ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2001 года по МПК H02K21/14 H02K37/14 H02K29/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромагнитным двигателям, используемым в различных отраслях науки и техники.

Известен электромагнитный двигатель, содержащий ротор барабанного типа, на котором равномерно установлены постоянные магниты, статор с постоянным магнитом с разноудаленными торцами от ротора и электромагнитом, соединенным с распределителем подачи тока. Статор состоит из постоянного магнита, занимающего угол 300^o, и обмотки электромагнита с углом 60^o. Магнит статора выполнен по очень пологой спирали, радиус которой увеличивается по направлению вращения ротора. Соответственно возрастает с 0,1 до 5 мм зазор между ротором и статором на угле 300^o (US 3115941, H 02 K 37/00, 1964 г.).

Недостатком указанного двигателя заключается в недостаточно реализуемой мощности и низком КПД. Кроме того, для запуска данного двигателя необходим стартер.

Известен электромагнитный шаговый двигатель, содержащий ротор барабанного типа и статор, на которых равномерно по окружностям установлены постоянные магниты, и электромагнит, соединенный с коммутатором, причем на статоре установлено N-1 постоянных магнитов, на торцах которых радиально размещены электромагниты, а постоянные магниты ротора размещены по окружности радиально и их число равно N+1 (патент SU N 1755721, H 02 К 11/00, опубл. 15.08.92 г.).

Недостатком известного технического решения также является недостаточно реализуемая мощность вследствие нерационального расположения магнитных линий.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по оптимизации расположения магнитных линий. Достигаемый при этом технический результат заключается в увеличении мощности и КПД двигателя.

Указанный результат достигается тем, что в электромагнитном двигателе согласно одному варианту исполнения, содержащем ротор барабанного типа, на котором по окружности равномерно размещены N+1 постоянных магнитов, статор, на котором равномерно в направлении по окружности установлены постоянные магниты, на торцах которых размещены радиально направленные электромагниты, соединенные с коммутатором, число постоянных магнитов статора составляет N, постоянные магниты ротора установлены с наклоном 1 - 75^o в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, так, что вектор силы взаимодействия постоянных магнитов ротора и статора направлен в сторону вращения ротора.

Указанный результат также достигается тем, что в электромагнитном двигателе согласно другому варианту исполнения, содержащем ротор барабанного типа и статор, на которых равномерно в направлении по окружностям размещены постоянные магниты, причем на торцах постоянных магнитов статора размещены радиально направленные электромагниты, соединенные с коммутатором, число постоянных магнитов статора составляет N, число постоянных магнитов ротора составляет 2(N+1), постоянные магниты ротора установлены с наклоном 1-75^o в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, так, что вектор силы взаимодействия постоянных магнитов ротора и статора направлен в сторону вращения ротора, а расстояние от латеральной части электромагнитов статора до постоянных магнитов статора составляет не менее 1/4 длины дуги окружности, занимаемой постоянным магнитом ротора.

Указанные признаки являются существенными с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого результата по каждому из вариантов.

Возможность осуществления изобретения может быть подтверждена описанием возможной конструкции электромагнитного двигателя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, что поясняется графическими материалами, на которых изображены:
фиг. 1 - схема двигателя по первому варианту исполнения, поперечный разрез;
фиг. 2 - схема двигателя по второму варианту исполнения, поперечный разрез;
фиг. 3 - схема взаимодействия магнитных полей ротора и статора.

Конструкция электромагнитного двигателя, выполненного в соответствии с заявленным изобретением, обеспечивающая достижение указанного технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, согласно изобретению характеризуется следующей совокупностью признаков.

По первому варианту исполнения электромагнитный двигатель характеризуется тем, что содержит ротор барабанного типа, на котором равномерно и радиально по окружности размещены N+1 постоянных магнитов. Двигатель содержит статор, на котором равномерно по окружности установлены постоянные магниты, на торцах которых размещены радиально направленные электромагниты, соединенные с коммутатором. Число постоянных магнитов статора составляет N и угол α наклона постоянных магнитов ротора в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, составляет 1-75^o.

Электромагнитный двигатель по второму варианту содержит ротор барабанного типа и статор, на которых равномерно в направлении по окружностям размещены постоянные магниты, причем на торцах постоянных магнитов статора размещены радиально направленные электромагниты, соединенные с коммутатором. Число постоянных магнитов статора составляет N, а число постоянных магнитов ротора составляет 2(N+1). Угол наклона α постоянных магнитов ротора в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, составляет 1-75^o. Расстояние от латеральной части электромагнитов статора до постоянных магнитов составляет не менее 1/4 длины дуги окружности, занимаемой постоянным магнитом ротора.

Примеры конкретной реализации двигателей по первому и второму вариантам
Электромагнитный двигатель по первому варианту исполнения (фиг. 1) содержит ротор 1 барабанного типа, на котором в направлении по окружности равномерно и радиально направленные размещены семь постоянных магнитов 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, статор 9, на котором равномерно в направлении по окружности установлено шесть постоянных магнитов 10, на торцах которых радиально размещены электромагниты 11, соединенные с коммутатором. Угол α наклона постоянных магнитов ротора в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, в данном конкретном примере исполнения составляет 10^o.

Электромагнитный двигатель по второму варианту исполнения (фиг. 2) содержит ротор 1 барабанного типа, на котором в направлении по окружности равномерно и радиально направленные размещены четырнадцать постоянных магнитов 2,3,4,5,6,7,8, 12,13,14,15,16,17,18, статор 9, на котором равномерно в направлении по окружностям установлено шесть постоянных магнитов 10. На торцах постоянных магнитов 10 статора размещены радиально направленные электромагниты 11, соединенные с коммутатором. Угол α наклона постоянных магнитов ротора в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, в данном конкретном примере исполнения составляет 10^o. Расстояние от латеральной части электромагнитов статора до постоянных магнитов статора составляет 1/4 длины дуги окружности, занимаемой постоянным магнитом ротора.

Устройство работает следующим образом.

Электромагнит 11 статора включается в тот момент, когда напротив него находится постоянный магнит ротора 1, в это время создается силовой импульс вращения (фиг. 3). Электромагнит 11 остается включенным до тех пор, пока постоянный магнит не войдет в зону взаимодействия с соответствующим постоянным магнитом 10 статора 9 и начнет отталкиваться им в сторону вращения. При этом следующий постоянный магнит ротора войдет в зону взаимодействия с электромагнитом 11 статора 9, и цикл повторяется. Замкнутый цикл строго поочередного взаимодействия постоянных магнитов ротора 1 с электромагнитами 11 и постоянными магнитами статора 10 является основным признаком работы двигателя. Все постоянные магниты ротора, не находящиеся в контакте с электромагнитами статора, отталкиваются от постоянных магнитов статора в направлении вращения.

При изменении угла α наклона постоянных магнитов ротора вектор силы F1 взаимодействия постоянных магнитов ротора и статора оказывается направленным в сторону вращения ротора, что способствует увеличению силы вращения.

Данный эффект усиливается при уменьшении длины постоянных магнитов статора как минимум на 1/4 от длины окружности, занимаемой постоянным магнитом ротора. При этом происходят экономия материала и уменьшение веса электродвигателя.

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как сущность изобретения касается не конструкции нового типа двигателя, а рационального и оптимального расположения элементов и узлов в двигателе, производство которого хорошо освоено промышленностью.

Использование: в качестве электропривода. Электромагнитный двигатель по первому варианту содержит ротор, на котором равномерно и радиально по окружности размещены N+1 постоянных магнитов, статор, на котором равномерно по окружности установлены постоянные магниты, на торцах которых радиально размещены электромагниты, соединенные с коммутатором. При этом число постоянных магнитов статора составляет N, а угол наклона постоянных магнитов ротора в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, составляет 1-75^o. У второго варианта исполнения двигателя число постоянных магнитов статора составляет N, число постоянных магнитов ротора составляет 2(N+1), угол наклона постоянных магнитов ротора в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, составляет 1-75^o, а расстояние от латеральной части электромагнитов статора до постоянных магнитов составляет не менее 1/4 длины дуги окружности, занимаемой постоянным магнитом ротора. 2 c.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электромагнитный двигатель, содержащий ротор барабанного типа и статор, на которых равномерно в направлении по окружности установлены постоянные магниты, на торцах постоянных магнитов статора размещены радиально направленные электромагниты, соединенные с коммутатором, отличающийся тем, что на роторе размещены N+1 постоянных магнитов, число постоянных магнитов статора составляет N, постоянные магниты ротора установлены с наклоном 1-75^o в плоскости, перпендикулярной оси двигателя так, что вектор силы взаимодействия постоянных магнитов ротора и статора направлен в сторону вращения ротора. 2. Электромагнитный двигатель, содержащий ротор барабанного типа и статор, на которых равномерно в направлении по окружности размещены постоянные магниты, на торцах постоянных магнитов статора размещены радиально направленные электромагниты, соединенные с коммутатором, отличающийся тем, что число постоянных магнитов статора составляет N, число постоянных магнитов ротора составляет 2(N+1), постоянные магниты ротора установлены с наклоном 1-75^o в плоскости, перпендикулярной оси двигателя так, что вектор силы взаимодействия ротора и статора направлен в сторону вращения ротора, а расстояние от латеральной части электромагнитов статора до постоянных магнитов статора составляет не менее 1/4 длины дуги окружности, занимаемой постоянным магнитом ротора.