырез от одного края платы до центрального отверстия. Концы образованных вырезом пластин 26 и 27 закреплены на крепежных стойках 6 и 7 основания 5. Противоположный край платы 23 закреплен на электромагнитном ленточном экране 28, имеющем один или несколько пазов 29 (на фиг.2 предусмотрено два паза для крепления углов платы 23). Экран 28 охватывает ротор 18 снаружи и также закреплен на стойках 6 и 7 основания 5. На плате 23 в зоне действия полюсов магнитов 19 и 20 размещены две катушки 30 тахогенератора, магнитопроводами для которых служат крепежные винты 31, выполненные из магнитомягкого материала. Этими же винтами 31 пластины 26 и 27 могут быть прикреплены к стойкам 6 и 7. На концах пластин 26 и 27, выступающих за стойку 2 корпуса 1, расположены контакты 32 для подключения полупроводникового коммутатора.

Вентильный электродвигатель работает следующим образом. Катушки 24 статорной обмотки подключаются к источнику питания через электронный блок управления (на чертежах не показан), который коммутирует секции обмотки по сигналам, поступающим с датчиков 25 положения ротора. В результате взаимодействия токов обмотки статора с магнитным полем магнитов 19 и 20 возникает вращающий момент. Магнитопроводы 21 и 22 служат концентраторами магнитного поля. При необходимости регулировать частоту вращения двигателя сигналы с обмоток 30 тахогенератора подают на блок управления.

Основные особенности электродвигателя состоят в том, что заявляемая конструкция обеспечивает простой процесс сборки, не требующий прецизионных установок и регулирования. Сборка осуществляется в следующем порядке. На основании 5 закрепляется корпус 1. В цилиндрические полости кронштейнов 3 и 4 вставляются толкатели 9 и 12 с пружинами 10 и 13 соответственно. Магнитопроводы 21 и 22 с закрепленными на них магнитами 19 и 20 насаживаются на вал 16. В непосредственной близости с одним из магнитопроводов на валу закрепляется шкив 17 (на чертежах он показан закрепленным рядом с магнитопроводом 21). На концах вала 16 устанавливаются подшипники 8 и 11. Вал 16 вместе с подшипниками вставляется в полости кронштейнов 3 и 4, на торцах которых закрепляются съемные крышки 14 и 15. Статорная плата в смонтированном виде (с катушками 24 обмотки статора, датчиками 25 положения ротора и катушками 30 тахогенератора) вставляется в зазор ротора и закрепляется винтами 31 на стойках 6 и 7 основания 5.

Регулирования установки подшипников 8 и 11 не требуется, и перекос вала 16 исключен благодаря тому, что базовая поверхность обе торцовые поверхности кронштейнов 3 и 4 обработана с одной установки. А размещение шкива 17 на валу 16 в промежутке между подшипниками 8 и 11 обеспечивает равномерную нагрузку на подшипники и предотвращает радиальные биения вала.

Кроме того, заявленный электродвигатель работает при любом положении в пространстве, что позволяет использовать его не только в стационарных, но и в переносных устройствах.

Были изготовлены действующие образцы вентильного электродвигателя для привода лентопротяжных механизмов магнитофонов в соответствии с фиг.1, 2, проведены испытания и получены следующие данные: Напряжение питания, В 9 Номинальный момент вращения, Г см 10 Частота вращения, об/мин 400-3000 Число фаз статора 2 Количество катушек обмотки 4
Тип датчика положения ротора Элемент Холла
ДКП-1 Данные магнита:
материал Сплав Nd-Fe-B
размеры
кольца 27 ˙ 16 ˙10
число полю-
сов 8 Тип подшипника МПЛ 8.252.004 Материал корпуса Алюминий
Габаритные размеры двигателя 41˙ 36,5˙28 мм Масса, г 60
Вентильный электродвигатель предназначен для использования в системах записи и воспроизведения звука видео- и звуковых магнитофонах, плейерах и других приборах, где требуются малогабаритные системы электропривода.

Использование: изобретение относится к электротехнике, в частности к электродвигателям постоянного тока с электронной коммутацией обмоток. Сущность изобретения: электродвигатель содержит корпус, выполненный в виде скобы, состоящей из стойки и перпендикулярных ей концевых кронштейнов. В каждом кронштейне имеется цилиндрическая полость, ось которой перпендикулярна стойке. В полости размещены самоустанавливающийся сферический подшипник, толкатель и пружина сжатия. Поверхность толкателя сопряжена с поверхностью подшипника. В подшипниках установлен вал, на котором закреплены шкиф и ротор, состоящий из двух кольцевых магнитов, установленных на магнитопроводах. В зазоре между магнитами размещена статорная плата с катушками обмотки статора. В плате выполнен вырез от одного края платы до центрального отверстия. Концы образованных вырезом пластин закреплены на основании, а противоположный край платы закреплен в пазах экрана. Электродвигатель может быть снабжен тахогенератором, выполненным в виде двух круглых катушек, размещенных на плате и разнесенных на 180 эл. град., при этом магнитопроводами для них служат крепежные винты из магнитомягкого материала. Изобретение позволяет упростить конструкцию и уменьшить размеры электродвигателя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус, закрепленный на основании, вал, установленный в подшипниках в корпусе, насаженные на вал шкив и ротор в виде двух соосных магнитопроводов, на одном из которых установлен кольцевой многополюсный постоянный магнит,намагниченный в аксиальном направлении, и размещенную в зазоре ротора и закрепленную на основании статорную плату с расположенными вокруг ее центрального отверстия катушками обмотки статора, подключенными к полупроводниковому коммутатору, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде скобы, состоящей из стойки и двух концевых кронштейнов, перпендикулярных стойке, в каждом кронштейне имеется цилиндрическая полость, ось которой перпендикулярна оси вала, в полости размещены самоустанавливающийся сферический подшипник и сопряженный с ним толкатель, снабженный упругим элементом, а отверстие на торце кронштейна закрыто съемной крышкой, шкив закреплен на валу в промежутке между подшипниками рядом с ротором, на другом магнитопроводе которого установлен второй многополюсный магнит, ротор снаружи охвачен электромагнитным ленточным экраном, закрепленным на основании, а в статорной плате выполнен вырез от края платы до центрального отверстия, плата закреплена на основании концами образованных вырезом пластин, при этом противоположный край платы закреплен в пазах экрана. 2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что на статорной плате размещены две круглые катушки, разнесенные на 180^o эл.град. и закрепленные винтами из магнитомягкого материала.