Импульсный индукторный электропривод для транспортных средств

 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Импульсный электропривод для мотор-колеса содержит внутренний неподвижный статор, на котором по окружности равноудаленно закреплены электромагниты, и внешний подвижный ротор, на кольцеобразном магнитопроводе которого расположены равноудаленные по окружности постоянные магниты, между которыми закреплены инерционные пластины из магнитомягкого материала, сдвинутые на определенный фазовый угол. Электропривод характеризуется повышенной технологичностью сборки и эксплуатационной надежностью. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к области транспортного машиностроения и предназначено для использования при реализации мотор-колес в транспортирующих платформах, грузовых тележках, а также в других транспортных средствах, например велосипедах, мотоциклах, автомобилях.

Электроприводы подобного типа для транспортных средств могут быть выполнены в виде различных конструкций.

Так, в вентильно-индукторной машине по патенту RU 2189685, Н 02 К 29/00, опубл. 20.09.2001, содержится первичный элемент с многофазной обмоткой из сосредоточенных фазных катушек с вентильными коммутаторами для их поочередного подключения к внешней цепи постоянного тока и вторичный элемент. Первичный элемент имеет однородную структуру в направлении относительного перемещения первичного и вторичного элементов, последний имеет полюсные модули с геометрическими параметрами, обеспечивающими циклическое согласованное положение фазных катушек и полюсных модулей.

Недостаток такой машины - низкий пусковой момент, низкая технологичность и сложность устройства управления.

В импульсном электродвигателе по патенту RU 2172261, В 60 К 7/00, опубл. 20.08.2001, кольцевые магнитопроводы статора установлены на держателе и имеют четные количества постоянных магнитов. Ротор выполнен цилиндрическим с закрепленными на обечайке квадроэлектромагнитами. Квадроэлектромагниты выполнены с четырьмя полюсами, обращенными к постоянным магнитам статора попарно по осевой линии и радиально, и четырьмя обмотками, включенными последовательно-встречно. Выводы квадроэлектромагнитов соединены с соответствующими парами токосъемников, установленных по осевым линиям квадроэлектромагнитов. Токосъемники сдвинуты друг от друга на угол, равный углу смещения квадроэлектромагнитов. В распределительном коллекторе количество медных пластин равно количеству постоянных магнитов на каждом из кольцевых магнитопроводов статора, при этом медные пластины разделены диэлектрическими промежутками.

Недостаток указанного импульсного электродвигателя связан с невысокой технологичностью сборки. Кроме того, дисковое исполнение распределительного коллектора, а также большое количество используемых электромагнитов и токосъемников отрицательно сказываются на надежности работы электродвигателя.

В импульсном электродвигателе по патенту RU 2129965, В 60 К 7/00, опубл. 10.05.1999, использован статор с двумя установленными на держателе кольцеобразными магнитопроводами, на которых расположены четные количества равноудаленных по окружности постоянных магнитов, внутренний ротор с вращающимися относительно статора электромагнитами, попарно соединенными с токосъемниками, дисковый распределительный коллектор, выполненный с возможностью совместного с токосъемниками преобразования постоянного тока в импульсный разнонаправленный ток.

Недостатки такого электродвигателя, характеризующегося внутренним расположением ротора относительно статора, проявляются в необходимости существенного конструктивного усложнения выполняемого на его основе мотор-колеса, что предопределяет неудовлетворительные тяговые свойства и низкую надежность работы последнего.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по созданию импульсного индукторного двигателя с применением новых технических решений в электромеханическом преобразовании энергии.

Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении технологичности изготовления и эксплуатационной надежности электропривода при использовании его в качестве мотор-колеса.

Указанный технический результат для варианта исполнения импульсного индукторного электропривода для транспортных средств достигается тем, что электропривод для транспортных средств содержит внутренний неподвижный статор звездообразной литой конструкции, на котором равноудаленно по окружности закреплены электромагниты, по числу которых определяется количество фаз электропривода, и внешний подвижный ротор звездообразной литой конструкции, на котором на кольцеобразном магнитопроводе расположены равноудаленные по окружности постоянные магниты, намагниченные в направлении “северный полюс - южный полюс - нейтральная зона”, между которыми закреплены инерционные пластины (болванки) из мягкомагнитного материала, сдвинутые на определенный заданный фазовый угол, при этом статор с закрепленными на нем электромагнитами снабжен датчиком положения ротора и устройством управления, которые расположены на основании статора, а фазы индукторной машины электрически не связаны между собой.

Достижению указанного технического результата также способствуют частные существенные признаки исполнения изобретения

Так, кольцевые магнитопроводы ротора установлены на немагнитопроводном держателе и имеют кратные количества постоянных магнитов, ротор выполнен чашеобразной формы с боковыми крышками и обечайкой, электромагниты могут иметь броневое исполнение с одной обмоткой или стержневое исполнение с двумя включенными последовательно-встречно обмотками, а датчик положения ротора закреплен на корпусе статора с возможностью смещения по окружности для окончательной настройки электропривода.

Фазы электропривода электрически не связаны между собой. Электромагниты выполнены в виде системы взаимодействующих электромагнитов, включенных с возможностью предотвращения увеличения протекающего через них тока при смещении осевых линий полюсов по отношению к осевым линиям постоянных магнитов ротора.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата в отношении рассматриваемого варианта исполнения изобретения.

На фиг.1 изображен импульсно-индукторный электропривод в виде мотор-колеса в поперечном разрезе;

на фиг.2 - кольцевой магнитопровод с постоянными магнитами и поперечные мягкомагнитными пластинами (болванки);

на фиг.3 - фронтальный вид мотор-колеса в сборе.

Согласно настоящему изобретению импульсный индукторный электропривод для транспортных средств содержит неподвижно зафиксированный статор, установленный с возможностью вращения относительно статора ротор, а также электромагниты и постоянные магниты, равноудаленно по окружности закрепленные на магнитопроводах указанных статора и ротора. Статор выполнен звездообразной литой конструкции и на нем равноудаленно по окружности на магнитопроводе закреплены электромагниты, по числу которых определяется количество фаз электропривода. Статор размещен внутри ротора звездообразной литой конструкции, на котором на кольцеобразном магнитопроводе расположены равноудаленные по окружности постоянные магниты, намагниченные в радиальном направлении “северный полюс - южный полюс - нейтральная зона” и между которыми закреплены инерционные пластины из мягкомагнитного материала, сдвинутые на заданный фазовый угол, при этом статор с закрепленными на нем электромагнитами представляет собой индукторную машину с электрически не связанными между собой фазами, электрически соединенную с расположенными на основании статора датчиком положения ротора и устройством управления, реализующим функцию бесконтактной коммутации фаз по заданному алгоритму и преобразование постоянного тока в импульсный однонаправленный ток.

Кольцеобразный магнитопровод ротора установлен на немагнитопроводном держателе и имеет кратное количество постоянных магнитов.

Постоянные магниты на кольцеобразном магнитопроводе намагничены в направлении “северный полюс - южный полюс - нейтральная зона”.

Ротор выполнен чашеобразной формы с боковыми крышками и обечайкой.

Электромагниты имеют броневое исполнение с бифилярной обмоткой или имеют стержневое исполнение с двумя включенными последовательно-встречно обмотками, при этом первые одноименные выводы электромагнитов подключены друг к другу, а вторые одноименные выводы соединены с соответствующими ключами в устройстве управления электропривода.

Электромагниты сдвинуты друг от друга на угол, равный углу смещения постоянных магнитов, а устройство управления и датчик положения ротора закреплены на корпусе статора с возможностью смещения по окружности для окончательной настройки электропривода.

Ниже рассматривается пример конкретного исполнения этого электропривода для мотор-колеса транспортного средства.

Электропривод для мотор-колеса транспортного средства (фиг.1-3) включает в себя внутренний звездообразный литой конструкции неподвижный статор 1, чашеобразный по конструкции внешний подвижный ротор 2, электромагниты 3, закрепленные равноудалено по окружности на статоре и по числу которых определяется количество фаз, постоянные магниты 4 (радиально расположенные), боковые крышки 5, датчик Холла с устройством управления 6, обечайку 7, кольцеобразные магнитопроводы 8, на которых равноудалено по окружности расположены постоянные магниты 4 подвижного ротора 2, намагниченные в направлении “северный полюс - южный полюс - нейтральная зона”, ось 9, подшипник 10, поперечные мягкомагнитные пластины 11 (инерционные болванки), закрепленные между постоянными магнитами 4 подвижного ротора 2 и сдвинутые на определенный заданный угол.

На кольцеобразном магнитопроводе 8, закрепленном на обечайке 7, установлены кратные количества равноудаленных по окружности постоянных магнитов 4 северной и южной полярности, совмещенные по осевым линиям с нейтральными зонами, где установлены мягкомагнитные пластины 11, расположенные между парами совмещенных полюсов.

При этом статор с закрепленными на нем электромагнитами представляет собой индукторную машину, электрически соединенную с датчиком положения ротора и устройством управления, которые расположены на основании статора. Фазы индукторной машины электрически не связаны между собой.

Кольцевые магнитопроводы ротора установлены на немагнитопроводном держателе и имеют кратные количества постоянных магнитов, ротор выполнен чашеобразной формы с боковыми крышками и обечайкой, электромагниты могут иметь броневое исполнение с одной бифилярной обмоткой или стержневое исполнение с двумя включенными последовательно-встречно обмотками, а датчик положения ротора закреплен на корпусе статора с возможностью смещения по окружности для окончательной настройки электропривода.

Работа электропривода на основе сил взаимодействия электромагнитов 3 статора с постоянными магнитами 4 и мягкомагнитными пластинами 11 ротора.

В электроприводе на роторе 2 расположены постоянные магниты 4, создающие магнитный поток возбуждения, а обмотки якоря 3 расположены на статоре 1 (обращенная конструкция). Питание обмоток статора осуществляется таким образом, что между намагничивающей силой и потоком возбуждения сохраняется смещение в n градусов, определяемое количеством фаз электромагнитов на статоре и количеством постоянных магнитов на роторе электропривода. При вращающемся роторе такое положение может сохраниться в результате переключения обмоток статора. При переключении должны выполняться два условия, согласно которым обмотки статора должны переключаться в определенный момент времени и с помощью датчика положения, в качестве которого используется датчик Холла. Датчик положения управляет работой электронных ключей в устройстве управления.

Устройство управления обеспечивает бесконтактную коммутацию фаз электропривода по заданному алгоритму, а также преобразование постоянного тока в импульсный однонаправленный ток. Алгоритм коммутации фаз характеризуется нескольким параметрами: количеством тактов в полном цикле коммутации; тактовым углом, который определяет угол поворота ротора за один такт коммутации; числом тактов на один оборот ротора.

В моменты совмещения осевых линий электромагнитов 3 с постоянными магнитами 4 обмотки электромагнитов оказываются запитанными через устройство управления 6 таким образом, что на обоих концах электромагнитов 3, обращенных к статору, образуются полюса, одноименные полюсам постоянных магнитов 4. Происходит отталкивание полюсов постоянных магнитов 4 от электромагнитов 3 и последующее притягивание к ним поперечных мягкомагнитных пластин 11 с замыканием по электрическому потоку на них. При совмещении осевых линий полюсов электромагнитов 3 с осевыми линиями поперечных пластин 11 имеет место размыкание (обесточивание) обмоток электромагнитов 3, полюса которых уже в качестве обычных магнитопроводных болванок притягивают к себе последующую пару постоянных магнитов 4 ротора. Совмещение осевых линий электромагнитов 3 с осевыми линиями последующей пары постоянных магнитов 4 определяется датчиком положения ротора 6 и соответствующей коммутацией обмоток электромагнитов 3 через устройство управления. На электромагните 3 вновь образуются полюса, одноименные с полюсами постоянных магнитов 4. Процесс повторяется.

Скорость электропривода регулируется преобразователем частоты, интегрированным с устройством управления.

Высокая технологичность в сборке импульсного индукторного электропривода достигается за счет исключительной простоты конструкции, а экономичность и высокая надежность - за счет отсутствия коллектора и контактной системы. Высокая энергоемкость обмоток по плотности тока делает данный импульсный индукторный электропривод по затратам на производство и себестоимости выгодным промышленным изделием с высоким запасом конкурентоспособности.

Формула изобретения

1. Импульсный электропривод для транспортных средств, содержащий неподвижно зафиксированный статор с закрепленными равноудаленно по окружности на магнитоприводе электромагнитами, число которых определяет число фаз электропривода, внешний ротор чашеобразной формы, на кольцеобразном магнитопроводе которого равноудаленно по окружности расположены постоянные магниты и расположенные на основание статора датчик положения ротора с устройством управления, реализующими функции бесконтактной коммутации фаз с преобразованием постоянного тока в импульсный, отличающийся тем, что статор и ротор выполнены звездообразной литой конструкции и между полюсами ротора закреплены инерционные пластины из магнитомягкого материала, сдвинутые на заданный фазовый угол.

2. Импульсный электропривод по п.1, отличающийся тем, что кольцеобразный магнитопровод ротора установлен на немагнитопроводном держателе.

3. Импульсный электропривод по п.1 или 2, отличающийся тем, что ротор выполнен с обечайкой и боковыми крышками.

4. Импульсный электропривод по п.1 или 2, отличающийся тем, что электромагниты статора сдвинуты относительно друг друга на угол, равный углу смещения постоянных магнитов ротора.

5. Электропривод по п.1 или 4, отличающийся тем, что одни одноименные выводы электромагнитов соединены между собой, а вторые подключены к соответствующим ключам устройства управления электроприводом.

6. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что датчик положения ротора закреплен на корпусе статора с возможностью смещения по окружности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3