Вентильный репульсионный электродвигатель Советский патент 1991 года по МПК H02K29/10 

Изобретение относится к электродвигателям с бесконтактной коммутацией.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности, уменьшение размеров и массы электродвигателя.

На фиг.1 показан электродвигатель с радиальным воздушным зазором в поперечной проекции; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - электрическая схема одной из секций обмотки ротора; на фиг.4 - секции обмотки ротора и светочувствительный элемент с соответствующими угловыми размерами; на фиг.5 - часть развертки активной поверхности ротора двигателя; на фиг.б - развертка поверхности полюса статора со стороны между полюсом и ротором; на фиг.7 -двигатель с аксиальным воздушным зазором, продольный разрез; на фиг.8 - разрез Б-Б на фиг.7; на фиг.9 - разрез В-В на фиг.7; на фиг.10 - поверхность полюса статора со стороны зазора между полюсом и ротором; на фиг.11 - часть электродвигателя со светопоглощающей шторкой (ротор- цилиндрический); на фиг.12 - часть электродвигателя с цилиндрическим ротором, образующая световод; на фиг. 13 - реверсивный электродвигатель, разрез; на фиг. 14 - развертка поверхности его ротора; на фиг.15 - развертка поверхности одного из его полюсов; на фиг.16 - электрическая схема соединения секции со светочувствительными элементами; на фиг. 17 - то же, но для случая, если светочувствительные элементы закрываются под действием света.

. Электродвигатель содержит статор 1, на полюсах 2 и 3 которого расположена однофазная обмотка 4, и электрические источники 5 и 6 света. Секции обмотки 4 могут

располагаться на полюсах статора, а электрические источники 5 и 6 света могут выполняться в виде ламп или полупроводниковых светоэлементов с отражателями или линэами.

Ротор 7 электродвигателя имеет электрически не соединенные друг с другом секции 8,1-8.4, расположенные под полюсами статора, а также полупроводниковые светочувствительные элементы 9.1-9.4 (или фотоэлементы), расположенные в активной зоне полюсов статора.

Светочувствительные элементы 9.1-9.4 электрически соединены с соответстеующими обмотками 8.1-8.4 ротора. Обмотки 8.1- 8.4 ротора сдвинуты друг относительно друга по окружности ротора на одинаковый угол а (фиг. 1.4). Для четырех секций 8.1-8.4 (фиг.1.4) угол а между осями соседних секций, например секций обмоток 8.1-8.2. равен 45°. Светочувствительные элементы 9.1-9.4 могут быть сдвинуты относительно осей соответствующих секций 8.1-8.4 на угол /3(фиг.1 и 4). Угол /3сдвига можно брать

равным или близким к 90° для двухполюсной конструкции (фиг. 1,4).

Особенностью двигателя является то, что источники 5 и б света устанавливаются в соответствующих впадинах между полюсами статора (фиг. 1,2,8), а на роторе 7 выполняется зеркальное кольцо 10 (фиг. 1,2,5,9), которое расположено под полюсами статора и источниками 5 и б света. При этом полупроводниковые светочувствительные элементы 9.1-9.4 располагаются в зоне зеркального кольца 10 ротора (фиг.5.9), а каждый из полюсов статора выполняется

со смежными светопоглощающими и зеркальными секторами 11-14, обращенными к зеркальному кольцу ротора 7.

Угловая ширина зеркального сектора 12 может быть равна половине угловой ширины у полюса статора, в частности полюса 2, фиг.6, другую половину ширины полюса статора может занимать светопоглощающий сектор 11. Аналогично обеспечивается и для полюса 3. Помимо сектора со светопоглоще- нием, светопоглощающей (или черной) можно выполнять и всю остальную поверхность каждого полюса за исключением зеркального сектора полюса.

Из фиг.1 можно также видеть, что зеркальные секторы 12 и 14 полюсов 2 и 3 статора располагаются по разные стороны от продольной плоскости, проходящей через ось 15 полюсов 2 и 3. У оси 16. перпендикулярной оси 15 полюсов статора, можно располагать источники 5 и 6 (фиг,1).Угловая ширина полюсов 2 и 3 может быть больше половины полюсного деления статора. Для двухполюсной конструкции (фиг.1) с полюсным делением в 180° угловая ширина каждого из полюсов 2 или 3 статора может быть равна 120-17 0°. Особенностью конструкции, представленной на фиг.7-10,является то, что ротор 7 выполняется дисковым (неферромагнитным или ферромагнитным), помимо полюсов 2 и 3 на статоре 1 выполнено еще два полюса 17 и 18, аналогичные полюсам 2 и 3 (т.е. конструкцияфиг.7-10 четырех- полюсная), соответственно, на статоре между полюсами статора добавлено еще два источника 19 и 20 света, под дисковым ротором 7 (фиг.7) могут располагаться дополнительные магнитопроводы 21 статора для замчкания магнитного потока полюсов статора. На всех полюсах 2,3,17,18 располагаются секции однофазной обмотки 4. Дисковый ротор 7 (фиг. 7,9) выполняется с широким плоским зеркальным кольцом 10 (фиг.9). в зоне которого размещены светочувствительные элементы 9.1-9.4 ротора, секции обмотки ротора при этом могут выполняться волновыми (фиг.9). На фиг.9 показана только одна обмотка 8.1 ротора с соответствующим светочувствительным элементом 9,1, соединенным с нею. Проводники секции 8.1 ротора нигде не пересекаются друг с другом, за исключением перемычки 22, электрически соединяющей внутренний и внешний витки спирали.

Цилиндрический ротор 7 (фиг.1,2,)также может быть как ферромагнитным, так и неферромагнитным. В последнем случае он выполняется полым (стаканообразным), а внутри его устанавливается внутренний цилиндрический магнитопровод статора.

В качестве полупроводниковых светочувствительных элементов 9.1-9.2 можно принять различные вентильные двухпрово- дящие светочувствительные приборы и микросхемы: фотодиоды, включенные параллельно и обратно один другому,фото- резисторы, составные фототранзисторы. Светочувствительные элементы можно применять как в варианте с открыванием их, так

0 ив варианте с закрыванием при воздействии света. В качестве однофазного источника переменного напряжения могут быть использованы различные разнополярные

5 ключевые генераторы, а также и обычная однофазная сеть. Источники 5,6,19,20 света можно питать от тех же источников, что и обмотки 4 статора. Зеркальные поверхности секторов полюсов статора и кольца 10

0 ротора могут выполняться напылением или осаждением тонких пленок светоотражающего материала. Светопоглощающие поверхности и секторы выполняются также напылением, осаждением и окислением (за5 чернением) соответствующих материалов, как ферромагнитных так и непроводящих.

Двигатель работает следующим образом.

Переменный ток обмотки статора со0 здает переменное магнитное поле. Переменное поле полюсов 2 и 3 создает ЭДС в соответствующих их секциях8.1-8.4 ротора, которые коммутируются элементами 9.1- 9.4. Свет, испускаемый источниками 5 и 6

5 статора (фиг. 1,12), попадает в рабочий зазор между полюсами статора и ротором 7 и, отражаясь от зеркальных поверхностей кольца 10 ротора и секторов 12 и 14 полюсов 2 и 3 статора, распространяется вдоль рабо0 чего зазора в первом и третьем квадрантах фиг.1,12 отпирая или запирая светочувствительные элементы. Во втором и четвертом квадрантах (фиг.1). где расположены свето- поглощающие секторы 11 и 13,света практи5 чески нет.

Зеркальные секторы 12 и 14 и расположенное под ними зеркальное кольцо 10 (фиг. 12) с рабочим зазором между полюсами статора и ротором 7 играют по сути роль

0 световодов, распределяющих свет по указанным квадрантам. Эффект распространения света по узким зазорам и щелям с зеркальными стенками хорошо известен и широко применяется (например, в периско5 пах. эндоскопах и т.д.).

Если светочувствительные элементы 9.1-9.4 выполняются с открыванием току при освещении их светом и закрыванием при их затемнении, запитывание обмоток 8.1-8.4 производится в первом и третьем (освещенных) квадрантах (фиг. 1). Двигатель

при этом развивает полезный вращающий момент.

Если же светочувствительные элементы 9.1-9.4 выполняются с закрыванием току при освещении их светом и открыванием при их затемнении, запитывание обмоток 8.1-8.4 производится во втором и четвертом (затемненных) квадрантах (фиг.1). Двигатель при этом развивает полезный момент и вращается в другую сторону.

Каждая из обмоток 8.1-8.4 ротора проходит подтоком и развивает полезный вращающий момент на большом угле почти в 180° за оборот, т.е. два раза почти по 90°. На полюсе 2 или 3 статора, на границе между зеркальным и светопоглощающим секторами можно помещать светопоглощающую шторку 23 (фиг.11). Данная шторка 23 (из гибкого материала или ткани) дополнительно разделяет освещенный и неосвещенные сектора, а также протирает зеркальное вращающее кольцо 10. Шторки могут быть и на обоих полюсах.

Реверсивный электродвигатель (фиг. 13- 17) содержит дополнительные источники света 24 и 25 на статоре, дополнительное I зеркальное кольцо 26 на роторе 7, дополнительные светочувствительные элементы 27.1-27,4, размещенные в зоне кольца 26, и /на полюсе 2)дополнительные зеркальный и i светопоглощающий сектбры 28 и 29 соответственно. На полюсе 3 выполняются аналогичные зеркальный и светопоглощающий секторы. Кольцо 10 расположено под источниками 5 и 6, а кольцо 26 - под источниками 24 и 25. Поперечная торцовая проекция реверсивного двигателя аналогична проекции фиг.1.

Все дополнительные элементы размещены с аксиальным сдвигом (фиг.14) относительно одноименных основных элементов, Источники 5, 6 и 24,25 отделены светонепроницаемой перегородкой 30

Дополнительный светопоглощающий сектор 29 расположен (фиг. 15) на поверхности полюса 2 напротив продольно зеркального сектора этого ж е полюса, т.е. одноименные секторы полюса 2 смещены друг относительно друга на угол, близкий к 90 эл.град.(фиг.15). Для полюса 3 все аналогично. Дополнительные светочувствитель- ные элементы 27.1-27.4 подключаются параллельно основным, если светочувствительные элементы выполнены с возможностью отпирания при их освещении (фиг.16), и последовательно (фиг. 17), если при освещении они запираются.

Для прямого вращения включаются источники 5 и 6 и источники 24 и 25 отключаются.

Для реверсирования отключаются основные источники 5 и 6 света и подключаются дополнительные источники 24 и 25. Электродвигатель может найти примене- ние, например, в микроприводе бытовых приборов.

Формула изобретения

1.Вентильный репульсионный электродвигатель, содержащий статор, на котором

расположены однофазная обмотка и электрические источники света, а также ротор, на котором размещены электрически разделенные одна от другой секции обмотки ротора, замкнутые на установленные также на

роторе полупроводниковые светочувствительные элементы, секции обмотки ротора смещены одна относительно другой по окружности ротора на одинаковый угол, полу- проводниковые светочувствительные

элементы сдвинуты по окружности ротора относительно осей тех секций обмотки ротора, с которыми они электрически соединены, полупроводниковые светочувствительные элементы выполнены

двухпроводными, вентильными, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, уменьшения размеров и массы электродвигателя, ротор снабжен зеркальным кольцом,

статор двигателя снабжен зеркальными и светопоглощающими секторами, электрические источники света установлены во впадинах между полюсами статора, зеркальное кольцо расположено на поверхности ротора, обращенной к полюсам статора и источникам света, при этом полупроводниковые светочувствительные элементы ротора расположены в зоне зеркального кольца ротора, а каждый из полюсов статора выполнен

со смежными светопоглощающим и зеркальным секторами, расположенными на поверхности полюсов напротив зеркального кольца ротора причем зеркальные секторы полюсов статора расположены по

разные стороны от продольной плоскости, проходящей через оси полюсов статора.

2.Электродвигатель поп.1, отличающийся тем, что угловая ширина зеркального сектора каждого полюса статора равна половине угловой ширины полюса, а на остальной части поверхности полюса расположен светопоглощающий сектор.

3.Электродвигатель поп.1, отлича ю- щ и и с я тем, что угловая ширина каждого

из полюсов статора больше половины полюсного деления статора.

4.Электродвигатель по п.1, от л и ч а ю- щ и и с я тем, что на полюсе статора, на границе между зеркальным и светопоглощающим секторами, установлена светопог- лощающая шторка из гибкого материала.

5. Электродвигатель по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью обеспечения реверсивности, он снабжен дополнительными аналогичными основному зеркальным кольцом, зеркальными и светопоглощаю- щими секторами, источниками света и све

точувствительными элементами, по конструкции аналогичным основным и расположенным на тех же элементах конструкции электродвигателя с аксиальным смещением относительно основных элементов, причем дополнительные зеркальные и светопогло- щающие секторы расположены напротив соответственно светопоглощающих и зеркальных основных секторов.

Изобретение относится к электродвигателям с бесконтактной коммутацией. Цель изобретения - упрощение конструкции, снижение габаритов и массы электродвигателя. Вентильный репульсионный электродвигатель содержит статор 1, имеющий полюсы 2 и 3, однофазную обмотку 4 статора и электрические источники света 5 и 6, а также ротор 7, который имеет электрически не соединенные друг с другом секции 8.1 - 8.4 обмотки ротора, замкнутые на двупроводящие вентильные полупроводниковые светочувствительные элементы 9.1 - 9.4, расположенные под теми же полюсами статора, что и обмотка ротора. Секции обмотки ротора сдвинуты одна относительно другой по окружности ротора на одинаковый угол, полупроводниковые светочувствительные элементы сдвинуты по окружности ротора относительно осей соответствующих секций ротора. Электрические источники 5 и 6 света установлены во впадинах между полюсами статора, а на роторе выполнено зеркальное кольцо, расположенное напротив источников света. Полупроводниковые светочувствительные элементы ротора расположены в зоне зеркального кольца ротора, а на поверхности полюсов, обращенной к ротору, размещены светопоглощающие и зеркальные секторы, причем зеркальные секторы полюсов статора расположены по разные стороны от продольной плоскости, проходящей через оси полюсов статора. Поперечная угловая ширина зеркального сектора каждого полюса может быть равной половине угловой ширины полюса, а на остальной части поверхности полюса над ротором размещен светопоглощающий сектор. Угловая ширина каждого из полюсов статора может быть больше половины полюсного деления статора. На полюсе статора, на границе между зеркальным и светопоглощающим секторами может быть установлена светопоглощающая шторка из гибкого материала, расположенная над зеркальным кольцом ротора. Для обеспечения реверсивности электродвигатель может быть снабжен вторым комплектом зеркальных колец, зеркальных и светопоглощающих секторов, источников света и светочувствительных элементов, расположенных с аксиальным смещением относительно элементов основного комплекта. Зеркальные и светопоглощающие секторы дополнительного комплекта расположены с угловым смещением относительно одноименных элементов первого комплекта на угол, близкий к 180 электрическим градусам. 4 з.п. ф-лы, 17 ил.

8.18.2 8.3 84 9.1, Ю

L II

I I I

11

Фиг.6 .

Фие.З

л

L

AJ 222z:

...-.;. у

/

IV

Фиг,7

20

J

В

Фиг. 9

Фиг. 8

Фигю

7

Фиг п

гц

Фиг з

;/

72

Фиг к

27/ 8 7 2728.22728.3 ЯЬвЦ

УН i у

1

JTTTJ

1111 J 1111 -утла /,.

jm. /ш /mi

Т / / 7

Й2 ИЗ 9 /О

Фиыц

Фиг. 16