ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2005 года по МПК H02K29/10 H02K19/06 

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к высокооборотным электрическим машинам для бытовой техники, например для пылесосов или сепараторов.

Известна электрическая машина, содержащая безобмоточный ротор, зубчатый магнитопровод которого закреплен на его валу, статор с полюсами и обмоткой, выполненной в виде сосредоточенных катушек, размещенных на полюсах, и подключенной к выходам электронного коммутатора с возможностью запитки в зависимости от углового положения ротора относительно статора (см. патент России №2059993, кл. 6 Н 02 К 19/06; 19/24. Опубл. Бюл. №13 от 10.05.96 г.).

Недостатком данного прототипа является его высокая стоимость из-за нетехнологичности и сложности конструкции.

Известна электрическая машина, принятая за прототип, содержащая безобмоточный ротор, зубчатый магнитопровод которого закреплен на его валу, статор с полюсами и обмоткой, выполненной в виде сосредоточенных катушек, размещенных на полюсах, и подключенной к выходам электронного коммутатора с возможностью запитки в зависимости от углового положения ротора относительно статора (см. Полезная модель России №1973, кл. 6 Н 02 К 19/06. Опубл. 16.03.96 г.).

Недостатком данного прототипа также является его высокая стоимость из-за нетехнологичности и сложности конструкции.

Изобретение направлено на снижение стоимости электрической машины.

Для этого в электрической машине, содержащей безобмоточный ротор, зубчатый магнитопровод которого закреплен на его валу, статор с полюсами и обмоткой, выполненной в виде сосредоточенных катушек, размещенных на полюсах, и подключенной к выходам электронного коммутатора с возможностью запитки в зависимости от углового положения ротора относительно статора, согласно изобретению на валу ротора выполнены просветы со шторками между ними, а электронный коммутатор снабжен устройством определения углового положения ротора относительно статора по просветам.

В электрической машине число просветов может быть равным числу зубцов магнитопровода ротора или меньше его в два раза.

Просветы также могут быть выполнены в виде пазов на торце вала, противоположного его выходному концу, или выполнены в виде пазов на поверхности вала, или могут быть выполнены в виде отверстий (пазов), в валу.

Устройство определения углового положения ротора относительно статора может быть выполнено в виде оптопары, состоящей из излучающей и принимающей частей, например из светодиода и фототранзистора, при этом вал может располагаться в промежутке между ними.

В электрической машине электронный коммутатор может быть выполнен в виде печатной платы, а в нее могут быть впаяны оптопара и катушки, причем межкатушечные соединения выполнены посредством печатного монтажа. То есть при намотке катушек проводом из него тут же формируются выводные концы и подпаиваются к плате электронного коммутатора. Плата фиксируется в электрической машине таким образом, чтобы устройство взаимодействия с зубцами или пазами вала было согласовано с расположением полюсов статора.

Полюса в электрической машине могут быть выполнены в виде двух зубцов с пазом между ними, при этом, как минимум, в одном из пазов может быть расположен постоянный магнит.

В отличие от прототипа в предлагаемой электрической машине значительно упрощена конструкция и сборка, что снижает ее стоимость.

В дальнейшем предлагаемое техническое решение поясняется конкретным исполнением со ссылкой на чертежи, на которых:

- на фиг.1 показано сечение электрической машины по оси двухзубцовых полюсов;

- на фиг.2 изображена электрическая машина в момент пуска;

- на фиг.3 показана электрическая машина в момент выключения;

- на фиг.4 - электрическая машина в момент подачи тока во время вращения ротора.

Электрическая машина (см. чертежи) содержит безобмоточный ротор 1, зубчатый магнитопровод 2 которого закреплен жестко на его валу 3. На статоре 4 расположены две катушки 5, 6, охватывающие два полюса 7, 8, каждый из которых имеет два зубца с пазом между ними. На полюсах 7, 8 установлены и смещены от оси полюсов в направлении вращения ротора 1 магниты 9, 10 (см. фиг. 2, 3, 4). Магнитные потоки от катушек 5, 6 и магнитов 9, 10 суммируются, т.е. магниты имеют согласную с катушками намагниченность. Кроме этого, катушки 5, 6 выводами 11, 12 и 13, 14 соответственно прямо подключены к электронному коммутатору 15, на плате 16 которого выполнены межкатушечные соединения посредством печатного монтажа.

На плате 16 установлены светодиод 17 и фототранзистор 18, обычные части оптопары, а между ними размещен вал 3. На валу, в этом месте, выполнены дополнительные шторки 19 и просветы-пазы 20, которые взаимодействуют со светодиодом 17 и фототранзистором 18.

Число шторок 19 и пазов 20 вала 3 может быть равным шести или трем. В данном примере число шторок 19 равно числу зубцов магнитопровода 2 ротора 1 (см. фиг.2, 3) или меньше этого числа в два раза (см. фиг.4).

По шторкам 19 вала 3 сориентирован зубчатый магнитопровод 2 ротора 1 при закреплении, а плата 16 электронного коммутатора 15 установлена с возможностью взаимодействия со шторками 19 или пазами 20 вала 3.

На всех чертежах у электрической машины не показаны корпус или подшипниковые щиты и подшипники, на фиг.2, 3, 4 - электронный коммутатор 15 с платой 16 - ради простоты пояснений.

Электрическая машина работает следующим образом. При обесточенных катушках 5, 6 под действием момента от постоянных магнитов 9, 10 ротор 1 занимает стартовое положение, в котором магнитное сопротивление системы по отношению к постоянным магнитам 9, 10 является минимальным (см. фиг.2).

После подачи питания на электронный коммутатор 15 включается светодиод 17, срабатывает фототранзистор 18 и от оптопары подается команда на формирование однополярного импульса тока в катушки 5, 6. При протекании тока через катушки возникают магнитные силы притяжения зубчатого магнитопровода 2 ротора 1 к полюсам 7, 8 статора 4. Под действием вращающего момента ротор 1 начинает вращаться и в положении, показанном на фиг.3, катушки 5, 6 обесточиваются, так как выключается фототранзистор 18. Далее ротор 1 вращается за счет накопленной кинетической энергии, пока ось зубцов пакета магнитопровода 2 ротора 1 не совпадет с осью полюсов 7, 8, т.е. в положении между зубцами (см. фиг.4). Снова включается фототранзистор 18 и подается следующий импульс тока, частота вращения ротора 1 увеличивается, и таким образом двигатель постепенно выходит на заданный режим работы. Такое питание катушек 5, 6 обеспечивает запуск, и работу электрической машины, и вращение ротора 1.

В отличие от прототипа в заявляемой электрической машине значительно упрощена конструкция и улучшена технологичность: выполнение дополнительных зубцов на валу ротора позволяет очень точно собрать зубчатый магнитопровод ротора, так как точность сборки определяется инструментом; уменьшаются размеры устройства, определяющего положение ротора относительно статора; все электронные компоненты расположены на плате электронного коммутатора, что упрощает их настройку или замену; катушки обмотки соединяется в фазу на плате, т.е. процесс электромонтажа, таким образом, автоматизируется.

Выполнение шторок 19 на валу 3 повышает также надежность электрической машины, так как механические нагрузки на шторки вала при высоких оборотах ротора минимальны.

Изобретение относится к области электротехники, а точнее к высокооборотным электрическим машинам для бытовой техники, и может быть использовано в производстве, например, пылесосов или сепараторов. Электрическая машина содержит безобмоточный ротор (1), зубчатый магнитопровод (2) которого закреплен жестко на его валу (3). На статоре (4) расположены сосредоточенные катушки (5, 6), обмотки, которые охватывают полюса (7, 8). Катушки (5, 6) подключены к выходам электронного коммутатора (15) с возможностью запитки в зависимости от углового положения ротора (1) относительно статора (4). При этом на валу (3) выполнены просветы со шторками (19), а электронный коммутатор (15) имеет устройство определения углового положения ротора (1) относительно статора (4) по просветам. Технический результат от использования данного изобретения состоит в упрощении конструкции электрической машины, что ведет к снижению ее стоимости при одновременном упрощении сборки. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электрическая машина, содержащая безобмоточный ротор, зубчатый магнитопровод которого закреплен на его валу, статор с полюсами и обмоткой, выполненной в виде сосредоточенных катушек, размещенных на полюсах, и подключенной к выходам электронного коммутатора с возможностью запитки в зависимости от углового положения ротора относительно статора, отличающаяся тем, что на валу ротора выполнены просветы со шторками между ними, а электронный коммутатор имеет устройство определения углового положения ротора относительно статора по просветам.2. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что число просветов равно числу зубцов магнитопровода ротора или меньше его в два раза.3. Электрическая машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что просветы выполнены в виде пазов на торце вала, противоположном его выходному концу.4. Электрическая машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что просветы выполнены в виде пазов на поверхности вала.5. Электрическая машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что просветы выполнены в виде отверстий в валу.6. Электрическая машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что устройство определения углового положения ротора относительно статора выполнено в виде оптопары, состоящей из излучающей и принимающей частей.7. Электрическая машина по п.6, отличающаяся тем, что вал ротора расположен в промежутке между излучающей и принимающей частями оптопары.8. Электрическая машина по п,7, отличающаяся тем, что электронный коммутатор выполнен в виде печатной платы и в нее впаяны оптопара и катушки, причем межкатушечные соединения выполнены посредством печатного монтажа.9. Электрическая машина по любому из пп.7 и 8, отличающаяся тем, что полюса статора имеют два зубца с пазом между ними и, как минимум, в одном из пазов расположен постоянный магнит.