ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ Российский патент 2008 года по МПК H02K21/16 H02K1/27 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к электродвигателю с постоянными магнитами, установленными на поверхности, в котором размещенные радиально и намагниченные постоянные магниты присоединены к поверхности ротора, а более конкретно, изобретение относится к электродвигателю с постоянными магнитами, которые для повышения производительности электродвигателя выполнены из дорогостоящих редкоземельных элементов и недорогих ферритов.

Уровень техники

В целом электродвигатели с постоянными магнитами в зависимости от конфигураций магнитных цепей подразделяются на электродвигатели с установленными на поверхности постоянными магнитами и электродвигатели с установленными внутри постоянными магнитами.

На фиг.1 показан схематический вид в плане электродвигателя, который является одним из типов известных электродвигателей с установленными на поверхности постоянными магнитами.

Известный электродвигатель с установленными на поверхности постоянными магнитами, в котором ротор 20 статора 10 в основном содержит статор 10 и установленный с возможностью вращения внутри него ротор 20, размещенный так, что внешняя поверхность ротора 20 находится в радиальном направлении на определенном расстоянии от статора 10 с образованием воздушного зазора.

Статор 10 имеет кольцевой сердечник 11, множество зубцов, образованных на внутренней окружности кольцевого сердечника 11 так, что зубцы 13 отделены друг от друга в окружном направлении, и на каждый из них плотно намотана обмотка 15, соединенная с внешним источником электропитания.

Ротор 20 включает кольцевой сердечник 21 ротора, служащий магнитопроводом, и магниты 25, установленные в радиальном направлении с чередующимися N и S полюсами на внешней поверхности сердечника 21 и контактирующие друг с другом с образованием кольцевого комплекта магнитов так, что комплект магнитов вращается в результате электромагнитного взаимодействия магнитов 25 при протекании тока по обмотке 15.

Статор 10 имеет двадцать четыре паза, каждый из которых включает обмотку 15, намотанную на соответствующий зубец 13, а ротор 20 имеет шестнадцать полюсов в виде магнитов 25 одинаковой толщины, выполненных из феррита или металлокерамики и присоединенных к поверхности сердечника 21 ротора.

Для повышения вращающего момента электродвигателя с установленными на поверхности постоянными магнитами можно оптимизировать длину собранного ротора 20 или использовать магниты 25, выполненные из дорогостоящих редкоземельных элементов.

Если применить способ увеличения длины собранного ротора электродвигателя с установленными на поверхности постоянными магнитами при использовании магнитов из феррита, то электродвигатель окажется достаточно объемным и будет трудно использовать его в изделиях ограниченного размера, например в стиральных машинах барабанного типа. Поскольку плотность остаточных магнитных потоков ферритовых магнитов низка, то и увеличение крутящего момента электродвигателя будет относительно низким по сравнению с увеличением объема электродвигателя.

Если все магниты 25 электродвигателя выполнить из редкоземельного элемента, то крутящий момент электродвигателя существенно возрастет, но зато и стоимость электродвигателя тоже существенно увеличится.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение было сделано с учетом вышеуказанных проблем и его задачей является создание электродвигателя с постоянными магнитами, содержащего магниты, выполненные из дорогостоящего редкоземельного элемента с высокой энергией, и магниты из недорогих ферритов с низкой энергией, обеспечивающие повышение крутящего момента электродвигателя и, соответственно, его производительности.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения вышеуказанные и другие задачи могут быть решены посредством создания электродвигателя с постоянными магнитами, содержащего статор с намотанной на него обмоткой, и ротор с магнитами, установленными в положениях, соответствующих статору, и выполненными из различных материалов, имеющих разные плотности остаточных магнитных потоков или разные величины энергии.

Предпочтительно речь идет об электродвигателе вращения с ротором, установленным внутри статора.

Предпочтительно, чтобы выполненные из разных материалов магниты были расположены в области формирования одного магнитного полюса.

Далее предпочтительно, чтобы один сильный магнит с высокой плотностью остаточного магнитного потока и высокой энергией был расположен в центре магнитного полюса, а два слабых магнита с низкой плотностью остаточного магнитного потока и малой энергией располагались бы, соответственно, с двух сторон от сильного магнита.

Еще более предпочтительно, чтобы толщина сильного магнита была равна или меньше толщины слабых магнитов.

Сильный магнит предпочтительно может быть выполнен из редкоземельного элемента, а слабые магниты - из феррита или металлокерамики.

Далее предпочтительно, чтобы слабые магниты были получены посредством формирования N или S полюса на одной магнитной детали.

И предпочтительно также, чтобы часть ротора, образующая магнитопровод, была получена посредством спиральной намотки.

В соответствии с другим аспектом изобретения электродвигатель с постоянными магнитами содержит статор с намотанной на него обмоткой и ротор, расположенный в статоре и имеющий множество магнитных пар, установленных в положениях, соответствующих статору, при этом каждая магнитная пара включает сильный магнит с высокой плотностью остаточного магнитного потока и высокой энергией и слабые магниты с низкой плотностью остаточного магнитного потока и низкой энергией.

Электродвигатель с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением содержит магниты небольшой толщины, выполненные из дорогостоящих редкоземельных элементов с высокой энергией, и магниты из недорогих ферритов с низкой энергией, благодаря чему ограничено увеличение материальных затрат на магниты, улучшен крутящий момент и увеличена производительность электродвигателя.

Краткое описание чертежей

Указанные выше задачи, признаки и преимущества изобретения будут более понятны из последующего подробного описания и прилагаемых чертежей.

На фиг.1 показан вид в плане обычного электродвигателя с постоянным магнитом;

На фиг.2 - вид в плане электродвигателя с постоянным магнитом в соответствии с настоящим изобретением;

На фиг.3А и 3В изображены схемы распределения магнитных потоков обычного электродвигателя с постоянными магнитами и электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением;

На фиг.4 изображены сравнительные графики, иллюстрирующие меньшую плотность магнитного потока для обычного электродвигателя с постоянными магнитами по сравнению с электродвигателем с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением;

На фиг.5 изображены сравнительные графики противоэлектродвижущей силы обычного электродвигателя с постоянным магнитом и электродвигателя с постоянным магнитом в соответствии с настоящим изобретением;

Осуществление изобретения

Далее вариант выполнения электродвигателя с постоянным магнитом в соответствии с настоящим изобретением будет более подробно описан со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Хотя электродвигатель с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением может иметь множество вариантов выполнения, здесь приводится наиболее предпочтительный из них. По сути, конструкция электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением идентична известным обычным электродвигателям с постоянными магнитами, поэтому ее подробное описание будет опущено.

Как показано на фиг.2, электродвигатель с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением представляет собой электродвигатель вращения с постоянными магнитами, установленными на поверхности, и содержит статор 50, на который намотана обмотка 55, и ротор 60, имеющий множество магнитных пар 65, установленных в положениях, соответствующих статору 50, и выполненных из материалов с разной плотностью остаточного магнитного потока или с разной величиной энергии.

Здесь показан электродвигатель, являющийся электродвигателем вращения, в котором ротор 60 расположен в статоре 50. Статор 50 имеет кольцевой сердечник 51, обмотку 55, соединенную с источником электропитания и плотно намотанную на зубцы, образованные на расстоянии друг от друга на внутренней поверхности кольцевого сердечника 51.

Ротор 60 включает кольцевой сердечник 61 ротора, служащий магнитопроводом, и магнитные пары 65, выполненные из разных материалов, N и S полюса которых расположены попеременно в радиальном направлении на внешней окружности сердечника 61 ротора и соединены между собой с образованием кольцевого комплекта магнитов, вращаемого в результате взаимодействия магнитных пар 65 при протекании тока по обмотке 55.

Описываемый здесь статор 50 имеет ту же конструкцию и число пазов, что и статор обычного электродвигателя с постоянными магнитами, а ротор 60 имеет шестнадцать полюсов с образованием комбинации двадцать четыре (24) паза/шестнадцать (16) полюсов.

Магниты каждой магнитной пары 65, выполненные из разных материалов, расположены так, что образуют единый магнитный полюс. В центре магнитного полюса находится один сильный магнит 66 с высокой плотностью остаточного магнитного потока, а по обеим сторонам от него находятся два слабых магнита 67 с низкой плотностью остаточного магнитного потока.

Сильный магнит 66 обладает большой коэрцитивной силой размагничивания. Соответственно, предпочтительно, чтобы сильный магнит 66 имел толщину, равную или меньшую, чем толщина слабых магнитов 67. Слабые магниты 67 получают посредством образования N или S полюса на одной магнитной детали.

Сильный магнит 66 выполняют из редкоземельных элементов, а слабый магнит 67 является ферритовым или металлокерамическим магнитом. Магниты, выполненные из редкоземельных элементов, имеют в десять раз большую коэрцитивную силу, чем у обычных магнитов.

Составляющий магнитопровод сердечник 61 ротора 60 предпочтительно выполнен с помощью спиральной намотки.

Далее будет подробно описана работа вышеуказанного электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением.

Как показано на фиг.2, сильный магнит 66, выполненный из редкоземельного элемента, и слабые ферритовые магниты 67 скомпонованы с образованием области, содержащей один N или S полюс. Соответственно, размещение сильного магнита 66, выполненного из редкоземельного элемента и имеющего небольшую толщину, между слабыми ферритовыми магнитами 67 способствует увеличению крутящего момента электродвигателя и ограничивает повышение материальных затрат на изготовление электродвигателя.

Фиг.4 иллюстрирует сравнительные графики плотностей магнитных потоков обычного электродвигателя с постоянными магнитами и электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением. Как показано на фиг.4, электродвигатель с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением имеет большую плотность магнитного потока по сравнению с обычным электродвигателем.

Фиг.5 иллюстрирует сравнительные графики противоэлектродвижущей силы обычного электродвигателя с постоянными магнитами и электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением. Как показано на фиг.5, поскольку средняя противоэлектродвижущая сила обычного электродвигателя с постоянными магнитами равна 28 В, а средняя противоэлектродвижущая сила электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением равна 41 В, то электродвигатель с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением имеет повышенную противоэлектродвижущую силу и больший крутящий момент, чем обычный электродвигатель с постоянными магнитами той же конструкции и объема.

Как следует из вышеприведенного описания настоящее изобретение представляет собой электродвигатель с постоянными магнитами, который содержит магниты небольшой толщины, выполненные из дорогостоящих редкоземельных элементов, и магниты, выполненные из недорогих слабых ферритов, благодаря чему затраты на магниты не увеличиваются, крутящий момент повышается и растет мощность электродвигателя.

Предпочтительные варианты настоящего изобретения были описаны в иллюстративных целях, и любой специалист поймет, что возможны любые модификации, дополнения и замены, если они не выходят за рамки духа и объема изобретения, как оно изложено в формуле изобретения.

Изобретение относится к электротехнике, к электродвигателям с постоянными магнитами. Электродвигатель с постоянными магнитами включает статор с намотанной на него обмоткой и ротор с магнитами. Магниты ротора выполнены из разных материалов, имеющих разные величины энергии. Толщина сильного магнита меньше толщины слабых магнитов. Технический результат состоит в ограничении роста материальных затрат на изготовление магнитов, улучшении крутящего момента и повышении мощности электродвигателя. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Электродвигатель с постоянными магнитами, характеризующийся тем, что он содержит статор с намотанной на него обмоткой и ротор с магнитами, выполненными из разных материалов, имеющих разные величины энергии, причем толщина сильного магнита меньше толщины слабых магнитов.2. Электродвигатель по п.1, характеризующийся тем, что электродвигатель является электродвигателем вращения с ротором, установленным внутри статора.3. Электродвигатель по п.1, характеризующийся тем, что сильный магнит расположен в центре магнитного полюса, а два слабых магнита расположены соответственно с двух сторон от сильного магнита.4. Электродвигатель по п.1, характеризующийся тем, что сильный магнит выполнен из редкоземельного элемента.5. Электродвигатель по п.1, характеризующийся тем, что слабые магниты выполнены из феррита или металлокерамики.6. Электродвигатель по п.3, характеризующийся тем, что слабые магниты получены посредством формирования N- или S-полюса на одной магнитной детали.7. Электродвигатель по п.1, характеризующийся тем, что часть ротора, являющаяся магнитопроводом, получена посредством спиральной намотки.8. Электродвигатель по п.1, характеризующийся тем, что выполненные из разных материалов магниты расположены в области формирования одного магнитного полюса.