ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2009 года по МПК H02K21/12 H02K1/27 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к электродвигателю и, в частности, к электродвигателю, имеющему ротор, в котором множество элементов сердечника и магнитов расположены поочередно по окружности.

Уровень техники

На Фиг.1-3 показан электродвигатель с внутренним ротором из числа обычных электродвигателей.

Как показано на Фиг.1-3, обычный электродвигатель - это электродвигатель с внутренним ротором.

Обычный электродвигатель, представленный на Фиг.1-3, это электродвигатель с внутренним ротором, в котором ротор 20 установлен с возможностью вращения в статоре 10 с заданным зазором G и вращается в результате электромагнитного взаимодействия между ротором 20 и статором 10.

Статор 10 включает кольцевое ярмо 12, множество зубцов 14, радиально расположенных на внутренней стенке ярма 12, и катушки 16, намотанные на зубцы 14 и электрически соединенные с внешним источником электропитания.

Ярмо 12 и зубцы 14 выполнены сборкой в пакет множества тонких пластин из электротехнической стали.

Ротор 20 включает цилиндрический сердечник 22 и множество магнитов 24, радиально расположенных в сердечнике 22.

Сердечник 22 может быть выполнен с осевым отверстием 22', проходящим по оси сердечника 22 в осевом направлении. В осевом отверстии 22' сердечника 22 может быть установлен вращающийся вал (не показан) для совместного вращения с ротором 20.

Сердечник 22 также выполнен сборкой в пакет тонких пластин из электротехнической стали.

Однако, как показывают стрелки на Фиг.2, в вышеуказанном обычном электродвигателе часть магнитного потока магнитов 24 рассеивается через внутреннюю концевую зону между магнитами 24 и осевым отверстием 22' сердечника 22 в радиальном направлении сердечника 22. Таким образом, из-за указанных потерь магнитного потока эксплуатационные возможности обычного электродвигателя ограничены.

Раскрытие изобретения

Исходя из вышеизложенного, настоящее изобретение предложено для решения вышеуказанных и/или иных проблем и целью настоящего изобретения является создание электродвигателя, способного минимизировать рассеяние магнитного потока магнитов.

Согласно настоящему изобретению вышеуказанные и иные цели могут быть достигнуты путем изготовления статора для электродвигателя, включающего статор и ротор, расположенный в соответствии со статором и вращающийся вследствие взаимодействия ротора и статора, в котором множество элементов сердечника и магнитов расположены поочередно по окружности.

Предпочтительно электродвигатель также включает соединительное устройство элементов сердечника для соединения их в единое тело.

Предпочтительно соединительное устройство элементов сердечника включает пару торцевых шайб, расположенных на торцевых сторонах ротора, и множество стержней, вставленных в элементы сердечника и имеющих концы, соединенные с одной из торцевых шайб.

Торцевые шайбы изготовлены из немагнитного материала.

Торцевые шайбы имеют форму, при которой торцевые шайбы могут контактировать с магнитами, предотвращая, таким образом, отделение магнитов друг от друга в осевом направлении.

Вращающийся вал жестко соединен с центральными участками элементов сердечника и вращается вместе с ними, а пара торцевых шайб имеет отверстие, через которое можно пропустить вращающийся вал.

Элементы сердечника включают стопорные выступы, простирающиеся по направлению к магнитам в окружном направлении ротора, чтобы предотвратить разделение магнитов в радиальном направлении.

Стопорные выступы представляют собой пару стопорных выступов, контактирующих с соответствующими боковыми сторонами магнитов в радиальном направлении ротора.

Стопорные выступы расположены соответственно на боковых сторонах элементов сердечника в окружном направлении ротора, и между соседними стопорными выступами поддерживается постоянный зазор в окружном направлении ротора.

Осевая длина элементов сердечника по внешней окружности, обращенной к статору в радиальном направлении относительно ротора, больше осевой длины других их участков.

Осевая длина элементов сердечника по внешней окружности, обращенной к статору, по меньшей мере, равна осевой длине статора.

Осевая длина магнитов равна осевой длине элементов сердечника.

Магниты расположены по окружности таким образом, что соседние магниты одноименными полюсами обращены друг к другу.

Предпочтительно, ротор изготовлен из железа методом порошковой металлургии.

Электродвигатель является электродвигателем с внутренним ротором, в котором ротор установлен с возможностью вращения в статоре.

Задача настоящего изобретения может быть также достигнута путем создания статора для электродвигателя, включающего статор и ротор, расположенный соответственно статору и вращающийся вследствие взаимодействия между ротором и статором, в котором множество магнитов и элементов сердечника, изготовленных из железа методом порошковой металлургии, установлены поочередно по окружности и в котором магниты расположены по окружности таким образом, что соседние магниты своими одноименными полюсами обращены друг к другу.

Предпочтительно, осевые длины на внешней окружности элементов сердечника и магнитов, обращенной к статору в радиальном направлении ротора, превышают осевые длины их других участков, причем осевые длины элементов сердечника и магнитов по внешней окружности, обращенной к статору, по меньшей мере, равны осевой длине статора, а магниты установлены на окружности таким образом, что соседние магниты одноименными полюсами обращены друг к другу.

Кроме того, ротор включает пару немагнитных торцевых шайб, контактирующих с торцами ротора, множество стержней, вставленных в элементы сердечника и имеющих концы, соединенные с одной из торцевых шайб, а также стопорные выступы, простирающиеся по направлению к магнитам по окружности ротора, чтобы предотвратить разделение магнитов в радиальном направлении.

Задача настоящего изобретения также достигается путем обеспечения статора для электродвигателя, включающего статор, и ротор, расположенный соответственно статору и вращающийся вследствие взаимодействия ротора и статора, в котором множество магнитов и элементов сердечника, изготовленных из железа методом порошковой металлургии, расположены поочередно по окружности и в котором магниты расположены по окружности таким образом, что соседние магниты одноименными полюсами обращены друг к другу, а осевые длины элементов сердечника и магнитов по внешней окружности превышают осевую длину других их участков.

Предпочтительно, ротор, кроме того, включает пару немагнитных торцевых шайб, контактирующих с торцами ротора, и множество стержней, вставленных в элементы сердечника и имеющих концы, соединенные с одной из торцевых шайб, и стопорные выступы, простирающиеся по направлению к магнитам по окружности ротора, чтобы предотвратить разделение магнитов в радиальном направлении.

Как следует из вышеприведенного подробного описания, поскольку в электродвигателе, выполненном согласно настоящему изобретению, магнитный поток магнитов не может протекать между соседними, расположенными по окружности элементами сердечника, а соседние, расположенные по окружности магниты, обращены друг к другу одноименными полюсами, магнитный поток может быть сконцентрирован, увеличивая, таким образом, крутящий момент на единицу объема.

Более того, поскольку в электродвигателе согласно настоящему изобретению осевая длина сердечника по окружности, обращенной к статору в радиальном направлении от ротора, превышает осевую длину других его участков и, по меньшей мере, равна осевой длине статора, величина крутящего момента на единицу объема возрастает, а производственные затраты снижаются.

Краткое описание чертежей

Указанные выше цели и/или иные преимущества настоящего изобретения станут более очевидны и будут должным образом оценены при рассмотрении последующего описания примеров его осуществления в сочетании с сопроводительными чертежами, на которых:

на Фиг.1 показан общий вид, иллюстрирующий обычный электродвигатель;

на Фиг.2 показан разрез, выполненный по линии А-А, на Фиг.1;

на Фиг.3 показан разрез, выполненный по линии Б-Б, на Фиг.1;

на Фиг.4 показан общий вид, иллюстрирующий электродвигатель, согласно предпочтительному примеру осуществления настоящего изобретения;

на Фиг.5 показан подетальный общий вид, иллюстрирующий ротор электродвигателя, согласно предпочтительному примеру осуществления настоящего изобретения;

на Фиг.6 показан разрез, выполненный по линии В-В на Фиг.4;

на Фиг.7 показан разрез, выполненный по линии Г-Г на Фиг.4;

на Фиг.8 показан разрез, выполненный по линии Д-Д на Фиг.6; и

на Фиг.9 показан разрез, иллюстрирующий электродвигатель, согласно другому предпочтительному примеру осуществления настоящего изобретения.

Описание предпочтительных примеров осуществления настоящего изобретения

Ниже следует описание примеров электродвигателя согласно настоящему изобретению со ссылками на сопроводительные чертежи.

В описании приводятся несколько примеров осуществления настоящего изобретения. Поскольку основная конструкция статора остается идентичной обычному электродвигателю, то ее подробное описание будет опущено.

На Фиг.4 показан общий вид, иллюстрирующий электродвигатель, согласно предпочтительному примеру осуществления настоящего изобретения; на Фиг.5 показан подетальный общий вид, иллюстрирующий ротор электродвигателя, согласно предпочтительному примеру осуществления настоящего изобретения; на Фиг.6 показан разрез, выполненный по линии В-В на Фиг.4; на Фиг.7 показан разрез, выполненный по линии Г-Г на Фиг.4, и на Фиг.8 показан разрез, выполненный по линии Д-Д на Фиг.6.

Электродвигатель, показанный на Фиг.4-8, представляет собой электродвигатель с внутренним ротором, в котором ротор 60 установлен с возможностью вращения в статоре 50 и включает множество элементов сердечника 62 и магнитов 64, установленных поочередно по окружности таким образом, что ротор 60 вращается вследствие электромагнитного взаимодействия между ротором 60 и статором 50. Взятый в отдельности ротор 60 выполнен из набора множества элементов сердечника 62, причем указанный набор именуется сердечником 60'.

Если электродвигатель имеет фиксированный размер, то чем больше поверхность сердечника 60', обращенная к статору 50, то есть, чем больше эффективная площадь для магнитного потока, тем меньше будет магнитное сопротивление.

Таким образом, элементы сердечника 62 предпочтительно выполнены в радиальном направлении ротора 60 так, чтобы иметь такую же осевую длину 62L по внешней окружности, обращенной к статору 50, как и осевая длина статора 50.

Более того, чтобы максимально увеличить площадь эффективного магнитного потока и сократить материальные издержки, осевая длина элементов сердечника по внешней окружности 62, обращенной к статору 50 в радиальном направлении ротора 60, предпочтительно превышает осевую длину других участков элементов сердечника 62.

Элементы сердечника 62 имеют заданную форму, так что сердечник 60' имеет отверстие 60'' для вала, выполненное по оси, и в котором устанавливается вращающийся вал.

При этом каждый из элементов сердечника 62 может иметь стопорные выступы 61, простирающиеся в окружном направлении из ротора 60 в направлении магнитов 64 таким образом, чтобы предотвратить разделение магнитов 64 в радиальном направлении.

Стопорные выступы 61 могут быть выполнены по краям каждого из элементов сердечника 62 в радиальном направлении ротора 60, чтобы контактировать с боковыми сторонами магнитов 64 в радиальном направлении ротора 60.

Более того, стопорные выступы 61 могут быть выполнены на боковых сторонах элементов сердечника 62 в окружном направлении ротора 60. В этом случае должен выдерживаться заданный зазор между соседними стопорными выступами 61 в окружном направлении ротора 60, чтобы предотвратить рассеяние магнитного потока от магнитов 64 через промежутки между стопорными выступами 62. Иначе говоря, пазы 62' формируются между стопорными выступами 61.

Элементы сердечника 62 предпочтительно изготовлены из железа методом порошковой металлургии, чтобы можно было легко разрабатывать конфигурацию сердечника 60'.

Элементы сердечника 62 сердечника 60' могут быть соединены между собой с образованием единого тела с помощью соединительного устройства элементов сердечника, описание которого следует ниже.

Соединительное устройство элементов сердечника может включать пару торцевых шайб 70 и 71, контактирующих с боковыми сторонами сердечника 60' в осевом направлении ротора 60, и множество стержней 72, вставляемых в элементы сердечника 62 и имеющих концы, соединенные с одной из торцевых шайб, 70 и 71.

Каждая из торцевых шайб, 70 и 71, предпочтительно изготовлена из немагнитного материала, вследствие чего предотвращается рассеивание магнитного потока от магнитов 64 через торцевые шайбы 70 и 71.

Торцевые шайбы 70 и 71 могут иметь форму кольца, через которое может проходить вращающийся вал.

Для предотвращения смещения магнитов 64 друг от друга в осевом направлении торцевые шайбы 70 и 71 могут иметь размер, достаточный чтобы войти в контакт с магнитами 64.

Другими словами, внешние диаметры 70D и 71D кольцеобразных торцевых шайб 70 и 71, соответственно, превышают расстояние 64L между магнитами 64, расположенными напротив друг друга в радиальном направлении ротора 60.

Стержни 72 могут быть изготовлены из магнитного материала или немагнитного материала.

В случае, если торцевые шайбы 70 и 71 и стержни 72 изготовлены из одного и того же материала, торцевые шайбы 70 и 71 и стержни 72 могут быть сформированы в ротор 60, собранный из элементов сердечника 62 и магнитов 64, способом формования.

Иными словами, торцевые шайбы 70 и 71 и стержни могут крепиться между собой пайкой, сваркой или подобным образом.

Для полной согласованности конфигурации ротора 60 осевая длина магнитов 64 может быть равна длине элементов сердечника 62. То есть, как и в случае с элементами сердечника 62, осевая длина магнитов 64 на внешней окружности, обращенной к статору 50 в радиальном направлении ротора 60, превышает длину других участков магнитов 64 и, по меньшей мере, равна длине статора 50.

Магниты 64 могут быть расположены по окружности так, что соседние магниты 64 своими одноименными полюсами обращены друг к другу. В этом случае магнитный поток магнитов 64 может концентрироваться в элементах сердечника 62, вследствие чего крутящий момент на единицу объема возрастает.

Вышеуказанные магниты 64 могут быть вставлены в пресс-форму сердечника 60' при изготовлении сердечника 60' так, что магниты становятся единым целым с сердечником 60'.

В ином случае магниты 64 могут скрепляться с элементами сердечника пайкой, сваркой или подобным образом.

Работа электродвигателя, имеющего вышеуказанную конструкцию, описана, как изложено ниже.

При подаче электроэнергии на статор 50 магнитный поток магнитов 64 протекает между статором 50 и сердечником 60', в результате чего ротор 60 вращается.

При этом, поскольку одноименные полюса магнитов 64, такие как полюса соседних магнитов 64, по окружности ротора 60 обращены друг к другу, направление магнитного потока магнитов 64 в соответствующих элементах сердечника 62 остается постоянным, вследствие чего магнитный поток магнитов 64 концентрируется.

Более того, поскольку магнитный поток магнитов 64 не может протекать между соседними, расположенными по окружности элементами сердечника 62 ротора 60, то рассеяния магнитного потока магнитов 64 не происходит.

Следовательно, крутящий момент ротора 60 может быть максимальным.

При этом, поскольку в описании другого предпочтительного примера осуществления настоящего изобретения, в котором делается ссылка на Фиг.9, базовая конструкция другого предпочтительного примера осуществления настоящего изобретения в значительной мере идентична той, что приведена в описании первого предпочтительного примера осуществления настоящего изобретения, со ссылками на Фиг.4-8, то подробное описание другого предпочтительного примера осуществления настоящего изобретения будет опущено.

На Фиг.9 представлен разрез, иллюстрирующий электродвигатель согласно другому предпочтительному примеру осуществления настоящего изобретения.

Электродвигатель, представленный на Фиг.9, является электродвигателем с внешним ротором, в котором ротор 110 размещен с возможностью вращения снаружи статора 100.

Другими словами, ротор 110 имеет форму кольца, в котором располагается множество чередующихся между собой элементов сердечника 112 и магнитов 114.

Элементы сердечника 112 выполнены так, что осевая длина элементов сердечника 112 по внутренней окружности, обращенной к статору 100 в радиальном направлении ротора 110, превышает осевую длину других ее участков и, по меньшей мере, равна длине статора 100.

В частности, элементы сердечника 112 изготовлены из железа методом порошковой металлургии и расположены с сохранением заданного зазора с другими соседними по окружности элементами сердечника 112 ротора 110.

Магниты 114 расположены по окружности таким образом, что соседние магниты 114 своими одноименными полюсами обращены друг к другу.

Как было подробно описано выше, поскольку в электродвигателе согласно настоящему изобретению магнитный поток от магнитов не может протекать между соседними по окружности элементами сердечника, то рассеяния магнитного потока не происходит и крутящий момент на единицу объема может быть увеличен.

Кроме того, поскольку в электродвигателе согласно настоящему изобретению магниты расположены так, что соседние расположенные по окружности магниты своими одноименными полюсами обращены друг к другу, то магнитный поток может концентрироваться, вследствие чего возрастает крутящий момент на единицу объема.

Более того, поскольку в электродвигателе согласно настоящему изобретению осевая длина сердечника по окружности, обращенной к статору в радиальном направлении ротора, превышает осевую длину других его участков и, по меньшей мере, равна осевой длине статора, то крутящий момент на единицу объема возрастает и производственные затраты снижаются.

Хотя предпочтительные примеры осуществления настоящего изобретения были раскрыты в пояснительных целях, для специалистов в данной области техники будет очевидно, что возможны различные модификации, дополнения и изменения в пределах сущности и объема настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности - к магнитоэлектрическим роторам электродвигателей. Согласно первому варианту осуществления электродвигатель содержит статор и ротор, установленный в статоре с возможностью вращения и вращаемый взаимодействием ротора со статором, в котором множество элементов сердечника и магнитов поочередно размещены по окружности, причем в радиальном направлении ротора осевая длина элементов сердечника на внешней окружности, обращенной к статору, превышает осевую длину других участков элементов сердечника ротора, осевая длина элементов сердечника ротора на внешней окружности, обращенной к статору, по меньшей мере, равна осевой длине статора, при этом осевая длина внешней окружности магнитов больше, чем осевая длина других участков магнитов. Согласно второму варианту осуществления электродвигатель содержит статор и ротор, установленный с возможностью вращения в статоре, в котором множество магнитов и множество элементов сердечника, изготовленных из железа методом порошковой металлургии, поочередно размещены в окружном направлении, при этом изготовленные указанные элементы сердечника должны быть разделены друг от друга, причем в радиальном направлении ротора осевые длины элементов сердечника и магнитов ротора на внешней окружности, обращенной к статору, превышают осевую длину других их участков, причем осевые длины элементов сердечника и магнитов ротора на окружности, обращенной к статору, равны осевой длине статора, а магниты размещены в окружном направлении так, что соседние магниты обращены друг к другу одноименными полюсами, при этом имеются стопорные выступы, простирающиеся в окружном направлении ротора, на каждом из двух концов указанных элементов сердечника для предотвращения отделения магнитов от элементов сердечника. Расположение множества элементов сердечника и магнитов поочередно в окружном направлении исключает прохождение магнитного потока магнитов между соседними по окружности элементами сердечника, что обеспечивает технический результат, состоящий в сведении к минимуму рассеяния магнитного потока. Поскольку соседние магниты, расположенные в окружном направлении, обращены друг к другу одноименными полюсами, магнитный поток может концентрироваться в соответствующих элементах сердечника. Более того, поскольку осевая длина элементов сердечника и магнитов на окружности, обращенной к статору, в окружном направлении больше, чем осевая длина, соответственно, других участков элементов сердечника и магнитов, достигается технический результат, состоящий в том, что крутящий момент электродвигателя увеличивается, а производственные затраты снижаются. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Электродвигатель, содержащий статор; и ротор, установленный в статоре с возможностью вращения и вращаемый взаимодействием ротора со статором, в котором множество элементов сердечника и магнитов поочередно размещены по окружности; характеризующийся тем, что в радиальном направлении ротора осевая длина элементов сердечника на внешней окружности, обращенной к статору, превышает осевую длину других участков элементов сердечника ротора, причем осевая длина элементов сердечника ротора на внешней окружности, обращенной к статору, по меньшей мере, равна осевой длине статора, при этом осевая длина внешней окружности магнитов больше чем осевая длина других участков магнитов.

2. Электродвигатель по п.1, который дополнительно содержит соединительное устройство элементов сердечника для соединения элементов сердечника в единое тело.

3. Электродвигатель по п.2, в котором соединительное устройство элементов сердечника содержит пару торцевых шайб, размещенных на торцевых сторонах ротора;
множество стержней, вставленных в элементы сердечника и имеющих концы, соединенные с одной из торцевых шайб.

4. Электродвигатель по п.3, в котором торцевые шайбы выполнены из немагнитного материала.

5. Электродвигатель по п.3, в котором торцевые шайбы имеют форму, при которой торцевые шайбы могут контактировать с магнитами для предотвращения разделения магнитов в осевом направлении.

6. Электродвигатель по п.1, в котором элементы сердечника включают стопорные выступы, простирающиеся по направлению к магнитам по окружности ротора для предотвращения разделения магнитов в радиальном направлении.

7. Электродвигатель по п.6, в котором стопорные выступы представляют собой пару стопорных выступов, соответственно контактирующих с боковыми сторонами магнитов в радиальном направлении ротора, причем указанные пары стопорных выступов размещены на соответствующих боковых сторонах в окружном направлении элементов сердечника ротора и сохраняют постоянный зазор между соседними по окружности стопорными выступами.

8. Электродвигатель по п.1, в котором осевая длина магнитов равна осевой длине элементов сердечника.

9. Электродвигатель по п.1, в котором магниты размещены в окружном направлении так, что соседние магниты обращены друг к другу одноименными полюсами.

10. Электродвигатель по п.1, в котором ротор изготовлен из железа методом порошковой металлургии.

11. Электродвигатель, содержащий статор; и ротор, установленный с возможностью вращения в статоре, в котором множество магнитов и множество элементов сердечника, изготовленных из железа методом порошковой металлургии, поочередно размещены в окружном направлении, при этом изготовленные указанные элементы сердечника должны быть разделены друг от друга; при этом в радиальном направлении ротора осевые длины элементов сердечника и магнитов ротора на внешней окружности, обращенной к статору, превышают осевую длину других их участков, причем осевые длины элементов сердечника и магнитов ротора на окружности, обращенной к статору, равны осевой длине статора, а магниты размещены в окружном направлении так, что соседние магниты обращены друг к другу одноименными полюсами, при этом имеются стопорные выступы, простирающиеся в окружном направлении ротора, на каждом из двух концов указанных элементов сердечника для предотвращения отделения магнитов от элементов сердечника.