Электрическая машина Советский патент 1981 года по МПК H02K16/00 

(54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Изобретение относится к электрическим машинам с постоянными магнитами.

Известны электрические машины, содержащие статор с магнитопроводом с вырезами, обмотку управления в виде секций и роторы с постоянными .магнитами, установленными на валах между секциями обмотоки в вырезах магнитопровода 1. Недостатком этой электрической машины является ее чувствительность к влиянию внешних магнитных полей, поскольку она не обеспечивает эффективного экранирования роторов с кольцевыми постоянными магнитами, так как собственное поле магнитов в силу их ограниченных размеров не достаточно сильно, чтобы противостоять воздействию внешних магнитных полей.

Кроме того, такая электромашина имеет сравнительно невысокие динамические характеристики, объясняемые нечеткой фиксацией роторов при обесточенных секциях обмотки управления.

Наиболее близким к изобретению является электрическая машина, содержащая ;татор с магнитопроводами, в которых выполнены отверстия, постоянные магниты с осевой намагниченностью и обмотку управления в виде секций, зубчатый ротор, установленный на валу, размещенном между секциями обмотки в отверстии магнитопровода 2.

Недостатками этой электрической машины являются во-первых, невысокое быстродействие, обусловленное, большим моментом инерции ротора, ограничивающем частоту приемистости данной машины; во-вторых, относительно низкая надежность в связи с периодически изменяющейся радиальной нагрузкой на опоры из-за периодически из10меняющегося направления одностороннего магнитного тяжения.

Кроме того, в силу своих конструктивных особенностей эта электрическая машина имеет большие аксиальные размеры.

Целью изобретения является улучшение

15 динамических характеристик, повышение надежности и уменьщение аксиальных размеров.

Достигается это тем, что секции обмотки выполнены в виде коаксиально расположен20ных кольцевых катушек, а постоянные магниты размещены между магнитопроводами с прилеганием по торцам. Электрическая машина может быть снабжена дополнительным

зубчатым ротором, вал которого установлен между секциями обмотки и кинематически связан с валом основного ротора. В отверстии магнитопровода может быть размещен кольцевой постоянный магнит, установленный на валу, размещенном между секциями обмотки. Вал одного из роторов может быть размещен между крайней из коаксиальных секций и второй от края секцией, а вал другого ротора размещен между второй от края секцией и третьей секцией. На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой электромащины в разрезе; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - вид в изометрии двухроторной электромащины; на фиг. 4 - общий вид электромащины с ротором между торцами секций обмотки; на фиг. 5 - общий вид электромащины с роторами, имеющими кратное число зубцов; на фиг. 6 - то же, вид сверху; на фиг. 7 - то же, вид в разрезе; на фиг. 8 представлено взаимное положение роторов электромащины и направление вращающих моментов при различных направлениях тока в секциях обмотки управления; на фиг. 9 - общий вид электромащины с одним кольцевым постоянным магнитом; на фиг. 10 - то же, вид сверху; на фиг. 11 отражен принцип работы электромащины согласно фиг. 9- 10; на фиг. 12 - взаимное положение роторов электромащины, аналогичной электромащине на фиг. 3, у которой валы этих роторов размещены в промежутке между разными секциями об.мотки управления, и направление вращающих моментов при различных направлениях тока в обмотке управления; на фиг. 13 отражен принцип работы электромащины corjjacHO фиг. 12 при питании трехфазным током.

Электрическая мащина содержит втулку 1, на которой запрессованы статорные магнитопроводы 2 и 3 с вырезами 4 и 5, между которыми по окружности установлены концентричные кольцевые секции 6 и 7 обмотки управления в чередующейся последовательности с кольцевыми постоянными магнитами 8, 9, 10. Вал 11 с закрепленным на нем ротором 12 установлен между магнитопроводами 2 и 3. Один конец вала 11 размещен между секциями 6 и 7 обмотки управления, а другой закреплен в опорах колонки 13, установленной в магнитопроводе 3. Ротор 12 установлен с радиальным зазором относительно магнитопровода 2 и имеет два зубца 14.

Для обеспечения момента фиксации ротора 12 в магнитной цепи электромащины создана асимметрия с помощью уступа 14 на роторе 12 и пазов 15 на статоре. Колонка 13 служит для фиксации при монтаже электромащины. Вырезы 4 и 5 в магнитопроводе 2 уменьщают рассеяние потока магнитов 8, 9 и 10. На валу 11 сидит зубчатое колесо 16. Шаг электромащины при работе в щаговом режиме составляет 90°.

У электромащины (см. фиг. 3) имеется дополнительный ротор 17 с зубчатым колесом 18 на его оси. Роторы 12 и 17 через колеса 16, 18 и 19 кинетически связаны с выходным валом 20.

Электромащина (см. фиг. 4) имеет двойной комлпект магнитопроводов 3, секции 6 и 7 обмотки управления постоянных магнитов 8-10.

В электромащине (см. фиг. 5-7) роторы 12 и 17 имеют отнощение чисел зубцов равное отнощению частот вращения этих роторов.

Электромащина (см. фиг. 9-10) снабжена постоянным магнитом 21, установленным в ферромагнитных дисках 22, которые, в свою очередь, запрессованы в немагнитные диски 23, размещенные в отверстиях 24 магнитопроводов 3. Вал 25, на котором сидит постоянный магнит 21, кинематически связан с выходным валом 20 через зубчатое колесо 18 и зубчатое колесо 19.

В электромащине (см. фиг. 12) ротор 12 установлен между секциями обмотки управления 7 и 26, а ротор 17 между секциями 26 и 6.

Электрическая мащина работает следующим образом.

При подаче импульса тока в секции 6 и 7 обмотки управления магнитный поток взаимодействует с поляризующим потоком постоянных магнитов 8, 9, 10. В зависимости 0 от полярности импульса тока магнитное поле в зазоре между торцами зубцов 14 ротора 12 и магнитопроводом 3 статора ослабляется или усиливается. Возникает вращающий момент, под действием которого ротор 12 поворачивается в положение, при 5 котором через его зубцы 14 проходит максимальный поток.

При подаче импульса тока определенной полярности в секции 6 и 7 обмотки управления ротор 12 сместится в новое положение Q равновесия на угол, больщий половины щага, т.е. больще, чем на 45°.

При отсутствии тока в секциях 6 и 7 ротор 12 под действием реактивного момента, обусловленного ассимметрией магнитной цепи за счет уступа 14 и пазов 15 довора5 чивается до нового положения равновесия, т.е. вал электромащины повернется на 90°.

С изменением направления тока области усиления и ослабления поляризующего потока меняются местами и ротор 12 отрабатывает следующий щаг.

Последовательная подача разнополярных импульсов обеспечивает дискретное вращение вала 11 с указанным шагом.

При работе электрической мащины (см. фиг. 8) при согласном включении секций 6 5 и 7 обмотки управления (см. верхнюю половину фиг. 8) вращающий момент создается ротором 12, имеющим две пары зубцов 14, так как на зубцы 14 ротора 17 воздействуют встречно направленные и взаимно компенсирующие друг друга моменты. Так, как зубчатый ротор 12 имеет две пары зубцов 14, то скорость вращения в этом случае вдвое меньще скорости вращения электромащины, показанной на фиг. 1-2.

При изменении направления тока в секциях 6 и 7 обмотки управления с согласного на встречное (см. нижнюю половину фиг. 8), моменты, воздействующие на зубцы 14 ротора 12, компенсируют друг друга, а у ротора 17 складываются. Скорость вращения при этом удваивается.

При работе электрической машины (см. фиг. 9-10) при встречном включении секций 6 и 7 обмотки управления (см. фиг. 11) вращающий момент на выходном валу 20 обеспечивается зубчатым ротором 12, так как постоянный магнит 21 из-за встречного направления моментов в создании вращающего момента не участвует.

При согласном включении секций 6 и 7 обмотки управления вращающий момент на выходном валу обеспечивается лищь постоянным магнитом 21.

Скорость вращения этой электромашины Может быть в два раза выше, чем у электромащины, представленной на фнг. 1-2.

При работе электромашины согласно фиг. 12, вращающий момент на выходном валу создает ротор, вал которого установлен между секциями обмотки управления, токи в которых направлены встречно, другой ротор в создании вращающего момента на выходном валу не участвует.

Изменение направления тока в секциях 6, 7 и 26 обмотки управления, наглядно поясняемое на фиг. 12, влечет за собой изменение направления вращения (вверх - по часовой стрелке; вниз - против часовой стрелки).

Фиг. 13 наглядно поясняет работу электромашины от сети трехфазного тока, где показаны двенадцать основных положений роторов, смещенных друг относительно друга на угол при различных отношениях напряжений трех фаз, которыми в данном случае являются секции обмотки управления. Электромашина приобретает способность работы с реверсом или в качестве электромашины ЗтХ фазного тока.

Чередование плоских концентричных секций 6 и 7 обмотки управления с плоскими кольцевыми постоянными магнитами 8, 9 и 10 обеспечивает мощный поляризующий поток, который, в свою очередь, обуславливает достаточный момент вращения, что при малом моменте инерции ротора 12 способствует получению высоких динамических характеристик, а также позволяет уменьщить аксиальные размеры.

Благодаря конструктивному решению магнитной системы электрической мащины компенсируются магнитные натяжения, возникающие в воздущном зазоре системы, что существенно повышает надежность конструкции в целом.

Снабжение электромашины по меньшей мере одним дополнительнымфотором 17 обеспечивает дополнительное улучшение динамических характеристик за счет суммирова Q ния на выходном валу 20 моментов всех роторов электромашины при неизменном моменте нагрузки.

Дополнительное улучшение динамических характеристик и повышение надежности обеспечивается при полной симметрии магнитной системы, исключающей как радиальные, так и осевые усилия магнитных тяжений.

Формула изобретения

2а

L Электрическая машина, содержащая статор с магнитопроводами, в которых выполнены отверстия, постоянные магниты с осевой намагниченностью и обмотку управления в виде секций, зубчатый ротор, установ5ленный на валу, размещенном между секциями обмотки в отверстии магнитопровода, отличающаяся тем, что, с целью улучщения динамических характеристик, повышения надежности и уменьшения аксиальных размеров, секции обмотки выполнены в виде коаксиально расположенных кольцевых катушек, а постоянные магниты размещены между магнитопроводами с прилеганием по торцам.

5 между крайней из коаксиальных секций и второй от края секцией, а вал другого ротора размещен между второй от края секцией и третьей секцией.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 607311, кл. Н 02 К 21/08, 1978.

S 20 f fO f // fff // v -I/ ЧАУЧЧЧЧУЧЧЧЧЧОХ 1чччччччччччччл ччччуччт 5 ч ХУчХЧУчХх /// Л/ / / // 7

8 7

(pffgj / / r ys-XXXN XXV r V iA WS iX

d J7

ff

I

I

.7 fff 6 183 чхучучхччу А

/