ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С ИНТЕНСИВНЫМ МАГНИТНЫМ ПОТОКОМ Российский патент 2008 года по МПК H02K21/16 H02K1/27 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к электродвигателям стиральных машин, а более конкретно к электродвигателю с интенсивным магнитным потоком с внутренним вращением.

Уровень техники

В общем электродвигатели с постоянным магнитом в зависимости от конфигурации магнитных цепей подразделяются на электродвигатели с постоянным магнитом с поверхностным монтажом и внутренние электродвигатели с постоянным магнитом.

Для прямого привода стиральных машин используются электродвигатели с постоянным магнитом, внешним ротором и поверхностным монтажом.

Фиг.1 и 2 иллюстрируют электродвигатель для привода стиральной машины. На фиг.1 и 2 показаны, соответственно, разнесенная изометрическая проекция и вид в плане электродвигателя с внешним вращением, являющимся одним из типов обычных электродвигателей с постоянным магнитом с поверхностным монтажом.

Вышеупомянутый электродвигатель с постоянным магнитом с поверхностным монтажом, в котором ротор 20 установлен снаружи статора 10, в основном содержит статор 10 и ротор 20, установленный с возможностью вращения относительно статора 10 так, что внутренняя поверхность ротора 20 отделена в радиальном направлении от внешней поверхности статора 10 определенным воздушным зазором.

Статор 10 включает кольцевой сердечник 12, множество зубцов 15, образованных на внешней окружности кольцевого сердечника 12 так, что они отделены вдоль окружности сердечника 12 друг от друга определенными пазами 14, и обмотку 17, плотно намотанную на соответствующие зубцы 15 и соединенную с внешним источником электропитания.

Ротор 20 включает кольцевую роторную раму 22, образующую стенку ярма, служащего каналом для магнитного потока, и магнит 25, состоящий из множества элементов с полюсами N и S, расположенными в радиальном направлении в чередующемся порядке на внутренней окружности роторной рамы 22. Ротор 20 вращается, благодаря электромагнитному взаимодействию упомянутых элементов при протекании электрического тока по обмотке 17.

В упомянутом электродвигателе с постоянным магнитом с поверхностным монтажом статор прикреплен к внешнему баку стиральной машины посредством крепежных отверстий 13, образованных в сердечнике 12, а центральный участок роторной рамы 22 ротора 20 соединен посредством валов с внутренним баком или пульсатором стиральной машины.

Электродвигатель с постоянным магнитом с поверхностным монтажом не имеет разности магнитных сопротивлений из-за относительного положения магнитных полюсов, образованных магнитным потоком статора 10 и магнитным потоком ротора 20, благодаря чему ротор 20 имеет структуру с неявно выраженным полюсом. На фиг.3 показано распределение магнитного потока в зависимости от относительного положения ротора 20 электродвигателя с постоянным магнитом с поверхностным монтажом.

Для увеличения противоэлектродвижущей силы обычного электродвигателя с постоянным магнитом с поверхностным монтажом ротор 20 имеет большую длину, чем длина собранного из слоев статора 10. Эта разница в длине называется «вылетом». Вылет необходим для увеличения до определенной величины магнитного потока магнита 25, взаимодействующего с обмоткой 17 статора 10, благодаря чему увеличивается противоэлектродвижущая сила.

Противоэлектродвижущая сила вышеуказанного электродвигателя с постоянным магнитом с поверхностным монтажом увеличивается пропорционально увеличению вылета ротора 20, однако при достижении вылетом определенной величины противоэлектродвижущая сила перестает увеличиваться и остается постоянной. Это вызвано конструкцией электродвигателя с постоянным магнитом с поверхностным монтажом, а именно: с дальнейшим увеличением длины вылета увеличивается и величина магнитного потока, но он уже не весь взаимодействует с обмоткой, а рассеивается через другие участки.

На фиг.4 показан график изменения плотности магнитного потока в зубцах статора в зависимости от изменения длины вылета ротора в обычном электродвигателе с постоянным магнитом с поверхностным монтажом. Плотность магнитного потока в зубцах увеличивается пропорционально увеличению длины вылета ротора, затем перестает увеличиваться и наступает насыщение, когда длина вылета приблизительно превышает 6 мм. Это вызвано тем, что с увеличением длины вылета увеличивается часть магнитного потока, рассеиваемого через другие участки помимо эффективного магнитного потока, проходящего через зубцы.

Соответственно, вышеописанный обычный электродвигатель с постоянным магнитом с поверхностным монтажом имеет вылет для увеличения до определенной величины магнитного потока, связанного с обмоткой статора 10, с тем, чтобы повысить противоэлектродвижущую силу. Однако поскольку эффект вылета пропадает при достижении определенной его длины или более, то получается, что повышение противоэлектродвижущей силы у обычного электродвигателя с постоянным магнитом с поверхностным монтажом ограничено, что и является его недостатком.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение было сделано с учетом вышеуказанных проблем и его задачей является создание электродвигателя с интенсивным магнитным потоком, в котором множество магнитов размещены по окружности так, что одинаковые полюса магнитов обращены друг к другу, благодаря чему сокращается рассеивание магнитного потока магнитов и улучшается крутящий момент в сравнении с обычным электродвигателем того же объема с постоянным магнитом с поверхностным монтажом.

В соответствии с одним аспектом изобретения вышеуказанные и другие задачи могут быть решены посредством создания электродвигателя с интенсивным магнитным потоком, содержащего: кольцевой статор, в котором обмотка намотана на множество радиально размещенных зубцов, и расположенный в центре статора ротор, имеющий множество размещенных по окружности магнитов так, что их полюса одинаковой полярности обращены друг к другу, и вращаемый за счет взаимодействия со статором.

Предпочтительно, чтобы статор включал кольцевой сердечник, множество радиально размещенных на внутренней окружности сердечника зубцов и обмотку, намотанную на соответствующие зубцы и соединенную с внешним источником электропитания.

Более предпочтительно, чтобы вырезы для крепежа статора были образованы на внешней окружности сердечника статора.

Предпочтительно также, чтобы ротор включал кольцевой роторный сердечник,

множество радиально размещенных выступающих из сердечника в направлении статора зубцов и множество расположенных между зубцами магнитов.

Далее предпочтительно, чтобы в сердечнике или соединительных участках между сердечником и зубцами был образован барьер потока для предотвращения рассеивания магнитного потока магнитов.

Еще более предпочтительно, чтобы барьер потока включал, по крайней мере, одно отверстие малого диаметра, образованное в соединительном участке между сердечником и каждым зубом, барьерное отверстие, образованное в примыкающему к сердечнику концу каждого из зубцов, и мостиковые отверстия, образованные в участках, соединяющих соседние зубцы.

Предпочтительно сердечник ротора выполнять посредством спирального сворачивания.

Далее предпочтительно образовать в сердечнике ротора направляющие отверстия для сложения в стопку множества листов при помощи стальных стержней.

Итак, электродвигатель с концентрированным магнитным потоком в соответствии с настоящим изобретением содержит ротор с концентрированным магнитным потоком, имеющий множество магнитов, размещенных по окружности так, что их одинаковые полюса обращены друг к другу для предотвращения рассеивания магнитного потока, имеет увеличенный крутящий момент в сравнении с обычным электродвигателем того же объема с постоянным магнитом с поверхностным монтажом, обеспечивает сокращение производственных расходов и способствует миниатюризации продукции.

Далее поскольку барьер потока образован в роторном сердечнике электродвигателя для максимального предотвращения рассеивания магнитного потока, то, благодаря увеличению крутящего момента, улучшаются общие параметры электродвигателя с интенсивным магнитным потоком в соответствии с настоящим изобретением.

Краткое описание чертежей

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

На фиг.1 представлена разнесенная изометрическая проекция обычного электродвигателя с постоянным магнитом с поверхностным монтажом;

на фиг.2 показан вид в плане обычного электродвигателя с постоянным магнитом с поверхностным монтажом;

на фиг.3 изображено распределение магнитного потока в зависимости от относительного положения ротора обычного электродвигателя с постоянным магнитом с поверхностным монтажом;

на фиг.4 представлен график изменения плотности магнитного потока в зависимости от изменения длины вылета в обычном электродвигателе с интенсивным магнитом с поверхностным монтажом;

на фиг.5 изображен вид в плане электродвигателя с интенсивным магнитным потоком в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.6А, 6В и 6С - увеличенное изображение нескольких вариантов выполнения барьеров для магнитного потока электродвигателя с интенсивным магнитным потоком в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.7(а) и 7(b) - схема направления намагничивания электродвигателя с интенсивным магнитным потоком в соответствии с настоящим изобретением и обычного электродвигателя с постоянным магнитом с поверхностным монтажом;

на фиг.8 - график изменения характеристик в зависимости от толщины мостиков ротора электродвигателя с концентрированным магнитным потоком в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.9 - график изменения крутящего момента в зависимости от изменения частоты оборотов электродвигателя с интенсивным магнитным потоком в соответствии с настоящим изобретением и обычного электродвигателя с постоянным магнитом с поверхностным монтажом.

Осуществление изобретения

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

На фиг.5 представлен вид в плане электродвигателя с интенсивным магнитным потоком в соответствии с настоящим изобретением.

Электродвигатель с концентрированным магнитным потоком в соответствии с настоящим изобретением содержит кольцевой статор 50, имеющий множество радиально направленных зубцов 53, и ротор 60, расположенный в центре статора 50 с множеством магнитов, размещенных по окружности так, что их полюса одинаковой полярности обращены друг к другу, и вращаемый в результате взаимодействия с обмоткой 55 статора 50.

Статор 50 включает внешний кольцевой сердечник 51, множество зубцов 53, размещенных радиально по направлению от сердечника 51 к ротору 60, и обмотки 55, намотанные на соответствующие зубцы 53 и соединенные с внешним источником электропитания.

Во внешней окружности сердечника 51 для крепления статора образованы вырезы 51а.

Ротор 60 включает кольцевой роторный сердечник 61, множество зубцов 63, выступающих радиально из сердечника 61 в направлении статора 50, и множество магнитов 65, размещенных между зубцами 63.

Сердечник 61 жестко присоединен к роторной раме 66, в которой зафиксирован располагающийся в центре ротора 60 роторный вал.

Чтобы предотвратить рассеивание магнитного потока в направлении центра ротора 60, а не в направлении статора 50, для исключения уменьшения крутящего момента из-за рассеивания магнитного потока в сердечнике 61 или в соединительных участках между сердечником 61 и зубцами 63 образован барьер для потока.

На фиг.6А, 6В и 6С приведено увеличенное изображение нескольких вариантов выполнения барьеров для магнитного потока электродвигателя с интенсивным магнитным потоком в соответствии с настоящим изобретением. Один вариант выполнения такого барьера потока в соответствии с фиг.6А включает отверстия 61а малого диаметра круглого сечения, образованные в соединительных участках между сердечником 61 и зубцами 63, барьерные отверстия 63а прямоугольного сечения, образованные в концах зубцов 63, примыкающих к сердечнику 61, и мостики 61b, образованные по обеим сторонам от барьерных отверстий 63а для соединения сердечника 61 и зубцов 63.

Другой вариант выполнения барьера потока по фиг.6В включает отверстия 61а малого диаметра круглого сечения, образованные в соединительных участках между сердечником 61 и зубцами 63.

И еще один вариант выполнения барьера потока по фиг.6С включает отверстия 61а малого диаметра круглого сечения, образованные в соединительных участках между сердечником 61 и зубцами 63, и небольшие мостиковые отверстия 61 с прямоугольного сечения, образованные в мостиках 61b, соединяющих соседние зубцы 63.

На фиг.6А, 6В и 6С направляющие штифты вводятся в отверстия 61а малого диаметра при создании посредством спирального сворачивания сердечника 61, а отверстия 63b служат для точного вертикального размещения с использованием стальных стержней зубцов 63 при изготовлении ротора посредством сложения листов в стопку.

Далее будет подробно описана работа электродвигателя с интенсивным магнитным потоком в соответствии с настоящим изобретением.

В обычных электродвигателях с постоянным магнитом с поверхностным монтажом (фиг.7а) магниты 25 размещены в радиальном направлении (А). В электродвигателе же с интенсивным магнитным потоком, показанным на фиг.7в, магниты 65 размещены вдоль окружности (В) так, что их одинаковые полярности обращены друг к другу.

На фиг.8 показан график изменения характеристик крутящего момента и пульсаций в зависимости от толщины сердечниковых мостиков 61b, соединяющих нижние участки магнитов 65. Как показано на фиг.8, с увеличением толщины мостика 61b от 0,5 мм до 3 мм крутящий момент понижается примерно на 50%. Следовательно, для того чтобы свести к минимуму рассеивание магнитного потока магнитов 65 (фиг.6А, 6В и 6С), в электродвигателе образуют отверстия 61а малого диаметра, мостиковые отверстия 61 с и/или барьерные отверстия 63а, благодаря чему получают оптимальную конструкцию барьера потока.

На фиг.9 показан график изменения крутящего момента в зависимости от изменения частоты оборотов электродвигателя с интенсивным магнитным потоком в соответствии с настоящим изобретением и обычного электродвигателя с постоянным магнитом с поверхностным монтажом. Из фиг.9 видно, что электродвигатель с интенсивным магнитным потоком в соответствии с настоящим изобретением имеет больший крутящий момент, чем обычный электродвигатель с постоянным магнитом с поверхностным монтажом такой же комплектации и объема. На графике видно, что крутящий момент обычного электродвигателя с постоянным магнитом с поверхностным монтажом в начале вращения составлял 314 кг·см, а крутящий момент электродвигателя с интенсивным магнитным потоком в соответствии с настоящим изобретением составлял 346 кг·см, следовательно, крутящий момент электродвигателя с интенсивным магнитным потоком повышен.

Соответственно, при работе с нагрузкой с таким же крутящим моментом при использовании электродвигателя в соответствии с настоящим изобретением толщина электродвигателя и наматываемая обмотка будут меньше и, следовательно, снизятся общие производственные затраты на его изготовление. Далее, поскольку можно уменьшить электродвигатель из-за уменьшения его толщины при сохранении того же крутящего момента, появляются новые возможности применения электродвигателя с интенсивным магнитным потоком в соответствии с настоящим изобретением в дизайне стиральных машин, а также повышения производительности стиральных машин барабанного типа.

Как следует из вышесказанного, настоящее изобретение представляет собой электродвигатель с интенсивным магнитным потоком, содержащий ротор с интенсивным магнитным потоком, имеющий множество магнитов, размещенных по окружности так, что их одинаковые полюса обращены друг к другу для предотвращения рассеивания магнитного потока, благодаря чему повышается крутящий момент в сравнении с обычным электродвигателем с постоянным магнитом с поверхностным монтажом того же размера, сокращаются производственные расходы и появляется возможность миниатюризации продукции.

Далее поскольку барьер потока образован в роторном сердечнике электродвигателя для максимального предотвращения рассеивания магнитного потока, то благодаря повышению крутящего момента, улучшаются общие параметры электродвигателя с концентрированным магнитным потоком в соответствии с настоящим изобретением.

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 объема изобретения, изложенного в формуле изобретения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электродвигателях для стиральных машин. Технический результат состоит в повышении крутящего момента и уменьшении габаритов за счет предотвращения рассеяния магнитного потока и сокращении производственных. Электродвигатель с интенсивным магнитным потоком содержит кольцевой статор, в котором обмотка намотана на множество радиально размещенных зубцов. Ротор расположен в центре статора и содержит кольцевой роторный сердечник, множество выступающих из кольцевого роторного сердечника в направлении статора зубцов и множество расположенных между зубцами магнитов. В соединительном участке между кольцевым роторным сердечником и зубцом выполнено отверстие малого диаметра, предназначенное для введения в него направляющего штифта, а в мостике, соединяющем соседние зубцы, или в концевом участке зубца, примыкающем кольцевому роторному сердечнику, образован барьер для магнитного потока магнитов для предотвращения его рассеивания. 6 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Электродвигатель с интенсивным магнитным потоком, характеризующийся тем, что он содержит кольцевой статор, в котором обмотка намотана на множество радиально размещенных зубцов и расположенный в центре статора ротор, причем ротор содержит кольцевой роторный сердечник, множество выступающих из кольцевого роторного сердечника в направлении статора зубцов и множество расположенных между зубцами магнитов, при этом в соединительном участке между кольцевым роторным сердечником и зубцом выполнено отверстие малого диаметра, предназначенное для введения в него направляющего штифта, а в мостике, соединяющем соседние зубцы, или в концевом участке зубца, примыкающем кольцевому роторному сердечнику, образован барьер для магнитного потока магнитов для предотвращения его рассеивания.2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что статор содержит кольцевой сердечник, множество радиально размещенных выступающих за пределы внутренней окружности кольцевого сердечника зубцов и обмотки, намотанные на соответствующие зубцы и соединенные с внешним источником электропитания.3. Электродвигатель по п.2, характеризующийся тем, что на внешней окружности статора образованы вырезы для крепления кольцевого сердечника статора.4. Электродвигатель по п.1, характеризующийся тем, что барьер магнитного потока магнитов включает барьерное отверстие прямоугольной формы, выполненное в указанном концевом участке зубца, примыкающем к кольцевому роторному сердечнику.5. Электродвигатель по п.1, характеризующийся тем, что барьер магнитного потока магнитов включает мостиковое отверстие прямоугольной формы, выполненное в указанном мостике.6. Электродвигатель по п.1, характеризующийся тем, что в кольцевом роторном сердечнике образованы направляющие отверстия для сложения в стопку множества листов посредством стальных стержней.7. Электродвигатель по п.1, характеризующийся тем, что кольцевой роторный сердечник жестко присоединен к роторной раме, а роторный вал зафиксирован в центре ротора.