МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2013 года по МПК H02K21/24 H02K3/24 H02K16/02 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, в частности, в гибридных автомобилях и электромобилях, электромеханических, в том числе, автоматических системах управления и т.д.

Известен магнитоэлектрический моментный двигатель, содержащий два статора с тороидальными магнитопроводами и катушечными обмотками, дисковый ротор с постоянными магнитами с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью, подшипники с внешними и внутренними кольцами и вал ротора, при этом один из статоров жестко укреплен в корпусе; двигатель снабжен вторым дисковым ротором с валом, аналогичным первому ротору, неподвижной полой осью со ступицей и регулировочными кольцами, при этом роторы расположены соосно и установлены с возможностью взаимного вращения, валы роторов выполнены полыми и размещены на внешних кольцах подшипников, которые с двух концов надеты на неподвижную полую ось, первый из статоров неподвижно укреплен на ступице полой оси, а второй статор установлен с возможностью разворота относительно первого, регулировочные кольца размещены на неподвижной оси между торцевыми поверхностями ступицы и внутренними кольцами подшипников; тороидальные магнитопроводы выполнены с трапецеидальными зубцами и ярмом, причем высота ярма превышает высоту зубцов на две высоты обмотки статора, SU 1775807 A1.

Основным недостатком данного двигателя является так называемое «залипание» ротора вследствие взаимного притяжения зубцов статора и постоянных магнитов ротора.

Известен также магнитоэлектрический двигатель, ротор которого выполнен из двух закрепленных на валу параллельных друг другу дисков, на каждом из которых размещен кольцеобразный ряд постоянных магнитов с чередующейся полярностью, при этом полюсы постоянных магнитов, размещенных на одном из дисков ротора, обращены к противоположным полюсам магнитов, размещенным на другом диске ротора, статор представляет собой пластину в виде диска и размещен между дисками ротора с зазором относительно вала и снабжен кольцевыми обмотками в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора; статор имеет множество расходящихся веером по кругу спиц с прорезями; кольцевые обмотки размещены в указанных спицах; для фиксации обмоток статора служат внутренние и внешние кольца, CN 101951106(A).

Данный двигатель принят в качестве прототипа настоящего изобретения.

Его недостатком является неравномерность крутящего момента на валу двигателя и вызываемая этим неравномерность вращения ротора. Это объясняется тем, что максимальное взаимодействие магнитного поля обмотки статора и постоянного магнита ротора имеет место при совпадении осей симметрии кольцевой обмотки и магнита. При изменении взаимного положения указанных осей друг относительно друга это взаимодействие уменьшается.

Задачей настоящего изобретения является повышение равномерности крутящего момента на валу магнитоэлектрического двигателя и, соответственно, равномерности вращения ротора.

Согласно изобретению магнитоэлектрический двигатель, ротор которого выполнен из двух закрепленных на валу параллельных друг другу дисков, на каждом из которых размещен кольцеобразный ряд постоянных магнитов с чередующейся полярностью, при этом полюсы постоянных магнитов, размещенных на одном из дисков ротора, обращены к противоположным полюсам магнитов, размещенных на другом диске ротора, статор размещен между дисками ротора с зазором относительно вала и снабжен кольцевыми обмотками в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора, статор выполнен в виде двух параллельных друг другу пластин, кольцевые обмотки размещены между пластинами, участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, кольцевые обмотки одной пластины статора вставлены в кольцевые обмотки другой пластины статора с образованием модулей, причем расстояние / между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину Ъ кольцеобразного ряда постоянных магнитов; между кольцевыми обмотками статора размещена дополнительная плоская кольцевая обмотка в форме равнобедренной трапеции, боковые стороны которой расположены в одной плоскости между боковыми сторонами других кольцевых обмоток.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию «Новизна».

Благодаря реализации отличительных признаков независимого пункта формулы изобретения максимальное взаимодействие магнитного поля кольцевых обмоток статора с постоянными магнитами ротора происходит в два раза чаще в сравнении с прототипом, поскольку ось симметрии постоянного магнита поочередно совпадает сначала с осями симметрии кольцевых обмоток на одной из пластин статора, а затем с осями симметрии смежных кольцевых обмоток, расположенных на другой пластине статора, что сглаживает неравномерность момента на валу двигателя. Реализация отличительных признаков зависимого пункта формулы изобретения обеспечивает дополнительное повышение равномерности момента на валу двигателя.

Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат, что обусловливает, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:

на фиг.1 - элементы двигателя в аксонометрии;

на фиг.2 - схематическое изображение ротора и статора двигателя, вариант по п.1 формулы изобретения, вид сбоку;

на фиг.3 - разрез А-А и с фиг.2;

на фиг.4 - смежные кольцевые обмотки статора, сопряженные друг с другом в аксонометрии, (модуль) вариант по п.1 формулы изобретения

нафиг.5 - смежные кольцевые обмотки статора, вид в плане по фиг.5;

на фиг.6 - разрез Б-Б на фиг.5;

нафиг.7 - то же, что на фиг.2, вариант по п.2 формулы изобретения;

на фиг.8 - разрез В-В на фиг.7

нафиг.9 - то же, что на фиг.4, вариант по п.2 формулы

изобретения;

на фиг.10 - вид в плане по фиг.9;

на фиг.11 - разрез Г-Г на фиг.10;

Магнитоэлектрический двигатель включает ротор, выполненный из двух закрепленных на валу параллельных друг другу дисков 1 и 2.

На диске 1 закреплен кольцеобразный ряд 3 постоянных магнитов с чередующейся полярностью, на диске 2 размещен такой же ряд 4 постоянных магнитов. Полюсы постоянных магнитов ряда 3 обращены к противоположным полюсам магнитов ряда 4.

Статор двигателя выполнен в виде двух параллельных друг другу пластин 5 и 6 и размещен между дисками 1 и 2 с зазором относительно вала 7. Статор снабжен кольцевыми обмотками 8 в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны 9 которых расположены радиально относительно оси вращения ротора. Участки 10 и 11 кольцевых обмоток 8 в основаниях трапеций выгнуты по дуге, при этом кольцевые обмотки 8, расположенные на пластине 5 статора, вставлены в кольцевые обмотки 8 на пластине 6 статора (фиг.4, 9) и залиты эпоксидным компаундом с образованием единых модулей; расстояние l между участками 10, 11 кольцевых обмоток 8 превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов. Кольцевые обмотки на пластине 5 статора последовательно соединены между собой. Так же соединены между собой кольцевые обмотки на пластине 6.

В варианте по фиг.7-11 между кольцевыми обмотками 8 статора размещены дополнительные кольцевые обмотки 12 в форме равнобедренной трапеции. Боковые стороны 13 обмоток 12 расположены в одной плоскости с боковыми сторонами 9 обмоток 8. Обмотки 12 последовательно соединены между собой.

Магнитоэлектрический двигатель работает следующим образом. В варианте по п.1 формулы изобретения при подаче переменного электрического тока на обмотки 8 со сдвигом фаз на 90° между током в обмотках на пластине 5 и током в обмотках на пластине 6 (двухфазный ток) или в варианте по п.2 формулы изобретения со сдвигом фаз на 120° между обмотками 8 на пластине 5, обмотками 12 и обмотками 8 на пластине 6 (трехфазный ток) происходит взаимодействие между магнитными полями рядов 3 и 4 постоянных магнитов и магнитными полями, создаваемыми за счет протекания электрического тока в обмотках статора. В результате возникает крутящий момент, обеспечивающий вращение вала 7 двигателя.

Максимальное взаимодействие магнитного поля обмоток статора с постоянными магнитами ротора происходит при совпадении осей симметрии обмоток статора и магнитов ротора.

Поскольку кольцевые обмотки одной пластины статора вставлены в кольцевые обмотки другой пластины статора с некоторым сдвигом по окружности, увеличивается число совпадений указанных выше осей обмоток статора с осями симметрии обмоток ротора в каждом модуле в два или, в варианте по п.2 формулы изобретения, в три раза (в сравнении с прототипом), что обусловливает повышение равномерности крутящего момента на валу двигателя и более плавную его работу.

Для изготовления устройства использованы обычные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о том, что данное изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость».

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, в частности, в гибридных автомобилях и электромобилях, электромеханических, в том числе автоматических системах управления и т.д. Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, состоит в повышении равномерности крутящего момента на валу магнитоэлектрического двигателя и, соответственно, равномерности вращения ротора. Предлагаемый магнитоэлектрический двигатель содержит ротор, выполненный из двух закрепленных на валу параллельных друг другу дисков, на каждом из которых размещен кольцеобразный ряд постоянных магнитов с чередующейся полярностью, при этом полюсы постоянных магнитов, размещенных на одном из дисков ротора, обращены к противоположным полюсам магнитов, размещенных на другом диске ротора, статор размещен между дисками ротора с зазором относительно вала и снабжен кольцевыми обмотками в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора. Согласно изобретению, статор выполнен в виде двух параллельных друг другу пластин, кольцевые обмотки размещены между пластинами, участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, кольцевые обмотки одной пластины статора вставлены в кольцевые обмотки другой пластины статора с образованием модулей, причем расстояние 1 между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов ротора. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Магнитоэлектрический двигатель, ротор которого выполнен из двух закрепленных на валу параллельных друг другу дисков, на каждом из которых размещен кольцеобразный ряд постоянных магнитов с чередующейся полярностью, при этом полюсы постоянных магнитов, размещенных на одном из дисков ротора, обращены к противоположным полюсам магнитов, размещенных на другом диске ротора, статор размещен между дисками ротора с зазором относительно вала и снабжен кольцевыми обмотками в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора, отличающийся тем, что статор выполнен в виде двух параллельных друг другу пластин, кольцевые обмотки размещены между пластинами, участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, кольцевые обмотки одной пластины статора вставлены в кольцевые обмотки другой пластины статора с образованием модулей, причем расстояние l между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов.

2. Магнитоэлектрический двигатель по п.1, отличающийся тем, что между кольцевыми обмотками статора размещена дополнительная плоская кольцевая обмотка в форме равнобедренной трапеции, боковые стороны которой расположены в одной плоскости между боковыми сторонами других кольцевых обмоток.