БЕСКОЛЛЕКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1997 года по МПК H02K29/00 H02K3/28 

Изобретение относится к электротехнике, к бесколлекторным электрическим машинам постоянного тока и может быть использовано как в силовых электроприводах, так и в различных системах автоматики.

Известны бесколлекторные двигатели постоянного тока [1, 2] достоинством которых является значительное улучшение характеристик путем определенного соотношения числа зубцов статора и полюсов ротора. Прототипом данного изобретения служит бесколлекторный двигатель постоянного тока [2] к основным недостаткам которого относятся жесткая фиксация упомянутого соотношения и трудности, возникающие при увеличении числа полюсов, которые настолько велики, что реализация становится экономически неоправданной. Предлагаемое решение лишено этих недостатков.

Задачей изобретения является повышение удельного момента бесколлекторных двигателей постоянного тока (БДПТ). В ряду различных подходов к решению данной проблемы наиболее эффективным по многим критериям является электромагнитное редуцирование, достигаемое путем использования в качестве рабочих не только первой гармоники магнитного поля двигателя, но и широкого спектра высших гармоник, которые усиливаются за счет определенной конфигурации статора и ротора.

БДПТ состоит из магнитопроводящего статора Выполненного с z одинаковыми, равномерно распределенными зубцами, число которых кратно числу фаз обмотки m, и ротора с 2 p чередующимися полюсами из постоянных магнитов, намагниченных в радиальном направлении. Статор и ротор разделены радиальным воздушным зазором. Число полюсов ротора отличается от числа зубцов статора на 2k, где k любое положительное целое число. 2p и z должны обеспечивать минимальное значение k. На z зубцах статора m-фазная обмотка намотана таким образом, что каждый зубец статора представляет собой явновыраженный полюс. Она является обмоткой катушечного типа, причем на каждом полюсе (зубце) находится по одной катушке. В дальнейшем такую обмотку будем называть концентрической. Каждая фаза обмотки состоит из 2k возможно неравных катушечных групп. Намотка на зубце-полюсе должна осуществляться в таком направлении, чтобы имело место ее чередование внутри катушечных групп. На зубцах одной фазы, сдвинутых на 180^o/k, направление намотки одинаково, если k нечетная величина, и встречно, если k четная величина. Такая намотка обеспечивает сдвиг между фазами α_m.

где α_m сдвиг между фазами;
m число фаз обмотки.

Каждая фаза обмотки соединена с коммутатором, который по информации о положении ротора в соответствии с определенной схемой управляет протеканием тока по фазе. В результате полюса статора намагничиваются той или иной полярностью и, взаимодействуя с полюсами ротора, создают момент движения.

Описанные выше основные элементы конструкции БДПТ, характерными чертами которой являются малое отличие числа зубцов статора от количества полюсов ротора и намотанная по определенному правилу концентрическая обмотка, позволяют создать двигатель с повышенным удельным моментом. Кроме того, применение данного принципа построения БДПТ предполагает дополнительные преимущества, а именно, разнесение между собой проводников обмоток разных фаз, что увеличивает общую надежность электродвигателя, отсутствие статического момента, а также возможность изготовления двигателя с различным числом фаз при том же конструктивном исполнении статора и ротора путем выбора определенного числа зубцов статора и полюсов ротора.

На фиг. 1 показаны основные элементы конструкции БДПТ; на фиг. 2 - трехфазная схема обмоток БДПТ; на фиг. 3 двухфазная схема обмоток БДПТ.

На фиг. 1 представлен статор 1, на зубцах 2 которого намотана m-фазная обмотка 3, и отделенный от него радиальным воздушным зазором 4 многополюсный ротор 5 на постоянных магнитах 6. На данной фигуре показан вариант конструкции, в которой 18 зубцов на статоре и 16 полюсов на роторе, отличающихся от числа зубцов статора на 2k равное 2. На фиг. 2 представлена схема трехфазной обмотки, используемая в сочетании с конструкцией на фиг. 1. При этом на каждом зубце 2 статора 1 намотано по одной катушке, фазы между собой разнесены на 120 электрических градусов, каждая из фаз состоит из двух (соответственно числу 2k) равных катушечных групп 7, в каждую из которых входят 3 соседних зубца, на которых находятся обмотки одной фазы. Направление намотки на фиг. 2 выполнено таким образом, чтобы внутри катушечных групп оно чередовалось и чтобы это направление на зубцах, сдвинутых на 180^o, было согласно. На фиг. 3 представлена схема двухфазной обмотки, используемая в сочетании с конструкцией на фиг. 1. При этом на каждом зубце 2 статора 1 намотано по одной катушке, фазы между собой сдвинуты на 90 электрических градусов, каждая из фаз состоит из двух неравных катушечных групп 7, в одну входит 5 зубцов, а во вторую 4. Направление намотки на фиг. 3 выполнено таким образом, чтобы внутри катушечных групп оно чередовалось, и на катушках одной фазы, сдвинутых на 180^o, было согласно.

Пример, приведенный на фиг. 1 3, демонстрирует одно из преимуществ данного изобретения, когда при неизменной конструкции статора и ротора можно выполнить как двух-, так и трехфазный двигатель.

Использование: в силовых электроприводах и различных системах автоматики. Сущность изобретения: двигатель содержит статор 1, на зубцах которого намотана m-фазная обмотка 3, и многополюсный ротор на постоянных магнитах 6. На каждом зубце 2 статора намотано по одной катушке<фазы между собой разнесены на 120^o. Каждая из фаз состоит из двух равных катушечных групп, в каждую из которых входят три соседних зубца, на которых находятся обмотки одной фазы. Направление намотки внутри катушечных групп чередуются. Это направление на зубцах, сдвинутых на 180^o согласно. 3 ил.

Бесколлекторный двигатель постоянного тока, содержащий статор с Z одинаковыми равномерно распределенными зубцами, на которых размещена m-фазная обмотка, и ротор с 2p чередующимися полюсами из постоянных магнитов, намагниченных в радиальном направлении, отличающийся тем, что число зубцов статора Z, кратное числу фаз m, и число полюсов ротора 2p выбираются такими, чтобы разница между ними 2K, где K целое положительное число, была минимальной, и m-фазная обмотка, представляющая собой концентрическую обмотку, каждая фаза которой состоит из 2K катушечных групп, намотана таким образом, чтобы направление намотки на зубцах статора чередовалось внутри каждой катушечной группы и чтобы на зубцах одной фазы, сдвинутых на 180^o/K, направление намотки было согласным при нечетном K и встречным при четном K.