ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электродвигателям.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известный вентильный электродвигатель, содержащий статор с полюсами и обмоткой, ротор, расположенный внутри статора на валу, и постоянные магниты, встроенные внутри ротора. Статор выполнен в виде явно полюсной структуры с прямыми полюсами и с открытыми пазами, в которые заключена катушечная обмотка. Работает вентильный электродвигатель следующим образом. С помощью датчика положения ротора определяется положение ротора с постоянными магнитами касательно фаз обмотки, расположенных на прямых полюсах статора. Согласно положению ротора электронный коммутатор подключает к источнику питания постоянного тока фазы обмотки статора. При этом создается электромагнитный момент, действующий на ротор. Упрощение вентильного электродвигателя происходит за счет упрощения изготовления статора, а • увеличение КПД вентильного двигателя происходит за счет уменьшения длины витка катушек обмотки статора и соответствующего снижения электрических потерь (потерь в меди) катушечной обмотки, которая не имеет больших лобовых частей (патент Украины на полезную модель 77359, публ. 1 1.02.2013, бюл. JY 3). Однако, несмотря на преимущества указанного электрического двигателя, мощность остается неизменной и возможность его использования в системах, которые имеют высокую нагрузку на двигатель, сводится к минимуму.

Известен бесконтактный вентильный двигатель постоянного тока, который состоит из корпуса, который выполнен из магнитомягких материалов, шихтованных пакетов статора с пазами в них для заключения фазных обмоток, ротора, состоящего из вала и втулки, торцевых крышек, имеющих с внутренней стороны округлые углубления для размещения подшипников, обмотки возбуждения ротора, отличающийся тем, что двигатель имеет один шихтованный пакет статора с парной или нечетным зубчатостью, ротор выполнен безобмоточным с двумя крючкообразными элементами из магнитомягкой стали с не менее чем двумя крючками для создания двух и более одноименных полюсов на каждом из элементов, причем полюса двух крючкообразных элементов разноименные, втулка на валу ротора выполнена из материала с максимальным магнитным сопротивлением, обмотка возбуждения разделена на две секции, которые расположены в пазах внутренней поверхности индукторов, причем каждая секция разделена на две части, вентиляционный канал образован отверстиями в индукторе, отверстиями в торцевых крышках, разделенной на две секции обмоткой возбуждения и зазором между фазными обмотками и спинкой статора, рабочее пространство вокруг безобмоточного ротора герметизируется уплотнительными элементами, на валу двигателя установлен вентилятор. Фазная обмотка на пакете статора может быть любого типа: распределенная, когда катушка обмотки охватывает два и более зубца пакета статора; сгруппированная, когда катушка обмотки охватывает один зубец пакета статора. Модель включает в себя новые технологии намотки, включение фазовых намоток, включение обмоток возбуждения, (патент Украины на полезную модель N° 22479, публ. 25.04.2007, бюл. Ns 5). Хотя такая модель и предусматривает в себе новые идеи конструкции, она рассчитана только на использование в общем порядке, в машинах, которые не требуют увеличенных скоростей и ограничений.

Известен вентильный электродвигатель, содержащий ротор, статор, секций которого соединены с источником питания через электронный коммутатор, управляющие входы которого через устройство задержки соединены с датчиком положения ротора, задатчик и датчик ускорения выходного вала, которые соединены выходами с соответствующими входами сравнительного устройства, отличается тем, что дополнительно имеет N датчиков-ограничителей токов секций, N сумматоров и функциональный преобразователь сигналов, который соединен входом с выходом датчика положения ротора, a N выходами - с первыми входами соответствующих N сумматоров, соединенных другими входами с выходом сравнительного устройства, а выходами - с управляющими входами соответствующих N датчиков-ограничителей токов секций, соединенных выходами с соответствующими управляющими входами устройства задержки, при этом в функциональном преобразователе для каждого сумматора реализована однозначная периодическая функция ^(а) углового положения ротора, угловой период ^" которой определяется соотношением: ^Т ' ^г Р ^а Д = 360 /(N x Zp ) ₅ где ^Z P - количество зубцов (полюсов) ротора. Такое техническое решение позволяет существенно повысить точность и качество переходных процессов при позиционировании пассивного зубцового ротора вентильного электродвигателя, при этом не требуется доработка электронного коммутатора и сохраняются все положительные свойства прототипа: обеспечение нужной производительности и ограничения механических и тепловых нагрузок на элементы электродвигателя, за счет чего увеличивается ресурс его работы (патент Украины на изобретение N° 81970, публ. 25.02.2008, бюл. J S 4). Однако даже при увеличении ресурса работы, модель не может работать в режиме высоких мощностей и, соответственно, увеличения коэффициента полезного действия.

Наиболее близким аналогом по идее создания механизма является вентильный двигатель, содержащий сдвоенную магнитную систему с постоянными магнитами, которые образуют рабочий зазор разноименной намагниченностью, магнитную систему с аксиально намагниченными постоянными магнитами, при этом активные поверхности постоянных магнитов магнитных систем возвращены друг к другу, и электронный коммутатор, управляющие цепи которого связаны с выходом датчика положения магнитных систем, а выход подключен к обмоткам управления. В сдвоенной магнитной системе постоянные магниты обеспечены полюсными наконечниками с магнитомягкого материала и установлены на вал с совпадением одноименной намагниченности полюсов по оси. Каждый торец магнитной системы с аксиально намагниченными постоянными магнитами обеспечен полюсными наконечниками с магнитомягкого материала. Полюсные наконечники магнитных систем выполнены немного длиннее постоянных магнитов в радиальном направлении. В магнитной системе с аксиально намагниченными постоянными магнитами по внутреннему диаметру концентрично внешней поверхности цилиндра из немагнитного материала установлены статор с обмотками в пазах, безобмоточный ротор и держатели из немагнитного материала, по наружному диаметру которых установлены магнитомягкие шунты, вращающиеся вместе с ротором вдоль расточки полюсных наконечников. Модель обеспечивает постоянство крутящего момента с высоким коэффициентом использования постоянных магнитов и реверсирования магнитной системы, имеющей возможность вращения, без перемагничивания постоянных магнитов. (Патент Украины на полезную модель jV_? 14532, публ. 15.05.2006, бюл. N° 5). Хотя модель и включает в себя сдвоенную магнитную систему, но для взаимодействия между статором и ротором использовано только одну сторону магнитов, поэтому скорость работы не увеличивается, следовательно потенциала на использование механизма при высоких мощностях нет.

СУТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

В основу изобретения поставлена задача найти новый механизм бесколлекторного электродвигателя, стоимость производства которого существенно отличаться от уже существующих и который поможет увеличить его мощность и повысить коэффициент полезного действия.

Поставленная задача решается тем, что заявлено бесколлекторный электродвигатель, содержащий статор с полюсами и обмоткой, ротор и магниты, встроенные внутри ротора, отличающийся тем, что электродвигатель содержит внешний и внутренний статоры, где радиальные зубцы внешнего статора расположены посередине промежутков зубцов внутреннего статора, а ротор выполнен в виде трубчатого цилиндра с немагнитного металла, который вращается между внешним и внутренним статорами, при этом магниты ротора имеют постоянную полярность, а каждый полюс магнитов взаимодействует сразу с тремя обмотками как внутреннего, так внешнего статоров.

Модель рассчитана на двухтактный период работы, что сходно с принципом работы двигателей внутреннего сгорания. В момент привлечения и максимального сближения постоянного магнита ротора с противоположной по знаку полярности катушкой статора (или внутреннего, или внешнего), происходит изменение полярности катушки (такой процесс аналогичен возгоранию топливной смеси в двигателях внутреннего сгорания в положении поршня в верхней неподвижной точке в его подвижном состоянии) и магнит оказывается в зоне максимальной силы его выталкивания двумя катушками с двух сторон ротора (внутренний и внешний) и одновременно привлекается к следующей по ряду катушки статора, перемещаясь в ее сторону.

По совокупному количеству указанных воздействий механизм дает возможность получить эффект максимально возможной мощности взаимодействий. Такой процесс определяется также по количеству магнитов ротора, поскольку происходит одновременно со всеми магнитами ротора.

ПЕРЕЧЕНЬ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 изображен общий вид механизма в собранном состоянии. На фиг. 2 два статора - внутренний и внешний, и ротор.

На фиг. 3 внутренний статор с окружающим его ротором.

На фиг. 4 основные циклы работы механизма.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ

На фигуре 1 прилагаемых чертежей изображены механизм высокомощного бесколлекторного двигателя, который представляет собой цилиндрический ротор, выполненный из немагнитного металла, находящегося между двумя статорами, которые его окружают. Ротор имеет вид особого «оконного» устройства для вовлечения в работу сразу двух сторон полярности постоянных магнитов ротора (N и S). В поверхность ротора врезаны постоянные плоские магниты. Первый статор помещен внутрь ротора и имеет шестнадцать радиальных зубцов, обращенные наружу. Второй статор имеет шестнадцать радиальных зубцов, обращенных внутрь, расположенных в центре промежутков зубцов внутреннего статора. Второй статор окружает ротор. Соответственно, в ходе работы ротор вращается между двумя статорами. Каждый статор содержит одинаковое четное количество катушек (16), равное парному количеству постоянных магнитов ротора. Катушки каждого статора соединены параллельно, чередуя полярность (N- S -N- S ....). На фигуре 2 отражены оба статора и ротор в обособленном виде. Отдельно воспроизведена «оконная» конструкция ротора. В частности, в корпусе осуществлены сквозные прорези, которые специально предназначены для размещения в них постоянных магнитов. Такой механизм установки магнитов ротора применен для осуществления взаимодействия с электромагнитами внутреннего и внешнего статоров одновременно.

На фигуре 3 показана часть целостного механизма. На изображении воспроизведен внутренний статор с окружающим его ротором.

На фигуре 4 схематично изображены основные циклы работы бесколлекторного электродвигателя. Желтыми стрелками обозначено привлечение постоянного магнита, зелеными его отталкивание. Магниты обоих статоров и ротора находятся в постоянном взаимодействии. Механизм предусматривает использование не одной стороны полярности постоянных магнитов ротора, а сразу двух.

Происходит привлечение и максимальное сближение постоянного магнита ротора с противоположной по знаку полярности катушкой статора или внешнего, либо внутреннего. В этот момент, как реакция на такое, меняется полярность катушки и магнит оказывается в зоне максимальной силы его выталкивания катушкой внутреннего статора и одновременного выталкивания катушкой внешнего. В этот самый момент постоянный магнит ротора привлекается к следующей катушке по ряду как внутреннего, так и внешнего статоров, перемещаясь в ее сторону.

Для определения положения ротора используются традиционные методы, такие как датчик Холла или напряжение магнитного поля измеряется в обмотке статора.

То есть, при каждой фазе подачи напряжения на внутренний и внешний статор постоянные магниты ротора взаимодействуют с ними сразу обеими своими полюсами и каждый отдельный магнит подвергается со стороны статоров влиянию одновременно трех электромагнитов, два из которых выталкивают, а один притягивает.

Таким образом, используя небольшое количество магнитов, за счет того, что ротор имеет вид «оконного» устройства для привлечения к работе сразу двух сторон полярности постоянных магнитов ротора, бесколлекторный двигатель при приведении его в действие позволяет получить значительно большую мощность и увеличить коэффициент полезного действия.