ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
ELECTRIC MOTOR

Изобретение относится к области электротехники, в частности к исполнительным электромагнитным механизмам систем автоматики.
Известен "Электродвигатель с обмоткой в воздушном зазоре" (США, патент №7928619, Н02K 1/16, Н02K 1/18, опубл. 19.04.2011), выбранный в качестве прототипа, содержащий ротор с радиально намагниченными полюсными постоянными магнитами, число пар полюсов которого больше двух, и статор, включающий магнитопровод в виде полого цилиндра и размещенную на его внутренней поверхности симметричную трехфазную однослойную статорную обмотку, рабочие участки катушек которой расположены вдоль оси электродвигателя. При этом число катушек в цепи фазы равно 5, а число пар полюсов ротора - 9. При таком соотношении угловой размер катушек по средним линиям не позволяет увеличить ширину окна катушки, а, значит, и коэффициент заполнения проводниками слоя обмотки. Такая обмотка неэффективно использует рабочий воздушный зазор, в котором она размещена, и, следовательно, электродвигатель имеет малый удельный электромагнитный момент (на единицу массы или объема).
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании электродвигателя с максимально возможным удельным электромагнитным моментом.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, состоит в повышении эффективности работы статорной обмотки.
Это достигается тем, что в электродвигателе, содержащем ротор с радиально намагниченными полюсными постоянными магнитами, число пар полюсов которого больше двух, и статор, включающий магнитопровод в виде полого цилиндра и размещенную на его внутренней поверхности симметричную трехфазную однослойную обмотку, рабочие участки катушек которой расположены вдоль оси электродвигателя, обмотка выполняется двухплоскостной с минимально необходимыми для сборки статора зазорами между боковыми поверхностями рабочих участков катушек, при этом число катушек в цепи фазы выбрано равным числу пар полюсных постоянных магнитов ротора.
Выполнение обмотки двухплоскостной (лобовые части катушек расположены в двух плоскостях) при размещении рабочих участков катушек с минимально необходимыми для сборки статора зазорами позволяет поместить в рабочем воздушном зазоре с заданными размерами максимально возможное число проводников вдоль оси электродвигателя, в результате чего эффективность использования воздушного зазора растет, а, значит, повышается эффективность работы расположенной в нем обмотки и, как следствие, повышается удельный электромагнитный момент электродвигателя. Выбор числа катушек в цепи фазы равным числу пар полюсных постоянных магнитов ротора необходим для обеспечения работоспособности заявляемого электродвигателя. Использование заявляемого технического решения в электродвигателях с числом пар полюсов меньше трех неэффективно из-за значительного роста вклада в сопротивление обмотки сопротивления лобовых частей катушек.
На фиг.1 изображен электродвигатель в состоянии, когда электрическая цепь фазы А обесточена, а цепи фаз В и С находятся под напряжением; на фиг.2 - то же, сечение А-А.
Электродвигатель состоит из ротора с постоянными магнитами и статора.
Статор электродвигателя включает в себя магнитопровод 1 в виде полого цилиндра и размещенную на его внутренней поверхности симметричную трехфазную однослойную двухплоскостную обмотку 2, рабочие участки катушек которой расположены вдоль оси электродвигателя. Обмотка 2 выполнена с минимально необходимыми для сборки статора зазорами между боковыми поверхностями рабочих участков катушек (фиг.2), при этом число катушек в цепи фазы равно 6 и число пар полюсных постоянных магнитов 3 ротора также равно 6. Катушки в цепи фазы соединены между собой таким образом, чтобы направление тока в них совпадало.
Ротор электродвигателя состоит из радиально намагниченных полюсных постоянных магнитов 3 чередующейся полярности, расположенных на внешней поверхности магнитопровода 4.
Работа трехфазного электродвигателя рассмотрена на примере двухполупериодного управления напряжением цепей фаз. Во время нахождения магнитных осей катушек цепей двух фаз обмотки 2 между полюсами радиально намагниченных полюсных постоянных магнитов 3 ротора (положение может быть определено, например, с помощью датчика Холла) на цепи этих фаз подается постоянное напряжение определенного знака, что обеспечивает вращение ротора в нужную сторону. При вращении ротора магнитные оси катушек цепи каждой фазы пересекают области над центральными линиями полюсных магнитов 3 ротора, определяемых углом, равным 1/3 величины полупериода вращения поля ротора. В момент начала пересечения происходит отключение цепи фазы от напряжения питания. Последующая смена полярности напряжения происходит в момент окончания пересечения указанной области. В результате переключений напряжений в цепях фаз на валу электродвигателя создается заданный электромагнитный момент.
Был изготовлен опытный образец заявляемого электродвигателя, испытания которого подтвердили высокую эффективность работы статорной обмотки и получение максимально возможного удельного электромагнитного момента.