Универсальный электродвигатель

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к универсальным электродвигателям. Технический результат изобретения, заключающийся в повышении технологичности и надежности электродвигателя, достигается путем того, что в универсальном электродвигателе, содержащем ротор с одним зубцом или большим количеством зубцов, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности и отделенных друг от друга пазами, и статор с системой возбуждения, включающей последовательно установленные на определенном расстоянии на опоре статора, обращенной к ротору, по меньшей мере, электромагнит с якорем и обмоткой, цепь управления с детектором положения для подачи энергии к электромагниту и постоянный магнит, отличающийся тем, что электромагнит и постоянный магнит для периодического возбуждения ротора закреплены на статорной опоре в регулируемых положениях для изменения направления вращения ротора. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ Настоящее изобретение относится к универсальному электродвигателю.

Известен шаговый электродвигатель с переменным магнитным сопротивлением, имеющий ротор, образованный сердечником цилиндрической формы, зубцы которого расположены вдоль боковой поверхности, и соосный с ним статор, имеющий большое количество обмоток возбуждения, число которых отличается от количества зубцов, что показано во французском патенте FR 2275925.

С конструктивной точки зрения такой двигатель весьма сложен. Кроме того, поскольку возбуждение обмоток происходит в соответствии со многими периодически изменяющимися фазами, такие двигатели создают проблемы в отношении электромагнитных утечек и загрязнения среды.

СОДЕРЖАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Задача настоящего изобретения заключается в исключении вышеупомянутых недостатков и создании простого по конструкции электродвигателя, который характеризуется уменьшенными утечками и меньшим электромагнитным загрязнением среды по сравнению с традиционным двигателем.

Другая задача настоящего изобретения заключается в создании электродвигателя, который может работать как с источником постоянного тока, так и с источником переменного тока, другими словами, он может функционировать в качестве так называемого универсального электродвигателя.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании электродвигателя, который может быть безопасно запущен в обоих направлениях вращения.

Изобретение согласно формуле изобретения решает проблему создания универсального электродвигателя, который содержит ротор, содержащий один зубец или большее количество зубцов, расположенных равноудаленно друг от друга по окружности и отделенных друг от друга пазами, и статор, оснащенный системой возбуждения, которая содержит последовательно установленные на расстоянии друг от друга на опоре статора, обращенные к упомянутому ротору, по меньшей мере, электромагнит с якорем и обмоткой, цепь управления с детектором положения для подачи энергии к электромагниту и постоянный магнит, при этом упомянутые электромагнит и постоянный магнит для периодического возбуждения ротора крепятся на опоре статора, причем в регулируемых положениях - для изменения направления вращения ротора.

Таким образом, в двигателе согласно изобретению, имеющем ротор, изготовленный, например, из ферромагнитного материала и имеющий один или более зубцов, и статор с электромагнитом, который может быть приведен в действие как постоянным, так и переменным током, и с постоянным магнитом, который расположен таким образом, чтобы обеспечить направление вращения и перейти нейтральную точку, периодически создается притяжение электромагнита и постоянного магнита к зубцам ротора посредством цепи управления, что обеспечивает приведение двигателя в движение.

Хотя в предлагаемом описании изобретение раскрыто со ссылками на двигатель вращательного действия, оно также может быть применено к линейным двигателям или к кольцевым линейным двигателям и к устройствам для частичного сервоуправления.

Кроме того, статор, который здесь описан, может быть подвижным и, следовательно, ротор может быть неподвижным, то есть может иметь место обратное преобразование по отношению к описанной выше конфигурации без какого-либо иного изменения.

Наряду с другими отмеченными преимуществами обеспечивается высокий коэффициент полезного действия, благодаря безупречному перекрытию магнитного потока между статором и ротором. Мощность, развиваемая двигателем, невелика, поскольку мощность, обеспечиваемая электромагнитом для отталкивания постоянного магнита от одного зубца ротора, фактически равна мощности, обеспечиваемой притягиванием магнита к зубцу ротора на последующей ступени.

Двигатель согласно изобретению имеет особенно простые компоненты и поэтому его стоимость невелика.

Мощность двигателя может быть изменена (увеличена) посредством увеличения количества электромагнитов и постоянных магнитов на статоре от одной пары до большого количества пар либо количества одиночных электромагнитов и постоянных магнитов.

Как указано в зависимых пунктах формулы изобретения, в двигателе согласно изобретению вместо ротора, изготовленного из ферромагнитного материала, может быть применен ротор, зубцы которого постоянно намагничены и поляризованы с обеспечением той же самой полярности, что и у постоянного магнита системы возбуждения, или противоположно этой полярности. В таком случае двигатель приводится в действие посредством отталкивания или, соответственно, посредством притягивания, при этом с целью смещения, требуемого для его движения, обмотка электромагнита смещается из центра по отношению к полюсному шагу вправо или влево в зависимости от желаемого направления вращения. Следовательно, электромагнит служит для получения силы отталкивания или притяжения постоянного магнита и его мощность определяет мощность на валу двигателя.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из содержания следующего подробного описания вариантов осуществления, проиллюстрированных на прилагаемых чертежах.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ На фиг. 1 представлен частичный схематический вид в плане первого варианта осуществления электродвигателя согласно настоящему изобретению.

На фиг. 2 и 3 представлен схематический боковой вид выпрямленной части двигателя согласно фиг.1 с ферромагнитными зубцами в двух из соответствующих рабочих положений.

На фиг.4 представлен вид в перспективе некоторых частей электродвигателя согласно фиг.1.

На фиг. 5 и 6 представлен схематический боковой вид выпрямленной части двигателя согласно фиг.1 с приданной формой для вращения в одном направлении и, соответственно, в противоположном направлении.

На фиг. 7 и 8 представлен схематический боковой вид выпрямленной части двигателя согласно фиг.1 с зубцами из постоянных магнитов, действующими посредством притяжения и, соответственно, посредством отталкивания.

На фиг. 9 представлен вид в перспективе второго варианта осуществления электродвигателя.

На фиг.10 представлен вид в перспективе третьего варианта осуществления электродвигателя.

На фиг.11 представлен разнесенный вид в перспективе четвертого варианта осуществления электродвигателя.

На фиг. 12 представлен торцевой вид пятого варианта осуществления электродвигателя.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ Согласно первому варианту осуществления изобретения на фиг.1 и 3 позицией 1 обозначен ротор с большим количеством магнитных элементов, а позицией 2 обозначен статор, обеспеченный системой возбуждения. Ротор 1 линейного типа, заключенный в окружном контуре и выполненный весьма плоским, имеет большое количество зубцов 10, которые находятся на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности и при этом отделены друг от друга пазами 11. Система возбуждения в статоре 2 содержит последовательно установленные на опоре 20 на расстоянии друг от друга, обращенные к ротору 1, по меньшей мере, электромагнит 21, цепь управления, схематически обозначенную позицией 22, и постоянный магнит 23.

Электромагнит 21, оснащенный якорем 24 и обмоткой 25 (фиг.1), подсоединен к цепи 22 управления. Цепь 22 управления содержит детектор 26 положения, например оптический, магнитный, резистивный, индуктивный преобразователь и т.д., взаимодействующий с электронными цепями, а также щеточными коллекторами, используемыми для подачи энергии к электромагниту, что будет показано далее.

Зубцы 10 ротора могут быть изготовлены из ферромагнитного материала или из постоянных магнитов.

На фиг. 2 и 3 схематически показан вариант с ферромагнитными зубцами. Электромагнит 21 и постоянный магнит 23 закреплены на опоре 20 статора в таком положении, что если направление вращения соответствует указанному стрелкой F на фиг. 1-3, то когда детектор 26 положения обращен к передней кромке паза 11^I (фиг. 1 и 2), якорь 24 электромагнита может перекрывать следующий паз 11^II и часть зубца 10^II на расстоянии s смещения, в то время как постоянный магнит 23 перекрывает последующий зубец 10^III. При этом возбуждении электромагнита 21 осуществляется с помощью цепи 22 управления переменным или постоянным током через детектор 26 положения и он стремится притянуть зубец 10^II, в идеальном случае преодолевая без механической нагрузки и без фрикционных потерь силу притяжения, с которой постоянный магнит 23 действует на зубец 10^III.

Когда упомянутый детектор положения обращен к передней кромке зубца 10^I (фиг.3), он снимает возбуждение с катушки 21 посредством цепи 22 управления, при этом якорь 24 электромагнита перекрывает последующий зубец 10^II, а постоянный магнит 23 перекрывает последующий зубец 11^IV в положении смещения по направлению к последующему зубцу 10^IV таким образом, чтобы притянуть его, пока детектор положения не достигнет передней кромки паза 11^II, чтобы снова повторить цикл.

В случае зубцов 101 и 102, выполненных из постоянного магнита, зависящих от характера полярности, как показано на фиг.7 и 8, электромагнит 210, работающий на постоянном токе, и постоянный магнит 230 закреплены на опоре 200 статора, так что при одном направлении вращения F, когда детектор 260 положения обращен к передней кромке паза 103, якорь 210 электромагнита перекрывает последующий паз 103 и часть последующего зубца 101, а постоянный магнит 230 перекрывает последующие зубцы, когда обращенные друг к другу полюса магнита и зубца противоположны (фиг.7). Когда эти полюса одинаковы (фиг. 8), электромагнит 210 и постоянный магнит 230 крепят к опоре 200 статора в таких положениях, что при том же самом направлении вращения F, когда детектор 260 положения обращен к передней кромке паза 103, якорь 210 электромагнита перекрывает последующий зубец 102 и часть последующего паза 103, в то время как постоянный магнит 230 перекрывает последующий паз 103.

Согласно изобретению электромагнит и постоянный магнит крепят к опоре статора с возможностью регулирования их положений для изменения направления вращения ротора, как показано на фиг.5 и 6. Расстояние между электромагнитом 21 и магнитом 23 на опоре 20 статора определяет направление вращения ротора 1. Если магнит 23 перекрывает зубец 10, направление вращения ротора 1 указано стрелкой F, когда электромагнит 21 перекрывает переднюю кромку предшествующего зубца (фиг. 5), а при перекрытии электромагнитом 21 хвостовой кромки предыдущего зубца (фиг. 6) имеет место противоположное направление вращения.

С точки зрения взаимодействия между ротором и системой возбуждения якорь 24 электромагнита и постоянный магнит 23, как показано на фиг.4, обращены своими воздушными зазорами к противоположным периферийным окончаниям ротора 10.

На фиг. 9 представлен второй вариант осуществления двигателя согласно изобретению. Ротор 1а удлинен в осевом направлении и имеет три зубца, обозначенных позицией 10а. Электромагнит 21а имеет якорь 24а и обмотку 25а. Якорь 24а электромагнита и постоянный магнит 23а соответствующим образом удлинены и обращены своим воздушным зазором к ротору 1а.

На фиг. 10 представлен третий вариант осуществления двигателя согласно изобретению. Ротор 1b выполнен в значительной степени более плоским по отношению к двигателю согласно второму варианту осуществления, при этом он также имеет три зубца, обозначенных позицией 10b. Электромагнит 21b имеет якорь 24b и обмотку 25b. Якорь 24b электромагнита и два постоянных магнита 23b обращены своими воздушными зазорами к ротору 1b.

На фиг.11 представлен четвертый вариант осуществления двигателя согласно изобретению. Ротор 1с представляет собой кольцеобразную дорожку 6, изготовленную, например, из пластика, несущую вставки 3, изготовленные из ферромагнитного материала. Ротор 1с выполнен как одно целое с "ножом" 4, включающим опорный элемент 5 для вращения ротора. Система возбуждения схематически представлена в виде электромагнита 21с, имеющего якорь 24с и обмотку 25с, постоянного магнита 23с и детектора 26с положения.

На фиг.12 представлен пятый вариант осуществления изобретения. Ротор 1d имеет один магнитный элемент, представляющий собой один ферромагнитный зубец 10d, и нейтральный элемент l1d, с той же плотностью массы, что и у зубца 10d.

На опоре 20d статора система возбуждения схематически представлена в виде электромагнита 21d, имеющего якорь 24d и обмотку 25d, и постоянного магнита 23d. Работа системы возбуждения аналогична работе, описанной применительно к первому варианту осуществления изобретения.

Представленное изобретение может быть подвергнуто многочисленным изменениям, но без отклонения от концепции, обеспечивающей патентоспособность изобретения.

Формула изобретения

1. Универсальный электродвигатель, содержащий ротор с одним зубцом или большим количеством зубцов, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности и отделенных друг от друга пазами, и статор с системой возбуждения, включающей последовательно установленные на определенном расстоянии на опоре (20, 200) статора, обращенной к ротору (1, 100, 1a, 1b, 1c, 1d), по меньшей мере, электромагнит (21, 210, 21а, 21b, 21с, 21d) с якорем (24, 24а, 24b, 24с, 24d) и обмоткой (25, 25а, 25b, 25с, 25d), цепь (22, 220) управления с детектором (26, 260, 26с) положения для подачи энергии к электромагниту и постоянный магнит (23, 230, 23а, 23b, 23с, 23d), отличающийся тем, что электромагнит (21, 210, 21а, 21b, 21с, 21d) и постоянный магнит (23, 230, 23а, 23b, 23с, 23d) для периодического возбуждения ротора закреплены на статорной опоре (20, 200) в регулируемых положениях для изменения направления вращения ротора.

2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что зубцы (10) ротора выполнены из ферромагнитного материала.

3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что зубцы (100) ротора выполнены из постоянных магнитов.

4. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что якорь (24а, 24b, 24с, 24d) электромагнита и постоянный магнит (23а, 23b, 23с, 23d) обращены своими воздушными зазорами к ротору (1a, 1b, 1c, 1d).

5. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что якорь (24) электромагнита и постоянный магнит (23) обращены своими воздушными зазорами к противоположным периферийным окончаниям ротора (1).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12