ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК H02K21/00 H01H36/00 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитным приводам исполнительных механизмов, и может быть использовано для поворота исполнительного механизма на некоторый угол с фиксацией в крайних положениях.

Известен “Электромагнитный переключатель” (АС №741333, H 01 h 36/00, H 01 p 1/10, опубл. в БИ №22 от 15.06.1980), состоящий из явнополюсного якоря и статора с обмоткой, расположенной на незамкнутом магнитопроводе, который выполнен с зазором и имеет на своих концах полюсные наконечники, ориентированные в сторону якоря. Расположение одного из полюсов (магнитов) на максимальном удалении от ближайшего полюсного наконечника, когда другой полюс (магнит) находится на минимальном, приводит к существенному рассеянию поля от этого (дальнего) постоянного магнита на статор и, как следствие, существенному ослаблению силы его взаимодействия с полюсным наконечником, что в свою очередь приводит к уменьшению момента магнитных сил на валу якоря.

Наиболее близким к заявляемому электродвигателю является “Электродвигатель, магнитная цепь которого содержит тонкий слой магнитотвердого материала” (США, патент №3539845, H 02 k 21/12, опубл. 10.11.1970), содержащий статор с обмоткой и магнитомягкий ротор с полюсами в виде слоев из постоянных магнитов, размещенных на его концах. В указанном “Электродвигателе...”, выбранном за прототип, ротор имеет два устойчивых положения при обесточенной обмотке, обусловленных наличием постоянных магнитов на его концах. При подаче напряжения на обмотку в статоре возникает магнитный поток, проходящий через слои магнита и магнитопровод ротора, при взаимодействии которого с магнитным потоком постоянных магнитов ротора создается движущий момент на его валу. При этом, чем больше расстояние между магнитами и наконечниками статора, тем меньшая часть статорного потока проходит через слои магнита и, следовательно, меньше сила их взаимодействия, и тем большая часть потока статора проходит через магнитопровод ротора, создавая противодействующую полезным магнитным силу.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании электродвигателя с максимально возможным удельным моментом и быстродействием.

Технические результаты, достигаемые при осуществлении изобретения, состоят в повышении эффективности работы магнитной системы ротора и, как следствие, увеличении удельного момента и быстродействия двигателя.

Это достигается тем, что в электродвигателе, содержащем статор, по крайней мере, с одной обмоткой управления и ротор с полюсами в виде слоев из постоянных магнитов, размещенных на концах магнитопровода ротора, новым является то, что на боковых поверхностях ротора выполнены симметричные пазы, размеры которых выбраны из условия насыщения материала магнитопровода ротора, внутри пазов размещены дополнительные слои из постоянных магнитов, полюса которых совпадают с соседними полюсами ротора.

Выполнение симметричных пазов на боковых поверхностях ротора, размеры которых выбраны из условия насыщения материала магнитопровода ротора при нахождении его в устойчивом положении, и размещение внутри пазов дополнительных слоев из постоянных магнитов таким образом, чтобы их полюса совпадали с соседними полюсами ротора, при прочих равных условиях (по сравнению с прототипом), организует прохождение практически всего рабочего потока со статора через слои магнита на всем рабочем угле поворота вала ротора и значительно уменьшает паразитные поля рассеяния через магнитопровод ротора, что приводит к увеличению силы взаимодействия магнитов с полем статора, улучшению (гармонизации) ее характеристики и, как следствие, увеличению быстродействия двигателя.

На чертеже изображен электродвигатель в состоянии, когда обмотка управления находится под напряжением.

Электродвигатель содержит статор 1, изготовленный из магнитомягкого материала, с симметрично намотанной на нем обмоткой управления 2. Между полюсными наконечниками статора размещен магнитомягкий ротор 3 с полюсами из слоев постоянных магнитов 4 на его концах. На боковых поверхностях ротора 3 выполнены симметричные пазы, размеры которых выбраны из условия насыщения материала магнитопровода ротора. При этом учитываются конструктивные параметры электромагнитной системы и магнитные свойства применяемых материалов. Внутри пазов размещены дополнительные слои 5 из постоянных магнитов, полюса которых совпадают с соседними полюсами магнитов 4.

Электродвигатель работает следующим образом. При отсутствии напряжения на управляющей обмотке 2 полюса ротора 3 из постоянных магнитов 4, притягиваясь к полюсным наконечникам статора 1, удерживают ротор в положении устойчивого равновесия. При подаче на управляющую обмотку 2 напряжения определенной величины и полярности намагничивающая сила обмотки уменьшает намагничивающую силу магнитов 4 (пересиливает магниты), при этом ротор 3 перемещается (поворачивается по часовой стрелке согласно чертежу), магниты 4 удаляются от полюсных наконечников статора 1, поле которых, продолжая взаимодействовать уже с магнитами 5, поворачивает ротор 3 до положения неустойчивого равновесия (полюса ротора 3 расположены в ортогональном направлении к полюсным наконечникам статора 1). Пролетая по инерции положение неустойчивого равновесия, ротор 3 уже под действием суммарных сил притяжения магнитов 4, 5 к полюсным наконечникам и согласованным полюсам, создаваемым обмоткой, снова приходит в положение устойчивого равновесия. Далее непрерывное движение ротора 3 может продолжаться только при смене полярности напряжения, подаваемого на управляющую обмотку.

При наличии упоров, ограничивающих угол поворота ротора, электродвигатель также может выполнять функцию поляризованного электромагнита с двумя устойчивыми положениями равновесия, ротор которого перекидывается при смене полярности напряжения на обмотке.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитным приводам исполнительных механизмов, и может быть использовано для поворота исполнительного механизма на некоторый угол с фиксацией в крайних положениях. Электродвигатель содержит статор по крайней мере с одной обмоткой управления и ротор с полюсами в виде слоев из постоянных магнитов, размещенных на концах магнитопровода ротора. На боковых поверхностях ротора выполнены симметричные пазы, размеры которых выбраны из условия насыщения материала магнитопровода ротора. Внутри пазов размещены дополнительные слои из постоянных магнитов, полюса которых совпадают с соседними полюсами ротора. Технический результат - увеличение силы взаимодействия магнитов с полем статора, улучшение ее характеристики и увеличение быстродействия двигателя. 1 ил.

Электродвигатель, содержащий статор по крайней мере с одной обмоткой управления и ротор с полюсами в виде слоев из постоянных магнитов, размещенных на концах магнитопровода ротора, отличающийся тем, что на боковых поверхностях ротора выполнены симметричные пазы, размеры которых выбраны из условия насыщения материала магнитопровода ротора, внутри пазов размещены дополнительные слои из постоянных магнитов, полюса которых совпадают с соседними полюсами ротора.