Электрическая машина

 

ОП ИСАЙ

ИЗО6РЕТЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕ

Союз Советскнк

Соцкалкстическкл

Реслублкк (61) Дополнительное к авт. сви (22) Заявлено 09.02.79 (21) 272 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 07.07.81. Бю

Дата опубликования описа

Гесударетееллыл кеилтет

II0 делам лзебретений и етерытий

° .М.v>q-, (72) Авторы изобретения ( И триад„1

ТЕХКИЦВСКля 1,;:! ЖЕта,1

А. И. Краснопевцев

Научно-исследовательский институт часовой промышленности (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА!

Изобретение относится к электрическим машинам с постоянными магнитами.

Известны электрические машины, содержащие статор с магнитопроводом с вырезами, обмотку управления в виде секций и роторы с постоянными магнитами, установленными на валах между секциями обмотоки в вырезах магнитопровода (2) . Недостатком этой электрической машины является ее чувствительность к влиянию внешних магнитных полей, поскольку она не обеспечивает эффективного экранирования роторов с коль цевыми постоянными магнитами, так как собственное поле магнитов в силу их ограниченных размеров не достаточно сильно, чтобы противостоять воздействию внешних магнитных полей.

Кроме того, такая электромашина имеет 15 сравнительно невысокие динамические характеристики, объясняемые нечеткой фиксацией роторов при обесточенных секциях обмотки управления.

Наиболее близким к изобретению является электрическая машина, содержащая статор с магнитопроводами, в которых выполнены отверстия, постоянные магниты с осевой намагниченностью и обмотку управления в виде секций, зубчатый ротор, установленный на валу, размещенном между секциями обмотки в отверстии - магнитопровода (2).

Недостатками этой электрической машины являются во-первых, невысокое быстродействие, обусловленное большим моментом инерции ротора, ограничивающем частоту приемистости данной машины; во-вторых, относительно низкая надежность в связи с периодически изменяющейся радиальной нагрузкой на опоры из-за периодически изменяющегося направления одностороннего магнитного тяжения.

Кроме того, в силу своих конструктивных особенностей эта электрическая машина имеет большие аксиальные размеры.

Целью изобретения является улучшение динамических характеристик, повышение надежности и уменьшение аксиальных размеров.

Достигается это тем, что секции обмотки выполнены в виде коаксиально расположенных кольцевых катушек, а постоянные магниты размещены между магнитопроводами с прилеганием по торцам. Электрическая машина может быть снабжена дополнительным

845231 ду которыми по окружности установлены концентричные кольцевые секции б и 7 обмотки управления в чередующейся последовательности с кольцевыми постоянными магнитами 8, 9, 10. Вал 11 с закрепленным иа нем ротором 12 установлен между магнитопроводами 2 и 3. Один конец вала 11 размещен между секциями б и 7 обмотки управления, а другой закреплен в опорах колонки 13, установленной в магнитопроводе 3. Ротор 12 установлен с радиальным зазором относительно магнитопровода 2 и имеет два зубца 14.

Для обеспечения момента фиксации ротора 12 в магнитной цепи электромашины создана асимметрия с помощью уступа 14 на роторе 12 и пазов 15 на статоре. Колонка 13 служит для фиксации при монтаже электромашины. Вырезы 4 и 5 в магнитопроводе 2 уменьшают рассеяние потока магнитов 8, 9 и 10. На валу 11 сидит зубчатое колесо 16. Шаг электромашины при работе в шаговом режиме составляет 90 .

50 зубчатым ротором, вал которого установлен между секциями обмотки и кинематически связан с валом основного ротора. В отверстии магнитопровода может быть размещен кольцевой постоянный магнит, установленный на валу, размещенном между секциями обмотки. Вал одного из роторов может быть размещен между крайней из коаксиальных секций и второй от края секцией, а вал другого ротора размещен между второй от края секцией и третьей секцией.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой электромашины в разрезе; на фиг. 2 — то же, вид сверху; на фиг. 3— вид в изометрии двухроторной электромашины; на фиг. 4 — общий вид электромашины с ротором между торцами секций обмот- 15 ки; на фиг. 5 — общий вид электромашины с роторами, имеющими кратное число зубцов; иа фиг. 6 — то же, вид сверху; на фиг. 7 — то же, вид в разрезе; на фиг. 8 представлено взаимное положение роторов электромашины и направление вращающих моментов при различных направлениях тока в секциях обмотки управления; на фиг. 9— общий вид электромашины с одним кольцевым постоянным магнитом; на фиг. 10 то же, вид сверху; на фиг. 11 отражен прин- 25 цип работы электромашины согласно фиг. 9—

10; на фиг. 12 — взаимное положение роторов электромашины, аналогичной электромашине на фиг. 3, у которой валы этих роторов размещены в промежутке между разными секциями обмотки управления, и направление вращающих моментов при различных направлениях тока в обмотке управления; на фиг. 13 отражен принцип работы электромашины согласно фиг. 12 при питании трехфазным током.

Электрическая машина содержит втулку 1, на которой запрессованы статориые магнитопроводы 2 и 3 с вырезами 4 и 5, межУ электромашины (см. фиг. 3) имеется дополнительный ротор 17 с зубчатым колесом 18 на его оси. Роторы 12 и 17 через колеса 16, 18 и 19 кинетически связаны с выходным валом 20.

Электромашина (см. фиг. 4) имеет двойной комлпект магнитопроводов 3, секции б и 7 обмотки управления постоянных магнитов 8 — 10.

В электромашине (см. фиг. 5 — 7) роторы 12 и 17 имеют отношение чисел зубцов равное отношению частот вращения этих роторов.

Электромашина (см. фиг. 9 — 10) снабжена постоянным магнитом 21, установленным в ферромагнитных дисках 22, которые, в свою очередь, запрессованы в немагнитные диски 23, размещенные в отверстиях 24 магнитопроводов 3. Вал 25, на котором сидит постоянный магнит 21, кинематически связан с выходным валом 20 через зубчатое колесо 18 и зубчатое колесо 19.

В электромашине (см. фиг. 12) ротор 12 установлен между секциями обмотки управления 7 и 26, а ротор 17 между секциями26иб.

Электрическая машина работает следующим образом.

При подаче импульса тока в секции 6 и 7 обмотки управления магнитный поток взаимодействует с поляризующим потоком постоянных магнитов 8, 9, 10. В зависимости от полярности импульса тока магнитное поле в зазоре между торцами зубцов 14 ротора 12 и магнитопроводом 3 статора ослабляется или усиливается. Возникает вращающий момент, под действием которого ротор 12 поворачивается в положение, при котором через его зубцы 14 проходит максимальный поток.

При подаче импульса тока определенной полярности в секции 6 и 7 обмотки управления ротор 12 сместится в новое положение равновесия на угол, больший половины шага, т.е. больше, чем на 45 .

При отсутствии тока в секциях 6 и 7 ротор 12 под действием реактивного момента, обусловленного ассимметрией магнитной цепи за счет уступа 14 и пазов 15 доворачивается до нового положения равновесия, т.е, вал электромашины повернется на 90 .

С изменением направления тока области усиления и ослабления поляризующего потока меняются местами и ротор 12 отрабаты ва ет следующий ш а г.

Последовательная подача ргзнополярных импульсов обеспечивает дискретное вращение вала 11 с указанным шагом.

При работе электрической машины (см. фиг. 8) при согласном включении секций 6 и 7 обмотки управления (см. верхнюю половину фиг. 8) вращающий момент создается ротором 12, имеющим две пары зубцов 14, так как на зубцы 14 ротора 17 воздействуют встречно направленные и вза845231 имно компенсирующие друг друга моменты.

Так, как зубчатый ротор 12 имеет две пары зубцов 14, то скорость вращения в этом случае вдвое меньше скорости вращения электромашины, показанной на фиг. 1 — 2.

При изменении направления тока в секциях 6 и 7 обмотки управления с согласного на встречное (см. нижнюю половину фиг. 8), моменты, воздействующие на зубцы 14 ротора 12, компенсируют друг друга, а у ротора 17 складываются. Скорость вращения при этом удваивается.

При работе электрической машины (см. фиг. 9 — 10) при встречном включении секций 6 и 7 обмотки управления (см. фиг. 11) вращающий момент на выходном валу 20 обеспечивается зубчатым ротором 12, так как постоянный магнит 21 из-за встречного направления моментов в создании вращающего момента не участвует.

При согласном включении секций 6 и 7 обмотки управления вращающий момент на выходном валу обеспечивается лишь постоянным магнитом 21.

Скорость вращения этой электромашины может быть в два раза выше, чем у электромашины, представленной на фиг. 1 — 2.

При работе электромашины согласно фиг. 12, вращающий момент на выходном валу создает ротор, вал которого установлен между секциями обмотки управления, токи в которых направлены встречно, другой ротор в создании вращающего момента на выходном валу не участвует.

Изменение направления тока в секциях

6, 7 и 26 обмотки управления, наглядно поясняемое на фиг. 12, влечет за собой изменение направления вращения (вверх по часовой стрелке; вниз — против часовой стрелки) .

Фиг. 13 наглядно поясняет работу электромашины от сети трехфазного тока, где показаны двенадцать основных положений роторов, смещенных друг относительно друга на угол при различных отношениях напряжений трех фаз, которыми в данном случае являются секции обмотки управления. Электромашина приобретает способность работы с реверсом или в качестве электромашины З-.х фазного тока.

Чередование плоских концентричных секций 6 и 7 обмотки управления с плоскими кольцевыми постоянными магнитами 8, 9 и 10 обеспечивает мощный поляризующий поток, который, в свою очередь, обуславливает достаточный момент вращения, что при малом моменте инерции ротора 12 способствует получению высоких динамических характеристик, а также позволяет уменьшить аксиальные размеры.

Благодаря конструктивному решению магнитной системы электрической машины компенсируются магнитные натяжения, возникающие в воздушном зазоре системы, что существенно повышает надежность конст5 рукции в целом.

Снабжение электромашины по меньшей мере одним дополнительным ротором 17 обеспечивает дополнительное улучшение динамических характеристик за счет суммирова1О ния на выходном валу 20 моментов всех роторов электромашины при неизменном моменте нагрузки.

Дополнительное улучшение динамических характеристик и повышение надежности обеспечивается при полной симметрии маг15 нитной системы, исключающей как радиальные, так и осевые усилия магнитных тяжений.

Формула изобретения

1. Электрическая машина, содержащая статор с магнитопроводами, в которых выполнены отверстия, постоянные магниты с осевой намагниченностью и обмотку управления в виде секций, зубчатый ротор, установленный на валу, размещенном между секциями обмотки в отверстии магнитопровода, отличающаяся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик, повышения надежности и уменьшения аксиальных раззо меров, секции обмотки выполнены в виде коаксиально расположенных кольцевых катуш -.",. а постоянные магниты размещены между магнитопроводами с прилеганием по торцам.

2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, З5 что она снабжена дополнительным зубчатым ротором, вал которого установлен между секциями обмотки и кинематически связан с валом основного ротора.

3. Машина по пп. 1 и 2, отличающаяся

4 тем, что в отверстии магнитопровода размещен кольцевой постоянный магнит, установленный на валу, размещенном между секциями обмотки.

4. Машина по пп. 2 и 3, отличающаяся тем, что вал одного из роторов размещен

45 между крайней из коаксиальных секций и второй от края секцией, а вал другого ротора размещен между второй от края секцией и третьей секцией.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 607311, кл. Н 02 К 21/08, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР № 544063, кл. Н 02 К 37/00, 1977.

845231

Редактор Е. Гончар

Заказ 4176/5

Составитель В. Трегубов

Техред gl. Бойкас Корректор В. Бутяга

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4