Бесконтактный электродвигатель постоянного тока

Настоящее устройство относится к области электротехники, в частности к исполнительным электродвигателям систем автоматики для космической техники.
Из предшествующего уровня техники известен классический бесщеточный электродвигатель постоянного тока, содержащий ротор с постоянными магнитами, закрепленными на валу, пакет статора из магнитомягкого материала и расположенную между пакетом и ротором обмотку, закрепленную на пакете, состоящую из катушек прямоугольной или гексагональной формы, стороны которой расположены параллельно оси вращения двигателя на внутренней и внешней поверхности обмотки, имеющей цилиндрическую форму (US 4,130,769, Н02K 37/00 от 19.12.1978).
Недостатком такого двигателя являются увеличенные габаритные размеры за счет значительных размеров лобовых частей.
Этого недостатка лишен бесконтактный электродвигатель постоянного тока с многослойными ромбовидными обмотками, содержащий множество отдельных секций, характеризующийся тем, что отдельным обмоткам предварительно придана такая форма, что образуется смещение в области, по меньшей мере, двух противоположных углов, так, что половина сторон расположена во внутреннем полом цилиндре, а половина сторон расположена во внешнем полом цилиндре (RU 2359387 С2, Н02K 3/47 Н02K 15/04 от 23.10.2006).
Недостатком этого электродвигателя является снижение вращающего момента электродвигателя за счет того, что оси проводников расположены под углом к магнитному полю ротора, что требует увеличения габаритных размеров для компенсации указанной потери момента.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в снижении габаритных размеров двигателя и повышении электромагнитного момента.
Решение данной задачи достигается за счет того, что бесконтактный электродвигатель постоянного тока содержит цилиндрический корпус, установленные в нем беспазовый статор и ротор с валом, при этом секции обмотки статора выполнены полукольцевой формы, а ротор состоит из цилиндрических магнитов (магнитных систем), которые установлены на валу с угловым смещением относительно центра, так что линии скоса полюсов соответствуют расположению активных частей секций обмотки.
В предлагаемом бесконтактном электродвигателе постоянного тока обмотка статора выполняется путем поочередной укладки на цилиндрической оправке готовых секций (фиг. 1), имеющих полукольцевую форму. На фиг. 2 условно показано взаимное расположение полукольцевых секций обмотки и ротора со скосом полюсов.
Ротор двигателя состоит из цилиндрических магнитов или магнитных систем, которые установлены на валу с угловым смещением относительно центра, так что линии скоса полюсов (см. фиг. 3) соответствуют расположению активных частей полукольцевых секций обмотки.
При таком взаимном расположении обмотки и полюсов магнита достигается максимальный электромагнитный момент машины, пропорциональный суммарной длине активных частей секций. Так как расположение активных частей секций, лежащих во внутреннем и внешнем слоях обмотки, совпадают между собой и направлением скоса полюсов, электромагнитный момент получается одинаковым для обоих направлений вращения, а следовательно, двигатель является реверсивным.
Таким образом, в предлагаемой конструкции требуемый электромагнитный момент достигается при меньших габаритных размерах электродвигателя. Одновременно повышаются удельные характеристики и КПД машины.
Угол смещения полюсов (см. фиг. 3), равный полюсному делению, может быть рассчитан по формуле:
α=360°/2р=180°/р,
где:
α - угол смещения оси полюсов ротора;
р - число полюсов ротора.
В общем случае, оптимальный угол смещения полюсов ротора α может быть в пределах:
α = 0…180°/р.
При α=0, когда магнит или магнитная система ротора выполнены без смещения полюсов, электромагнитный момент будет наименьшим, при этом пульсации момента также будут минимальными.
Следует отметить, что для двигателя с ромбовидной обмоткой, выбранного в качестве прототипа, при скосе полюсов на роторе не обеспечивается равенство электромагнитного момента в обоих направлениях вращения из-за несовпадения направления осей сторон секций, лежащих во внутреннем и внешнем слоях обмотки.
На фиг. 4 приведен пример выполнения бесконтактного электродвигателя постоянного тока. Электродвигатель состоит из размещенных в корпусе 1 полого цилиндрического беспазового статора и ротора с постоянными цилиндрическими магнитами или магнитными системами 2, зафиксированными на валу 3 в подшипниках 4, 5 подшипниковых щитов 6 и 7. Статор состоит из ферромагнитного сердечника 8 и обмотки 9, например трехфазной, секции которой выполнены полукольцевой формы, а составные части цилиндрического магнита 2 выполнены со смещением полюсов. Половина сторон секций обмотки расположена во внутреннем полом цилиндре, а половина сторон расположена во внешнем полом цилиндре.
Бесконтактный электродвигатель постоянного тока работает следующим образом: при подаче постоянного напряжения на коммутатор последний коммутирует обмотки статора по сигналам задания и информации с датчиков положения ротора 10. Создаваемое этими обмотками магнитное поле вызывает вращение ротора вместе с валом.
Указанные преимущества - снижение габаритных размеров и увеличение электромагнитного момента двигателя - позволяет рекомендовать заявленное техническое решение к использованию в качестве исполнительного двигателя систем автоматики, в том числе в агрегатах ракетно-космической техники, где удельные и массогабаритные характеристики имеют наиболее важное значение.