Патент на изобретение №2292107

(54) ВОЛНОВОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С ВНУТРЕННИМ СТАТОРОМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к электротехнике, к электродвигателям с пониженной скоростью вращения ротора. Технический результат состоит в повышении технологичности изготовления, упрощении конструкции и повышении электромагнитного момента. Волновой электродвигатель состоит из цилиндрического сердечника статора, в наружных пазах которого уложена трехфазная обмотка, состоящая из секций и ротора в виде полого цилиндра, охватывающего сердечник статора по наружной поверхности. Гибкий магниточувствительный элемент расположен между сердечником статора и ротором, выполнен с возможностью изгибания в радиальном направлении без изменения своей длины и контактирует без проскальзывания с полым ротором и с наружной поверхностью сердечника статора. По крайней мере, между участками магниточувствительного элемента и сердечника статора, а также между участками элемента и ротором имеется зазор. Контактирующие с наружной поверхностью сердечника статора участки магниточувствительного элемента расположены между контактирующими с внутренней поверхностью ротора участками магниточувствительного элемента. При последовательной запитке током секций трехфазной обмотки статора происходит последовательное изгибание магниточувствительного элемента в радиальном направлении с притяжением одних его участков к сердечнику статора и прижиманием других его участков к внутренней поверхности ротора с передачей на него электромагнитного момента. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к волновым электродвигателям, осуществляющим вращение ротора с пониженной скоростью под действием магнитного поля, создаваемого обмоткой статора.

Известна конструкция волнового электродвигателя, у которого ротор состоит из гибкого стального цилиндра и магнитопровода, выполненного из ферромагнитных пластин [1]. По длине окружности гибкого цилиндра имеются два ряда прямоугольных отверстий, а ферромагнитные пластины соединены между собой в замок с помощью выполненных в них продольных ребер, имеющих длину меньшую, чем длина пластин, и снабжены клювообразными зацепами для присоединения к стальному цилиндру путем сочленения с упомянутыми отверстиями, причем одни из пластин имеют левые зацепы, вторые – правые зацепы, а третьи не имеют зацепов и располагаются между пластинами с зацепами.

Недостатками известного устройства являются то, что гибкий стальной цилиндр с отверстиями не обладает достаточной механической надежностью при продолжительной работе электродвигателя, а также то, что такой электродвигатель создает значительные шумы во время работе при перемещении пластин и соударении со статором.

Известна конструкция волнового электродвигателя, содержащего статор с обмоткой и ротор, выполненный в виде гибкой тонкостенной цилиндрической оболочки, опирающейся на кулачок [2]. Этот электродвигатель снабжен механизмом коммутации, опорный кулачок выполнен в виде водила с двумя роликами, неподвижно соединенного с выходным валом, электромагнитная система статора выполнена из шести электромагнитов с сердечниками П-образной формы с катушками, равномерно расположенными по окружности статора, а механизм коммутации выполнен в виде двойной кольцевой системы герметичных контактов и соответствующих им двух кольцевых групп постоянных магнитов, закрепленных на водиле.

Однако известный электродвигатель имеет значительные габаритные размеры из-за наличия двух водил с роликами и недостаточный момент вращения, возникающий при смещении плоскости деформации гибкого звена, воздействующего на ролики, которые и передают вращение на выходной вал.

Известна конструкция электрической машины, содержащей корпус, статор, включающий магнитопровод с обмоткой, ротор, выполненный в виде гибкого звена зацепления, огибающего звездочки, насаженные на выходные валы. Пластины гибкого звена зацепления соединены с электромагнитными элементами, выполненными с двумя охваченными магнитопроводом проводниками, концы которых соединены перемычками [3].

Известная электрическая машина обладает значительными габаритными размерами из-за наличия разнесенных в пространстве двух звездочек, а конструкция ротора в виде гибкого кинематического звена, включающего электромагнитные элементы, проводники, перемычки и магнитопровод, довольно сложна и не надежна при длительной работе.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является волновой электродвигатель, содержащий разомкнутый многофазный статор с обмоткой, гибкий магниточувствительный элемент в виде ленты, закрепленной на концах, и ротор, при этом статор выполнен из двух частей – внутренней цилиндрической и наружной разомкнутой, с группой управляемых обмоток каждая, между внутренней и наружной частями статора выполнен рабочий зазор, в котором расположены гибкий магниточувствительный элемент и полый ротор [4].

Электродвигатель-прототип обеспечивает улучшенные энергетические показатели за счет повышенного тягового усилия.

Однако известный электродвигатель имеет следующие недостатки:

1. Повышенные расходы на изготовление и усложненная технология изготовления разомкнутого статора.

2. Если полый ротор выполнен из немагнитного материала, то между гибким магниточувствительным элементом и внутренним статором образуется значительный немагнитный зазор. Если ротор выполнить из ферромагнитного материала, то он будет шунтировать часть магнитного потока, созданного обмоткой внутреннего статора. И в первом и во втором вариантах от обмотки внутреннего статора к гибкому магниточувствительному элементу приходит пониженный магнитный поток, что приводит к малой электромагнитной силе притяжения между ними, а значит и к пониженной силе тяги электродвигателя.

3. В известном электродвигателе полый ротор может быть выполнен только с малой толщиной стенок в силу причин, указанных в предыдущем пункте. Однако тонкостенный ротор в силу конструктивных причин не может быть силовым элементом электродвигателя и обеспечивать передачу значительного электромагнитного момента из-за возможности его деформации, например скручивания.

Задачей изобретения является повышение технологичности при изготовлении, упрощение конструкции и повышение электромагнитного момента волнового электродвигателя.

Поставленная задача решается тем, что в известном волновом электродвигателе с внутренним статором, содержащем цилиндрический сердечник статора, в наружных пазах которого уложена многофазная обмотка, выполненный в виде полого цилиндра ротор, охватывающий сердечник статора по наружной поверхности, и гибкий магниточувствительный элемент, охватывающий сердечник статора по наружной поверхности и контактирующий без проскальзывания с полым ротором, причем, по крайней мере, между некоторым участком магниточувствительного элемента и сердечника статора, а также между некоторым участком указанного элемента и ротором имеется зазор, согласно предлагаемому изобретению магниточувствительный элемент охвачен снаружи полым ротором, контактирует с наружной поверхностью сердечника статора без проскальзывания и выполнен с возможностью изгибания в радиальном направлении без изменения своей длины, при этом контактирующие с наружной поверхностью сердечника статора участки магниточувствительного элемента расположены между контактирующими с внутренней поверхностью ротора участками магниточувствительного элемента.

Кроме того, наружная поверхность магниточувствительного элемента и внутренняя поверхность полого ротора выполнены с большим коэффициентом трения.

Кроме того, наружная поверхность магниточувствительного элемента и внутренняя поверхность полого ротора выполнены рифлеными с насечками.

Расположение полого ротора снаружи магниточувствительного элемента позволяет:

1. устранить зазор между этим элементом и наружной поверхностью сердечника статора, что приводит к увеличению силы притяжения между ними при питании обмотки током, а значит и к увеличению электромагнитного момента двигателя;

2. выполнить ротор из любого электротехнического материала – магнитного или немагнитного;

3. выполнить ротор со значительной толщиной стенок; толстостенный ротор позволяет передавать значительный электромагнитный момент без механических деформаций;

4. присоединять к наружной поверхности ротора нагрузку, например шкив приводного устройства.

Выполнение магниточувствительного элемента с возможностью изгибания в радиальном направлении без изменения своей длины позволяет при контактировании одних его участков, расположенных напротив запитанных током секций обмотки статора, к сердечнику статора, другим участкам магниточувствительного элемента, расположенных напротив незапитанных током секций обмотки, образовывать зазор между наружной поверхностью сердечника статора и этим элементом, прижимаясь к внутренней поверхности ротора с хорошим механическим контактом.

Выполнение наружной поверхности магниточувствительного элемента и внутренней поверхности полого ротора с большим коэффициентом трения позволяет устранить между ними проскальзывание, что обеспечивает передачу большого электромагнитного момента от статора через магниточувствительный элемент к ротору.

Устранению проскальзывания между указанными элементами способствуют также выполнение наружной поверхности магниточувствительного элемента и внутренней поверхности полого ротора рифлеными с насечками.

На фиг.1 схематически показано поперечное сечение волнового электродвигателя с внутренним статором;

на фиг.2 – показано поперечное сечение волнового электродвигателя, у которого запитанные током секции обмотки статора отмечены темным тоном; секции каждой фазы обмотки отмечены одинаковым тоном. Стрелкой А показано направление вращения магнитного поля статора при переключении секций обмотки, а стрелкой Б – направление вращения ротора;

на фиг.3 – представлена картина распределения силовых линий магнитного поля для волнового электродвигателя с запитанными током секциями обмотки статора, показанными на фиг.2.

Волновой электродвигатель с внутренним статором состоит из цилиндрического сердечника статора 1, в наружных пазах которого уложена трехфазная обмотка, состоящая из секций 2, 3 и 4, ротора 5, выполненного в виде полого цилиндра, охватывающего сердечник статора 1 по наружной поверхности 6, и гибкого магниточувствительного элемента 7, расположенного между сердечником статора 1 и ротором 5. Каждая секция обмотки состоит из пары противоположно размещенных обмоток, каждая из которых размещена в двух смежных пазах сердечника статора.

Гибкий магниточувствительный элемент 7 контактирует без проскальзывания с полым ротором 5 и с наружной поверхностью 6 сердечника статора 1, причем, по крайней мере, между участками 8 и 9 магниточувствительного элемента 7 и сердечника статора 1, а также между участками 10 и 11 элемента 7 и ротором 5 имеется зазор 12.

Контактирующие с наружной поверхностью 6 сердечника статора 1 участки 10 и 11 магниточувствительного элемента 7 расположены между контактирующими с внутренней поверхностью 13 ротора 5 участками 8 и 9 магниточувствительного элемента 7.

Гибкий магниточувствительный элемент 7 выполнен с возможностью изгибания в радиальном направлении без изменения своей длины.

Наружная поверхность 14 магниточувствительного элемента 7 и внутренняя поверхность 13 полого ротора 5 выполнены с большим коэффициентом трения.

В частности, наружная поверхность 14 магниточувствительного элемента 7 и внутренняя поверхность 13 полого ротора 5 выполнены рифлеными с насечкам (на фиг. не показаны).

Волновой электродвигатель работает следующим образом.

Осуществляется последовательная запитка током секций 2, 3 и 4 трехфазной обмотки статора. Вследствие этого происходит последовательное изгибание магниточувствительного элемента 7 в радиальном направлении с притяжением одних его участков к сердечнику статора 1 и прижиманием других его участков к внутренней поверхности ротора с передачей на него электромагнитного момента.

Так, при запитке секций 3 и 4 обмотки статора током происходит притяжение участков 10 и 11 магниточувствительного элемента 7 к наружной поверхности 6 сердечника статора 1. Поскольку элемент 7 выполнен с возможностью изгибания в радиальном направлении без изменения своей длины, то участки 8 и 9 магниточувствительного элемента 7 прижимаются к внутренней поверхности 13 полого ротора 5. При этом между участками 10 и 11 магниточувствительного элемента 7 и внутренней поверхностью 13 полого ротора 5, а также между участками 8 и 9 элемента 7 и наружной поверхностью 6 сердечника статора 1 образуется зазор 12.

Поскольку между контактирующими участками магниточувствительного элемента 7 с внутренней поверхностью 13 ротора 5 и наружной поверхностью 14 сердечника статора отсутствует проскальзывание, а наружная поверхность 14 элемента 7 и внутренняя поверхность 13 полого ротора 5 выполнены с большим коэффициентом трения, то происходит передача электромагнитного момента от элемента 7 к ротору 5 при последовательной запитке током секций 2, 3 и 4 трехфазной обмотки статора.

При последовательном переключении секций 2, 3, 4 обмотки статора получается вращающееся магнитное поле (показано стрелкой А). При этом формируется волна изгибания магниточувствительного элемента 7, вследствие чего обеспечивается вращение ротора 5 в направлении, показанном стрелкой Б, со скоростью, значительно ниже скорости вращения магнитного поля.

Предлагаемый волновой электродвигатель с внутренним статором технологичен в изготовлении, обладает простой и надежной конструкцией сердечника статора и ротора, характеризуется легкостью соединения внешней поверхности ротора с приводимым в действие механизмом, обеспечивая передачу значительного электромагнитного момента на ротор при значительно пониженной скорости по сравнению со скоростью вращения магнитного поля, созданного обмоткой статора.

Источники информации

1. А.с. СССР №875551, МКИ Н 02 К 41/06. Ротор волнового электродвигателя. – З-ка №2871746/24-07. – Опубл. 23.10.81 г., Бюл. №39.

2. А.с. СССР №1387129, МКИ Н 02 К 41/06. Волновой электродвигатель. – З-ка №3888766/24-07. Опубл. 07.04.88 г., Бюл. №13.

3. Пат. Российской Федерации №2074491, МКИ Н 02 К 41/06. Электрическая машина. – З-ка №94027926/07. – Опубл. 27.02.97 г.

4. А.с. СССР №909769, МКИ Н 02 К 41/06. Волновой электродвигатель. – З-ка №2591714/24-07. – Опубл. 28.02.82 г., Бюл. №8 (прототип).

Формула изобретения

1. Волновой электродвигатель с внутренним статором, содержащий цилиндрический сердечник статора, в наружных пазах которого уложена многофазная обмотка, ротор, выполненный в виде полого цилиндра, внутри которого расположен статор, и гибкий магниточувствительный элемент, охватывающий сердечник статора по наружной поверхности и контактирующий без проскальзывания с полым ротором, причем, по крайней мере, между некоторым участком магниточувствительного элемента и сердечника статора, а также между некоторым участком указанного элемента и ротором имеется зазор, отличающийся тем, что магниточувствительный элемент, расположенный между наружной поверхностью статора и внутренней поверхностью полого недеформируемого ротора, выполнен с возможностью изгибания в радиальном направлении без изменения своей длины и прижимания к соответствующим поверхностям статора и ротора без проскальзования, при этом прижатые к наружной поверхности сердечника статора участки магниточувствительного элемента расположены между прижатыми к внутренней поверхности ротора участками магниточувствительного элемента, а наружная поверхность магниточувствительного элемента и внутренняя поверхность полого ротора выполнены с большим коэффициентом трения.

2. Волновой электродвигатель с внутренним статором по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность магниточувствительного элемента и внутренняя поверхность полого ротора выполнены рифлеными с насечками.

РИСУНКИ