ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК H02K29/06 H02K21/14 

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам.

Уровень техники
Известны вентильные электродвигатели, содержащие расположенный на роторе 2р-полюсный индуктор с постоянными магнитами с чередующимися полярностью полюсами, расположенную на статоре якорную обмотку, подключенную к цепи питания через бесконтактные ключи управления, управляющие цепи которых связанны с выходом датчика положения ротора [1; 3x5].

В этих электродвигателях индуктор выполнен в виде магнитосвязанной системы, т. е. магнитное поле разноименных полюсов индуктора имеет общие магнитные цепи для замыкания магнитного потока - это спинка магнитопровода статора и ярмо ротора. Эта магнитная связь через элементы магнитных систем статора и ротора создает дополнительный тормозной момент при работе двигателя и не дает реализовать в полной мере его энергетические возможности.

B [2] описан вентильный электродвигатель, содержащий двухполюсный индуктор с постоянными магнитами с чередующимися полярностью полюсами, расположенный на роторе, статор в виде сегментов с двумя явно выраженными полюсами (полюсными наконечниками), охватывающими полюса индукторов, на спинке сегмента размещена обмотка якоря в виде двух катушек, подключенных к цепи питания через безконтактные ключи управления, управляющие цепи которых связаны с выходом датчика положения ротора. Недостатком этого электродвигателя, кроме упомянутого выше, является отсутствие пускового момента и, вследствие этого, "безразличное" направление вращения ротора при подключении к источнику питания. При отсутствии тока в обмотке статора под действием сил магнитного поля постоянных магнитов индуктора к полюсам статора ротор занимает положение, при котором проводимость в воздушном зазоре максимальна. При подключении обмоток к источнику питания между статором и ротором возникают силы, стремящиеся вытолкнуть полюса ротора из-под полюсов статора. Из-за симметричности магнитной системы эти силы будут равны и направлены встречно друг к другу и таким образом уравновешивают друг друга. В связи с этим для запуска двигателя необходимо приложить внешнюю силу, выводящую ротор из равновесного состояния. Причем ротор такого электродвигателя запускается и может вращаться в любую сторону, в зависимости от направления прилагаемой извне силы, т.е. ротор не имеет избирательного направления вращения.

Сущность изобретения
Наиболее близким по существу к предлагаемому изобретению является вентильный электродвигатель, описанный в [2]. Целью настоящего изобретения является улучшение энергетических показателей и создание пускового момента.

Указанная цель достигается тем, что индуктор, размещенный на роторе, выполнен в виде чередующихся полярностью 2р отдельных постоянных магнитов, не имеющих общих путей для замыкания магнитных потоков, полюса сегментов охватывают постоянные магниты индуктора в направлении намагничивания, причем одна из пар полюсов сегментов статора имеет длину полюсов большую, чем полюсный шаг постоянных магнитов индуктора, а другая пара полюсов имеет длину меньшую, чем полюсный шаг постоянных магнитов индуктора.

Перечень чертежей
На фиг. 1 изображен продольный разрез активной части предлагаемого вентильного электродвигателя с индуктором цилиндрической формы в двухполюсном (2р= 2) исполнении (датчик положения ротора условно не показан); на фиг.2 - разрез поперечного сечения.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Индуктор предлагаемого электродвигателя, выполненный в виде полого ротора-цилиндра, составленного из двух чередующихся полярностью постоянных магнитов 1, намагниченных в радиальном направлении, через вал 2 опирается на корпус статора 3 и подшипниковый щит 4. В корпусе концентрично размещены магнитопроводы статора в виде сегментов 5 с явно выраженными наконечниками полюсов 6, охватывающими через воздушные зазоры постоянные магниты индуктора в направлении намагничивания, т.е. в радиальном направлении. На спинках сегментов размещены катушки, образующие обмотку якоря.

Полюсный шаг постоянных магнитов индукторов одинаков и, как показано на фиг. 2, равен τ. Наконечники полюсов сегментов выполнены таким образом, что одна из пар полюсов, охватывающая один из постоянных магнитов индуктора имеет длину полюсов большую, чем полюсный шаг постоянных магнитов, например, как показано на фиг.2, τ+α; другая пара полюсов, охватывающая соседний постоянный магнит индуктора, наоборот, имеет длину меньшую, чем шаг постоянных магнитов, например, τ-α.
Электродвигатель работает следующим образом. При отсутствии тока в катушках обмотки статора ротор двигателя занимает положение, при котором проводимость магнитных цепей для постоянных магнитов индуктора максимальна. Магнитный поток этих магнитов Ф_и замыкается через воздушные зазоры и магнитопроводы статора. При подключении катушек обмоток статора через бесконтактные ключи датчик положения формирует сигнал таким образом, что токи в катушках создают магнитное поле якоря с потоком Ф_я, направленное встречно потоку поля Ф_и. Взаимодействие магнитных потоков полей Ф_и и Ф_я вызывает силы, выталкивающие постоянные магниты индукторов из-под полюсных наконечников сердечников с явно выраженными полюсами. Из-за того, что длины полюсов полюсных наконечников одной из пар полюсов больше, а у другой пары меньше, чем полюсный шаг постоянных магнитов индуктора, указанные выталкивающие силы будут иметь одно направление, например в случае, указанном на фиг.2, - по часовой стрелке. Таким образом создается начальный пусковой момент электродвигателя. Выталкивающие силы будут действовать до тех пор, пока ротор с постоянными магнитами индуктора не повернется на полюсный шаг постоянных магнитов индукторов τ (или на полоборота). При этом датчик положения ротора формирует команду для переключения бесконтактных ключей и перемены направления магнитного потока поля Ф_я. Таким образом цикл повторяется.

В предлагаемом электродвигателе постоянные магниты не имеют общих цепей для замыкания магнитных потоков. Это исключает появление дополнительных тормозных моментов и обуславливает улучшение энергетических показателей.

Аналогичным образом возможно конструктивное выполнение электродвигателя с дисковым ротором, т.е. выполнение индуктора в виде диска, составленного из 2р чередующихся полярностью постоянных магнитов с одинаковым полюсным шагом, намагниченных в осевом направлении.

Источники информации
1. Бут А. Д. Бесконтактные электрические машины. - М.: Высшая школа, 1985, с.169-170.

2. Дубенский А. А. Бесконтактные двигатели постоянного тока. - М.: Энергия, 1967, с.11-12.

3. Авторское свидетельство СССР 1265933, кл. Н 02 К 29/10.

4. Авторское свидетельство СССР 1460757, кл. Н 02 К 29/08.

5. Авторское свидетельство СССР 1473026, кл. Н 02 К 29/12, 5/22.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам. Технической задачей изобретения является получение пускового момента и улучшение энергетических показателей. Сущность изобретения состоит в следующем. Вентильный электродвигатель содержит расположенный на роторе 2р-полюсный индуктор с постоянными магнитами с полюсами с чередующейся полярностью, статор в виде сегментов с явно выраженными полюсами, охватывающими полюса индукторов, на спинке сегментов размещена обмотка якоря, подключенная к цепи питания через бесконтактные ключи управления, управляющие цепи которых связаны с выходом датчика положения ротора, связанного с ротором. Согласно изобретению, индуктор двигателя выполнен в виде чередующихся полярностью 2р отдельных постоянных магнитов, не имеющих общих путей для замыкания магнитных потоков, полюса сегментов охватывают постоянные магниты индуктора с двух сторон в направлении намагничивания, причем одна пара полюсов сегментов статора имеет длину полюсов большую, чем полюсный шаг постоянных магнитов индуктора, а другая пара полюсов сегментов статора имеет длину полюсов меньшую, чем полюсный шаг постоянных магнитов индуктора. 2 ил.

Вентильный электродвигатель, содержащий расположенный на роторе 2р-полюсный индуктор с постоянными магнитами с чередующимися полярностью полюсами, статор в виде сегментов с явно выраженными полюсами, охватывающими полюса индукторов, на спинке сегментов размещена обмотка якоря, подключенная к цепи питания через бесконтактные ключи управления, управляющие цепи которых связаны с выходом датчика положения ротора, связанного с ротором, отличающийся тем, что индуктор выполнен в виде отдельных постоянных магнитов, не имеющих общих путей для замыкания магнитных потоков полюса сегментов, охватывают постоянные магниты индуктора в направлении намагничивания, причем одна из пар полюсов сегментов статора имеет длину полюсов большую, чем полюсный шаг постоянных магнитов индуктора, а другая пара полюсов сегментов статора имеет длину полюсов меньшую, чем полюсный шаг постоянных магнитов индуктора.