Электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника энергии для электропривода. На статоре электродвигателя установлены электромагниты, которые, взаимодействуя с постоянными магнитами, установленными на роторе, обеспечивают на последнем создание крутящего момента, перекоммутация питания электромагнитов осуществляется от электронного инвертора. Постоянные магниты установлены равномерно с чередующейся полярностью по периферии ротора при угловом расстоянии между осями соседних магнитов α. Электромагниты установлены на статоре напротив постоянных магнитов, по меньшей мере, двумя группами таким образом, что в каждой группе угловое расстояние между осями любых двух электромагнитов кратно угловому расстоянию α, группы электромагнитов смещены по дуге друг относительно друга. На статоре установлен датчик угла поворота ротора. Техническим результатом является упрощение конструкции, повышение экономичности и облегчение процесса эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника энергии для электропривода.

Известен электродвигатель, встроенный в колесо транспортного средства и выполненный в виде дисковой асинхронной электромашины, статор которой с магнитопроводом, обмотками и токопроводами неподвижно закреплен на оси колеса, а ротор с короткозамкнутой обмоткой и магнитопроводом, расположенным с двух сторон статора, размещен с внутренней стороны подвижного обода колеса (авторское свидетельство СССР N 628008, МПК⁶ H 02 K 17/02, 1978).

Указанная конструкция, кроме всех недостатков, присущих асинхронной машине, имеет ряд других: наличие сложной системы для управления режимами и дорогих громоздких и высоковольтных источников переменного напряжения (для автономных средств).

Наиболее близким решением является встроенный в колесо транспортного средства коллекторный электродвигатель, содержащий статор с магнитопроводом, жестко закрепленный на оси, на которой с возможностью вращения относительно статора установлен ротор, также снабженный магнитопроводом, электромагниты, установленные на роторе, постоянные магниты, установленные на статоре, и средство перекоммутации питания электромагнитов, выполненное в виде распределительного коллектора, а также средства токосъема в виде щеток, контактирующих с пластинами коллектора (патент СССР N 1725780, МПК⁶ H 02 K 23/00, 1989).

Однако наличие в электродвигателе коллектора со щетками обусловливает излишнюю сложность конструкции, в том числе благодаря необходимости его экранизации в связи с возникающими радиопомехами за счет искрения в коллекторе; кроме того известный электродвигатель характеризуется низкой экономичностью в связи с быстрым истощением источника питания, а также сложностью процесса эксплуатации.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является упрощение конструкции, повышение экономичности и облегчение процесса эксплуатации путем создания условий, обеспечивающих возможность исключения коллектора из конструкции электродвигателя.

Поставленная задача решается тем, что в электродвигателе, содержащем статор, жестко закрепленный на оси, на которой с возможностью вращения относительно статора установлен ротор, а также четное количество постоянных магнитов, электромагниты и средство перекоммутации питания электромагнитов, постоянные магниты установлены равномерно с чередующейся полярностью по периферии ротора при угловом расстоянии между осями соседних магнитов α, электромагниты установлены на статоре напротив постоянных магнитов по меньшей мере двумя группами таким образом, что в каждой группе угловое расстояние между осями любых двух электромагнитов кратно угловому расстоянию α, группы электромагнитов смещены по дуге друг относительно друга таким образом, что когда оси электромагнитов одной группы совпадают с осями противолежащих постоянных магнитов, оси электромагнитов других групп не совпадают с осями противолежащих им постоянных магнитов, при этом любые два электромагнита одной группы установлены таким образом, что создают противоположно направленные магнитные потоки, если угловое расстояние между их осями кратно нечетному числу угловых расстояний α, и одинаково направленные, если угловое расстояние между их осями кратно четному числу угловых расстояний α, на статоре установлен датчик угла поворота ротора, соединенный своим выходом со средством перекоммутации электромагнитов, а на роторе по обеим сторонам каждого постоянного магнита установлены зонды с возможностью периодического взаимодействия с датчиком угла поворота ротора. Кроме того, средство перекоммутации питания электромагнитов может быть выполнено в виде электронного инвертора. Наконец, датчик угла поворота ротора может быть выполнен в виде электромагнита, а зонды - в виде стержней из ферромагнитного материала.

На фиг. 1 изображен электродвигатель, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, разрез по А-А; на фиг. 3 - функциональная схема электронного инвертора.

Электродвигатель содержит статор 1, жестко закрепленный на оси 2, на которой с возможностью вращения относительно статора 1 установлен ротор 3. На роторе 3 со стороны, обращенной к статору 1, равномерно по периферии расположено двадцать постоянных магнитов 4 с чередующейся полярностью при угловом расстоянии между осями соседних магнитов, равным α. На статоре 1 со стороны, обращенной к ротору 3, двумя группами установлены электромагниты 5. В каждой группе угловое расстояние между осями любых двух электромагнитов 5 кратно угловому расстоянию α. При этом любые два электромагнита 5 одной группы создают противоположно направленные магнитные потоки, если угловое расстояние между их осями кратно нечетному числу угловых расстояний α, и одинаково направленные, если угловое расстояние между их осями кратно четному числу угловых расстояний α. Обе группы электромагнитов 5 расположены друг относительно друга таким образом, что когда оси электромагнитов 5 как минимум одной группы совпадают с осями противолежащих постоянных магнитов 4, оси электромагнитов 5 как минимум одной другой группы не совпадают с осями противолежащих им постоянных магнитов 4.

На статоре 1, на его поверхности, противолежащей ротору 3, расположен датчик 6 угла поворота ротора 3. Датчик 6 выполнен в виде электромагнита. На роторе 3, на его поверхности, противолежащей статору 1, с обеих сторон каждого постоянного магнита 4 установлены зонды 7 датчика 6, выполненные в виде стержней из ферромагнитного материала.

Электродвигатель подсоединен к источнику постоянного тока (не показан) посредством линии питания, запитывающей через электронный инвертор 8 обмотки электромагнитов 5. В каждой группе электромагниты 5 соединены последовательно, а сами группы электромагнитов 5 подсоединены последовательно, к источнику через инвертор 8 параллельно. К инвертору 8 также подключен выход датчика 6. В линии питания на входе в инвертор 8 установлен переключатель 9.

Электронный инвертор 8 содержит преобразователь напряжения 10, формирователь импульсов 11, схему 12 управления формирователем 11 и переключатель 13.

Преобразователь напряжения 10 выполнен в виде импульсного преобразователя с широтно-импульсным регулированием.

Формирователь импульсов 11 содержит силовой коммутатор мостового типа, ключевыми элементами которого могут быть мощные МОП или биполярные транзисторы или тиристоры.

Схема 12 управления формирователем 11 содержит формирователь импульсов прямоугольной формы, выполненной на триггере, работающим в режиме счетного запуска, и схему распределения импульсов. Счетный вход триггера соединен с выходом датчика 6, а установленный вход - с переключателем 13.

Схема инвертора может быть реализована и другими известными в данной области техники вариантами, в том числе в виде релейной схемы.

Электродвигатель работает следующим образом.

При включении источника питания переключателем 9 напряжение поступает на вход инвертора 8. В первом каскаде инвертора 8, преобразователе напряжения 10, происходит преобразование постоянного тока источника питания в постоянное напряжение питания формирователя импульсов 11, где в течение каждого цикла инвертирования происходит перекоммутация импульсов тока. Управление процессом коммутации происходит по сигналу с датчика 6, преобразующемуся в схеме 12 управления формирователем 11 в сигналы управления коммутатором формирователя импульсов 11.

С инвертора 8 на обмотки электромагнитов 5 поступают импульсы тока с периодически меняющейся полярностью, при чем между положительным и отрицательным импульсами имеется временной интервал, в течение которого питание отсутствует. Отсутствие питания приходится на время прохождения постоянных магнитов 4 над электромагнитами 5. В исходном положении оси по меньшей мере одной группы электромагнитов 5 не совпадают с осями противолежащих им постоянных магнитов 4 (верхняя левая группа электромагнитов 5 на фиг. 1). Поэтому импульс тока с инвертора 8 приходит именно на эту группу. Для вращения ротора 3 против часовой стрелки первый по ходу движения ротора 3 электромагнит 5 (рядом с датчиком 6) из этой группы запитывается таким образом, что приобретает полярность, одинаковую с полярностью удаляющегося постоянного магнита 4, т.е. S-полярность, и, соответственно, противоположную полярности приближающегося постоянного магнита 4. Второй электромагнит 5 в группе, в соответствии с условиями установки электромагнитов 5 на статоре 1, приобретает противоположную первому электромагниту 5 полярность, т.е. N-полярность. Таким образом, постоянные магниты 4 начинают отталкиваться от находящихся позади них электромагнитов 5 и притягиваться к находящимся перед ними по ходу вращения ротора 3. При прохождении постоянных магнитов 4 над каждым отдельным электромагнитом 5 каждой группы обмотка данного электромагнита не запитана, вращение ротора 3 продолжается по инерции, а после прохождения постоянного магнита 4 над конкретным электромагнитом 5 питание последнего перекоммутируется, благодаря чему продолжается процесс отталкивания/притягивания постоянных магнитов 4 от электромагнитов 5, что обеспечивает вращение ротора 3.

Создание условий в конструкции электродвигателя, обеспечивающих возможность исключения из нее коллектора, упрощает конструкцию, повышает экономичность и облегчает процесс эксплуатации электродвигателя.

Формула изобретения

1. Электродвигатель, содержащий статор, жестко закрепленный на оси, на которой с возможностью вращения относительно статора установлен ротор, а также четное количество постоянных магнитов, электромагниты и средство перекоммутации питания электромагнитов, отличающийся тем, что постоянные магниты установлены равномерно с чередующейся полярностью по периферии ротора при угловом расстоянии между осями соседних магнитов α, электромагниты установлены на статоре напротив постоянных магнитов, по меньшей мере, двумя группами таким образом, что в каждой группе угловое расстояние между осями любых двух электромагнитов кратно угловому расстоянию α, группы электромагнитов смещены по дуге друг относительно друга таким образом, что когда оси электромагнитов одной группы совпадают с осями противолежащих постоянных магнитов, оси электромагнитов других групп не совпадают с осями противолежащих им постоянных магнитов, при этом любые два электромагнита одной группы установлены таким образом, что создают противоположно направленные магнитные потоки, если угловое расстояние между их осями кратно нечетному числу угловых расстояний α,, и одинаково направленные, если угловое расстояние между их осями кратно четному числу угловых расстояний α, на статоре установлен датчик угла поворота ротора, соединенный своим выходом со средством перекоммутации питания электромагнитов, а на роторе по обеим сторонам каждого постоянного магнита установлены зонды с возможностью периодического взаимодействия с датчиком угла поворота ротора.

2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что средство перекоммутации питания электромагнитов выполнено в виде электронного инвертора.

3. Электродвигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что датчик угла поворота ротора выполнен в виде электромагнита, а зонды - в виде стержней из ферромагнитного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3