Электродвигатель Советский патент 1980 года по МПК H02K29/00 

. i Изобретение относится к электроприв ду, в частности к электрическим {лашинам с бесконтактной коммутацией. Известны вентильные, электродвигател статор которых содержит П-образные в аксиальной плоскости магнитопроводы, н которых расположены секции обмотки якоря . Для подвеса в них необходимы спе- циальные устройства, найример подщип- Известны также электродвигатели с вентильной коммутацией, в конструкции которых функции двигателя совмещены с функциями системы электромагнитного или электродинамического подвеса. Такие двигатели содержат ротор и статор с закрепленными на них П-образными в аксиальной плоскости магнитоцроводами помещенными на них катушками, соединенными в секции и подключенными к источнику питания через вентильный коммутатор, и систему магнитного подвеса Г2 , Основной недостаток двигателя состоит .В том, что при неизбелшо большом немаг нитном зазоре в его магшггно& цепи электродинамические усилия, используемые для создагжя системы подвеса, недостаточно велики и .не обеспечивают необходимое качество подвеса. Кроме того, в варианте с вращающимся ротором йотрэбо валось бы автоматическое регулирование величиньг этих усилий в зависимости от величины зазора между рсггаром и статором, что усложняет конструкц1по и уменьшает ее над е}кность. Цель изобреггения - упрощение конструкции за счёт конструктивного и функционального совмещения электродвигателя с системой подвеса ротора, использующей электромагнитные силы отталкивания. Указанная цель достигается тем, что активная часть ротора электродвигателя вьшолнена в виде ферромагнитных сегментов, разделенных немагнитными промежутками, с аксиальными пазами, в каждом из которых помещены два постоянных магнита, обращенных к поверхности статора .разноименными ; полюсами, а в полюсных выступах каждого П-образного магнитопровода Статора выполнены пазы, в которых закреплены постоянные м&гниты, обращенные к поверхности ротора разноименнь1мн полюсами, причем посто5Ш ные магниты статора и ротора обращены друг к другу одноименными полюсами. секция обмотки статора образова на последовательным и согласным соединением катушек, расположенных на П-образных магнитопроводах, угловое расстояние между которыми равно расстоянию между центрами ферромагнитных сег1ментов ротора. На фиг. 1 схематически изображен эл тродвигатель, поперечный разрез (разрез А-А на фиг. 2); на фиг. 2 - разрез Б-Б на фиг. 1;на фиг. 3 - конструктивн вариант, обеспечивающий устойчивость ротора в осевом направлении; на фиг. 4 и поясняют принцип силового Взаимодействия элементов статора и ротора с учетом токов в обмотках статора; на фиг. 6 представлена линейная развертка части окружности статора и ротора и приведена схема соедшения катушек в секцию обМотки статора. Активная часть ротора выполнена в виде ферромагнитных сегментов 1, разделеннь5х немагнитными промежутками. напримёр, за счет закрепления сегменто ь пазал немагнитной втушда 2. Сегменты 1 имеют аксиальные пазы, в каждом из которых помещены два постоянных маг нита 3 и4, обращенные к поверхности статора разноиме1шыми полюсами. Таким образом, к одному торцу ротора гфимыка ют, например, магниты, обращенные к поверхности статора своими северными к другому, торцу - своими южными полюсами, образуя эквивалентную магнитную систему ротора, силовые линии которой замыкаются аксиально. На статоре закреплены П-образные мапштопроводы 5 с помещенными на них катушками 6. В полюсных выступах П-образта1х магнитопроводов выполнены пазы, в которых закреплень постоянжш магниты 7 и 8, обращенные к поверхHocJTH poTdpa своими разн6ймйШ&1М а полюсами, но так, что шходя1Щ1еся пскл«Нйнь1е Ш1Г1Йпь1 статора и ротора обращены друг к другу своими одноименными долюсами. Катушки 6 объединены в секции обмотки статора, подключенные к источнику питания через вентильный коммутатор., Каждая секция 9 (фиг, 6) образована последовательным и согласным соединением катушек, расположенных на П-образных магнитопроводах, расстояние t между которыми равно расстоянию между центрами ферромагнитных сегментов 1 ротора. По условиям устойчивости работы системы подвеса минимальное число сегментов ротора равно трем (фиг. 1), следовательно, каждая секция включает в себя число последовательно соединенных катушек, равное числу сегментов. Общее число катушек (и магнитопроводов 5) равно произведению числа сегментов 1 ротора на число секций статора. В предложенной конструкции катушки объеди йены в восемь секций. На фиг. 6 показано соединение катушек только в одной из них, остальные выполнены аналогично. Электродвигатель работает следующим образом. При отсутствии тока в секциях обмотки статора магнитная система двигателя обеспечивает возникновение радиальных сил отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов, закрепленньгх на статоре и роторе (фиг. 2). В случае радиальных смещений ротора система подвеса устойчива, так как с уменьшением зазора с какой-либо стороны увеличиваются действующие в этой зоне силы отталкивания. Вращающий момент ротора в этих условиях равен нулю. По отнощению к осевым смещениям ротора система подвеса не обеспечивает устойчивости - при любом смещении ротора в сторону от положения раадовесия возникают осевые усилия, действующие в эту же сторону и стремящиеся вытолкнуть ротор; из статора. Для обеспечения осевой устойчивости необходимо, в частности, применение двух аналошчных магнитных систем щэи условии, что рабочие поверхности ротора и статора наклонены под некоторым углом d , не равным 90 , к торцовой поверхности ротора (фиг. З) В такой конструкции обеспечивается устойчивость подвеса ротора при возможных радиальных и осевых его смещениях. ЕСЛИ по виткам катушки 6, размещенной на П-образном магнитопровсав 5, 1фотекает ток (направление которого на фиг. 4 и 5 показано Ш1утря кружков а стрелкой дано направление создаваемой катушкой намагничивающей силы), то в зависимости от направления тока магнитное поле, созданное постоянными магнитами 7 и 8 этого сердечника, может либо ослабляться (фиг. 4), либо усиливаться (фиг. 5). При этом при ослаблении поля намагничивающая сила катушки не должна быть настолько боль шой, чтобы внешнее поле могло перемаг нитить постоянною магкитьь Соответств но сила взаимного отталкивания магнитов 7 и 8 и Несходящихся нащготнв iBte на роторе магнитов.3 и 4 может йибо уменьшаться (фиг. 4), либо увеличиваться (фиг. S). Возникновение вращающего момелгга двигателя иллюстрируется фиг. 6. На магнитопроводах 5 внутри кружков указ но направление намагничивающих сил соответствующих секций обмотки статора В рассматриваемый момент времени ток в обмотках части секций (в том числе изображенной на фиг. 6 секции 9) усиливают магнитное после соответствующих постоянных магнитов, токи другой части секций ослабляют его, а обмотки двух секций, магнитопроводы которых находятся на линиях коммутации В-В и Г-Г, в данный момент отключены. Линия коммутации В-В совпадает с осью симметрии сегмента 1, который показан на фиг. 6 в виде эквивалентного магнита, а линия Г-Г совпадает с осью симметрии немагнитного гфомежутка между двумя сегмеш ами. На постоянные магниты тех магнитопроводов 5, которые находятся на линиях коммутации, действуют только радиальные усилия, причем на оси Г-Г это усилие незначительно, если сегменты 1 разделены достаточно большим немапштным промежутком. На все остальные, магниты статора действуют силы отталкивания со стороны ротора, имеющие радиальную и Касательную состабляю щие. При отсутствии тока в обмотках ка сательные составляющие взаимно уравновешиваются. При усилении поля расположенных по одну сторону от линии коммутации В-В магнитопроводов 5 и осяабл&нии поля магнитопроводов, расположенны с другой стороны, возникает равнодействующая касательных усилий, обеспечивающая возникновение вращающего Момента. При этом устойчивость системы подвеса не нарушается. Для того, чтобы вращающий момейт действовал постоянно коммутатор эле)СтрЬдвигаТ€йя обеспечивать изменение направлейкя т6ка 026 в каждой секции обмотки статора всякийраз, когда магнитопроводы 5 с катушками этой секции окажутся на одной из двух линий коммутации. Для yiipomeниясхемы коммутатора можш orpesjs metrся, например, только подмапшчиванивм магнвтопроводов 5. В этом случае коммутатор должен включать секцию при про хождении ею одной из линий коммутации и отключать ее от источника при щюхождении другой, Если коммутатор утфавляётся датчиком углового попожегая ротора, используется режим вентильного электродвигателя, обеспечнвайэщий регулирование скорости вращешш, а также торйожбние и реверс. Возможно использование также синхроннсяч реясима, когда частота и последовательность переключений секций задается внешним устройством, а датчик углового подожекия Отсутствует. Для предотвращения вьшадения из синх ронизма изменение частоты переключений не должно быть слишком быстрым. Таким образом, данное устройство объединяет в себе электродвигатель с BeHTiuuxной коммутацией и систему подвеса ротора с использованием сил отталкивания, обеспечивая сохранение устойчивости системы подвеса при регулировании вращающего момента ротора. Качество подвеса обеспечивается при применении постоянньгх магнитов с большим значением коэрцитивной силы. Предложенный принцип действия элек1родв11гателя может быть реализован в ряде конструктивных вариантов. Возмолг жен, например, аналогичный электродвигател ь с внешким ротором и внутренним статором. Кроме того, 1федставлеш1ую на фиг. 6 лииейную развфтку электродвигателя можно рассматривать в качестве линейного электродвигателя, обеспечивающего взаимное перемещение его элементов и подвес подвижной части над направлян щим элементом. Технико-экономическая целесообразность применения конструкции определяется ее специфическими особенностями, состоящими в отсутствии оперных подшипников и чрезвычайно малом моменте трения. Oiia может применяться в точных системах регулирования, для создакия высокооборотных электромеханических устройств или устройств, работающих в средах, где применение подшипникой Satp HEs&o. В линейном варианте конструкция можбт быть использована для созданиятранспортных средств с магнитным подвесом экипажа.

Формула изобретения

Электродвигатель, содержащий ротор, и статор с закрепленными П-образными в аксиальной плоскости магнитолроводамй и пойёщеннымн на них катушками, соединенными в секции и подключёнными к источнику питания через вентильный коммутатор, и систему магнитного подвеса, отличающийся: тем, что, с целью конструктивного и функционального совмещения электродвигателя с системой магнитного подвеса ротора, активная часть ротора выполнена в виде ферромагнитных сегментов, разделенных немагниШыми промежутками, с аксиальными пазами, в каждом из которых помещены два постоянных магнита, обращенных к поверхности статора разноимен-i ными полюсами, а в полюсных выступах каждого П-образного магнитопровода статора выполнены пазьг, в которых за1феш1ены постоянные магниты, обращенные к поверхности ротора разноименны.ми полюсами, причем постоянные магниты статора и ротора обращены друг к другу одноименными полюсами, а каждая

секция обмотки статора содержит последовательно и согласно соединенньге катушки, расположенные на П-образных магнитопровод1ах, угловое расстояние между которыми равно расстоянщо между осями

ферромагнитных сегментов ротора.

Источники информации, принятые во. внимание при .экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР ,№ 445104, кл. Н 02 К 29/04, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2462291/24-О7, кл. Н 02 К 41/02, 15.О3.77.

Фиа.З

Ф«г.4

7

Фиа. 6