СЕГМЕНТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ЯКОРЕМ Российский патент 2015 года по МПК H02K1/28 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к двигателю с сегментированным якорем, катушка обмотки якоря и ротор которого имеют улучшенную конфигурацию, позволяющую улучшить эффективность двигателя.

Уровень техники

В целом синхронный двигатель относится к двигателю с постоянной частотой вращения (вид двигателя переменного тока), который вращается при постоянной частоте с постоянной скоростью (синхронной частотой вращения), независимо от нагрузки. Этот синхронный двигатель обычно конфигурируется с трехфазными обмотками, скомпонованными таким образом, чтобы формировать вращающееся магнитное поле на статоре, а магниты (постоянные магниты или электромагниты) встраиваются таким образом, чтобы формировать магнитные полюса (полюса N и S) в роторе, имеющем многослойную структуру элементов сердечника (железные сердечники).

Синхронный двигатель, как описано выше, обычно приводится в действие вращающимся магнитным полем, генерируемым между статором и ротором. Синхронный двигатель, имеющий этот способ привода, как правило, имеет характеристику вращения при скорости, которая пропорциональна частоте подаваемого напряжения, приложенного к трехфазным обмоткам, и обратно пропорциональна количеству магнитных полюсов ротора, т.е. имеет скорость, которая синхронизируется с частотой входного напряжения.

Однако поскольку электромагнитная сила действует только на одну соответствующую поверхность, традиционный двигатель или генератор требует применения железного сердечника, по которому проходит значительная электромагнитная сила, поэтому эффективность уменьшается вследствие потерь линий электромагнитной силы, приложенной к железному сердечнику.

Раскрытие изобретения

Соответственно, настоящее изобретение осуществлялось с учетом приведенных выше проблем, имеющихся в существующем уровне техники, и задачей настоящего изобретения является обеспечение двигателя с сегментированным якорем, который образован таким образом, что катушки обмотки якоря полностью окружают участок полюса ротора и формируются в подковообразной форме или U-образной форме, таким образом минимизируя магнитные потери якоря и ротора.

В соответствии с аспектом настоящего изобретения, обеспечивается двигатель, который включает в себя: множество катушек якоря, окружающих ротор, имеющий вал вращения; якорь, вмещающий в себя катушки якоря, соединенные в сегментной форме; раму двигателя, соединенную с якорем таким образом, чтобы окружать якорь; и части кожуха двигателя, присоединенные к передней и задней внешним поверхностям рамы двигателя.

Здесь каждая катушка якоря может быть сформирована в виде пустотелой формы, может быть изогнутой от одного или противоположного концов ее промежуточного участка и включать контакты катушки якоря на одной ее стороне.

Кроме того, двигатель с сегментированным якорем может дополнительно включать в себя раму катушки, которая соединяется в виде сегментной формы между катушками якоря и ротором и которая включает в себя поддерживающие прорези, сформированные с промежутками и поддерживающие стенки катушки якоря, сформированные наклонно.

Кроме того, якорь может быть составлен из рамы якоря, имеющей кабель якоря и части кожуха якоря, присоединенные к передней и задней внешним поверхностям рамы якоря, а диэлектрический лист может быть установлен между рамой катушки и рамой якоря.

Кроме того, постоянные магниты, составляющие ротор, могут быть сконфигурированы так, что полюса N и S ротора располагаются в направлении вращения ротора, при этом его соседние полюса располагаются таким образом, чтобы иметь отталкивающие полюса.

В соответствии с настоящим изобретением, двигатель формируется таким образом, что катушки якоря полностью окружают участок полюса ротора и формируются в подковообразной форме или U-образной форме, за счет этого создавая возможность минимизировать магнитные потери якоря и ротора.

Кроме того, катушки якоря окружают значительную часть полюсов возбуждения. В случае двигателя, магнитный поток, генерируемый из якоря, концентрируется на центре и таким образом увеличивает эффективность вращения полюсов возбуждения. В случае генератора, магнитный поток, генерируемый из якоря, связывается с катушками якоря с отсутствием потерь магнитного потока, генерируемого из полюсов возбуждения, и таким образом увеличивает эффективность генератора.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 является видом, показывающим двигатель с сегментированным якорем, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. со 2 по 4 являются видами в перспективе, показывающими процесс сборки двигателя с сегментированным якорем, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5 является видом в разрезе, показывающим ротор двигателя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 является видом в разрезе, показывающим двигатель с сегментированным якорем в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.7 и 8 являются видами в перспективе в разобранном и собранном вариантах, показывающими двигатель с сегментированным якорем, в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.9 и 10 являются видами в перспективе, показывающими процесс сборки двигателя с сегментированным якорем в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

В дальнейшем варианты осуществления настоящего изобретения будут описываться со ссылкой на сопроводительные чертежи. Фиг.1 является видом, показывающим двигатель с сегментированным якорем, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг. со 2 по 4 являются видами в перспективе, показывающими процесс сборки двигателя с сегментированным якорем в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг.5 является видом в разрезе, показывающим ротор, составляющий двигатель с сегментированным якорем в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Двигатель 10 с сегментированным якорем, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, включает в себя множество катушек 20 обмотки якоря, окружающих ротор 60, имеющий вал 61 вращения, якорь 30, вмещающий катушки 20 обмотки якоря, соединенные в виде сегментной формы, раму 40 двигателя, соединенную с якорем 30 таким образом, чтобы окружать якорь 30, части 50 кожуха двигателя, присоединенные к передней и задней внешним поверхностям рамы 40 двигателя, и рама 70 катушки, установленная между катушками 20 обмотки якоря и ротором 60.

Каждая катушка 20 обмотки якоря формируется в виде пустотелой формы, изгибается от одного или противоположного концов ее промежуточного участка, и обеспечивается контактами 21 катушки якоря на одной ее стороне.

Если подробнее, то каждая катушка 20 якоря формируется в виде пустотелой формы, такой как подковообразная или U-образная формы, и имеет контакты 21 катушки якоря, установленные на одной ее стороне.

Если еще более подробно, то каждая катушка 20 якоря формируется таким образом, чтобы окружать раму 70 катушки, как будет описываться ниже, и формируются в виде двойной подковообразной или U-образной формы за счет изгибания круговой или четырехугольной катушки на ее противоположных сторонах с постоянными промежутками. Каждая катушка якоря устанавливается таким образом, что она окружает внешнюю окружность и противоположные стороны ротора в трех направлениях. Обычно катушки 20 обмотки якоря устанавливаются в модулях, кратным 3, и различаются в переднем и заднем участках в таком порядке, в котором каждый из них находится в контакте с ротором 60.

Например, когда два магнитных полюса ротора являются полюсами N и S, три катушки якоря устанавливаются таким образом, что их передние участки располагаются последовательно в положениях, где область полюса N разделяется на три равные части, при этом их задние участки также располагаются последовательно в положениях, где область полюса S разделяется на три равные части. Этот способ установки повторяется в дальнейшем.

Катушки 20 якоря соединяются как модульные катушки, а разъемы 21 катушки якоря формируются на каждой катушке якоря и соединяются на основе конфигурации цепи обмотки якоря.

Здесь, когда конфигурируется полный набор катушек 20 якоря цепи катушки обмотки якоря, соответствующей двум полюсам возбуждения (N и S), такой двигатель становится двухполюсным. Когда конфигурируется полный набор катушек 20 якоря цепи катушки обмотки якоря, соответствующей четырем полюсам возбуждения (N, S, N и S), такой двигатель становится четырехполюсным.

Кроме того, рама 70 катушки, установленная между катушками 20 обмотки якоря и ротором 60, является сегментированной и обеспечивается внутренним пространством 74 для вмещения ротора 60.

Если более подробно, то рама 70 катушки формируется в двух частях, для того чтобы легко собираться. Фланцы рам сегментированной катушки формируются таким образом, чтобы они легко соединялись и позиционировались таким способом, что одни из них формируются с соединительными отверстиями, а другие формируются с соединительными выступами.

Внешняя поверхность рамы 70 катушки обеспечивается перегородками 71 рамы катушки, каждая из которых имеет поддерживающие прорези 72 с промежутками и поддерживающую стенку 73 рамы катушки, сформированную наклонно на одной или противоположной ее сторонах.

Таким образом, каждая катушка 20 обмотки якоря фиксируется с использованием поддерживающих прорезей 72 и поддерживающей стенки(стенок) 73 каждой перегородки 71 рамы катушки.

Якорь 30, который вмещает катушки 20 обмотки якоря и соединяется в виде сегментированной формы, составлен из рамы 31 якоря, имеющей кабель 32 якоря и частей 33 кожуха якоря, присоединенных к передней и задней наружным поверхностям рамы 31 якоря.

Внешняя поверхность рамы 31 якоря обеспечивается зажимными приспособлениями 34, выступающими с промежутками.

Если более подробно, то рама 31 якоря вмещает катушки 20 обмотки якоря и раму 70 катушки, которые соединяются друг с другом. Рама 31 якоря конфигурируется таким образом, что опорные части 35 рамы, выступающие из его внутренней поверхности, фиксированно вставляются в перегородки 71 рамы катушки, составляющие раму 70 катушки. Затем части 33 кожуха якоря присоединяются к раме 31 якоря. Другая рама 31 якоря фиксированно прикрепляется, как в описанном выше процессе.

Здесь каждая из частей 33 кожуха якоря обеспечивается выступающей частью 36, для того чтобы было возможно предотвратить воздействие на катушки 20 обмотки якоря. Диэлектрический лист 80 устанавливается между рамой 70 катушки и рамой 31 якоря.

Рама 40 двигателя, окружающая якорь 30, обеспечивается охлаждающими ребрами 41 рамы двигателя, выступающими из ее внешней поверхности с промежутками для охлаждения якорей, и канавками 42 для вставления рамы двигателя, сформированными в ее внутренней поверхности с промежутками.

То есть рама 40 двигателя конфигурируется таким образом, что якорь 30 ротора 60 вставляется в канавки 42 для вставления рамы двигателя, сформированные в ее внутренней поверхности. Здесь рама 40 двигателя может быть по выбору обеспечена основанием 90 на ее внешней поверхности таким образом, чтобы было возможно стабильно поддерживать раму 40 двигателя.

В варианте осуществления изобретения будет описываться пример, в котором рама 40 двигателя формируется в виде цилиндрической формы.

Части 50 кожуха двигателя, присоединенные к передней и задней наружным поверхностям рамы 40 двигателя, формируется в такой форме, которая соответствует форме рамы 40 двигателя. Подшипники 51 устанавливаются на участках частей 50 кожуха двигателя, через которые проходит вал 61 вращения ротора 60. Части 50 кожуха двигателя прикрепляются болтами к раме 40 двигателя.

То есть части 50 кожуха двигателя прикрепляются к раме 40 двигателя, к которой также прикрепляются катушки 20 обмотки якоря, рама 70 катушки, якорь 30 и ротор 60.

Ротор 60, установленный в раме 70 катушки, формируется из немагнитного проводника тока и обеспечивается отверстием 63 ротора для вала 61 вращения в его внутреннем центре. Внутренний цилиндр 64 ротора может быть уменьшен по плотности за счет процесса уменьшения плотности, а внешний цилиндр 65 ротора обеспечивается отверстиями 66 для магнитов, в которые могут быть вставлены постоянные магниты 62.

В варианте осуществления изобретения постоянные магниты 62 конфигурируются так, что их полюса N и S располагаются в направлении вращения ротора, при этом его соседние полюса располагаются таким образом, чтобы иметь отталкивающие полюса, т.е. одноименные полюса.

Здесь в качестве каждого постоянного магнита 62 используется многослойный постоянный магнит из плоских магнитов или монолитный постоянный магнит.

Далее фиг.6 показывает сегментный якорный двигатель 10, выполненный в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. Двигатель 10 конфигурируется таким образом, что постоянные магниты 62 фиксируются с возможностью вращаться наряду с каждым ротором 60, на котором фиксируется вал 61 вращения, таким образом рама 31 якоря соответствует раме 70 катушки с установленными катушками 20 обмотки якоря и покрывается частями 33 кожуха якоря, при этом в пространство между рамой катушки и каждой частью кожуха якоря вставляется наполнитель 100 и фиксирует катушки 20 обмотки якоря.

В положении, в котором сегментированные якоря 30 входят в контакт друг с другом, рама 40 двигателя прикрепляется с использованием фиксирующих болтов. Вал 61 вращения закрепляется внутри якоря 30, а ротор 60 оборудован постоянными магнитами 62, установленными с возможностью вращения.

Далее части 50 кожуха двигателя, имеющие подшипники 51, прикрепляются к раме 40 двигателя с использованием монтажных болтов. Как показано на фигурах, множество приводов двигателя устанавливается в одной раме 40 двигателя.

Далее фиг. с 7 по 10 показывают двигатель, в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Двигатель 10 включает в себя множество катушек 20 обмотки якоря, якорь 30, вмещающий в себя катушки 20 обмотки якоря и соединенный в виде сегментированной формы, рама 40 двигателя соединяется с якорем 30 таким образом, чтобы окружать якорь 30, при этом части 50 кожуха двигателя, присоединяются к передней и задней наружным поверхностям рамы 40 двигателя.

В двигателе 10 якорь 30 сформирован как единая деталь с рамой 70 катушки.

Каждая катушка 20 обмотки якоря конфигурируется таким образом, что она изгибается в виде подковообразной или U-образной формы с заданными промежутками и окружает ротор 60, при этом она устанавливается на раме 70 катушки таким образом, чтобы она была сегментированными якорями 30.

Ротор 60, к которому прикрепляется вал 61 вращения, вставляется внутрь сегментированных рам 70 катушек. Рамы катушки, соединенные с ротором 60, соединяются с рамой 40 двигателя. Рама 40 двигателя сегментируется на две части, которые вставляются на противоположные стороны вала 61 вращения. Каждая часть рамы 40 двигателя конфигурируется таким образом, чтобы образовать углубления 141 катушки, в которые вставляются катушки 20 обмотки якоря, для того чтобы они находились в близком контакте, в соответствии с формой каждого якоря 30, первые выступающие части 142 устанавливаются в круговые пространства катушек 20 обмотки якоря, а вторые выступающие части 143 вставляются в боковые пространства катушек 20 обмотки якоря.

Кроме того, углубления 141 катушки, первые выступающие части 142, вторые выступающие части 143 рамы 40 двигателя могут быть сформированы в виде многослойного изделия с множеством железных пластин сердечника.

Выше будет описываться процесс сборки двигателя с сегментированным якорем, который конфигурируется, как описано выше.

Во-первых формируется рама 70 катушки в двух частях, для того чтобы иметь внутреннее пространство 74, сформированное в нем, при этом перегородки 71 рамы катушки формируются на ее внешней поверхности. Каждая из перегородок 71 рамы катушки имеет поддерживающие прорези 72, сформированные с промежутками, и поддерживающую стенку 73 рамы катушки, сформированную наклонно на одной или противоположной ее сторонах.

Катушки 20 обмотки якоря устанавливаются между перегородками 71 рамы катушки. Каждая из катушек 20 обмотки якоря формируется в виде пустотелой формы, такой как подковообразная или U-образная форма, и устанавливается с контактами 21 катушки якоря на одной ее стороне.

Далее ротор 60, который образован из немагнитного проводника и имеет вал 61 вращения, установленный в его внутреннем центре, а также отверстия 66 для магнитов, сформированные в его внешнем цилиндре 65, для того чтобы в них могли быть вставлены постоянные магниты 62. Затем ротор устанавливается во внутреннее пространство 74 одной рамы 70 катушки и рамы 70 катушки соединяются.

Якорь 30 формируется таким образом, чтобы иметь раму 31 якоря, снабженную кабелем 32 якоря, части 33 кожуха якоря, присоединенные к передней и задней наружным поверхностям рамы 31 якоря, зажимными приспособлениями 34 рамы якоря, выступающими из внешней поверхности рамы 31 якоря с промежутками, и опорными частями 35 рамы, выступающими из внутренней поверхности рамы 31 якоря с промежутками, а затем производится сборка катушки 20 обмотки якоря, ротора 60, и рама 70 катушки устанавливается в якоре 30.

Если рассматривать более подробно, то рама 31 якоря вмещает катушки 20 обмотки якоря и раму 70 катушки, которые прикрепляются друг к другу. Рама 31 якоря конфигурируется таким образом, что опорные части 35 рамы, выступающие из ее внутренней поверхности, фиксировано вставляются в перегородки 71 рамы катушки, составляющие раму 70 катушки. Затем части 33 кожуха якоря присоединяются к раме 31 якоря. Другая рама 31 якоря фиксировано прикрепляется в соответствии с описанным выше процессом.

Далее якорь 30 вставляется в раму 40 двигателя, которая имеет охлаждающие ребра 41 рамы двигателя, выступающие из ее внешней поверхности с промежутками для охлаждения якорей и канавки 42 для вставления рамы двигателя, сформированные в ее внутренней поверхности с промежутками. Затем части 50 кожуха двигателя устанавливаются в передней и задней наружных поверхностях рамы 40 двигателя. Таким образом, процесс сборки двигателя 10 завершается.

Здесь последовательность сборки двигателя 10 может отличаться от приведенной выше последовательности.

В то время как двигатель с сегментированным якорем настоящего изобретения был описан на основе специфической формы и направления по отношению к прикрепленным чертежам, специалисты в данной области техники будут принимать во внимание, что возможны различные модификации, добавления и замены, при этом их следует интерпретировать таким образом, чтобы они находились в пределах идеи и объема настоящего изобретения, как раскрыто в прилагаемых пунктах формулы изобретения.

Изобретение относится к двигателю с сегментированным якорем. Технический результат заключается в обеспечении улучшенной конфигурации катушки обмотки якоря и ротора двигателя для повышения его эффективности. Двигатель с сегментированным якорем содержит раму катушки, имеющую внутреннее пространство, ротор, установленный в раме катушки и имеющий вал вращения; и множество катушек обмотки якоря, сформированных таким образом, чтобы окружать ротор. Катушки обмотки якоря установлены на внешней окружности рамы катушки. Каждая катушка обмотки якоря формируется в виде пустотелой формы, изогнута от одного или противоположного концов ее промежуточного участка и формируется в виде подковообразной или U-образной формы. Рама катушки сегментирована на верхнюю и нижнюю рамы катушки, имеющие полукруглое сечение. Верхняя и нижняя рамы катушки собраны таким образом, что они обращены друг к другу. 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Двигатель с сегментированным якорем, содержащий:
- раму катушки, имеющую внутреннее пространство;
- ротор, установленный в раме катушки и имеющий вал вращения; и
- множество катушек обмотки якоря, сформированных таким образом, чтобы окружать ротор, при этом они установлены на внешней окружности рамы катушки,
при этом каждая катушка обмотки якоря формируется в виде пустотелой формы и изогнута от одного или противоположного концов ее промежуточного участка, и формируется в виде подковообразной или U-образной формы,
каждая катушка обмотки якоря вставляется таким образом, чтобы окружать внешнюю окружность и противоположные стороны ротора в трех направлениях,
при этом рама катушки сегментирована на верхнюю и нижнюю рамы катушки, имеющие полукруглое сечение, при этом верхняя и нижняя рамы катушки собраны таким образом, что они обращены друг к другу.

2. Двигатель по п.1, в котором ротор включает в себя постоянные магниты, полюса N и S которых располагаются в направлении вращения ротора.

3. Двигатель по п.2, в котором постоянные магниты сконфигурированы так, что их соседние полюса располагаются таким образом, чтобы иметь отталкивающие полюса.

4. Двигатель по п.1, в котором якорь составлен из катушек якоря, которые устанавливаются на внешней окружности как нижней, так и верхней рам катушки, при этом ротор устанавливается в нижней и верхней рамах катушки.

5. Двигатель по п.4, дополнительно содержащий раму двигателя, окружающую якорь.

6. Двигатель по п.5, в котором рама двигателя формируется в виде цилиндрической сегментированной формы с левосторонней и правосторонней частями, которые собираются с вставляемым в них якорем.

7. Двигатель по п.5, в котором рама двигателя имеет форму, соответствующую якорю, для того, чтобы позволить якорю вставляться в нее, а также включает в себя сформированные в ней углубление катушки, первые выступающие части и вторые выступающие части.

8. Двигатель по п.5, в котором рама двигателя формируется в виде многослойного изделия с множеством железных пластин сердечника.