Патент на изобретение №2354030
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области электротехники, а именно к электродвигателям, в которых лобовая часть обмотки выходит за пределы периферии сердечника ротора, обращенной к статору. Сущность изобретения состоит в том, что согласно первому варианту его осуществления электродвигатель содержит ротор, включающий в себя сердечник ротора, обращенный к статору и имеющий множество отверстий, в которые вставлены магниты, причем сердечник ротора имеет множество выступающих элементов, размещенных между внешним периметром сердечника ротора, противолежащим статору, и магнитами и выходящих в осевом направлении за пределы ротора. Согласно второму варианту электродвигатель содержит статор и ротор, включающий сердечник ротора, установленный в статоре с возможностью вращения, в котором множество выступающих элементов выходят из сердечника ротора за его пределы в осевом направлении, и множество магнитов, прикрепленных к сердечнику ротора, при этом каждый из магнитов имеет дугообразную форму, выпуклую в направлении к центру сердечника ротора, причем согласно изобретению каждый из выступающих элементов сердечника ротора расположен между статором и каждым из магнитов в радиальном направлении ротора, и каждый из магнитов охватывает каждый из выступающих элементов сердечника ротора. Технический результат – достижение минимальных потерь в сердечнике статора электродвигателя, а также издержек производства на повышение его эффективности благодаря тому, что выступающие элементы ротора в осевом направлении выходят за периферию сердечника только самого ротора, обращенную к статору, что обеспечивает краевой эффект. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к электродвигателю, а конкретнее к электродвигателю, в котором выступающая лобовая часть выходит за пределы периферии сердечника ротора, обращенной к статору. Описание уровня техники Фиг.1 представляет собой общий вид, иллюстрирующий обычный электродвигатель; Фиг.2 представляет собой вид в плане обычного электродвигателя и Фиг.3 представляет собой разрез по линии А-А на Фиг.1. Обычный электродвигатель, показанный на Фиг.3, представляет собой электродвигатель с внутренним ротором, в котором ротор 20 установлен в статоре 10 с возможностью вращения с заданным зазором G и вращается в результате электромагнитного взаимодействия между ротором 20 и статором 10. Статор 10 включает кольцевое ярмо 12, множество зубцов 14, расположенных радиально на внутренней стенке ярма 12, и катушки 16, намотанные на зубцы 14 и электрически соединенные с внешним источником электропитания. В данном случае сочетание ярма 12 с множеством зубцов 14 называется сердечником статора. Сердечник статора изготавливается сборкой в пакет множества листов электротехнической стали, имеющих ту же проекцию в плане, что и сердечник статора. Ротор 20 включает сердечник ротора 22, расположенный в статоре 10 для вращения с сохранением заданного зазора G, и множество магнитов 24, которые прикреплены к сердечнику ротора 22 по радиальной схеме. Сердечник ротора 22 выполнен сборкой в пакет множества листов электротехнической стали, имеющих ту же проекцию в плане, что и сердечник ротора 22. В частности, если в вышеупомянутом роторе 20 поверхность ротора 20, обращенная к статору 10, больше, то величина эффективного магнитного потока, ортогонального к статору 10, увеличивается, вследствие чего рабочие характеристики электродвигателя улучшаются. Таким образом, ротор 20 имеет большую длину в осевом направлении, чем статор 10, и это называется «краевым эффектом» (эффектом выступания лобовой части). Чтобы достичь эффекта выступания лобовой части в обычном электродвигателе, только периферия сердечника ротора 22 нужна более длинной в осевом направлении, чем статор 10. Однако поскольку листы электротехнической стали имеют плоскую форму, весь ротор 20 имеет в осевом направлении большую длину, чем статор 10, и производственные затраты для усовершенствования электродвигателя увеличиваются. Кроме того, чтобы достичь эффекта выступания лобовой части в обычном электродвигателе, поскольку ротор 20 имеет большую длину в осевом направлении, чем статор 10, сплошной объем обычного электродвигателя увеличивается или, в случае ограничения сплошного объема обычного электродвигателя, статор 10 становится относительно меньше. Вследствие этого возникает обратный эффект, заключающийся в увеличении потерь в сердечнике статора 10. РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Следовательно, настоящее изобретение создано ввиду наличия вышеуказанных и/или иных проблем, и целью настоящего изобретения является предложить электродвигатель, в котором выступающая лобовая часть в осевом направлении выступает только из периферии сердечника ротора, обращенной к статору, вследствие чего может достигаться краевой эффект. Согласно настоящему изобретению вышеуказанная цель и иные цели могут быть достигнуты предложением электродвигателя, включающего ротор, который включает сердечник ротора, расположенный напротив статора, и множество магнитов, прикрепленных к сердечнику ротора, причем сердечник ротора включает выступающие элементы, простирающиеся в осевом направлении за периферию ротора, расположенную напротив статора. Предпочтительно, статор включает кольцевое ярмо и множество зубцов, расположенных по окружности ярма, на которые намотаны катушки, при этом осевая длина ярма равна сумме осевой длины сердечника ротора и осевой длины выступающих элементов сердечника ротора. Предпочтительно, статор включает кольцевое ярмо и множество зубцов, расположенных по окружности ярма по радиальной схеме, на которые намотаны катушки, при этом осевая длина шеек, на которые намотаны катушки, меньше суммы осевой длины сердечника ротора и осевой длины выступающих элементов сердечника ротора. Каждый из полюсных наконечников расположен на конце каждой шейки таким образом, что осевая длина полюсных наконечников, расположенных напротив ротора, превышает осевую длину шеек зубцов. Осевая длина каждого из полюсных наконечников зубцов равна сумме осевой длины сердечника ротора и осевой длины выступающих элементов сердечника ротора. Предпочтительно, статор включает кольцевое ярмо и множество зубцов, расположенных по окружности ярма, на которые намотаны катушки, при этом ярмо и множество зубцов изготовлены из железа методом порошковой металлургии. Выступающие элементы сердечника ротора расположены на торцевых сторонах сердечника ротора. Предпочтительно, выступающие элементы сердечника ротора расположены между магнитами и статором в радиальном направлении относительно ротора. По меньшей мере, для части соответствующих выступающих элементов сердечника ротора по мере удаления от статора в радиальном направлении ротора осевая длина выступающих элементов уменьшается. Магниты имеют дугообразную форму, выпуклую в направлении, противоположном поверхности статора в радиальном направлении относительно ротора, и расположены на периферии сердечника ротора, обращенного к статору, по радиальной схеме, а выступающие элементы сердечника ротора расположены между концами магнитов. Выступающие элементы сердечника ротора расположены по радиальной схеме, и каждый из выступающих элементов сердечника ротора размещен между концами каждого из магнитов. Предпочтительно, сердечник ротора изготовлен из железа методом порошковой металлургии. Электродвигатель в соответствии с настоящим изобретением представляет собой электродвигатель с внутренним ротором, в котором ротор устанавливается в статоре с возможностью вращения. Цель настоящего изобретения может быть также достигнута обеспечением электродвигателя, включающего статор и ротор; ротор включает сердечник ротора, установленный с возможностью вращения в статоре, в котором множество выступающих элементов выходит за периферию сердечника ротора в осевом направлении по радиальной схеме, и множество магнитов, прикрепленных к сердечнику ротора по радиальной схеме; причем каждый из выступающих элементов сердечника ротора установлен между статором и каждым из магнитов в радиальном направлении ротора. Предпочтительно, по меньшей мере, для части соответствующих выступающих элементов сердечника ротора по мере удаления от статора в радиальном направлении ротора осевая длина выступающих элементов становится меньше. Предпочтительно, выступающие элементы сердечника ротора размещены на торцевых сторонах сердечника ротора. Статор включает кольцевое ярмо; шейки, расположенные по окружности ярма, на которые намотаны катушки; и множество зубцов, имеющих множество полюсных наконечников, расположенных на концах шеек, обращенных к ротору, в котором ярмо и зубцы изготовлены из железа методом порошковой металлургии, причем осевая длина ярма и осевая длина каждого из зубцов равны сумме осевой длины сердечника ротора и осевой длины выступающего элемента сердечника ротора, а осевая длина каждой из шеек зубцов меньше суммы осевой длины сердечника ротора и осевой длины выступающих элементов сердечника ротора. Цель настоящего изобретения может быть также достигнута предложением электродвигателя, включающего статор и ротор, который установлен с возможностью вращения в статоре и вращается в результате электромагнитного взаимодействия ротора со статором; ротор содержит сердечник ротора, установленный с возможностью вращения в статоре, в котором имеются множество выступающих элементов, выходящих за периферию сердечника ротора в осевом направлении по радиальной схеме, и множество магнитов, прикрепленных к сердечнику ротора по радиальной схеме; причем каждый из выступающих элементов установлен между статором и каждым из магнитов в радиальном направлении ротора, и осевая длина выступающих элементов меньше, когда, по меньшей мере, часть соответствующих выступающих элементов сердечника ротора продолжена от статора в радиальном направлении ротора, и каждый из магнитов имеет дугообразную форму, выпуклую в направлении центра сердечника ротора, и охватывает каждый из выступающих элементов сердечника ротора. Предпочтительно, статор имеет кольцевое ярмо, шейки, расположенные по окружности ярма, на которые намотаны катушки, и множество зубцов, имеющих множество полюсных наконечников, расположенных на концах шеек, обращенных к ротору, при этом ярмо и зубцы изготовлены из железа методом порошковой металлургии, осевая длина ярма и осевая длина каждого из зубцов равны сумме осевой длины сердечника ротора и осевой длины выступающих элементов сердечника ротора, и осевая длина каждой из шеек зубцов меньше суммы осевой длины сердечника ротора и осевой длины выступающих элементов сердечника ротора. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ Указанные выше и другие цели и преимущества настоящего изобретения станут очевидными и будут лучше поняты из нижеследующего описания примеров осуществления настоящего изобретения с привлечением сопроводительных чертежей, на которых: на Фиг.1 показан общий вид обычного электродвигателя; на Фиг.2 показан вид в плане обычного электродвигателя; на Фиг.3 показан разрез по линии А-А на Фиг.1; на Фиг.4 показан общий вид электродвигателя в соответствии с первым предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения; на Фиг.5 показан вид в плане электродвигателя в соответствии с первым примером осуществления настоящего изобретения; на Фиг.6 показан подетальный общий вид электродвигателя в соответствии с первым предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения; на Фиг.7 показано сечение по линии Б-Б на Фиг.4; и на Фиг.8 показано другое сечение электродвигателя в соответствии со вторым предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения. ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ Ниже будут рассмотрены примеры осуществления электродвигателя в соответствии с настоящим изобретением со ссылками на прилагаемые чертежи. Могут быть описаны несколько примеров осуществления настоящего изобретения. Поскольку базовая конструкция электродвигателя по настоящему изобретению идентична базовой конструкции обычного электродвигателя, подробное описание последнего будет опущено. На Фиг.4 показан общий вид электродвигателя в соответствии с первым предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения; на Фиг.5 показан вид электродвигателя в плане в соответствии с первым предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения; на Фиг.6 показан подетальный общий вид электродвигателя в соответствии с первым предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения, на Фиг.7 показан разрез по линии Б-Б на Фиг.4. Как показано на Фиг.4-7, электродвигатель в соответствии с предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения представляет собой электродвигатель с внутренним ротором, в котором ротор 50 установлен с возможностью вращения в статоре 60 с выдерживанием заданного воздушного зазора G’. Ротор 50 включает сердечник ротора 52, установленный с возможностью вращения в статоре 60 так, чтобы выдерживался заданный воздушный зазор G’, и множество магнитов 54, которые прикреплены к сердечнику ротора 52 по радиальной схеме. Сердечник ротора 52 может иметь отверстие под вал 52′, образованное в его центре, в которое вставляется вал для вращения. Сердечник ротора 52 также имеет по его внешнему периметру, обращенному к статору 60, расположенные в осевом направлении отверстия под магниты 52 В частности, сердечник ротора 52 имеет выступающие элементы 52, которые выходят за пределы периметра, обращенного к статору 60, то есть за внешние пределы периметра сердечника ротора 52 в осевом направлении. Выступающие элементы 51 сердечника ротора 52 могут быть выполнены на торцах сердечника ротора 52 так, чтобы ротор 50 был симметричен в продольном направлении. Выступающие элементы 51 сердечника ротора 52 установлены между магнитами 54 и статором 60 в радиальном направлении так, чтобы выступающие элементы 51 были обращены к статору 60. Предпочтительно, множество выступающих элементов 51 сердечника ротора 52 может быть расположено по радиальной схеме. В каждом из выступающих элементов 51 сердечника ротора 52, по меньшей мере, по мере удаления, часть 51′ выступающих элементов 51 расположена от статора 60 в радиальном направлении ротора 50, она может быть короче в осевом направлении 51L для части 51′ выступающих элементов 51. Осевая длина 54L магнитов 54 может быть равна осевой длине 52L сердечника ротора 52. Каждый из магнитов 54 может иметь дугообразную форму, выпуклую к противоположной стороне статора 60 в радиальном направлении ротора 50, то есть к центру ротора 50. Между тем, может быть установлено такое же количество магнитов 54, как и количество выступающих элементов 51 сердечника ротора 52. Кроме того, каждый из множества магнитов 54 может быть установлен так, чтобы каждый из множества выступающих элементов сердечника ротора 52 располагался между концами каждого из множества магнитов 54. Иными словами, каждый из множества магнитов 54 охватывает каждый из множества выступающих элементов 52 сердечника ротора 52. Сердечник ротора 52, имеющий выступающие элементы 51, может быть изготовлен из железа методом порошковой металлургии для удобства проектирования конструкции сердечника ротора 52. Статор 60 включает кольцевое ярмо 62, расположенное с наружной стороны ротора 50 с выдерживанием заданного воздушного зазора 50′, и множество зубцов 64, расположенное на внутренней стенке ярма 62 по радиальной схеме, на которые намотаны катушки 66. Осевая длина ярма 62 может быть равной сумме осевой длины 52L сердечника ротора 52 и осевой длины 51L выступающих элементов 51 сердечника ротора 52. Здесь осевая длина 51L выступающих элементов 51 сердечника ротора 52 означает и наибольшее из значений осевой длины выступающих элементов 51 сердечника ротора 52. Каждый из зубцов 64 имеет шейку 63, которая простирается от ярма 62 в радиальном направлении от статора 60 к ротору 50 и на которую намотана каждая из катушек 66, и полюсный наконечник 65, расположенный на конце шейки 63, обращенной к ротору 50, чтобы стоять напротив ротора 50. Осевая длина 63L шеек 63 зубцов 64 может быть меньше суммы осевой длины 52L сердечника ротора 52 и осевой длины 51L выступающих элементов 51 сердечника ротора 52. Осевая длина 65L полюсных наконечников 65 зубцов 64 может быть больше осевой длины 63L шеек 63 зубцов 64. В частности, осевая длина 65L полюсных наконечников 65 зубцов 64 может быть равной сумме осевой длины 52L сердечника ротора 52 и осевой длины 51L выступающих элементов 51 сердечника ротора 52. Вышеупомянутые ярмо 62 и зубцы 64 могут быть изготовлены из железа методом порошковой металлургии подобно корпусу сердечника ротора 52 для удобства проектирования ярма 62 и зубцов 64. Работа и воздействия электродвигателя в соответствии с первым предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения следующие. При подаче электроэнергии на катушки 66 ротор 50 вращается в результате электромагнитного взаимодействия ротора 50 со статором 60. Благодаря конструкции сердечника ротора 52, в которой выступающие элементы 51 располагаются только по периферии сердечника ротора 52, и благодаря тому, что, по меньшей мере, для части 51′ соответствующих выступающих элементов 51 сердечника ротора 52 по мере удаления от статора в радиальном направлении ротора 50 осевая длина выступающих элементов 51 становится меньше, влияние краевого эффекта имеет место в электродвигателе по первому предпочтительному примеру осуществления настоящего изобретения. Поскольку множество выступающих элементов 51 сердечника ротора 52 расположено по радиальной схеме, ротор 50 вращается более плавно, что обусловлено разностью магнитных сопротивлений. Это является причиной того, что магнитный поток, направленный ортогонально от ротора 50 к статору 60, будет относительно плотным в зонах сердечника ротора 52, в которых на периферии сердечника ротора 52 расположены выступающие элементы обмотки 51 сердечника ротора 52, и будет относительно слабым в зонах сердечника ротора 52, в которых нет выступающих элементов 51 сердечника ротора 52. Таким образом, поскольку выступающие элементы 51 ротора 50 функционируют подобно зубцам статора 60, разность магнитных сопротивлений ротора 50 увеличивается. Кроме того, поскольку магниты 54 монтируют, чтобы охватывать выступающие элементы 51 сердечника ротора 52 так, что магниты 54 размещаются как можно ближе к статору 60 без создания каких-либо помех выступающим элементам 51 сердечника ротора 52, рассеяние магнитного потока, ортогонального в направлении от ротора 60 к статору 50, сердечником ротора 52 сводится к минимуму. Помимо этого, поскольку осевая длина 62L ярма 62 статора 60 равна сумме осевой длины 52L сердечника ротора 52 и осевой длины 51L выступающих элементов 51 сердечника ротора 52, потери в сердечнике сводятся к минимуму. Иными словами, если размер электродвигателя в соответствии с первым предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения фиксирован, то размер ярма 62 статора 60 максимален. Поскольку осевая длина 63L шеек 63 зубцов 64 статора 60 меньше суммы осевой длины 52L сердечника ротора 52 и осевой длины 51L выступающих элементов 51 сердечника ротора 52, магнитный поток концентрируется в шейках 63 зубцов 64. Помимо этого, по этой же причине обмотки катушек 66 минимизированы, что приводит к уменьшению потерь в меди. Кроме того, поскольку осевая длина 65L полюсных наконечников 65 зубцов 64 равна сумме осевой длины 52L сердечника ротора 52 и осевой длины 51L выступающих элементов 51 сердечника ротора 52, в электродвигателе в соответствии с первым предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения влияние краевого эффекта максимально. Вследствие этого, как описано выше, электродвигатель в соответствии с первым предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения имеет экономичную конструкцию, в которой эффективность электродвигателя может быть максимальной благодаря влиянию краевого эффекта и уменьшению потерь при фиксированном размере электродвигателя. На Фиг.8 представлено другое сечение электродвигателя в соответствии со вторым предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения. Поскольку базовая конструкция и особенности электродвигателя в соответствии со вторым примером осуществления настоящего изобретения идентичны базовой конструкции и особенностям электродвигателя в соответствии с первым примером осуществления настоящего изобретения, подробное описание и чертежи этого электродвигателя будут опущены. Как показано на Фиг.8, электродвигатель в соответствии со вторым предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения представляет собой электродвигатель с внешним ротором, в котором ротор 100 установлен с возможностью вращения с внешней стороны статора 110. Ротор 100 имеет кольцевой сердечник ротора 102, установленный с возможностью вращения с внешней стороны статора 110 с выдерживанием заданного воздушного зазора 100′, и множество магнитов 104, которые прикреплены к сердечнику ротора 102 по радиальной схеме. В частности, расположенные по внутренней окружности сердечника ротора 102 множество выступающих элементов 103 простираются из сердечника ротора 102 в осевом направлении и расположены по радиальной схеме. Каждый из выступающих элементов 103 имеет часть, для которой осевая длина постепенно уменьшается по мере удаления от внутренней окружности сердечника ротора 102 к внешней окружности сердечника ротора 102. Каждый из магнитов выполнен дугообразной формы, выпуклой к внешней окружности сердечника ротора 102, и охватывает каждый из выступающих элементов 103. Статор 110 включает цилиндрическое ярмо 112 и множество зубцов 116, размещенных на наружной стенке ярма 112, на которые намотаны катушки 114. Осевая длина 112L ярма 112 равна сумме осевой длины 102L сердечника ротора 102 и осевой длины 103L выступающих элементов 103. Каждый из зубцов 116 имеет шейку 115, соединенную с ярмом 112, на которую намотана каждая из катушек 114, и полюсный наконечник 115, расположенный на конце шейки 115, обращенном к ротору 100 и расположенную напротив ротора 100. Осевая длина 115L каждой шейки 114 зубцов 116 меньше суммы осевой длины 102L сердечника ротора 102 и осевой длины 103L выступающих элементов 103 сердечника ротора 102. Осевая длина 117L каждого из полюсных наконечников 117 зубцов 116 равна сумме осевой длины 102L сердечника ротора 102 и осевой длины 103L выступающих элементов 103 сердечника ротора 102. В частности, вышеупомянутые сердечник ротора 102, ярмо 112 и зубцы 116 изготовлены из железа методом порошковой металлургии для удобства проектирования сердечника ротора 102, ярма 112 и трехмерных зубцов 116. Несмотря на то что предпочтительные примеры осуществления настоящего изобретения раскрыты с иллюстративной целью, специалисты благодаря этому раскрытию оценят его многочисленные модификации, дополнения и изменения, которые находятся в пределах объема и сущности настоящего изобретения, как это раскрыто в прилагаемой формуле изобретения.
Формула изобретения
1. Электродвигатель, содержащий: 2. Электродвигатель по п.1, в котором сердечник ротора изготовлен из железа методом порошковой металлургии. 3. Электродвигатель по п.1, в котором выступающие элементы сердечника ротора размещены на торцах сердечника ротора. 4. Электродвигатель по п.1, в котором магниты имеют дугообразную форму, выпуклую в направлении, противоположном статору в радиальном направлении относительно ротора, и расположены по окружности сердечника ротора, обращенной к статору; и 5. Электродвигатель по п.1, в котором статор содержит: 6. Электродвигатель по п.1, в котором статор содержит: кольцевое ярмо; и 7. Электродвигатель по п.6, в котором каждый из полюсных наконечников установлен на конце каждой из шеек так, что осевая длина полюсных наконечников, обращенная к ротору, больше осевой длины шеек зубцов. 8. Электродвигатель по п.1, в котором статор содержит: 9. Электродвигатель по п.1, в котором 10. Электродвигатель, содержащий: 11. Электродвигатель по п.10, в котором
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
