ПРИВОДНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1999 года по МПК B60K7/00 A63C17/12 A61G5/04 H02K16/04 

Изобретение относится к приводным устройствам для передвижных средств, и может быть использовано при изготовлении роликовых платформ, инвалидных колясок и комплектующих их приводных мотор-колес.

Известно приводное устройство для передвижных средств, содержащее ось, установленный с возможностью вращения относительно оси ротор, выполненный в виде концентрично расположенных оболочек с расположенными на них один против другого постоянными магнитами с противоположной полярностью, при этом магниты, расположенные на одной оболочке установлены с чередованием полярности, и статор, размещенный между постоянными магнитами ротора и несущий катушки с сердечниками и датчики углового положения, электрически связанные о катушками (патент РФ N 2074761, кл. A 63 C 17/12, 1997 г).

Недостатком известной конструкции является ее сложность, т.к. на радиальном магнитопроводе создается ряд гармоник, препятствующих линейному движению.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому приводному устройству является устройство, содержащее статор с размещенным на нем магнитопроводом, на котором расположено четное число равноудаленных по окружности и чередующихся по полярности постоянных магнитов, и ротор с магнитопроводом, установленным на оси с возможностью вращения относительно статора, и с явновыраженными электромагнитами, обращенными к постоянным магнитам статора и попарно соединенными электрически о токосъемниками, и контактирующий с токосъемниками распределительный коллектор (заявка PCT WO 91/03385, кл. B 60 K 7/00, 1991 г.).

Недостатками известной конструкции являются низкие тяговые свойства конструкции; недостаточные мощности и скорость, в силу невозможности подачи большого тока в катушке ротора через токосъемники; недостаточно хороший тепловой режим за счет слабого воздушного охлаждения постоянных магнитов, так как они неподвижны; сложная система управления; плохие регулировочные характеристики.

Целями изобретения являются улучшение регулировочных свойств, увеличение мощности и повышение надежности, увеличение тяговых свойств конструкции.

Поставленные цели достигаются созданием приводного устройства, включающего статор, с размещенным на нем магнитопроводом, на котором расположено четное число равноудаленных по окружности и чередующихся по полярности постоянных магнитов, и ротор с магнитопроводом, установленным на оси с возможностью вращения относительно статора, и с явновыраженными электромагнитами, обращенными к постоянным магнитам статора и попарно соединенными электрически с токосъемниками, и контактирующий с токосъемниками распределительный коллектор, и которое согласно изобретению снабжено неподвижным цилиндрическим корпусом и несколькими по крайней мере двумя дополнительными магнитопроводами статора и ротора, причем на дополнительном магнитопроводе статора размещены постоянные магниты, имеющие поперечно-чередующуюся полярность с постоянными магнитами основного магнитопровода статора, а каждый магнитопровод ротора расположен в плоскости, параллельной оси, при этом распределительный коллектор закреплен на корпусе и на нем размещены смещенные относительно друг друга токосъемники, причем один токосъемник является выводом предыдущего электромагнита, а второй - последующего.

Изобретение характеризуется тем, что магнитопровод статора выполнен в виде секторов, на которых размещены постоянные магниты. Это позволяет упростить сборку и переналадку устройства.

Изобретение характеризуется также тем, что угол смещения токосъемников равен углу смещения по окружности постоянных магнитов, при этом один токосъемник электромагнитов расположен на его осевой линии.

Это позволяет облегчить настройку устройства.

Предлагаемая конструкция имеет малые потери по электромагнитному потоку при переходе от одного полюса к другому, что приводит к повышению тяги.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием конструкции и чертежами, где на фиг. 1 показано приводное устройство, на фиг. 2 - разрез А-А фиг.1, на фиг.3 - разрез по А-А фиг.1, магнитопровод выполнен в виде сектора; на фиг.4 - расположение постоянных магнитов.

Приводное устройство состоит из неподвижного цилиндрического корпуса 1, в котором закреплен статор 2 по крайней мере с двумя магнитопроводами 3, на каждом магнитопроводе размещены постоянные магниты 4, равноудаленные по окружности и чередующиеся по полярности как по окружности, так и поперек с постоянными магнитами соседних магнитопроводов.

Каждый магнитопровод может быть выполнен в виде секторов 5, на которых установлены постоянные магниты 4. При этом количество секторов 5 с магнитами 4, на каждом магнитопроводе статора равно четному числу. Приводное устройство также содержит установленный на оси 6, с возможностью вращения относительно статора ротор 7 с по крайней мере одним магнитопроводом 8, на котором установлены явновыраженные электромагниты 9, обращенные к постоянным магнитам статора.

Магнитопровод 8 ротора может быть выполнен подковообразным, на концах которого установлены катушки 10 с последовательно-встречной намоткой, которые всегда при запитывании образуют электромагниты 9. При этом магнитопровод 8 расположен в плоскости параллельной оси 6.

Электромагниты 9 попарно электрически соединены с токосъемниками 11, 12, один из которых, например 11, является выводом предыдущего электромагнита, а второй 12 - последующего. При этом они размещены на распределительном коллекторе 13 и смещены друг относительно друга.

Распределительный коллектор 13, с целью удобства в эксплуатации, закреплен на корпусе 1. Конструкция распределительного коллектора может быть одной из ранее известных, так как для предложенного приводного устройства важно только размещение токосъемников на коллекторе, а именно, угол смещения токосъемников должен быть равен углу смещения по окружности постоянных магнитов 4. При этом токосъемник 12 последующего электромагнита расположен на его осевой линии.

За счет расположения токосъемников со смещением создаются необходимые условия для работы многофазного двигателя. Количество фаз совпадает с количеством установленных на роторе поперечных электромагнитов.

Распределительный коллектор заменяет громоздкие дорогостоящие устройства, сложные электронные устройства и позволяет обеспечивать устойчивую работу при изменении температурных условий в широком диапазоне. Распределительный коллектор, на пример, может быть выполнен в виде расположенных по окружности изолированных электрически соединенных токопроводящих пластин 14, Пластины 14 соединены с выводами источника регулируемого напряжения (не показан).

Для приведения в движение, например, колеса инвалидной коляски, на ось 6 устанавливают отдельно от корпуса 1 с возможностью вращения обод 15, а корпус крепят к коляске.

Работа приводного устройства осуществляется на основе сил электромагнитного притяжения и отталкивания, возникающих при взаимодействии электромагнитов 9 ротора и постоянных магнитов 4 статора.

При нахождении электромагнитов 9 ротора в положении, когда их оси совпадают с осями постоянных магнитов 4, катушка электромагнита 10 запитана таким образом, что на поверхности электромагнита, обращенной к статору, образуется магнитный полюс, противоположный полюсу последнего в направлении вращения постоянного магнита 4 статора и одноименный полюсу предыдущего относительно направления вращения постоянного магнита. Таким образом, происходит притягивание электромагнита 9 к последующему постоянному магниту 4 и одновременно отталкивание от предыдущего. При прохождении электромагнита 9 под постоянным магнитом катушка не подсоединена к блоку регулируемого напряжения (не показан), электромагнитного взаимодействия не образуется.

После прохождения над очередным постоянным магнитом 4, за счет взаимодействия токосъемников 11 и 12 с расположенными пластинами 14, электрически соединенными с блоком регулируемого напряжения, на поверхности электромагнитов 9 образуется противоположный полюс по отношению к полюсу электромагнитов до этого постоянного магнита.

Это необходимо в силу чередования по окружности полюсов постоянных магнитов. Но так как в предложенной конструкции чередование полярности постоянных магнитов происходит еще и дополнительно поперечно между постоянными магнитами основного статора и дополнительного статора, то поперечная установка электромагнитов позволяет каждому из двух полюсов электромагнита работать автономно по окружности, меняя полярность и подпитывая друг друга.

При подаче напряжения к распределительному коллектору 13 токосъемники 11, 12, электрически связанные с выводами электромагнитов 9, приводят их в электромагнитное взаимодействие с соответствующими постоянными магнитами 4. Электромагниты 9 отталкиваются от предыдущих и притягиваются к последующим относительно направления вращения постоянным магнитам, образуя соответствующий вращающий момент.

В общем случае при m электромагнитов ротора в каждый момент времени могут быть запитаны катушки до m-1 электромагнитов, которые обеспечивают вращающий момент.

Предлагаемое приводное устройство было опробовано в мотор-колесе различных транспортных средств.

В креслах-колясках, например, использовали два предлагаемых устройства. При этом:
Напряжение - 24
Средний рабочий ток, А - 4
Мощность на каждое колесо, Вт - 50
Скорость, км/ч - 0 - 15
Грузоподъемность, кг - 120
Дальность автономного пробега при использовании батарей 55 А/часов составляет 120 км.

Простота и надежность конструкции, использование низковольтных источников, хорошие регулирующие характеристики и экономичность, снижение пусковых токов при трогании с места позволяют создать на ее основе эффективные транспортные средства.

Изобретение предназначено для использования при построении роликовых платформ, инвалидных колясок и комплектующих их приводных мотор-колес. Статор имеет магнитопровод с четным числом равноудаленных и чередующихся по полярности постоянных магнитов, а ротор - магнитопровод и явновыраженные электромагниты, обращенные к магнитам статора и попарно соединенные с токосъемниками. Предусмотрен контактирующий с токосъемниками распределительный коллектор. Отличия устройства заключаются в том, что оно снабжено корпусом и по крайней мере одним дополнительным магнитопроводом на статоре и роторе. На дополнительном магнитопроводе статора размещены постоянные магниты, чередующиеся по полярности с магнитами основного магнитопровода. Каждый магнитопровод ротора расположен в плоскости, параллельной оси. Коллектор закреплен на корпусе. Токосъемники смещены относительно друг друга. Один из них является выводом предыдущего электромагнита, а другой - последующего. Угол смещения токосъемников равен углу смещения постоянных магнитов. Устройство характеризуется повышенными тягой, мощностью и надежностью, а также улучшенными регулировочными свойствами. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Приводное устройство, включающее статор с размещенным на нем магнитопроводом, на котором расположено четное число равноудаленных по окружности и чередующихся по полярности постоянных магнитов, и ротор с магнитопроводом, установленным на оси с возможностью вращения относительно статора, и с явновыраженными электромагнитами, обращенными к постоянным магнитам статора и попарно соединенными электрически с токосъемниками, и контактирующий с токосъемниками распределительный коллектор, отличающееся тем, что оно снабжено неподвижным цилиндрическим корпусом и по крайней мере одним дополнительным магнитопроводом статора и ротора, причем на дополнительном магнитопроводе статора размещены постоянные магниты, имеющие поперечно чередующуюся полярность с постоянными магнитами основного магнитопровода, а каждый магнитопровод ротора расположен в плоскости, параллельной оси, при этом распределительный коллектор закреплен на корпусе и на нем размещены смещенные относительно друг друга токосъемники, причем один токосъемник является выводом предыдущего электромагнита, а второй последующего. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магнитопровод статора выполнен в виде секторов, на которых размещены постоянные магниты. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что угол смещения токосъемников равен углу смещения по окружности постоянных магнитов, при этом один токосъемник электромагнитов расположен на осевой линии.