ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ МОМЕНТНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H02K33/12 H02K26/00 

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к моментным электродвигателям с ограниченным угловым перемещением ротора.

Известна бескорпусная конструкция моментного электродвигателя [1] содержащая четырехзубцовый статор, сопоставленный из двух магнитомягких узлов, на стержнях которых расположены катушки обмотки управления, а между зубцами узлов помещены поляризующие постоянные магниты и двухполюсный пассивный ротор. Конструкция характеризуется неэкономичным заполнением сечения электродвигателя активными материалами (магниты, обмотки, сталь), сложностью сборки, намотки катушек обмотки управления, повышенным магнитным рассечением, снижающим полезный момент.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является поляризованный моментный электродвигатель [2] содержащий статор, в состав которого входят два шихтованных магнитомягких узла, между зубцами которых помещены постоянные магниты, а на зубцах расположены катушки обмотки управления, четырехзубцовый ротор.

Цель изобретения упрощение конструкции (бескорпусное исполнение), улучшение технико-экономических и массогабаритных характеристик.

Цель достигается тем, что в электродвигателе по [2] имеющем перечисленные общие признаки, постоянные магниты выполнены прямоугольной формы из высококоэрцитивного ферромагнитного материала, радиальный размер магнитов увеличен до значения, при котором внутренняя боковая поверхность магнита примыкает к рабочему зазору, а два смежных зубца статора, примыкающие к одному магниту, охвачены одной катушкой обмотки управления.

Согласно п. 2 формулы изобретения электродвигатель отличается тем, что конструкция ротора выполнена в виде кольцевого высококоэрцитивного постоянного магнита, намагниченного аксиально, а к торцевым поверхностям магнита примыкают магнитомягкие шайбы, имеющие когтеобразные выступы зубцы, причем каждая шайба имеет два выступа зубца одной полярности.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема электродвигателя, а на фиг. 2 и 3 две проекции конструкции активного ротора.

Представленная на фиг. 1 конструктивная схема электродвигателя содержит поляризующие постоянные магниты 1 прямоугольной формы из высококоэрцитивного феромагнитного материала, к которым примыкают зубцы 2 одноименной полярности, принадлежащие разным шихтованным магнитомягким узлам статора 3 и охваченные одной катушкой обмотки управления 4, а также четырехзубцовой шихтованный ротор 5, пакет пластин которого укреплен на валу 6. Для придания монолитности бескорпусной конструкции статора пакеты двух шихтованных узлов статора скреплены при помощи шпилек 7. Часть шпилек может быть заменена заклепками. Радиальный размер магнитов 1 увеличен до значения, при котором внутренняя боковая поверхность примыкает к рабочему зазору.

Представленная на фиг. 2 и 3 конструкция активного ротора содержит кольцевой высококоэрцитивный постоянный магнит 8, намагниченный аксиально, а к торцевым поверхностям магнита примыкают магнитомягкие шайбы 9, имеющие когтеобразные выступы зубцы 10, обращенные своей наружной поверхностью к зазору машины. Каждая шайба 9 имеет два выступа зубца 10 одноименной полярности.

Устройство, приведенное на фиг. 1, работает следующим образом.

В исходном положении, когда обмотка управления обмотка управления обесточена, зубцы ротора перекрывают зубцы статора на половину зубцовой дуги, что соответствует максимальной магнитной проводимости для поляризующего потока постоянного магнита, замыкающегося через соответствующие зубцы статора и ротора. Исходное положение является уравновешенным. Смещение ротора на некоторый небольшой угол α(α<10^°), например, по часовой стрелке, приводит к увеличению перекрытия левых верхних и правых нижних зубцов, а также к уменьшению перекрытия правых верхних и левых нижних зубцов. При этом суммарная проводимость для потоков магнитов уменьшается, что приводит к образованию синхронизирующего момента, действующего в направлении, противоположном направлению смещения ротора (против часовой стрелки), причем величина момента тем больше, чем больше угол смещения. Таким образом, действие поляризующего постоянного магнита подобно действию противодействующей пружины в электромагнитах. Исходное положение при обесточенной обмотке управления, когда все зубцы ротора перекрывают наполовину зубцы статора, является нейтральным и характеризуется отсутствием воздействия на ротор каких либо сил.

При подключении обмотки управления к источнику постоянного напряжения в зависимости от полярности подключения в проводниках обмотки потечет ток определенного направления, что вызовет, например, при указанной на фиг. 1 полярности в верхних зубцах статора направление потока управления из статора в ротор (северный полюс), а в нижних зубцах статора из ротора в статор (южный полюс). При этом при указанной полярности магнитов в левом верхнем зубце статора результирующий поток будет уменьшаться, а в правом верхнем зубце соответственно увеличиваться. В нижних зубцах статора картина будет обратная. Таким образом, в одной паре диаметральных зубцов статора и ротора результирующий поток будет увеличиваться, а в другой паре уменьшаться. Это приведет к возникновению момента, воздействующего на ротор таким образом, что перекрытие зубцов статора и ротора, в которых поток больше, будет увеличиваться, а для тех зубцов, где поток меньше, перекрытие будет уменьшаться. При достижении током обмотки управления определенной величины поляризующий поток в соответствующих парах зубцов статора и ротора полностью нейтрализуется потоком обмотки управления, а в тех парах зубцов, где потоки суммируются, результирующий поток достигает удвоенной величины и вращающий момент будет стремиться повернуть ротор до полного перекрытия последних. Причем с увеличением перекрытия от исходного значения момент падает, изменяясь от максимального значения до нуля, соответствующего максимальному перекрытию, а это соответствует новому нейтральному (устойчивому) повышению ротора.

При изменении полярности подключения обмотки управления процессы происходят в обратном порядке. Направление действия момента и углового перемещения ротора изменяется на противоположное.

В случае использования в моментном электродвигателе активного ротора, конструкция которого приведена на фиг. 2, при согласном включении в контуре магнитной цепи МДС магнитов статора и ротора величина поляризующего магнитного потока значительно увеличивается, что приводит и к увеличению удельного синхронизирующего момента при выходе из нейтрального положения ротора и вращающего момента при включении обмотки управления.

Кроме существенного улучшения технических характеристик предложенной конструкции моментного электродвигателя последняя выгодно отличается улучшенными массогабаритными показателями при бескорпусном исполнении, что следует из сокращения объема используемой меди и стали, а это в свою очередь приводит к снижению себестоимости изделия.

Использование: для приводов с ограниченным перемещением ротора. Сущность изобретения: содержит статор 3, составленный из двух магнитомягких узлов, между зубцами 2 которых помещены высококоэpцитивные магниты 1 прямоугольной формы, внутренняя боковая поверхность которых примыкает к рабочему зазору. Зубцы 2, примыкающие к магниту 1, охвачены катушкой 4 обмотки управления. Ротор 5 выполнен четырехзубцовым. В нейтральном положении зубцы ротора 5 и статора 3 перекрыты на половину зубцовой дуги. Поляризующий поток магнитов 1 при смещении ротора 5 из нейтрального положения создает мощный синхронизирующий момент. Подключение обмотки 4 управления к источнику питания постоянного тока приводит к образованию вращающего момента. При изменении полярности подключения обмотки 4 управления направление вращающего момента изменяется на противоположное. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Поляризованный моментный электродвигатель, содержащий статор, в состав которого входят два шихтованных магнитомягких узла, между зубцами которых размещены постоянные магниты, а на зубцах расположены катушки обмотки управления, четырехзубцовый ротор, отличающийся тем, что постоянные магниты выполнены прямоугольной формы из высококоэрцитивного ферромагнитного материала и их радиальный размер выполнен увеличенным до значения, при котором внутренняя боковая поверхность магнита примыкает к рабочему зазору, а два смежных зубца статора, примыкающих к одному магниту, охвачены одной катушкой обмотки управления. 2. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде кольцевого высококоэрцитивного постоянного магнита, намагниченного аксиально, к торцевым поверхностям которого примыкают магнитомягкие шайбы, имеющие когтеобразные выступы-зубцы, причем каждая шайба имеет два выступа-зубца одной полярности.