ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ Российский патент 2009 года по МПК H02K21/14 H02K1/27 B62D5/04 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в качестве двигателя в усилителях руля автомобиля и электрогенераторов малой и средней мощности.

Известна магнитная система ротора, состоящая из пакета пластин магнитопроводящей стали с отверстиями и постоянных магнитов призматической формы с тангенциальной намагниченностью N-S, установленных в отверстиях пластин под наклоном к радиальной оси таким образом, что расстояние между разноименными полюсами двух соседних магнитов по наружной дуге меньше, чем по внутренней, причем отверстия выполнены V-образными, а установленные в них магниты, образующие полюсное деление, соприкасаются одноименными полюсами RU 2316103, МПК 7 Н02К 1/27, Н02К 21/14, 2005.07.14.

Данная конструкция обеспечивает высокое значение магнитного потока в воздушном зазоре между ротором и статором за счет концентрации магнитного поля полюсов и в высокой степени зависит от изменения величины воздушного зазора, что вызывает необходимость получения малых воздушных зазоров, усложняет и удорожает технологию изготовления двигателя.

Известны двигатели с постоянными магнитами, имеющие внешний статор и внутренний ротор, на котором находятся постоянные магниты, описанные в патентах RU 2161852, МПК 7 Н02К 21/14, Н02К 5/132, Н02К 15/04, Н02К 3/04, 1998.03.03; RU 2321143, МПК 7 Н02К 21/16, Н02К 1/27, 2005.09.16; RU 2247463, МПК 7 Н02К 21/14, Н02К 1/27, 2002.12.26.

Недостатком этих двигателей является то, что в них используется конструкция двигателя с внутренним ротором, в которой затруднена укладка обмотки статора и усложняется автоматизация этого процесса.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является двигатель с постоянными магнитами, состоящий из цилиндрического ферромагнитного внешнего ротора с постоянными магнитами, расположенными на внутренней поверхности ротора параллельно оси ротора, и статора в форме катушки с зубцами, причем наружные поверхности зубцов статора располагаются напротив полюсов постоянных магнитов ротора и разделены друг от друга воздушным зазором US 2007176505, МПК 7 Н02К 37/14, Н02К 16/02, Н02К 21/12, Н02К 37/12, Н02К 16/00, 2004.02.27.

Данная конструкция обладает положительными качествами магнитных систем с внешним ротором, однако не решает проблем, связанных с зубцовыми пульсациями электромагнитного момента, возникающими в результате неравномерности распределения магнитного потока постоянных магнитов вследствие наличия изменяющегося воздушного зазора, обусловленного зубчатостью статора.

Наличие пазов и зубцов статора вызывает увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора и неравномерность индукции на поверхности полюсных наконечников. В местах, расположенных напротив зубцов, индукция больше, чем в местах напротив пазов.

Конструкция двигателя с внешним ротором дает возможность увеличить диаметр ротора и, следовательно, повысить момент и мощность при тех же габаритах.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в достижении высоких энергетических показателей магнитоэлектрической машины с одновременным упрощением технологии изготовления двигателя.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение зубцовых пульсаций электромагнитного момента и, как следствие, повышение удобства управления двигателем.

Для достижения технического результата в электродвигателе с постоянными магнитами, состоящем из цилиндрического ферромагнитного внешнего ротора, включающего вал, расположенный на нем немагнитный диск и магнитопроводящий цилиндр, на внутренней поверхности которого параллельно оси ротора расположены постоянные магниты, и цилиндрического внутреннего статора, расположенного соосно с ротором, согласно изобретению в магнитной системе ротора магниты по длине каждого полюса поделены на две части и сдвинуты относительно друг друга по окружности ротора на угол Δα/2,

где Δα=360°/n,

где n - число пульсаций магнитного потока на один оборот ротора.

При этом магнитопроводящий цилиндр может быть жестко закреплен с одной стороны с диском и валом ротора, а свободным консольным концом опираться на опорную поверхность прилегающего фланца, на которой предусмотрена канавка, заполняемая консистентной смазкой и в которой расположены элементы подшипника качения - тела качения.

Предлагаемый электродвигатель с постоянными магнитами изображен на фиг.1, 2, 3 и 4:

фиг.1 - продольное сечение электродвигателя;

фиг.2 - схема расположения постоянных магнитов в магнитной системе ротора;

фиг.3 - кривая момента, развиваемого двигателем с учетом пульсаций магнитного момента ±ΔМ, накладываемых на среднее значение электромагнитного момента Md_o для двигателя с внешним ротором обычной конструкции;

фиг.4 - кривая момента в функции угла α - угла поворота ротора при наличии разделения полюсов вдоль оси ротора на две равные части и при сдвиге этих частей по окружности на угол Δα/2.

Электродвигатель с постоянными магнитами состоит из внешнего ротора, включающего в себя немагнитный диск 1 и магнитопроводящий цилиндр 2, и внутреннего статора 3. Ротор выполнен с постоянными магнитами 4, расположенными на внутренней поверхности цилиндра 2 ротора и разделенными пластинами 5 из немагнитного материала. Магнитопроводящий цилиндр 2 опирается на поверхность закрывающего фланца 6, жестко закрепленного на статоре 3. На фланце 6 под свободным концом цилиндра 2 предусмотрена канавка 7, заполняемая консистентной смазкой. В канавке фланца расположены одновременно с консистентной смазкой элементы подшипника качения - тела качения. Внутренний статор выполнен из шихтованного пакета, в пазах которого уложена обмотка 8 и втулка 9.

Осуществление предлагаемого решения.

Полюсы ротора формируются постоянными магнитами 4 с радиальной намагниченностью N-S, расположенными на внутренней поверхности цилиндра 2 ротора, сдвинутыми в пределах каждого полюса на угол Δα/2 и разделенными пластинами 5 из немагнитного материала, что обеспечивает равномерное распределение полюсов ротора по окружности. Пластины из немагнитного материала служат для регулирования установки магнитов на внутренней поверхности цилиндра ротора. Магниты жестко крепятся к внутренней поверхности ротора, например с помощью клея, причем располагаются они параллельно оси двигателя соосно с валом двигателя. Зубчатое строение воздушного зазора обуславливает пульсацию магнитной индукции. В результате наличия пазов и зубцов получается неравномерное вращение ротора, то есть нежелательные пульсации электромагнитного момента. Разделение магнитов на две части приводит к уменьшению пульсаций от каждой половины ротора в 2 раза, а сдвиг этих частей на угол Δα/2 приводит к уменьшению результирующих пульсаций до нуля, так как пульсации момента о части ротора взаимно уничтожают друг друга, находясь в противофазе. Число пульсаций магнитного потока на один оборот ротора зависит от соотношения числа полюсов ротора, числа зубцов статора, ширины зубцов статора. Хвостов B.C. Электрические машины постоянного тока. 1988, 336 с., Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов ВТУЗов. 1978, 832 с.

Ротор свободным консольным концом через специальный вспомогательный подшипник опирается на опорную поверхность прилегающего фланца.

Для обеспечения равного воздушного зазора между магнитами ротора и зубцами внутреннего статора 3, в пазах которого уложена обмотка 8 и втулка 9, в конструкции двигателя предусмотрена опора свободного консольного конца цилиндра 2 на поверхность закрывающего фланца 6. Для этого на фланце под свободным консольным концом цилиндра предусмотрена канавка 7, заполняемая консистентной смазкой, например Литолом-24, обеспечивающей необходимую смазку трущихся поверхностей. В канавке фланца одновременно с консистентной смазкой расположены элементы подшипника качения - тела качения.

При одинаковых габаритах диаметр по рабочему зазору в такой конструкции электродвигателя больше, и, следовательно, за счет расположения ротора вне статора обеспечиваются высокие энергетические показатели магнитоэлектрического двигателя при сравнительно несложной технологии изготовления.

Таким образом, за счет сдвига постоянных магнитов ротора на угол Δα/2 и наличия тел качения с консистентной смазкой в канавке на фланце под свободным консольным концом цилиндра, жестко закрепленного с другой стороны, достигаются высокие энергетические показатели магнитоэлектрической машины с одновременным упрощением технологии изготовления магнитоэлектрического двигателя с постоянными магнитами.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в качестве двигателя в усилителях руля автомобиля и электрогенераторов малой и средней мощности. Технический результат - повышение удобства управления двигателем путем обеспечения снижения зубцовых пульсаций электромагнитного момента. Для достижения данного технического результата в предлагаемом электродвигателе с постоянными магнитами, состоящем из цилиндрического ферромагнитного внешнего ротора, включающего вал, расположенный на нем немагнитный диск и магнитопроводящий цилиндр, на внутренней поверхности которого параллельно оси ротора расположены постоянные магниты, и из цилиндрического внутреннего статора, расположенного соосно с ротором, согласно данному изобретению в магнитной системе ротора магниты по длине каждого полюса поделены на две части и сдвинуты относительно друг друга по окружности ротора на угол Δα/2, где Δα=360°/n, где n - число пульсаций магнитного потока на один оборот ротора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электродвигатель с постоянными магнитами, состоящий из цилиндрического ферромагнитного внешнего ротора, включающего вал, расположенный на нем немагнитный диск и магнитопроводящий цилиндр, на внутренней поверхности которого параллельно оси ротора расположены постоянные магниты, и цилиндрического внутреннего статора, расположенного соосно с ротором, отличающийся тем, что в магнитной системе ротора магниты по длине каждого полюса поделены на две части и сдвинуты относительно друг друга по окружности ротора на угол Δα/2, где Δα=360°/n, где n - число пульсаций магнитного потока на один оборот ротора.

2. Электродвигатель с постоянными магнитами по п.1, отличающийся тем, что магнитопроводящий цилиндр жестко закреплен с одной стороны с диском и валом ротора, а свободным консольным концом опирается на опорную поверхность прилегающего фланца, на которой предусмотрена канавка, заполняемая консистентной смазкой, и в которой расположены элементы подшипника качения - тела качения.