Приводное устройство для передвижных средств

 

Изобретение относится к приводным устройствам для передвижных средств. Сущность изобретения заключается в том, что устройство имеет постоянные магниты, сердечники с катушками, датчики углового положения ротора, причем ротор выполнен в виде концентрично расположенных оболочек и соединены с обедом, при этом постоянные магниты расположены на оболочках один напротив другого и с противоположной полярностью, на каждой оболочке постоянные магниты расположены с чередованием полярности, статор размещен между постоянными магнитами и несет катушки с сердечниками. Данная инструкция позволяет получить безредукторный низкооборотный (20-80 об/мин) электродвигатель с высоким КПД (до 80%). 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для передвижных средств, в частности, для передвижения роликовых платформ, инвалидных колясок и пр.

Известно приводное устройство для передвижных средств, содержащее ось со статором и установленный на ней с возможностью вращения ротор и электродвигатель, и обод (патент США N 5330026, 1994).

Недостатком известного устройства является низкая эффективность в пользовании.

Целью изобретения является повышение эффективности использования за счет улучшения пусковых характеристик.

Достигается это тем, что устройство имеет постоянные магниты, сердечники с катушками, датчики углового положения ротора. Ротор выполнен в виде концентрично расположенных оболочек и соединен с ободом, при этом постоянные магниты расположены на оболочках один напротив другого и с противоположной полярностью, на каждой оболочке постоянные магниты расположены с чередованием полярности, статор размещен между постоянными магнитами и несет катушки с сердечниками, соединенные по окружности со статором и расположенные с зазорами относительно постоянных магнитов, датчики углового положения закреплены на статоре и электрически связаны с катушками, катушки соединены в обмотку, имеющую две или несколько фаз, разбитые на фазные зоны с п катушками, принадлежащих одной фазе, где п 1, 2, 3, катушки в пределах фазных зон или всех фаз расположены с шагом, отличным от шага размещения постоянных магнитов на величину, равную /(n-1) - /n, где угловая ширина зазора между магнитами, а датчики углового положения размещены по одному на фазу между сердечниками и с внешней стороны статора, обращенной к постоянным магнитам и по осям фазных зон при четном числе n и со сдвигом на угол, кратный половине углового шага постоянных магнитов относительно осей фазных зон при нечетном числе n.

Оболочки выполнены из магнитомягкого материала.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено приводное устройство в разрезе; на фиг. 2 сечение А-А, на фиг. 3 и 4 часть развертки оболочки ротора и сердечников статора с указанием двух фазных зон обмотки статора при n 2 и n 3.

Приводное устройство для передвижных средств содержит ось 1 со статором 2 и установленный на ней с возможностью вращения ротор 3, образующие электродвигатель 4, и обод 5.

Устройство имеет постоянные магниты 6, 7, 8 и 9, сердечники 10 с катушками 11, датчики углового положения 12, ротора 3, состоящие, например, из двух магниточувствительных датчиков Холла.

Ротор 3 выполнен в виде концентрично расположенных оболочек 13 и 14 из магнитомягкого материала и соединен с ободом 5.

Постоянные магниты 6, 7, 8 и 9 расположены на оболочках 13 и 14 один напротив другого и с противоположной полярностью, на каждой оболочке 13 и 14 постоянные магниты 6, 7, 8 и 9 расположены с чередованием полярности.

Статор 2 размещен между постоянными магнитами 6, 7, 8 и 9 и несет катушки 11 с сердечниками 10, соединенные по окружности со статором 2 и расположенные с зазорами относительно постоянных магнитов 6-9.

Датчики 12 углового положения закреплены на статоре 2 и электрически связаны с катушками 11.

Катушки 11 соединены в обмотку 15, имеющую две или несколько фаз, разбитые на фазные зоны с n-катушками, принадлежащих одной фазе, где n 1, 2, 3, катушки 11 в пределах фазных зон или всех фаз расположены с шагом, отличным от шага размещения постоянных магнитов 6-9 на величину, равную a/(n-1) - /n, где угловая ширина зазора между магнитами 6-9, а датчики 12 углового положения размещены по одному на фазу между сердечниками 10 и с внешней стороны статора 2, обращенной к постоянным магнитам 6-9 и по осям фазных зон при четном числе n и со сдвигом на угол, кратный половине углового шага постоянных магнитов 6-9 относительно осей фазных зон при нечетном числе n.

Оболочки 13 и 14 выполнены из магнитомягкого материала. Позицией 16 обозначены накладки, на которых закреплены сердечники 10 со статором 2. Оболочки 13 и 14 соединены посредством немагнитной стенки 17. Ротор 3 закрыт крышкой 18.

Датчики 12 электрически соединены с коммутатором (не показан), катушками 11 и управляются магнитным полем постоянных магнитов 6, 7.

При прохождении над датчиком 12 магнита 6 с полярностью N включается ток одного направления, а магнита 7 с полярностью S ток другого направления в катушках 11 одной фазы.

При прохождении над датчиком 12 магнитного зазора датчик 12 отключается. Расстояние между соседними постоянными магнитами 6 и 7 должно быть минимальным, но больше радиального зазора между статором 2 и магнитами 6 и 7 ротора 3 в четыре и более раз. Катушки 11 рациональнее переключать при прохождении над ними середин постоянных магнитов, когда касательные составляющие сил магнитного взаимодействия имеют меньшие значения, а радиальные максимальны.

При четном значении n, например, n 2 (фиг. 3) оптимальное положение датчика Д1 на оси симметрии фазной зоны. В данном случае Db = /(n-1) - /n = /1 - /2..

Примем , тогда шаг сердечников 10 будет равен и датчик Д1 будет расположен под углом относительно сердечников С1 или С2, 1= 2= 3/4.

При углах, больших или меньших больше сдвигается зона отключения катушек сердечников С1, С2 относительно осей магнитов S1, N2, что приводит к снижению вращательного момента. Из фиг. 3 видно, что датчик Д2 отключается сразу, когда датчик Д1 включается. Это предельное положение. При датчик Д2 выключается, когда датчик Д1 еще не включился, что приведет к падению вращательного момента до нуля. При > датчик Д1 включится, когда середины магнитов N2, N4 еще не прошли над осями сердечников С2, С4. Наведенные в сердечниках С2, С4 потоки будут действовать в сторону, противоположную потокам в сердечниках С1, С3, и вращательный момент снизится.

При нечетном значении n, например, n 3 (фиг. 4) оптимальное положение датчика Д1 или Д2 со сдвигом на половину шага постоянных магнитов относительно оси фазной зоны.

Вычислим . Принимая , определим положение датчика Д1 относительно магнита S1: . Положение датчика Д1 можно назначить на любой угол, кратный /2, в любом направлении.

Число фаз должно быть две или более. При однофазной обмотке будут происходить пульсации вращательного момента, и возможно положение ротора 3 относительно статора 2 с пониженным вращательным моментом. Увеличение числа фаз позволяет улучшить пусковые характеристики и поднять значение минимального вращательного момента, но растет количество датчиков, усложняется система коммутации, и приходится ограничиваться числом фаз не более 5.

Количество фазных зон каждой фазы определяет соотношение количества постоянных магнитов в наборе и количества катушек в обмотке.

Количество катушек может быть разным в зависимости от передаваемой мощности и не равно количеству постоянных магнитов в одном наборе.

Приводное устройство для передвижных средств функционирует следующим образом.

При включении источника тока сигнал с датчика Д2 (фиг.3), расположенного под постоянным магнитом N4, поступает на коммутатор, который включает питание катушек 4 сердечников С3 и С4 и остальных катушек этой фазы. В сердечниках С3 и С4 наводятся магнитные поля, которые взаимодействуя с постоянными магнитами S3 и N4, продвигают ротор 3 по стрелке. При прохождении края магнита N4 над датчиком Д2 катушки сердечников отключатся пока над датчиком Д2 не остановится край магнита S3, который при дальнейшем перемещении включит датчик Д2, и в катушках сердечников С3, С4 потечет ток, наводящий в сердечниках С3 и С4 магнитные поля другого направления. Теперь магниты N4 и S3 будут отталкиваться от сердечников С3 и С4, сообщая ротору 3 перемещение в том же направлении. Так цикл повторяется во всех фазных зонах, и ротор 3 получает непрерывное вращение.

При увеличении количества фаз меньше катушек находится в отключенном состоянии, а следовательно, меньше перепады вращательного момента.

Применение многофазной обмотки с фазными зонами и переключением катушек в зонах, максимально близких к середине постоянных магнитов, позволяет также повысить КПД, уменьшить пульсацию вращательного момента и улучшить пусковые характеристики.

Данная конструкция позволяет получить безредукторный низкооборотный (20-80 об/мин) электродвигатель с высоким КПД (до 80%).

Изобретение может быть использовано при производстве роликовых платформ, инвалидных колясок и комплектующих их приводных мотор-колес.

Формула изобретения

1. Приводное устройство для передвижных средств, содержащее ось со статором и установленный на ней с возможностью вращения ротор, образующие электродвигатель, и обод, отличающееся тем, что оно имеет постоянные магниты, сердечники с катушками, датчики углового положения ротора, причем ротор выполнен в виде концентрично расположенных оболочек и соединен с ободом, при этом постоянные магниты расположены на оболочках один напротив другого и с противоположной полярностью, на каждой оболочке постоянные магниты расположены с чередованием полярности, статор размещен между постоянными магнитами и несет катушки с сердечниками, соединенные по окружности со статором и расположенные с зазорами относительно постоянных магнитов, датчики углового положения закреплены на статоре и электрически связаны с катушками, катушки соединены в обмотку, имеющую две или несколько фаз, разбитые на фазные зоны с n катушками, принадлежащими одной фазе, где n 1,2,3, катушки в пределах фазных зон или всех фаз расположены с шагом, отличным от шага размещения постоянных магнитов на величину , где угловая ширина зазора между магнитами, а датчики углового положения размещены по одному на фазу между сердечниками и с внешней стороны статора, обращенной к постоянным магнитам, и по осям фазных зон при четном числе n и со сдвигом на угол, кратный половине углового шага постоянных магнитов относительно осей фазных зон при нечетном числе n.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сердечники и оболочки выполнены из магнитомягкого материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 10.01.2006        БИ: 01/2006




 

Похожие патенты:

Изобретение относится к конструкции мотоскейтборда

Изобретение относится к спортивной технике и может быть использовано как индивидуальное спортивно-транспортное средство для передвижения человека по дорогам с твердым покрытием

Изобретение относится к спортивной технике и может быть использовано как транспортное средство для прогулок и развлечений на дорогах с асфальтовым покрытием

Изобретение относится к производству роликовых коньков и позволяет повысить эффективность в пользовании посредством выполнения тормоза за одно целое с опорой для ноги, имеющей сквозные пазы для размещения в них верхней части кронштейна

Изобретение относится к спорту и развлечениям и позволяет упростить конструкцию устройства Оно содержит опорные ролики, сеязанные между собой П-образной пластинчатой пружиной

Изобретение относится к спортивному инвентарю и может быть использовано в туристических и оздоровительных прогулках по дорожкам с твердым покрытием

Изобретение относится к приводным устройствам для передвижных средств, и может быть использовано при изготовлении роликовых платформ, инвалидных колясок и комплектующих их приводных мотор-колес

Изобретение относится к транспортным средствам с мускульным приводом и может быть использовано на прогулках или в спортивных целях

Изобретение относится к рычажному приводу, преимущественно для роликовых коньков

Изобретение относится к амфибийным транспортным средствам и касается создания их роторно-винтовых движителей

Изобретение относится к игровым транспортным средствам

Изобретение относится к игровым транспортным средствам

Изобретение относится к транспортным средствам. Транспортное средство включает раму, колесо с возможностью вращения относительно рамы, привод и тормозную систему. Рама выполнена в виде по крайней мере одной балки, на одном конце которой установлено колесо со встроенным электромотором, на втором конце балки расположено место для обхвата одной рукой пользователя, а в средней части балки закреплена опорная ручка, которая предназначена для опоры другой руки пользователя. Осевая линия опорной ручки параллельна плоскости вращения колеса. Опорная ручка отходит от балки под углом таким образом, что в рабочем положении опорная ручка располагается горизонтально. Достигается повышение безопасности за счет устойчивого положения пользователя. 38 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к приводным устройствам для передвижных средств

Наверх