Электродвигатель

 

О П И C А Н Й Й („748702

ИЗОБРЕТЕЙ ЙЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено29.06.78 (24 ) 2657208/24-07 с присоединением заявки йЪ (5! )М. Кл.

Н 02 К 29 02

Государственный комитет

СССР по делам изооретений н отхритий (23) Приоритет

Опубликовано 15.07.80. Бюллетень Ла26 (53) УДK 621.313. . 13.014.2:621. .З82(088.8) Дата опубликования описания 17.07.80 (72) Автор изобретения

E. Н. Баранов

Московское ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени высшее техническое училище им. Н. Э. Баумана (7I) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к электроприв6ду, в частности к электрическим машинам с бесконтактной коммутацией.

Известны вентильные электродвигатели, статор которых содержит П-образные в аксиальной плоскости магнитопроводы, на которых расположены секции обмотки якоря (11 .

Для подвеса в них необходимы спеtO циальные устройства, например подшипники, Известны также электродвигатели с вентильной коммутацией, в конструкции которых функций двигателя совмещены с функциями системы электромагнитного

I5 или электродинамического подвеса. Такие двигатели содержат ротор и статор с закрепленными на них П-образными в аксиальной плоскости магнитопроводами и

20 помещенными на них катушками, соединенными в секции и подключенными к источнику питания через вентильный коммутатор, и систему магнитного подвеса (21.

Основной недостаток двигателя состоит .в том, что при неизбежно большом немат нитном зазоре в его магнитной цепи электродинамические усилия, используемые для создания системы подвеса, недостаточно велики и не обеспечивают необходимое качество подвеса. Кроме того, в варианте с вращающимся ротором потребо» валось бы автоматическое регулирование величины этих усилий в зависимости от величины зазора между ротором и статором, что усложняет конструкцию и уменьшает ее надежность.

Бель изобретения — упрощение конструкции за счет конструктивного и функционального совмещения электродвигателя с системой подвеса ротора, использующей электромагнитные силы отталкивания.

Указанная цель достигается тем, что активная часть ротора электродвигателя выполнена в виде ферромагнитных сегмен» тов, разделенных немагнитными проме-жутками, с аксиальными пазами, в каж7487 02

50

3 дом из которых помещены два постоянных магнита, обращенных к поверхности статора разйоименнйми полюсами, а в полюсных выступах каждого П-образного магнитопровода статора выполнены пазы

5 в которых закреплены постоянные МЬгниты, обращенные к поверхности ротора

\ разноименными полюсами, причем постоянные магниты статора и ротора обращены друг к другу одноименными полюсами. 10

Каждая секция обмотки статора образована последовательным и согласным соединением катушек, расположенных на П-образных магнитопроводах, угловое расстояние между которыми равно расстоянию между центрами ферромагнитных сегментов ротора.

На фиг. 1 схематически изображен электродвигатель, поперечный разрез (разрез А-А на фиг. 2); на фиг. 2 — разрез

Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 - конструктивный вариант, обеспечивающий устойчивость ротора в осевом направлении; на фиг,4и 5 поясняют принцип силового:взаимодействия элементов статора и poropa с учетом токов в обмотках статора; на фиг. 6 представлена линейная развертка части окружности статора и ротора и приведена схема соед.щения катушек в секцию обмотки статора.

Активная часть ротора выполнена в виде ферромагнитных сегментов 1, разделенных немагнитными промежутками, например, за счет закрепления сегментов, з5 .: пазах немагнитной втулки 2. Сегменты

1 имеют аксиальные пазы, в каждом из которых помещены два постоянных ма нита 3 и 4, обращенные к поверхности статора разноименными полюсами. Таким 40 образом, к одному торцу ротора примыкают, например, магниты, обращенные к поверхности статора своими северными, к другому.- торцу — своими южными по- . люсами, Образуя эквивалентную магнит- 45 ную систему ротора, силовые линии которой замыкаются аксиально.

На статоре закреплены П-образные магш топроводы 5 с цомещенными на них катушками 6. В полюсных выступах

П-образных магнитопроводов выполнены пазы, в которых закреплены постоянные магниты 7 и 8, обращенные к поверхности ротора своими- разноименными полюсами, нО так1 ЧГО нахОдящиеся НВ" "ТфЖиЪ постояйные магниты статора и ротора обращены друг к другу своими одноименны ми полюсами. ф

Катушки 6 объединены в секции обмот ки статора, подключенные к источнику питания через вентильный коммутатор., Каждая секция 9 (фиг. 6) образована последовательным и согласным соединением катушек, расположенных на П-образных магнитопроводах, расстояние между которыми равно расстоянию между центрами ферромагнитных сегментов 1 ротора. По условиям устойчивости работы системы подвеса минимальное число сегментов ротора равно трем {фиг. 1), следовательно, каждая секция включает в себя число последовательно соединенных катушек, равное числу сегментов.

Общее число катушек (и магнитопроводов 5) равно произведению числа сегментов 1 ротора на число секций статора. В йредложенной конструкции катушки объеди- нены в восемь секций. На фиг. 6 показано соединение катушек только в одной из них, остальные выполнены аналогично.

Электродвигатель работает следующим образом.

При отсутствии тока в секциях обмотки статора магнитная система двигателя обеспечивает возникновение радиальных сил Отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов, закрепленных на статоре и роторе (фиг. 2). В случае радиальных смещений ротора система подвеса устойчива, так как с уменьшением зазора с какой-либо стороны уве- личиваются действующие в этой зоне силы отталкивания. Вращающий момент ротора в этих усльвиях равен нулю. По отношению к осевым смещениям ротора система подвеса не обеспечивает устойчивости — при любом смещении ротора в сторону от- положения равновесия возникают осевые усилия, действующие в эту же сторону и стремящиеся вытолкнуть ротор из статора. Для обеспечения осевой устойчивости необходимо, в частности, применение двух аналогичных магнитных систем при условии, что рабочие поверхности ротора и статора наклонены под некоторым углом д, не равным 9ОО, к торцовой поверхности ротора (фиг. 3) В такой конструкции обеспечивается устойчивость подвеса ротора при возможных радиальных и осевых его смещениях.

Если по виткам катушки 6, размещенной на П-образном магиитопроводе

5, протекает ток (направление которого на фиг. 4 и 5 показано внутри кружков, 5 748702 6 а стрелкой дано направление создавае- в каждой секции обмотки статора Всякий мой катушкой намагничивающей силы),: Раз, когда магнитопроводы 5 с катущто в зависимости от направления тока ками этой секции окажутся на одной магнитное поле, созданное постоянными из двух люий коммутации. Ддя магнитами 7 и 8 этого сердечника, может либо ослабляться (фиг. 4) либо

5 ния схемы коммутатора можно о анич усиливаться (фиг. 5). При этом при ослаб е осла ленин поля намагничивающая сила магнитопроводов 5. В этом случае коммутатор должен включать секцию при прошой шо, чтобы внешнее поле могло перемаг - а и Отключать из коммутации но сила взаимного отгалкивания магии- Если ко атор упр хождении дру тов 7 и 8 и находящихся напротив Йих сли коммутатОР ущэавляется датчиком: углового положения ротора, используется на Роторе магнитов. н 4 MoIIIeT либо . режим вентильного электродвигателя обесуменьшаться (фиг. 4), либо увеличитр ваться (фиг. 5).

° у " 15 печиваощий регулирование скорости Вращения, а также торможение и реверс. ВозВозникновение вращающего. момента можно исполЬзование также с ОННОГО двигателя иллюстрируется фщ . 6. На релсима, когда частота и последовательмагнитопроводах 5 внутри кружков указаУтр кр у .. ность переключений секций задается внешно направление намагничивающих сил gg ним устройством, а датчик углового посоответствующих секций обмотки статора, т й™ Р .. ложения отсутствует. Для предотвраще В рассматриваемый момент времени токи ния выпадения из синхронизма изменение в обмотках части секций (в том числе частоты переключений не должно быть изображенной на фиг. 6 секции 9) уси- слишком быстрым. лиВают магнитнОе после сООТВетствую 25 Таким об азо

pазом, данное устройство Объещих постоянных магнитов, токи д гой

РУ диняет в себе электродвигатель с вентильчасти секций ослабляют его, а обмотки ной коммутацией и систему подвеса родвух секций, магнитопроводы которых нахо ятся на л ях тора с использованием сил отталкивания, Г-Г, в данный момент отключены. Линия . рО системы подвеса при регулировании вракоммутации В-В совпадает с осью сим- щающего момента Ротора. Качество подвеметрии сегмента 1, который показан на са обеспечивается при применении постоянфиг. 6 в виде эквивалентного магнита, а ных магнитов с большим значением козрлиниЯ Г-Г совпадает с осью симметРии цитивной с лы, не магнитного промежутка между двумя сегменч ами. На постоянные магниты тех

Предложенный принцип действия элекм гнитопроводов 5, которые находя ся тродвигателя может быть Реализован на линиях коммутации, действуют только в Ряде конструктивных вариантов. Возмо. радиальные усилия, причем на оси Г-Г жен, например, аналогичный электродвига зто усилие незначительно, если сегмен- т ьсвн шним Ротором ивнутреннимстатоты 1 разделены достаточно большим не- Ром. Кроме того, представленную KR фиг. 6

MBPHHTJQ)IM HpOMe KoM. На все м- л ей ую Рвр"у злекродвигтя ные магниты статора действуют силы можно рассматривать в качестве линейталкивания со с гороны ротора, имею- ного злектродвигателЯ, обеспечивающего щие радиальную и касательную составЛяк - взаимное пеРемещение его элементов и

45 щие. При отсутствии тока в Обмотках ка- подвес подвижной части над напРавлЯюсательные составляющие взаимно уравно- щим э ем нт м. вешив ются. При усилении поля располо- Технико-экономическаЯ целесОобразженных по одну сторону От линии коМм - ность применениЯ конструкции опредеталии В-В магнитопроводов 5 и ослабле- лЯетсЯ ее специфическими особенностЯми

5О е нии поля магнитопроводов расположенных сОстОЯщими В Отсутствии Опорнык подс другой стороны, возникает равнодей- шилников и черезвычайно малом моменте .ствующая касательных усилий, Обеспе- . тР ниЯ. Сйа может пРименитьсЯ в точчиваюшая возникновение врашаюшеГО МО- Ных системах регулнрОВвпия, ДлЯ Созда мента. При этом устойчивость системы

55 ния высокооборотных электромеханичеса а „Д я то,. Обы ких УстРойств или УстРойств, Работаюврашающий момент действовал постоянно, щих в средах, где применение нодшинников коммутатор электродвигателя долх ей, " затрудйейо. В линейном варианте конструкобеспечивать изменение направлейия тока " ция мож(г быть использована для создания 7 7 транспортных средств с магнитным подвесом экипажа.

Фор мула изобр етени я

Электродвигатель, содержащий ротор. и статор с закрепленными П-образными в аксиальной плоскости магнитопроводами и помещенными на них катушками, соединенными в секции и подключенными к источнику питания через вентильный коммутатор, и систему магнитного подвеса, отличающийся. тем, что, с целью койструктивного и функционального совмещения электродвигателя с системой магнитного подвеса ротора, активная часть ротора выполнена в виде ферромагнитных сегментов, разделенных немагнитными промежутками, с аксиальными пазами, в каждом из которых помещены два постоянных магнита, обра48702 8 щенных к поверхности статора разноимен-i ными полюсами, а в полюсных выступах каждого П-образного магнитопровода статора выполнены пазы, в которых закреплены постоянные магниты, обращенные к поверхности ротора разноименными полюсами, причем постоянные магниты статора и ротора обращены друг к другу одноименными полюсами, а каждая о секция обмотки статора содержит последовательно и согласно соединенные катушки, расположенные на П-образных магнитопроводах, угловое расстояние между которыми равно расстоянию между осями ферромагнитных сегментов ротора.

Источники информации, принятые во . внимание цри,экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 445104, кл. Н 02 К 29/04, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке _#_o. 2462291/24-07, кл. Н 02 К 41/02, 15.03.77.