Патент на изобретение №2273943

(54) ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, и может быть использовано для систем автоматики, а также в приборах бытовой техники, автомобилестроении. Электродвигатель содержит корпус, в котором размещены статор с двумя обмотками, ротор, выполненный в виде постоянного магнита с четырьмя полюсами, обращенными к обмоткам статора, с опрессованной в нем осью. В электродвигатель введен носитель обмоток статора, по внутреннему диаметру которого уложены обмотки статора, состоящие из двух катушек, каждая из которых выполнена прямоугольной, бескаркасной, изогнутой таким образом, что форма стороны обмоток, обращенной к ротору, соответствует форме ротора, выполненного в виде цилиндра, а на внешней поверхности корпуса размещен кольцевой магнитопровод. Техническим результатом изобретения является повышение КПД электродвигателя, упрощение его конструкции и уменьшение габаритов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, и может быть использовано для систем автоматики, а также в приборах бытовой техники, автомобилестроении.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является двигатель датчика температуры воздуха (патент RU №2198385) выполненный в собственном корпусе, бесколлекторный, содержащий статор, выполненный с двумя бифилярными обмотками, каждая из которых состоит из четырех секций с поочередно чередующимися направлениями обмоток, ротор выполнен в виде кольцевого постоянного магнита с четырьмя полюсами, обращенными к обмоткам статора, с спрессованной в нем осью.

Недостатком известного электродвигателя является низкий КПД, малый электромагнитный момент на единицу массы, низкая надежность.

Задачей предлагаемого технического решения является создание электродвигателя с высоким КПД, высоким электромагнитным моментом на единицу массы, простого по конструкции, имеющего минимальные массогабаритные характеристики.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в электродвигатель, содержащий корпус, в котором размещены статор с двумя обмотками, ротор, выполненный в виде постоянного магнита с четырьмя полюсами, обращенными к обмоткам статора, с опрессованной в нем осью, введен носитель обмоток статора, по внутреннему диаметру которого уложены обмотки статора, которые состоят из двух катушек, каждая из которых выполнена прямоугольной, бескаркасной, изогнутой таким образом, что форма стороны обмоток обращенной к ротору соответствует форме ротора, выполненного в виде цилиндра, а на внешней поверхности корпуса размещен кольцевой магнитопровод.

Постоянный магнит ротора выполнен из композиционного магнита с полимерными связующими с радиальным многополюсным намагничиванием.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в увеличении электромагнитного момента на единицу массы, а значит и КПД электродвигателя за счет введения носителя обмоток статора, на внутренней поверхности которого размещены две обмотки, каждая из которых выполнена из двух катушек. Катушки выполнены бескаркасными, прямоугольными, изогнутыми таким образом, что форма стороны обмоток, обращенной к ротору, соответствует форме ротора. Ротор выполнен в виде цилиндра. Это позволяет уменьшить величину зазора между полюсами постоянного магнита ротора и обмоток статора. Таким образом, увеличивается электромагнитный момент, уменьшается ток потребления, а значит увеличивается КПД электродвигателя, а конструкция электродвигателя становится более простой.

Выполнение постоянного магнита ротора в виде цилиндра увеличивает вращательный момент при одной и той же величине магнитного потока, что и для кольцевого, за счет приложения магнитодвижущих сил на наружной стороне магнита с большим радиусом, а также увеличивается инерционный момент ротора за счет сосредоточения основной массы на максимальном удалении от оси ротора, что стабилизирует работу электродвигателя, особенно в условиях вибрации и одиночных ударов, устраняется торцевое биение ротора, уменьшается трение в подшипниках вала и увеличивается КПД электродвигателя.

Использование в качестве постоянного магнита ротора композиционного магнита с полимерными связующими на основе порошков высокоэффективных магнитных материалов, например ниодим-железо-бор, с радиальным многополюсным намагничиванием, который по сравнению с постоянными магнитами, выполненными литьем или методом порошковой металлургии, изготавливается методом прессования, обеспечивает высокую точность изготовления, в частности, цилиндрической формы ротора с минимальными допусками, что позволяет исключить трудоемкий процесс балансировки, уменьшить осевое и радиальное биение ротора, тем самым уменьшить потери на трение и небаланс вала электродвигателя, увеличивается электромагнитный момент и КПД электродвигателя. При этом использование композиционного магнита с полимерными связующими на основе порошков ниодим-железо-бор с радиальным многополюсным намагничиванием значительно на 30-50% уменьшает вес магнита и ротора в целом.

На внешней поверхности корпуса электродвигателя соосно с валом ротора размещен кольцевой магнитопровод, который при осевом смещении ротора создает магнитодвижущую силу, направленную в противоположную от смещения сторону. Величина созданной магнитодвижущей силы пропорциональна величине смещения ротора. Эта сила препятствует осевому смещению ротора и удерживает его в рабочем состоянии, уменьшая осевое и радиальное смещение ротора относительно обмоток статора и подшипников корпуса электродвигателя, особенно в условия вибрации и ударов.

Таким образом, в предложенном электродвигателе увеличивается электромагнитный момент, устраняется торцевое биение ротора, уменьшается трение в подшипниках вала, уменьшается ток потребления, а значит увеличивается КПД электродвигателя.

На фиг.1 приведена конструкция двигателя, на фиг.2 приведена схема системы управления работой электродвигателя.

Предлагаемый электродвигатель содержит корпус 1 по внешнему диаметру, которого размещен кольцевой магнитопровод 2, статор с двумя обмотками, состоящий из носителя 3 обмотки статора, по внутреннему диаметру которого уложены обмотки 4 статора, которые состоят из двух катушек, каждая из которых выполнена прямоугольной, бескаркасной, изогнутой таким образом, что форма стороны обмоток 4, обращенной к ротору, соответствует форме ротора 5, выполненного в виде цилиндра с четырьмя полюсами, обращенными к обмоткам статора, с опрессованной в нем осью 6.

Постоянный магнит ротора 5 выполнен из композиционного магнита с полимерными связующими на основе порошков высокоэффективных магнитных материалов, например Nio-Fe-Br с радиальным многополюсным намагничиванием. Постоянный магнит выполнен из магнитного порошка методом прессования.

Носитель 3 обмотки статора выполнен из эластичного изоляционного материала.

Электродвигатель работает следующим образом.

Вращающий момент в электродвигателе создается в результате взаимодействия магнитных потоков в промежутке между полюсами магнита ротора и обмоток статора, по которым протекает электрический ток. Управление коммутацией обмоток статора осуществляется системой управления, схема подключения которой приведена на фиг.2. Схема системы управления приведена на фиг.5 патента-прототипа RU №2198385 и работает в соответствии с описанием. При подаче питающего напряжения на вход системы управления начинают протекать токи через транзисторные ключи, которые поочередно переходят в состояние насыщения и отсечки, к коллекторам которых подсоединены выводы обмоток статора 4.1 и 4.2. электродвигателя. Таким образом, при заторможенном роторе схема будет переходить из одного состояния в другое, вызывая на валу ротора вращающие моменты поочередно противоположных направлений.

Под воздействием запускающего импульса ротор приходит в движение.

Изобретение позволяет иметь высокий КПД, небольшой вес и габариты электродвигателя. Изготовление предложенного электродвигателя является более простым и экономичным.

Формула изобретения

1. Электродвигатель, содержащий корпус, несущий статор с двумя обмотками, подключенными к транзисторному коммутатору и состоящими из катушек, размещенных на носителе из изоляционного материала и имеющих на стороне, обращенной к ротору, форму, соответствующую форме ротора, выполненного из постоянного магнита, отличающийся тем, что каждая из обмоток статора состоит из двух катушек, выполненных прямоугольными бескаркасными, а по внешнему диаметру корпуса статора расположен кольцевой магнитопровод.

2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что постоянный магнит ротора выполнен на основе композиционного магнита с полимерными связующими с радиальным многополюсным намагничиванием.

РИСУНКИ