СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ Российский патент 1997 года по МПК H02K1/17 H02K23/04 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к электрическим машинам постоянного тока с постоянными магнитами, и может быть использовано в электрических двигателях и генераторах постоянного тока.

Известен электродвигатель с постоянными магнитами [1] содержащий два концентрических статора, между которыми помещен ротор. Внешний статор содержит дугообразные радиально расположенные постоянные магниты и полюсные пластины в форме перевернутой буквы "Т", которые присоединены к магнитам и предназначены для удержания магнитов в форме полюсного кольца.

Недостатками такой конструкции являются сложность конструкции и малая величина магнитного потока из-за малой площади магнитов, примыкающих к полюсной пластине.

Известен индуктор для микродвигателей [2] расположенный на корпусе электродвигателя, в определенных областях своей центральной части он выполнен из материала с высокой плотностью магнитной энергии в направлении намагничивания, а в остальной области он выполнен из материала с низкой плотностью магнитной энергии.

Недостатком такой конструкции является малая величина рабочего магнитного потока из-за малой площади магнита, создающего этот магнитный поток.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является статор электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами [3] содержащий немагнитный корпус, полюсные сердечники, выполненные в виде усеченных четырехугольных пирамид, верхним основанием прикрепленных к немагнитному корпусу статора, на боковых гранях каждого полюсного сердечника размещено по четыре плоских постоянных магнита таким образом, что они примыкают к полюсному сердечнику одноименной полярностью, внешние магнитомягкие ярма выполнены в виде скоб, замыкающих разноименные поверхности постоянных магнитов близлежащих полюсов.

Недостатками такой конструкции являются ее сложность из-за наличия большого количества элементов магнитной системы и недостаточно большое значение рабочего магнитного потока из-за ограниченной площади магнитов, прилегающих к полюсному сердечнику.

Цель изобретения упрощение конструкции и повышение мощности путем увеличения магнитного потока.

Поставленная цель достигается тем, что в известном статоре электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами, содержащем замкнутое магнитопроводящее ярмо, полюсные сердечники, плоские постоянные магниты, прилегающие одноименной полярностью к полюсному сердечнику, в ярме статора со стороны воздушного зазора выполнен кольцевой паз правильной геометрической формы, ось паза лежит в плоскости, перпендикулярной оси статора, в пазы установлены полюсные сердечники, копирующие форму паза, с расположенными на его поверхностях, охватываемых ярмом, постоянными магнитами, а ярмо статора выполнено из двух симметричных кольцевых частей, соединенных в плоскости оси кольцевого паза.

На фиг. 1 изображен статор электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами; на фиг. 2 статор электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами без передней кольцевидной части ярма; на фиг.3 - продольный разрез статора по сечению А-А на фиг.1.

Статор электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами содержит переднюю часть магнитомягкого ярма 1, заднюю часть магнитомягкого ярма 2, полюсные сердечники 3 с полюсными наконечниками 4, межполюсные постоянные магниты 5, секторные постоянные магниты 6, дуговые постоянные магниты 7.

Магнитомягкое ярмо статора выполнено в виде двух симметричных кольцевидных частей 1 и 2, обеспечивающих цилиндрическую форму наружной поверхности ярма. В ярме статора со стороны воздушного зазора выполнен кольцевой паз правильной геометрической формы, например имеющий в поперечном сечении трапецеидальную форму. Паз выполнен так, что ось паза лежит в плоскости, перпендикулярной оси статора, меньшее основание сечения трапецеидального паза расположено на внутренней цилиндрической поверхности ярма и параллельно оси статора. Большее основание лежит в непосредственной близости от наружной поверхности ярма и параллельно ей. Получение такого паза обеспечивают тем, что в передней 1 и задней 2 кольцевидных частях ярма со стороны соприкасающихся поверхностей выполнены соосные угловые пазы, одна поверхность этого паза параллельна наружной поверхности ярма и является поверхностью большего основания сечения трапецеидального паза ярма, другая поверхность углового паза расположена по углом меньшим 90^o к первой поверхности и является поверхностью боковой стороны трапецеидального паза ярма.

В этот паз установлены профильные полюсные сердечники с полюсными наконечниками и постоянными магнитами на равном расстоянии друг от друга. Количество полюсных сердечников 3 равно количеству полюсов статора. Полюсный сердечник 3 выполнен из магнитомягкого материала и имеет трапецеидальную форму поперечного сечения, подобную форме паза ярма, но меньших размеров. Полюсный наконечник 4 выполняют совместно с полюсным сердечником 3 из магнитомягкого материала или их изготавливают раздельно. Полюсный наконечник 4 имеет трапецеидальную форму поперечного сечения, меньшим основанием трапецеидального сечения полюсный наконечник 4 примыкает к меньшему основанию трапецеидального сечения полюсного сердечника 3, большим основанием полюсный наконечник 4 направлен в сторону воздушного зазора. Ширина полюсного наконечника равна длине ярма статора. К одному полюсному сердечнику прилегают одноименной полярностью пять плоских постоянных магнитов, два плоских трапецеидальных постоянных магнита 5, два плоских сегментных постоянных магнита 6 и дугообразный постоянный магнит 7. Плоский постоянный магнит 5 имеет тангенциальную намагниченность, установлен в межполюсном пространстве и примыкает одновременно к двум близлежащим полюсным сердечникам 3, имеющим разноименную полярность, одноименной полярностью с сердечником. Сечение нейтральной зоны постоянного магнита 5 имеет форму и размеры, соответствующие форме и размерам трапецеидального сечения паза ярма. Со стороны передней части ярма 1 и задней части ярма 2 к полюсному сердечнику 3, к бокам его трапецеидального сечения, прилегают одноименной полярностью два плоских секторных постоянных магнита 6, покрывающие всю боковую поверхность полюсного сердечника 3. К поверхности большего основания трапецеидального сечения полюсного сердечника 3 прилегает одноименной полярностью с сердечником дуговой магнит 7, полностью покрывающий наружную поверхность сердечника 3 и имеющий радиальную намагниченность. Сборку статора осуществляют в следующей последовательности: в угловой паз задней части ярма 2 устанавливают с чередующейся полярностью по оси паза секторные плоские постоянные магниты 6, в межполюсные пространства, между близлежащими магнитами 6, устанавливают плоские трапецеидальные магниты 5, ориентированные одноименной полярностью с прилегающими секторными магнитами 6, затем на постоянные магниты 6 устанавливают полюсные сердечники 3, обращенные полюсными наконечниками 4 в сторону воздушного зазора. С целью облегчения сборки полюсные сердечники 3 с полюсными наконечниками 4 выполняют симметричными, а также симметричными выполняют угловые пазы в передней 1 и задней 2 части ярма. В образовавшуюся дуговую щель между полюсным сердечником 3 и спинкой ярма 2 устанавливают дугообразные магниты 7, прилегающие одноименной полярностью с постоянными магнитами 5 и 6 к полюсному сердечнику 3. На боковую поверхность полюсного сердечника 3 устанавливают второй секторный магнит 6 так, что он обращен к полюсному сердечнику 3 одноименной полярностью с постоянными магнитами 5, 6 и 7, прилегающими к этому полюсному сердечнику. После этого устанавливают переднюю часть ярма 1 на выступающие полюсные сердечники 3 с постоянными магнитами так, чтобы отверстия 8 для крепления совпали в обеих частях ярма. С помощью винтов 9 осуществляют стягивание двух частей 1 и 2 ярма и закрепление всей магнитной системы статора за счет профильного сечения сердечника полюса, что обеспечивает высокую надежность крепления магнитной системы статора.

В заявляемом статоре электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами упрощение конструкции достигают за счет того, что ярмо статора выполнено из двух симметричных частей и имеет кольцевой паз трапецеидальной формы, в которой установлены профильные полюсные сердечники 3 с прилегающими к нему постоянными магнитами 5, 6 и 7, при скреплении ярма за счет стягивания передней части ярма 1 и задней части ярма 2 происходит сжатие полюсов со стороны этих частей и обеспечивается жесткое фиксирование всех деталей магнитной системы, путем использования эффекта крепления типа ласточкиного хвоста.

Вследствие того, что полюсный сердечник 3 как бы повернут вокруг своей оси на 90^o, то ширина его увеличивается до длины ярма, а длина сердечника будет равна полюсному делению, и ко всем его поверхностям, за исключением поверхности прилегания полюсного наконечника 4, прилегают постоянные магниты 5, 6 и 7, то увеличивается общая площадь магнитов, прилегающих к одному полюсному сердечнику, и полностью устраняются потоки рассеяния с поверхности полюсного сердечника все это увеличивает магнитный поток и повышает мощность электрической машины.

Использование: в электроприводах промышленных роботов, манипуляторов и в системах автоматики. Статор электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами содержит замкнутое магнитопроводящее ярмо 2, полюсные сердечники 3, плоские постоянные магниты 5, прилегающие одноименной полярностью к полюсному сердечнику 3. В ярме 2 статора со стороны воздушного зазора выполнен кольцевой паз правильной геометрической формы так, что ось паза лежит в плоскости, перпендикулярной оси статора. В паз установлены копирующие форму паза полюсные сердечники 3 с расположенными на его поверхностях постоянными магнитами 5, 6, 7. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Статор электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами, содержащий замкнутое магнитопроводящее ярмо, плоские постоянные магниты, прилегающие одноименной полярностью к полюсным сердечникам, выполненным с полюсными наконечниками, число которых равно числу полюсов статора, отличающийся тем, что в ярме со стороны воздушного зазора выполнен кольцевой паз, симметричный относительно плоскости, перпендикулярной оси статора, в который установлены полюсные сердечники с полюсными наконечниками, поперечное сечение полюсных сердечников выполнено той же формы, что и поперечное сечение паза, но меньшим, а постоянные магниты, выполненные в форме поперечного сечения паза, размещены между соседними полюсными сердечниками, остальные магниты, выполненные в форме дуги и сегментов, размещены на поверхностях полюсных сердечников, охватываемых ярмом. 2. Статор по п.1, отличающийся тем, что ярмо статора выполнено из двух симметричных кольцевидных частей, соединенных в плоскости, перпендикулярной оси статора.