Электродвигатель
Изобретение относится к области электротехники, а именно – к особенностям конструктивного выполнения электродвигателей, предназначенных для безредукторного привода преимущественно транспортных средств. Сущность изобретения состоит в следующем. Электродвигатель содержит кольцеобразный магнитопровод статора с постоянными магнитами, размещенными на внешней и внутренней поверхностях магнитопровода симметрично по его окружности с чередующейся полярностью и с противоположной полярностью в направлении через толщу магнитопровода статора, а также двухсекционный ротор, одна из секций которого охватывает статор и является внешней, а другая размещена внутри статора, то есть является внутренней секцией. Кроме того, электродвигатель содержит распределитель тока коллекторного типа и токосъемники, установленные с возможностью контактирования с пластинами коллекторного распределителя и подключенные к области электромагнитов упомянутых выше секций ротора. Технический результат от использования данного изобретения состоит в повышении крутящего момента электродвигателя. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к электродвигателям преимущественно транспортных средств в виде мотор-колес и предназначено для использования в электрически приводимых велосипедах, инвалидных колясках, внутрицеховых машинах, электромобилях и других транспортных и иных средствах.
Безредукторные, коллекторные мотор-колеса, у которых вращение колеса вызывается непосредственным электромагнитным взаимодействием магнитных систем статора и ротора, известны (SU 628008 А, 15.10.1978; SU 910480 А, 07.03.1982; SU 1725780 A3, 07.04.1992; US 5164623 B1, US 6492756 В1, 10.12.2002).
Одной из основных задач, стоящих перед разработчиками электродвигателей этого типа, является повышение крутящего момента без существенного увеличения мощности (в частности, напряжения) источников питания.
Одним из возможных направлений решения этой задачи является мультипликация, умножение числа элементов электродвигателя (постоянных магнитов, электромагнитов). Такой прием был использован автором изобретения в принадлежащем ему патенте Российской Федерации №2129965. У электродвигателя по указанному патенту постоянные магниты закреплены на кольцеобразном магнитопроводе статора в два параллельных ряда с продольным (в одном ряду магнитов) и с поперечным (смежные магниты разных рядов имеют противоположную полярность) чередованием полярности. Каждому из 2-х рядов постоянных магнитов соответствует секция ротора с электромагнитами, обращенными к постоянным магнитам статора "своего" ряда. Условно можно сказать, что электродвигатель имеет два статора с общим магнитопроводом и два ротора (также с общим магнитопроводом).
Настоящее изобретение реализует этот же принцип, но иным компоновочным решением, которое обеспечивает дополнительные преимущества электродвигателю и в отношении его потребительских характеристик (дальнейшее увеличение крутящего момента из-за уменьшения магнитного сопротивления) и, кроме того, из-за уменьшения продольных габаритов двигателя, что особенно важно для двигателей типа "мотор-колесо".
Это достигается тем, что в отличие от указанного патента в электродвигателе в соответствии с настоящим изобретением оба ряда постоянных магнитов статора размещены не с одной, а с противоположных сторон кольцевого магнитопровода, напротив друг друга, причем смежные магниты, расположенные напротив друг друга, имеют противоположную полярность.
Иначе размещены и 2 секции ротора: одна из них - внешняя, охватывает статор (кольцевой магнитопровод с постоянными магнитами), а вторая секция - внутренняя размещена внутри статора. Статор и обе секции ротора имеют общую геометрическую ось. Обе секции имеют равное число электромагнитов, симметрично размещенных по окружности, причем электромагниты внешней секции ротора размещены напротив соответствующих электромагнитов внутренней секции (то есть оси каждой пары электромагнитов обеих секций лежат в одной диаметральной плоскости). Катушки электромагнитов внешней и внутренней секций ротора попарно подсоединены к токосъемникам, при этом должно соблюдаться условие равенства токопроводящих пластин распределительного коллектора и числа пар постоянных магнитов статора, а коллектор должен быть установлен так, чтобы осевые линии диэлектрических промежутков между токопроводящими пластинами коллектора были сориентированы по осевым линиям постоянных магнитов статора.
Далее изобретение описывается на примере его осуществления, иллюстрируемом чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - частичный поперечный разрез электродвигателя и
на фиг.2 - частичный продольный разрез электродвигателя.
Электродвигатель состоит из статора 1, внешней 2 и внутренней 3 секций ротора и распределителя (коллектора) 4.
В свою очередь статор состоит из кольцеобразного магнитопровода 5 и размещенных на нем с разных сторон напротив друг другу постоянных магнитов 6. Магниты имеют чередующуюся полярность по отношению к смежным магнитам своего ряда (размещенным с одной стороны магнитопровода) и противоположную полярность магнитов, размещенных на разных сторонах магнитопровода напротив друг друга. Внешняя 2 и внутренняя 3 секции ротора несут на себе электромагниты соответственно 7 и 8. Указанные электромагниты обращены друг к другу и каждая обращенная друг к другу пара электромагнитов расположена соосно, в одной диаметральной плоскости. Смежные электромагниты секций ротора попарно подсоединены к токосъемникам 9. Последние имеют возможность смещения по окружности распределителя для возможной настройки электродвигателя.
Цилиндрический коллектор 4 имеет множество токопроводящих пластин 10, которые подсоединены с чередованием полярности шинами к источнику постоянного тока 11. Пластины отделены друг от друга диэлектрическими промежутками 12. Осевые линии диэлектрических промежутков 12 ориентированы по осевым линиям постоянных магнитов 6 статора, а общее количество токопроводящих пластин 10 равно числу пар этих магнитов.
Принцип работы двигателя не отличается от известных и не нуждается в пояснениях. При подключении двигателя к источнику питания ротор совершает вращение относительно оси 13, передача крутящего момента в варианте "мотор-колесо" может осуществляться, в частности, через сочленяющуюся с колесом обечайку 14.
Благодаря размещению магнитов статора и электромагнитов секции ротора согласно изобретению электромагнитный поток 15 замыкается не на узком промежутке магнитопровода статора, а проходит по условному тороидальному контуру, образованному сердечниками двух пар электромагнитов секции ротора, при этом прохождению магнитного потока при перекоммутациях электромагнитов способствует и размещение постоянных магнитов с противоположных сторон магнитопровода статора.
Испытания показали, что электродвигатель, выполненный в соответствии с изобретением, при сравнительно малых мощностях (3-5 кВт) способен развивать крутящий момент от 300 до 800 Нм. Образец двигателя мощностью 5 кВт с диаметром 395 мм и весом 24 кг при напряжении 48 В развил крутящий момент около 600 Нм.
1. Электродвигатель преимущественно для транспортных средств, включающий в себя статор с кольцеобразным магнитопроводом, на внешней и внутренней поверхностях которого установлены напротив друг друга и симметрично по окружности магнитопровода постоянные магниты с чередующейся полярностью по окружности магнитопровода и с противоположной полярностью в направлении через толщу магнитопровода; ротор, состоящий из двух секций, одна из которых, внешняя, охватывает указанный статор, а вторая, внутренняя, размещена внутри статора, причем каждая из секций несет на себе одинаковое число электромагнитов, которые обращены к постоянным магнитам статора, и обе секции имеют общую геометрическую ось с осью цилиндрического магнитопровода статора; распределитель тока коллекторного типа, имеющий расположенные по окружности токопроводящие пластины, разделенные диэлектрическими промежутками, соединенные с источником постоянного тока с чередованием полярности; и токосъемники, установленные с возможностью контактирования с пластинами коллекторного распределителя и подключенные к обмоткам электромагнитов роторов.
2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что электромагниты секций роторов расположены соосно относительно друг друга, а их обмотки соединены попарно с соответствующими токосъемниками, при этом количество токопроводящих пластин распределительного коллектора равно количеству пар постоянных магнитов статора, а осевые линии диэлектрических промежутков между этими пластинами ориентированы по осевым линиям постоянных магнитов статора.
3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что токосъемники установлены на внутреннем роторе с возможностью смещения по окружности относительно распределителя тока.
