ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК B06B1/04 

Настоящее изобретение относится к области электротехники и может быть использовано как в различных системах автоматики, так и в силовых электроприводах транспортных и передвижных средств, в частности инвалидных колясок.

Известно мотор-колесо, содержащее колесо со встроенным электродвигателем, в котором двигатель выполнен в виде дисковой асинхронной электромашины, статор которой с магнитопроводом, обмотками и токоподводами закреплен на неподвижной оси колеса, а ротор с короткозамкнутой обмоткой и магнитопроводами, размещенными с двух сторон статора, образуют колесо (авт.св. N 628008) - принято за прототип.

Такие устройства просты и надежны за счет безредукторной передачи вращательного момента от электродвигателя к колесу, однако использование асинхронной электрической машины требует высоковольтных источников переменного напряжения и сложных систем управления режимами работы.

Цель изобретения снижение потерь электрической энергии и повышение надежности при малых скоростях движения.

Поставленная задача решается тем, что электромеханический преобразователь, содержащий статор с обмотками, закрепленный на неподвижной оси, и ротор, установленный с возможностью вращения вокруг оси, отличающийся тем, что в него введены сердечники, два одинаковых набора чередующихся по полярности постоянных магнитов и управляемый полем постоянных магнитов датчик углового перемещения, электрически связанный с обмотками статора, а ротор выполнен в виде трех концентрично расположенных оболочек, причем внутренняя и средняя оболочки ротора выполнены из магнитомягкого материала и связаны между собой с одной стороны стенкой из того же материала, наборы постоянных магнитов установлены соответственно на внешней и средней оболочках ротора по кругу, а расположенные друг против друга постоянные магниты наборов имеют противоположную полярность, статор установлен между внешней и средней оболочками ротора, обмотки статора намотаны на сердечники, которые закреплены по кругу на статоре с зазорами относительно постоянных магнитов, датчик углового перемещения установлен между внутренней и средней оболочками ротора и закреплен на статоре, в средней оболочке ротора под постоянными магнитами одинаковой полярности выполнены отверстия, а около них в боковой стенке, связывающей среднюю и внутреннюю оболочки ротора, выполнены окна.

На фиг. 1 изображен электромеханический преобразователь, разрез А-А; на фиг.2 часть преобразователя, разрез Б-Б.

Электромеханический преобразователь содержит статор 1 с обмотками 2,3, намотанными на сердечнике 4, которые закреплены на статоре 1 посредством кронштейнов 5. Сердечники 4 выполнены из магнитомягкого материала, кронштейны 5 из немагнитного. Статор 1 закреплен на неподвижной оси 6. Ротор 7, установленный с возможностью вращения вокруг оси 6, выполнен в виде концентрично расположенных внешней оболочки 8, средней оболочки 9 и внутренней оболочки 10. Оболочки 9,10 выполнены из магнитомягкого материала и связаны между собой боковой стенкой 11 из того же материала. Стенка 11 прикреплена к стенке 12, выполненной заодно с внешней оболочкой 8 из немагнитного материала. В роторе 7 на внешней и средней оболочках 8,9 установлены два одинаковых набора чередующихся по полярности постоянных магнитов 13, 14 и 15,16. Расположенные друг против друга постоянные магниты 13,14 и 15,16 имеют противоположную полярность.

Сердечники 4 закреплены по кругу на статоре 1 с зазором относительно постоянных магнитов 13,14,15,16.

Датчик углового перемещения 17, состоящий, например, из двух магнитоуправляемых герметичных контактов (герконов) 18, прикреплен к статору 1 посредством держателя 19.

В средней оболочке 9 под постоянными магнитами одной полярности 15 выполнены отверстия 20, а около них в стенке 11 выполнены окна 21.

Герконы 18 имеют переключающие контакты и соединены с источником постоянного тока (не показан) и с обмотками 2,3. Герконы 18 управляются магнитным полем, частично отходящим от постоянного магнита 15 через отверстие 20, и срабатывают в начале и конце отверстия 20 при перемещении средней оболочки 9 относительно герконов 18.

Количество обмоток 2,3 может быть разное в зависимости от передаваемой мощности, условий плавности хода и не равно количеству магнитов в одном наборе, состоящем из постоянных магнитов 13,14 или 15,16.

Электромеханический преобразователь работает следующим образом. При включении источника тока через герконы 18 на обмотки 2,3 подается постоянный ток, создающий в сердечниках 4 магнитные потоки одинакового направления с потоками от постоянных магнитов 13,15 и 14,16, которые будут притягиваться к сердечникам 4 и создавать вращательный момент к внешней и средней оболочкам 8,9. Ротор 7 начнет вращаться по стрелкам В. При совпадении осей постоянных магнитов 13,15 и 14,16 с осями соответствующих сердечников 4 край Г отверстия 20 пройдет над серединой герконов 18. Магнитный поток, отходящий от магнита 150 переместится и перестанет действовать на герконы 18, которые сработают и переключат направление токов в обмотках 2,3. Эти токи наведут в сердечниках 4 магнитные поля противоположного направления полям постоянных магнитов 13,15 и 14,16, которые теперь уже будут отталкиваться от сердечников 4 и сообщать вращение ротору 7 в том же направлении (по стрелкам В). После поворота оболочек 8,9 на угол, равный шагу магнитов 15,16, край Д следующего отверстия 20 пройдет над герконами 18, откроется магнитный поток от магнита 22, который переключит направление токов в обмотках 2,3 на обратное и цикл взаимодействия магнитов 13,14, 15,16 с полями сердечников 4 повторится. Таким образом будет происходить непрерывное вращение ротора 7.

Применение сердечников из магнитомягкого железа позволяет уменьшить магнитные потери в статоре. Постоянные магниты, заменяющие обмотку ротора, позволяют уменьшить расход электроэнергии за счет использования энергии самих постоянных магнитов при том же вращающем моменте, а следовательно, снизить электрические потери и увеличить ресурс работы преобразователя при одном и том же источнике тока без подзарядки.

Применение датчика углового перемещения увеличивает надежность преобразователя за счет упрощения системы питания и управления режимами работы преобразователя.

Использование: в различных системах автоматики и в силовых электроприводах транспортных и передвижных средств, в частности инвалидных колясок. Сущность: электромеханический преобразователь содержит статор с обмотками, закрепленными на неподвижной оси, ротор, сердечники, два набора чередующихся по полярности постоянных магнитов и датчик углового перемещения, управляемый полем магнитов. Ротор выполнен в виде трех концентрично расположенных оболочек. Внутренняя и средняя оболочки связаны боковой стенкой и выполнены из магнитомягкого материала. Наборы постоянных магнитов установлены по кругу на внешней и средней оболочках ротора. Постоянные магниты наборов, расположенные друг против друга, имеют противоположную полярность. Обмотки статора намотаны на сердечники, которые закреплены по кругу на статоре с зазором относительно постоянных магнитов. Датчик углового перемещения установлен между внутренней и средней оболочками и закреплен на статоре. В средней оболочке под постоянными магнитами одинаковой полярности выполнены отверстия, а около них в боковой стенке ротора выполнены окна. 2 ил.

Электромеханический преобразователь, содержащий статор с обмотками, закрепленный на неподвижной оси, и ротор, установленный с возможностью вращения вокруг оси, отличающийся тем, что в него введены сердечники, два одинаковых набора чередующихся по полярности постоянных магнитов и управляемый полем постоянных магнитов датчик углового перемещения, электрически связанный с обмотками статора, а ротор выполнен в виде трех концентричных оболочек, причем внутренняя и средняя оболочки ротора выполнены из магнитомягкого материала и связаны между собой с одной стороны стенкой из того же материала, наборы постоянных магнитов установлены соответственно на внешней и средней оболочках ротора по кругу, а расположенные друг напротив друга постоянные магниты наборов имеют противоположную полярность, статор установлен между внешней и средней оболочками ротора, обмотки статора намотаны на сердечники, которые закреплены по кругу на статоре с зазорами относительно постоянных магнитов, датчик углового перемещения установлен между внутренней и средней оболочками ротора и закреплен на статоре, в средней оболочке ротора под постоянными магнитами одинаковой полярности выполнены отверстия, а около них в боковой стенке, связывающей среднюю и внутреннюю оболочки ротора, выполнены окна.