БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2011 года по МПК H02K21/14 H02K5/16 H02K1/27 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам с бесконтактной коммутацией, осуществляемой с помощью полупроводниковых элементов, и может быть использовано в высокоскоростных электродвигателях постоянного тока для малогабаритных электроприводов, например в приборостроении, стоматологической технике, электроинструменте при повышенных требованиях к энергетическим показателям и динамическим характеристикам при разгоне и торможении.

Известна электрическая машина для создания магнитного поля, представляющая собой отдельный блок, состоящий из полого цилиндра с фланцами на торцах, изготовленного из немагнитного материала, в сквозных в радиальном направлении пазах которого на внешней стороне, кольцеобразно, с определенным шагом закреплены сердечники, выполненные из магнитного материала, служащие магнитопроводом, в пространство между сердечниками укладывается обмотка, предотвращение выпадения обмотки обеспечивается прижимными планками, изготовленными из немагнитного материала, которые крепятся к торцевым фланцам. Устройство для преобразования одного вида энергии в другой состоит из двух роторов, причем один из роторов устанавливается внутри устройства для создания магнитного поля и взаимодействует с его внутренней частью, другой ротор охватывает наружную часть устройства для создания магнитного поля и взаимодействует с ней (описание к патенту RU 2360352 МПК H02K 16/02 (2006.01) H02K 1/16 (2006.01) H02K 17/00 (2006.01).

Наличие сердечников в известной конструкции создает дополнительные потери в стали, а также высшие гармоники магнитного поля. Цельнометаллический корпус, выполненный из немагнитного материала, обуславливает потери мощности от вихревых токов. Все это снижает КПД машины.

Кроме того, из-за большой разницы коэффициентов линейного расширения материала корпуса и подшипников неизбежно возникновение при сборке, а также в эксплуатации недопустимых зазоров или натягов. При этом происходят смещение осей подшипников, появление эксцентриситета между вращающимися и неподвижными частями. Появляются дополнительные механические потери в подшипниках и силы одностороннего магнитного притяжения. Такие явления приводят к снижению срока службы машины и совершенно недопустимы для высокоскоростных электродвигателей с повышенными массогабаритными требованиями.

Известна бесконтактная синхронная машина, включающая статор, представляющий собой неферромагнитный цилиндр, сформированный из медных обмоток беспазовой конструкции и залитых специальным составом с высокой теплопроводностью. Статор помещен между цилиндрическими поверхностями внутренней и наружной частей ротора, выполненного из ферромагнитного материала, и содержащего постоянные магниты, обращенные к статору и установленные на наружной части ротора. Ротор закреплен на валу в подшипниках, установленных в корпусе двигателя со стороны торцов (описание к патенту RU 2374743 H02K 21/12 (2006.01) H02K 21/22 (2006.01) H02K 16/02 (2006.01).

В известном устройстве беспазовое выполнение статора устраняет проблему с потерями мощности в зубцах и потерями от высших гармоник магнитного поля.

Существенными недостатками известного устройства являются сложность конструкции составного ротора, наличие внешнего корпуса, который дублирует функции статора и является дополнительным магнитопроводом; консольное крепление обмотки статора, которое требует для ее приклейки дополнительной центрирующей оправки; размещение подшипников вала в неметаллических втулках корпуса, снижающее точность позиционирования при сборке. Все эти факторы усложняют технологию изготовления электродвигателя, завышают его габариты и вес, усложняют эксплуатацию.

Задача изобретения - упрощение конструкции и технологии изготовления, улучшение эксплутационных характеристик бесконтактного синхронного двигателя с одним статором и двумя роторами.

Техническим результатом изобретения являются повышение точности позиционирования оси ротора и надежности, снижение веса, габаритов и затрат на изготовление двигателя.

Технический результат достигается тем, что в бесконтактном электродвигателе, включающем полый цилиндрический немагнитный беспазовый статор с обмоткой, размещенный между частями составного ротора с постоянным магнитом, из которых наружная часть выполнена в виде ферромагнитного стакана, закрепленного на валу в подшипниках, последние размещены в опорных втулках концов статора, а постоянный цилиндрический магнит зафиксирован на валу, образуя внутреннюю часть ротора. При этом опорные втулки могут быть выполнены из термостойкого диэлектрического материала.

Бесконтактный синхронный двигатель схематично представлен на чертеже.

Двигатель содержит полый цилиндрический немагнитный статор 1 с многофазной обмоткой, намотанной на беспазовой оправке, размещенный коаксиально между раздельными частями составного ротора - наружной в виде ферромагнитного стакана и внутренней в виде радиально намагниченного постоянного цилиндрического магнита 3. Обмотка статора 1 размещается в зазоре между внутренней поверхностью ферромагнитного стакана 2 и наружной поверхностью постоянного магнита 3, которые зафиксированы на валу 4 в радиальных шариковых подшипниках 5, 6.

Торцы статора 1 и радиальные шариковые подшипники 5, 6 установлены соответственно в опорных втулках 7, 8, выполненные, например, из термостойкого диэлектрического материала. Подшипник 5 на валу 4 и опорная втулка 7 размещены внутри ферромагнитного стакана 2.

Втулка 8 выполнена в виде подшипникового щита и в ней для вывода концов 9 подключения обмотки предусмотрены отверстия (не показаны).

Фиксация статора 1 в опорных втулках 7, 8 с противоположных концов повышает жесткость его конструкции, а размещение в них подшипников вала 4 позволяет исключить из конструкции несущей корпусной детали. Устранение несущего корпуса уменьшает габариты и вес машины, уменьшает количество элементов конструкции, избавляет от потерь мощности от тормозных моментов, создаваемых полями рассеяния с наружной поверхности наружной части ротора.

При подключении концов обмотки 9 к преобразователю с полупроводниковыми приборами возникает вращающееся магнитное поле. При взаимодействии магнитного поля обмотки статора 1 с полем постоянного магнита 3 возникает вращающий момент, приводящий ротор во вращение. Возможна также работа электродвигателя в режиме генератора.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам с бесконтактной коммутацией, осуществляемой с помощью полупроводниковых элементов, и может быть использовано в высокоскоростных электродвигателях постоянного тока для малогабаритных электроприводов, например в приборостроении, стоматологической технике, электроинструменте при повышенных требованиях к энергетическим показателям и динамическим характеристикам при разгоне и торможении. Сущность изобретения состоит в том, что бесконтактный электродвигатель включает полый цилиндрический немагнитный беспазовый статор с обмоткой, который размещен между частями составного ротора. Наружная часть ротора выполнена в виде ферромагнитного стакана, внутренняя часть - в виде цилиндрического постоянного магнита, зафиксированного на валу в подшипниках. Последние размещены в опорных втулках концов статора, которые могут быть выполнены из термостойкого диэлектрического материала. Техническим результатом, достигаемым при использовании данного изобретения, является повышение точности позиционирования оси ротора и повышение надежности предлагаемого бесконтактного электродвигателя при одновременном упрощении его конструкции и технологии изготовления, а также снижении веса, уменьшении габаритов и затрат на изготовление. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Бесконтактный электродвигатель, включающий полый цилиндрический немагнитный беспазовый статор с обмоткой, размещенный между частями составного ротора с постоянным магнитом, из которых наружная часть выполнена в виде ферромагнитного стакана, закрепленного на валу в подшипниках, отличающийся тем, что последние размещены в опорных втулках концов статора, а постоянный магнит зафиксирован на валу, образуя внутреннюю часть ротора.

2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что опорные втулки выполнены из термостойкого диэлектрического материала.