ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H02K23/04 

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к электродвигателям.

Известен шаговый двигатель, состоящий из статора и ротора. Ротор выполнен из постоянных магнитов. В пазах статора размещены витки обмотки якоря (двух, трех или четырехфазной) (А.З.Брускин и др. "Электрические машины и микромашины". М, Высшая школа, 1981 г.).

Недостатком этого двигателя является то, что постоянные магниты вследствие эксплуатации размагничиваются и требуют периодического подмагничивания. Этот ротор имеет сравнительно большой вес. Монтаж обмотки в полузакрытые пазы статора неудобен с точки зрения технологического процесса.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и максимальному количеству сходных признаков является известный из патента Франции 2112768, H 02 K 25/00, 28.07.72 электрический двигатель, содержащий статор с полюсными катушками и ротор с постоянными магнитами. Электромагниты статора, которые запитываются циклическим электрическим током, обеспечивают вращение ротора за счет взаимного отталкивания полюсов электромагнитов и постоянных магнитов, а также за счет притяжения постоянных магнитов и железных сердечников электромагнитов в тот момент, когда электромагниты не питаются электрическим током.

Недостаток этого двигателя определенное размагничивание постоянных магнитов в процессе эксплуатации, так как притяжение постоянных магнитов к железу статорных полюсов электромагнитов и дальнейшее прохождение по окружности вызовет напряженность и стремление к переполюсовке магнитного потока постоянных магнитов ротора, что в конечном итоге приведет к размагничиванию. На основании множества проведенных авторами опытов самым целесообразным для ротора с постоянными магнитами является статор с незамкнутой окружностью магнитопровода, у которого концы охвачены электромагнитным экраном. Такой магнитопровод исключает размагничивание постоянных магнитов, скольжение роторных магнитов внутри магнитопроводов обеспечивается форфоровой втулкой. Происходит это следующим образом.

Трением между магнитными потоками ротора и статора, заряжаются статическим электричеством фарфоровая втулка статора и постоянные магниты ротора из феррита. Между роторными магнитами и железом магнитопровода возникают две уравновешивающие силы: притягивание магнитов к железу магнитропровода и отталкивание друг от друга фарфоровой втулки и постоянных магнитов, заряженных одноименными статическим зарядом (опытные данные автора). Количество статического электрического заряда на фарфоровой втулке регулируется сечением провода короткозамкнутого витка, опоясывающим магнитопровод и фарфоровую втулку (не показано). Данный электродвигатель устойчиво работает как на 60 об/мин, так и 3000. Предлагаемый для аналога электродвигатель такими техническими качествами обладать не может, ввиду незащищенности железа статорных полюсов, которые, взаимодействуя с магнитным потоком постоянных магнитов, в любом случае, как притягивание магнитов, так отталкивание, действует как на размагничивание магнитов, так и на скольжение между ротором и статором во время работы. На основании опытных данных автора по окружности ротора одноименными полюсами направленных к магнитопроводу под углом 45^o. Только такая асимметрия полей статора и ротора обеспечивает круговое вращение ротора. Любая другая установка магнитов по отношению к магнитопроводу изменит направление сил вращения по кругу и будут нарушены силовые характеристики двигателя. Создание заявленного электродвигателя проводилось опытным путем.

Целью изобретения является возможность подмагничивания двигателя в рабочем режиме с одновременным упрощением сборки и обеспечением возможности работы от различных источников постоянного тока.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что электрический двигатель включает статор и ротор с постоянными магнитами и короткозамкнутой обмоткой. Отличительные признаки заключаются в том, что статор выполнен послойно из пластиковой втулки, магнитопровода, фарфоровой втулки. Причем магнитопровод состоит из разомкнутого кольца, охваченного над разъемом пакетов металлических дугообразных пластин, составляющих электромагнитный экран, прикрепленный к пластиковой втулке, а концы его снабжены съемными катушками. Ротор состоит из двух сегментов с короткозамкнутыми обмотками и двух постоянных цилиндрических двух полюсных магнитов, съемно насаженных на оси, расположенные на роторном держателе, закрепленном на фарфоровой втулке и выполненным с возможностью вращения на валу.

Сравнительный анализ известных технических решений с заявленным электродвигателем позволил мне сделать следующие выводы: конструкторский замысел и в исполнении статора и ротора позволил обеспечить удобное технологическое исполнение двигателя (т.е. за счет разъема в окружности статора упрощается процесс его сборки) и сохранить на достаточно высоком уровне его эксплуатационные характеристики, поскольку снижение магнитного истока из-за разъема в сердечнике статора в значительной степени предотвращается наличием электромагнитного экрана.

Кроме того, наличие сегментов с короткозамкнутыми обмотками на роторе обеспечивает подмагничивание в рабочем режиме.

Возможность работы двигателя от источника постоянного тока имеет немаловажное значение.

На чертеже изображен общий вид электродвигателя: 1 электромагнитный экран статора; 2- пластиковая втулка; 3 катушка; 4 магнитопровод; 5 - фарфоровая втулка; 6 сегменты с короткозамкнутыми обмотками; 7 постоянные магниты; 8 корпус ротора; 9 подшипники; 10 роторные держатели; 11 вал ротора; 12 станина.

Предлагаемый электродвигатель состоит из двух основных частей ротора и статора. Ротор представляет собой конструкцию из двух постоянных магнитов 7 и сегментов с короткозамкнутыми обмотками, закрепленную в корпусе ротора 8. Вся конструкция жестко соединена с валом ротора 11, опирающимся на два шарикоподшипника 9, которые находятся в посадочных гнездах роторного держателя 10. Последний закреплен на фарфоровой втулке 5 и электрически не связан с магнитопроводом статора 4. В корпусе ротора 8 вмонтированы два симметрично расположенных сегмента 6 с короткозамкнутыми обмотками. Статор комбинированный и включает в себя следующие детали: фарфоровая втулка 5, выполняющая роль изолятора между неизолированными магнитами 7 и поверхностью магнитопровода статора 4. Концы кольца разомкнутого магнитопровода, на которые надеты статорные катушки 3, охвачены электромагнитным экраном 1, обеспечивающим замыкание магнитного потока статора в виде пакета металлических дуг, прикрепленных к пластиковой втулке 2. Двигатель опирается на станину 12.

Работа электродвигателя от источника постоянного тока осуществляется через токовый прерыватель, установленный на корпусе электродвигателя и изолированный от корпуса изоляционной прокладкой (прерыватель не показан). Прерыватель состоит из подвижных и неподвижных контактов, прерывающих в нужный момент электрическую цепь питания статорных катушек. Размыкание контактов прерывателя производится двумя кулачками и валу ротора. Кулачки прерывателя установлены на валу ротора с возможностью перестановки по окружности в пределах 45^o.

Электродвигатель работает следующим образом.

Катушки статора, соединенные между собой параллельно, подключаются к источнику постоянного тока через кулачковый прерыватель, управляемый валом ротора, намагничивают концы магнитопровода. Одноименный полюс магнитопровода и магнита ротора отталкиваются, и роторный магнит устремляется к противоположному концу разъемного магнитопровода. Подача тока на катушки прекращается размыканием контактов прерывателя по достижении магнитопроводам противоположного конца двигающей катушки. Во время размыкания контактов образуется искровой разряд, который повышает внутреннее статорное напряжение. В этот момент происходит эффект обратной индукции (полюса магнитопровода не замкнуты и соотношение витков полюсных катушек 1/3).

Кратковременное перемагничивание полюсов магнитопровода дает возможность дальнейшему движению ротора по окружности. Проход, противоположный рабочему, магнитом разрыва магнитопровода, обеспечивается электромагнитным экраном, замыкающим силовые линии потока рассеяния статора. Магнит после прохода разрыва магнитопровода занимает исходную для работы позицию (соответствует началу замыкания контактов прерывателя. Изменение направления вращения электродвигателя производится переменой полюсов питания катушек и перестановкой кулачков прерывателя по окружности относительно магнитов ротора.

Работа от источника переменного тока (от промышленной сети с частотой колебаний 50 Гц) осуществляется через выпрямительный мост. Электрические схемы питания током заявленного электродвигателя будут высланы со следующими заявками.

Частота вращения предлагаемого электродвигателя может составлять от 60 до 3000 об/мин в зависимости от характеристики импульсного источника питания.

Необходимо предусмотреть создание пускового вращающего момента.

Использование: в качестве электропривода. Сущность изобретения: устройство содержит статор и ротор с двумя цилиндрическими двухполюсными магнитами 7, съемно насаженными на осях, расположенных на роторном держателе 10, закрепленном на фарфоровой втулке 5. Магнитопровод 4 статора выполнен в виде разомкнутого кольца со съемными катушками 3 обмотки на концах, охваченного над разъемом электромагнитным экраном 1. 1 ил.

Электрический двигатель, включающий статор с полюсными катушками и ротор с постоянными магнитами, отличающийся тем, что магнитопровод статора выполнен в виде разомкнутого кольца, отделенного от ротора фарфоровой втулкой, на концах которого надеты съемные полюсные катушки, причем концы магнитопровода охвачены электромагнитным экраном, обеспечивающим замыкание магнитного потока статора, прикрепленным к пластиковой втулке, ротор выполнен в виде двух цилиндрических постоянных магнитов, съемно насаженных на осях, расположенных на роторном держателе, закрепленном на валу на фарфоровой втулке с возможностью вращения.