НЕРЕВЕРСИВНЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2000 года по МПК H02K29/06 H02K23/54 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к вентильным электроприводам.

Известно устройство торцевого электродвигателя, содержащего статор с электромагнитами, образующими обмотку, и постоянными магнитами, выполненными в виде двух отрезков колец, намагниченных аксиально, дисковый ротор с постоянными аксиально намагниченными магнитами [1].

Но известное техническое решение имеет следующие недостатки.

1. Магниты статора имеют сложную конструкцию, что приведет к увеличению трудоемкости изготовления электродвигателя.

2. Невозможно добиться четкой фиксации расположения ротора относительно статора, связанной с различием характера магнитных полей в одном и другом зазорах между постоянными магнитами статора и ротора.

3. Наличие клиновидных постоянных магнитов на статоре, установленных против магнитов ротора, приведет к снижению эффективности обмотки электродвигателя, так как их объем уменьшается.

Наиболее близким техническим решением является вентильный электродвигатель, содержащий ротор с многополюсным аксиально намагниченным постоянным магнитом, статор дисковой конструкции с обмоткой, расположенной в сквозных радиальных пазах обмоткодержателя, который в зоне внутренних и внешних лобовых частей обмотки имеет выступы, частично перекрывающие радиальные пазы, и датчики положения ротора, являющиеся неотъемлемой частью вентильного электродвигателя [2].

Но наиболее близкое техническое решение также имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что не использовано для увеличения эффективности работы, улучшения условий работы и пуска, конструктивное расположение обмоток в лобовых частях, а именно их наложение друг на друга.

Задачей изобретения является разработка торцевого бесконтактного электродвигателя постоянного тока малой мощности (до 100...400 Вт) с упрощенной схемой коммутации, позволяющей ее расположить на корпусе электродвигателя (или внутри корпуса).

Для создания вращающегося магнитного поля такой электродвигатель должен быть снабжен второй обмоткой, сдвинутой относительно первой на угол в 100... 110 электрических градусов. Для экономии провода и улучшения условий работы обе обмотки должны быть выполнены волновыми, частично перекрывающими друг друга в лобовых частях. Рабочая часть этих обмоток расположена в сквозных радиальных пазах. Для пуска такого электродвигателя необходимо предварительно ротор установить в такое положение, в котором магнитное поле постоянных магнитов ротора воздействовало бы наиболее эффективно (по величине и по времени) на первую обмотку статора. Поэтому статор кроме обмоток имеет установочные магниты. Место расположения установочных магнитов должно быть выбрано так, чтобы они в момент трогания с места ротора электродвигателя оказывали бы наименьшее противодействие. Наиболее целесообразно сместить установочные магниты в зону лобовых частей обмоток, но не занятую вышеуказанными обмотками. По количеству свободных от обмоток лобовых частей целесообразно количество установочных магнитов выбрать в два раза меньшим, чем количество постоянных магнитов ротора. Для упрощения конструкции ротор выполнен с магнитами с чередующимся направлением намагниченности, примыкающим к замыкателю магнитного потока. Так как волновые обмотки в лобовых частях накладываются друг на друга, то между ними можно обеспечить индуктивную связь, обхватив их магнитопроводами (по крайней мере, одним). Наличие индуктивной связи между обмотками приведет к рекуперации энергии в сеть при включении обмоток.

Сравнение с другими известными техническими решениями в данной области техники, признаки (угол между первой и второй обмотками в 100...110 электрических градусов, смещение установочных магнитов в зону расположения лобовых частей обмоток, обеспечение индуктивной связи между обмотками), отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию изобретения "НОВИЗНА".

На чертеже представлено геометрическое расположение составляющих электродвигателя.

Нереверсивный бесконтактный электродвигатель постоянного тока состоит из статора с обмотками 1 и 2, смещенными друг от друга на угол α = 100...110 электрических градусов. В лобовых частях электродвигателя (в месте отсутствия обмоток) расположены установочные магниты 3. Так как количество установочных магнитов в два раза меньше, чем количество постоянных магнитов ротора 4, то направление намагниченности установочных магнитов, намагниченных аксиально, совпадает. В зоне лобовых частей обмотки охвачены магнитопроводами 5, максимальное количество которых может быть таким же, как и количество установочных магнитов. Для управления ключами коммутатора имеются установленные на статоре датчики положения ротора 6.

Электродвигатель работает следующим образом. Установочными магнитами статора 3 ротор устанавливается в исходное положение. В этом положении один из датчиков положения ротора 6 оказывается в зоне действия магнитного поля постоянных магнитов ротора 4. При подаче напряжения на электродвигатель включается ключевыми элементами коммутатора обмотка 1 (ротор поворачивается), а отключение ее произойдет при повороте ротора на угол γ. Ротор по инерции продолжает двигаться и через угол (β-γ) включается обмотка 2 (ротор продолжает поворачиваться). После отключения обмотки 2 ротор дотягивается до исходного состояния установочными магнитами 3. Затем цикл повторяется.

Источники информации
1. Авт.свид. N 1367108, МКИ⁴ H 02 К 29/06, приор. 30.11.84 г.

2. Авт.свид. N 1661928, МКИ⁵ H 02 К 29/08, приор.27.02.89 г. (прототип).

Использование: в качестве электропривода. Электродвигатель содержит статор дисковой конструкции с двумя волновыми обмотками частично перекрывающими друг друга в лобовых частях. Их рабочая часть расположена в сквозных радиальных пазах. Ротор выполнен с магнитами с чередующимся направлением намагниченности и замыкателем магнитного потока. На статоре размещены установочные магниты, смещенные в зону лобовых частей волновых обмоток статора, не занятую обмотками. Их количество в два раза меньше, чем количество постоянных магнитов ротора. Сдвиг между первой и второй обмотками составляет 100-110 эл. град. Технический результат заключается в упрощении управления. 1 з. п.ф-лы, 1 ил.

1. Нереверсивный бесконтактный электродвигатель постоянного тока, содержащий статор дисковой конструкции, обмотку, ротор с закрепленными в нем аксиально намагниченными постоянными магнитами, датчики положения ротора, отличающийся тем, что он снабжен второй обмоткой, обе обмотки выполнены волновыми, частично перекрывающими друг друга в лобовых частях, рабочая их часть расположена в сквозных радиальных пазах, при этом сдвиг между первой и второй обмотками составляет 100 - 110 эл. град., ротор выполнен с магнитами с чередующимся направлением намагниченности и замыкателем магнитного потока, а на статоре размещены установочные магниты, смещенные в зону лобовых частей волновых обмоток статора, не занятую обмотками, количество которых в два раза меньше, чем количество постоянных магнитов ротора. 2. Нереверсивный бесконтактный электродвигатель постоянного тока по п.1, отличающийся тем, что, по крайней мере, в одном месте лобовые части волновых обмоток охвачены магнитопроводом.