ОДНОФАЗНЫЙ НЕРЕВЕРСИВНЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ОСЕВЫМ УСИЛИЕМ, ПРОТИВОДЕЙСТВУЮЩИМ ОСЕВЫМ НАГРУЗКАМ НА ВАЛУ Российский патент 2001 года по МПК H02K29/06 H02K23/54 

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

Известно устройство вентильного электродвигателя, содержащего статор дисковой конструкции с обмоткой, расположенной в сквозных радиальных пазах обмоткодержателя, выполненного с выступами в зоне внутренних и внешних лобовых частей обмотки, ротор, который содержит по крайней мере один намагниченный аксиально постоянный магнит (1).

Но известное устройство имеет существенные недостатки, заключающиеся в следующем: 1) слишком сложное закрепление обмотки (обмоткодержатель со спицами, Т-образные фиксаторы-клинья), приводящие к усложнению устройства электродвигателя; 2) применение обмотки, ориентированной по радиусам, приведет к увеличению расхода обмоточного провода; 3) сопряжение магнитов ротора, датчиков положения ротора, обмоток и магнитов, расположенных на статоре, представляет большую сложность.

Наиболее близким техническим решением является торцевой электродвигатель, содержащий коммутирующее устройство, статор с электромагнитами (выполняющими роль обмотки) и обеспечивающими клиновые воздушные зазоры постоянными магнитами, выполненными в виде двух отрезков колец (точнее в форме отрезков колец), намагниченных аксиально, и размещенный между магнитами статора дисковый ротор с аксиально намагниченными постоянными магнитами (2).

Но наиболее близкое техническое решение также имеет существенные недостатки: 1) магниты статора имеют сложную конструкцию (форму отрезков колец), 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 имеющих форму отрезков колец постоянных магнитов на статоре, установленных против магнитов ротора, приводит к снижению эффективности обмоток электродвигателя, т.к. их объем уменьшается; 4) не может быть использован для рабочих органов, создающих осевую нагрузку на валу электродвигателя, без применения упорных подшипников.

Задачей изобретения является создание несложного бесконтактного электродвигателя постоянного тока с упрощенной схемой коммутации. Простейшим электродвигателем является электродвигатель с одной обмоткой, запитанной от одного ключевого элемента, т.е. однофазный бесконтактный электродвигатель постоянного тока. Схема коммутации, состоящая из одного силового ключевого элемента, определяет и количество сигналов управления, получаемых от датчика положения ротора. Таким образом, для управления электродвигателем необходим только один датчик. Но при работе от одного датчика положения ротора необходимо ротор перед пуском электродвигателя установить в строго определенное положение относительно рабочих частей обмотки статора. Поэтому на статоре необходимо расположить взаимодействующие с магнитами ротора магниты статора. Работой датчика управляет магнитная система ротора (та же, которая создает и вращающий момент на валу электродвигателя), состоящая из аксиально намагниченных цилиндрических магнитов. Для увеличения угла поворота ротора, осуществляемого током обмотки, наличие которого задается датчиком положения ротора, необходимо магниты ротора, управляющие работой датчика, установить на различных расстояниях от оси электродвигателя и неравномерно по окружности, т.е. под разными углами, вершины которых находятся на оси электродвигателя, так как постоянные магниты ротора, базирующиеся относительно поверхности замыкателей магнитного потока, установлены на различных расстояниях от оси электродвигателя, то силовое взаимодействие между магнитами статора, находящимися в одной плоскости, и магнитами однодискового ротора, находящимися в другой плоскости, будет различным по величине и по направлению - это может быть использовано для создания осевого усилия, противодействующего осевой нагрузке, создаваемой рабочим органом, находящимся на валу электродвигателя. Для того, чтобы обеспечить осевое усилие, противодействующее осевым нагрузкам на валу, в электродвигателе с двухдисковым ротором необходимо сместить магниты статора в сторону того из дисков ротора, который осевое усилие рабочего органа стремится приблизить к статору. В зависимости от расположения магнитов ротора формируется обмотка статора, конфигурация которой зависит от условия непрерывности сцепления ее витков с магнитным полем, созданным движущимися магнитами ротора при прохождении углового пути, при котором на выходе датчика положения ротора будет сигнал. Таким образом, неравномерное распределение магнитов в плоскости ротора вызывает направления рабочих частей обмоток статора, не совпадающие с радиальными направлениями (при равномерном распределении обмоток в плоскости статора).

Сравнение с другими известными техническими решениями в данной области техники, признаки (установка магнитов ротора на различных расстояниях от оси электродвигателя, установки магнитов ротора под разными углами), отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию изобретения "Новизна".

На чертеже представлено устройство электродвигателя.

Электродвигатель состоит из статора 1 с закрепленными в нем магнитами статора 2 и обмоткой 3, работой которой через коммутирующее устройство управляет датчик положения ротора 4, имеющий возможность быть смещенным вдоль канала 5. Ротор электродвигателя имеет систему из постоянных магнитов 6, намагниченных аксиально.

Электродвигатель работает следующим образом. Положение ротора электродвигателя перед пуском определяется магнитами статора 2, которые устанавливают расположенные на расстояниях dB/2 от оси электродвигателя магниты ротора 6 в радиальном направлении. Датчик положения ротора 4 одним из магнитов ротора 6, расположенных на расстоянии dH/2 от оси электродвигателя, переводится во "включенное" состояние, соответствующее наличию сигнала на его выходе. Коммутатором обмотка 3 подключается к источнику питания. Током обмотки ротор приводится во вращение, причем вначале с током обмотки статора будут сцеплены половина магнитов ротора, установленных на расстоянии dB/2, а затем с током обмотки будут сцеплены магниты ротора, расположенные на расстоянии dH/2 от оси электродвигателя. При повороте ротора на угол β датчик положения ротора магнитом ротора, расположенный на расстоянии dH/2 от оси электродвигателя, переводится в "отключенное" состояние, соответствующее отсутствию сигнала на выходе. И так далее - ротор приходит во вращение. При вращении ротора в какие-то моменты времени магниты ротора, расположенные на расстоянии dH/2 от оси электродвигателя, оказываются против магнитов статора. Так как эти магниты имеют такую же полярность, то возникает осевое усилие, противодействующее осевой нагрузке на валу электродвигателя.

Источники информации
1. Авт. св. N 1661928, МКИ⁵ H 02 K 29/08, приор. 27.02.89 г.

2. Авт. св. N 1367108, МКИ⁴ H 02 K 29/06, приор.30.11.84 г. (прототип).

Использование: в электроприводе устройств, испытывающих осевые усилия на валу. Электродвигатель содержит статор с закрепленными в нем постоянными магнитами и обмоткой, которой управляет через коммутирующее устройство датчик положения ротора. Ротор имеет систему постоянных магнитов, намагниченных аксиально. Рабочие части обмоток статора расположены равномерно, но не совпадают с радиальным направлением. Магниты ротора, управляющие работой датчика положения ротора, установлены на различных расстояниях от оси электродвигателя и неравномерно по окружности. Силовое взаимодействие между магнитами статора, находящимися в одной плоскости, и магнитами однодискового ротора, находящимися в другой плоскости, различно по величине и по направлению. Это используется для создания осевого усилия, противодействующего осевой нагрузке, создаваемой рабочим органом, находящимся на валу электродвигателя. Технический результат заключается в упрощении управления электродвигателем. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Однофазный нереверcивный бесконтактный электродвигатель постоянного тока с осевым усилием, противодействующим осевым нагрузкам на валу, содержащий статор с обмоткой и постоянными магнитами, дисковый ротор с постоянными аксиально намагниченными магнитами, датчик положения ротора и коммутирующее устройство, отличающийся тем, что рабочие части обмоток статора в его плоскости расположены равномерно, но не совпадающими с радиальными направлениями, а магниты статора смещены в осевом направлении в пределах толщины статора. 2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что магниты ротора поочередно через один установлены на различных расстояниях от оси электродвигателя. 3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что магниты ротора поочередно через один установлены под разными углами, вершины которых находятся на оси электродвигателя. 4. Электродвигатель по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что при двухдисковом роторе магниты статора смещены в сторону того из дисков ротора, который осевое усилие рабочего органа стремится приблизить к статору.