НЕРЕВЕРСИВНЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1998 года по МПК H02K29/06 H02K23/04 H02K23/54 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вентильным электроприводам.

Известно устройство вентильного торцевого электродвигателя, содержащего индуктор в виде многополюсного постоянного магнита, полупроводниковый коммутатор, управляющие цепи которого связаны с выходом датчика положения индуктора, статор с обмоткой, каждая фаза которой расположена в отдельных слоях симметрично относительно плоскости, делящей обмотку на равные части по высоте (1). Недостатком такого устройства является его сложность, связанная с размещением обмотки каждой фазы в разных слоях.

Также известно устройство торцевого электродвигателя, содержащего дисковой ротор с постоянными магнитами, аксиально намагниченными и равномерно расположенными по окружности, коммутирующее устройство, статор с постоянными магнитами, выполненными в виде двух отрезков колец, и электромагнитами, размещенными между краями постоянных магнитов (2). Но такое устройство также не лишено недостатка, заключающегося в том, что постоянные магниты в виде отрезков колец занимают часть статора электродвигателя, которая могла бы быть использована под обмотку.

Наиболее близким техническим решением является устройство однофазного торцевого электродвигателя, содержащего ротор в виде многополюсного постоянного магнита с ярмом, датчик положения ротора и статора с обмоткой, размещенной на плоском магнитопроводе с секторным вырезом, в котором расположен электромагнит с подпружиненным якорем в форме секторной пластины (3).

Недостатками наиболее близкого технического решения являются:
1) Электромагнит с обмоткой занимает какую-то часть статора, тем самым снижая объем под обмотку.

2) Введение электромагнита с подпружиненным якорем усложняет устройство электродвигателя.

Задачей изобретения является разработка бесконтактного электродвигателя постоянного тока малой мощности (до 100-300 Вт) с упрощенной схемой коммутации, которая может быть размещена на корпусе электродвигателя.

Для пуска электродвигателя с упрощенной схемой коммутации необходимо ротор устанавливать в такое положение, в котором магнитное поле постоянного магнита ротора воздействовало бы максимально возможное время на первый, в зависимости от направления вращения, датчик положения ротора. Поэтому статор, кроме обмоток, имеет постоянные магниты, устанавливающие ротор в строго определенные положения. Для уменьшения противодействующего момента, создаваемого постоянными магнитами статора, особенно при трогании с места ротора электродвигателя, они должны быть расположены по какому-либо краю постоянного магнита ротора или даже вне его. На статоре, кроме постоянных магнитов, расположены две обмотки (каждая в своем слое) и датчики положения ротора, использующие эффект Холла. Угол между одноименными секциями обмоток и угол между датчиками положения ротора один и тот же и составляет 2π/3p , где p - число пар полюсов ротора. Обмотки могут быть выполнены и волновыми. В этом случае для уменьшения расхода обмоточного провода целесообразно пазовые части обмоток располагать под таким углом, при котором лобовые части обмоток приблизительно равны нулю. При таком устройстве статора вращающий момент на валу электродвигателя создается поочередным действием первой, затем второй обмоток и, в конечной стадии, постоянными магнитами статора.

При сравнении с другими известными техническими решениями в данной области техники, признаки (угол сдвига обмоток на угол 2π/3p , расположение постоянных магнитов статора по какому-либо краю постоянного магнита ротора), отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию изобретения "НОВИЗНА".

На фиг.1 представлено устройство электродвигателя с обмоткой, состоящей из катушек кольцевой формы; на фиг. 2 - устройство электродвигателя с волновой обмоткой.

Электродвигатель состоит из статора с обмотками 1, расположенными в одном слое, и обмотками 2 другого слоя, отделенного от первого слоя изолирующей прокладкой. В статор также запрессованы постоянные магниты 3, количество которых, размеры и полярность определяются пусковыми свойствами электродвигателя. Угол между обмотками статора одного какого-либо слоя равен π/p , где p - число пар полюсов; угол между обмотками разных слоев равен 2π/3p . В статоре закреплены также два датчика 4, использующие эффект Холла; угол между датчиками разных слоев равен 2π/3p . Статор с двух сторон охвачен ротором, имеющим многополюсный постоянный магнит 5 с числом пар полюсов "p". Магнит ротора устанавливается магнитами 3 статора под углом π/2p к обмоткам одного из слоев статора. Постоянные магниты 3 статора установлены по какому-либо краю многополюсного магнита 5 ротора.

Электродвигатель работает следующим образом. Постоянными магнитами статора 3 ротор, имеющий постоянные магниты 5, устанавливается в строго определенное положение. В этом положении необходимым направлением магнитного потока, созданного магнитами ротора, подмагничивается один из двух датчиков положения ротора 4. Обмотка одного из слоев статора 1 подключается коммутатором к источнику напряжения и ротор, преодолевая притяжение магнитов статора 3, поворачивается и, когда угол поворота достигнет значения 2π/3p , то к источнику напряжения подключается только обмотка статора другого слоя 2, током в которой ротор продолжает поворачиваться в том же направлении. Током этой обмотки ротор также поворачивается на угол 2π/3p . В этом положении обмотки обоих слоев статора отключены от источника напряжения, но ротор постоянными магнитами статора 3 поворачивается также на угол 2π/3p. Затем цикл работы обмоток 1 и 2 и магнитов статора 3 повторяется.

Источники информации.

1. Авторское свидетельство N 1348966, МКИ⁴ H 02 K 29/06, приор. 16.05.85.

2. Авторское свидетельство N 1367108, МКИ⁴ H 02 K 29/06, приор. 30.11.84.

3. Авторское свидетельство N 1742952, МКИ⁵ H 02 K 29/08, приор. 02.04.90 (протопит).

Использование: в электроприводе. Сущность изобретения: для пуска электродвигателя с упрощенной схемой коммутации необходимо ротор устанавливать в таком положении, в котором магнитное поле постоянного магнита 3 ротора воздействовало бы максимально возможное время на первый, в зависимости от направления вращения, датчик положения 4 ротора. Поэтому статор, кроме обмоток 1, имеет постоянные магниты 5, устанавливающие ротор в строго определенные положения. Для уменьшения противодействующего момента, создаваемого постоянными магнитами 5 статора, особенно при трогании с места ротора электродвигателя, они должны быть расположены по какому-либо краю постоянного магнита ротора или даже вне его. На статоре, кроме постоянных магнитов 5, расположены две обмотки 1 и 2 каждая в своем слое и датчики положения ротора 4, использующие эффект Холла. Обмотки 1 и 2 также могут быть выполнены и волновыми. При таком устройстве статора вращающий момент на валу электродвигателя создается поочередным действием первой 1, затем второй 2 обмоток и, в конечной стадии, постоянными магнитами 5 статора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Нереверсивный бесконтактный электродвигатель постоянного тока, содержащий ротор в виде многополюсного постоянного магнита с числом пар полюсов p, статор с обмоткой, датчик положения ротора, использующий эффект Холла и коммутирующее устройство, отличающийся тем, что статор снабжен второй обмоткой, расположенной во втором слое, угол сдвига которой относительно первой обмотки составляет 2π/3p, магниты статора установлены с обеспечением при отключенных его обмотках установки ротора под углом π/2p к обмотке одного из слоев, а угол между датчиками положения ротора равен 2π/3p.
2. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что постоянные магниты статора установлены по какому-либо краю многополюсного магнита ротора.