Электродвигатель

О П И С А Н Й Й (748702ИЗОБРЕТЕЙ ЙЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(5 )М. Кл. Н 02 К 29/02 тееударетеенимй комитет СССР по делам изобретений н отхрцтий(53) УДК 621,313. . 13.014,2 т 621. .382(088.8) Дата опубликования описания 17.07.80(72) Автор изобретения Е. Н. Баранов Московское ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени высшее техническое училище им, Н, Э. Баумана(54) ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ 1Изобретение относится к электроприводу, 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 спетО циальные устройства, наттример подшипник иеИзвестны также электродвигатели с вентильной коммутацией, в конструкции которых функции двигателя совмещены с функциями системы электромагнитного или электродинамического подвеса. Такие двигатели содержат ротор и статор с закрепленными на них П-образными в аксиальной плоскости магнитопроводами и20 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 немапнитном 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 сегментов, разделенных немагнитными проме- жутками, с аксиальными пазами, в каж748702 30 50 55 3дом из которых помещены два постоянных магнита, обращенных к поверхностистатора разйоименнйми полюсами, а вполюсных выступах каждого П-образногомагнитопровода статора выполнены пазы5в которых закреплены постоянные МЬгниты, обращенные к поверхности ротораразноименными полюсами, причем постоянные магниты статора и ротора обращеныдруг к другу одноименными полюсами.Каждая секция обмотки статора образована последовательным и согласным соединением катушек, расположенных на П-образных магнитопроводах, угловое расстояние между которыми равно расстоянию между центрами ферромагнитныхсегментов ротора,На фиг, 1 схематически изображен электродвигатель, поперечный разрез (разрез А-А на фиг. 2);на фиг. 2 - разрезБ-Б на фиг. 1; на фиг. 3 - конструктивныйвариант, обеспечивающий устойчивостьротора в осевом направлении; на фиг,4 и 5поясняют принцип силового взаимодействия элементов статора и рсгсра с уче- д 5том токов в обмотках статора 3 на фиг. 6представленалинейная развертка частиокружности статора и ротора и приведенасхема соединения катушек в секцию обмотки статора,Активная часть ротора выполнена в виде ферромагнитных сегментов 1, разделенных немагнитными промежутками, например, за счет закрепления сегментов,пазах немагнитной втулки 2. Сегменты 1 имеют аксиальные пазы, в каждом из которых помещены два постоянных магнита 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 ную систему ротора, силовые линии которой замыкаются аксиально. На статоре закреплены П-образныемагштопроводы 5 с помещенными наних катушками 6, В полюсных выступахП-образных магнитопроводов выполненыпазы, в которых закреплены постоянныемагниты 7 и 8, обращенные к поверхности ротора своими-разноименнымиполюсами но так 1 что находящиеся на"протиЪпостояйные магниты статора иротора обращены друг к другу своимиодноименны ми полюсами. фКатушки 6 объединены в секции обмоткистатора, подключенные к источникупитания через вентильный коммутатор.,Каждая секция 9 (фиг. 6) образованапоследовательным и согласным соединением катушек, расположенных на П-образных магнитопроводах, расстояниемежду которыми равно расстоянию междуцентрами ферромагнитных сегментов 1ротора. По условиям устойчивости работы системы подвеса минимальное числосегментов ротора равно трем (фиг. 1),следовательно, каждая секция включаетв себя число последовательно соединенных катушек, равное числу сегментов.Общее число катушек (и магнитопроводов 5) равно произведению числа сегментов 1 ротора на число секций статора. Вйредложенной конструкции катушки объеди-нены в восемь секций. На фиг. 6 показано соединение катушек только в однойиз 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 условиях 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 90 з, 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 которо о на фиг. 4 и 5 показано внутри кружков,Б 748702 6а стрелкой дано направление создавае- в каждой секции обмотки статора Всякибмой катушкой намагничивающей силы),: раз, когда магнитопроводы 5 с катушто в зависимости от направления тока ками этой секции окажутся на одноймагнитное поле, созданное постоянными из двух люай коммутации. длямагнитами 7 и 8 этого сердечника,может либо ослабляться (фиг. 4) либо5 ния схемы коммутатора можно о аниеусиливаться (фиг. 5), При этом приослаб еосла ленин поля намагничивающая силамагнитопроводов 5. В этом случае коммутатор должен вкшочать секцию при прошойшо, чтобы внешнее поле могло перемаги отключатьиз коммутациино сила взаимного отгалкиваия магии-: . Если коатор упрхождении друтов 7 и 8 и находящихся напротив йихсли коммутатор управляется датчикомуглового положения ротора, используетсяна роторе магнитов 3 и 4 может либо режим вентильного электродвигателя обесуменьшаться (фиг. 4), либо увеличитрваться (фиг. 5).О у и печиваощий регулирование скорости вращения, а также торможение и реверс. ВозВозникновение вращающего. моментаможно исполЬзованне также с ОННОГОдвигателя иллюстрируется фиг. 6, НааРелсима, когда частота и последователь.магнитопроводах 5 внутри кружков указйУтр крец У ность переключений секций задается внешно направление намагничивающих сил20 ним устройством, а датчик углового посоответствующих секций обмотки статора.Утст ует. Ред р ще ложения отсутствует. Для предотвращеВ рассматриваемый момент времени токитоки ния вьпидения из синхронизма изменениев обмотках части секций (в том числечастоты переключений не должно бытьизображенной на фиг, 6 секции 9) усислишком быстрым,ливают магнитное после соответствую Таким об азоразом, данное устройство Объещих постоянных магнитов, токи д 1 ойРУ диняет в себе электродвигатель с вентильчасти секций ослабляют его, а Обмотки ной коммутацией и систему подвеса родвух секций, магнитопроводы которыхнахо ятся на л яхтора с использованием сил отталкивания,Г-Г, в данный момент отключены. Линиянт отключены. Линия р 0 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 ци,ивной с,лы,не магнитного промежутка между двумясегментами. На постоянные магниты тех35Предложенный принцип действия элекмагнитопроводов 5, которые .находятся тродвигателя может быть реализованна линиях коммутации, действуют только в ряде конструктивных вариантов. Возмо,радиальные усилия, причем на оси Г-Г жен, например, аналогичный электродвигазто усилие незначительно, если сегмен- тьсвнешним ротором ивнутреннимстатоты 1 разделены достаточно большим не- . Ром Кроме того, представленную на фнг.6магнитным промежутком. На все осталь линейную развертку электродвигателяные магниты статора действуют силы можно рассматривать в качестве линейотталкивания со стороны ротора, имею- ного электродвигателя, обеспечивающегощие радиальную и касательную составЛяк- взаимнОЕ Перечещение его эпемеитоВ И45щие. При отсутствии тока в обмотках ка- подвес подвижной части над направляюсательные составляющие взаимно уравно- щим элементом.вешива тся При уси енин поля Располо- Технико- кономич ская целхообр зжеиных по одну сторону От линии кодм- ность применения конструкции опредетации В-В магнитопроводов 5 и ослабле- ляется ее специфическими особенностями50Внии поля магнитопроводов, Расположенных состоящими в отсутствии опорных подс другой стоРоны, Возникает равнодей- шицникоВ и чрезВычайно малом моменте.ствующая касательных усилий, Обеспе- трения. СМа может применяться в точчиваюшая возникновение вращающео мо- ных системах регулирования, для создамента. При этом устойчивость системы55ния высокооборотных электромеханичесподвеса не нарушается. для того, чтобы ких устрйств или устройств, работаювращающий момент действовал постоянно, щих в средах, гдеприменение подшипниковкоммутатор электродвигателя должей" ; " затрудйейо, В линейном варианте конструкобеспечивать изменение направлейия тока-"-" -цияможг быть использована для создания7 7 транспортных средств с магнитным подвесом экипажа.Формула изобретенияЭлектродвигатель, 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, о т л и ч а ю щ и й с я. тем, что, с целью конструктивного 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, обра 48702 8щенных к поверхности статора разноимен ными полюсами, а в полюсных выступахкаждого П-образного магнитопроводастатора выполнены пазы, в которых закреплены постоянные магниты, обращенные к поверхности ротора разноименными полюсами, причем постоянные магниты статора и ротора обращены друг кдругу одноименными полюсами, а каждаяо секция обмотки статора содержит после-довательно и согласно соединенные катушки, расположенные на П-образных магнитопроводах, угловое расстояние между которыми равно расстоянию между осямиферромагнитных сегментов ротора.Источники информации,принятые во. внимание цри,экспертизе1. Авторское свидетельство СССРЫо 445104, кл. Н 02 К 29/04, 1972.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Ио 2462291/24-07,кл. Н 02 К 41/02, 15.03.77.