Ротор электродвигателя

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в электродвигателях с постоянными магнитами на роторе.
Известен ротор для электромотора, содержащий вал ротора и сердечник ротора, в котором множество полюсов, каждый из которых состоит из пары первых постоянных магнитов, размещенных в V-образной форме, открытой в направлении внешней периферической стороны, и второго постоянного магнита, размещенного параллельно круговому направлению в открытой части V-образной формы, размещены в круговом направлении, при этом поочередно изменяя свои полярности, при этом сформирована канавка, которая имеет центр канавки в диапазоне между позицией электрического угла, сдвинутой на 1/4 цикла гармонической составляющей колебаний крутящего момента в направлении d-оси, и позицией электрического угла, сдвинутой на 1/8 цикла гармонической составляющей в направлении q-оси от базовой точки, расположенной между линией, соединяющей угловую часть второго постоянного магнита на внешней периферической стороне ротора и центр вала ротора, и q-осью, из множества разделительных линий, соединяющих множество разделительных точек, установленных в интервале электрического угла, соответствующем одному циклу гармонической составляющей от d-оси до q-оси на внешней периферии сердечника ротора, и центр вала ротора. Ротор для электромотора, в котором n обозначает порядок гармонической составляющей колебаний крутящего момента, Wm обозначает угол, сформированный между прямыми линиями, соединяющими центр вала ротора и два угла второго постоянного магнита на внешней периферической стороне ротора, a m обозначает целое от минимального целого, удовлетворяющего условию m×(2π/n)>Wm/2, до коэффициента n/4, диапазон, в котором предусмотрен центр канавки, выражен диапазоном m×(2π/n)-(2π/n)/4 до m×(2π/n)+(2π/n)/8. Ротор для электромотора, в котором разделительная линия, вторая по близости к q-оси от линии, соединяющей угол второго постоянного магнита на внешней периферической стороне ротора и центр вала ротора, из множества разделительных линий установлена в качестве базовой точки. Ротор для электромотора, содержащий вал ротора и сердечник ротора, в котором множество полюсов, каждый из которых состоит из пары первых постоянных магнитов, размещенных в V-образной форме, открытой в направлении внешней периферической стороны, и второго постоянного магнита, размещенного параллельно круговому направлению в открытой части V-образной формы, размещены в круговом направлении, при этом поочередно изменяя свои полярности, при этом сформирована канавка, которая имеет центр канавки в диапазоне, простирающемся от базовой точки, расположенной в позиции электрического угла, сдвинутой на 1/4 цикла гармонической составляющей колебаний крутящего момента в направлении d-оси от разделительной линии, расположенной между линией, соединяющей угловую часть второго постоянного магнита на внешней периферической стороне ротора и центр вала ротора, и q-осью, из множества разделительных линий, соединяющих множество разделительных точек, установленных в интервале электрического угла, соответствующем одному циклу гармонической составляющей от d-оси до q-оси на внешней периферии сердечника ротора, и центр вала ротора вплоть до позиции электрического угла, сдвинутой на 1/8 цикла гармонической составляющей в направлении q-оси от базовой точки. Ротор для электромотора, в котором n обозначает порядок гармонической составляющей колебаний крутящего момента, Wm обозначает угол, сформированный между прямыми линиями, соединяющими центр вала ротора и два угла второго постоянного магнита на внешней периферической стороне ротора, а m обозначает целое от минимального целого, удовлетворяющего условию m×(2π/n)>Wm/2, до коэффициента n/4, диапазон, в котором предусмотрен центр канавки, выражен диапазоном (m-1/4)×(2π/n) до (m-1/4)×(2π/n)+(2π/n)/8. Ротор для электромотора, в котором позиция электрического угла, сдвинутая на 1/4 цикла гармонической составляющей в направлении d-оси от разделительной линии, второй по близости к q-оси от линии, соединяющей угол второго постоянного магнита на внешней периферической стороне ротора и центр вала ротора, из множества разделительных линий установлена в качестве базовой точки (Патент РФ №2533190, опубл. 20.11.2014).
Известен ротор электромотора с наружным ротором, состоящий из колокола ротора с периферийной стенкой и по меньшей мере одного одностороннего днища ротора для покрытия статора, особенно в качестве части корпуса мотора с высокой степенью защиты оболочки, например, IP54 по DIN/IEC-EN 60034 - Часть 5, при этом колокол ротора снабжен проходящим сквозь днище ротора радиатором с высокой способностью к теплопроводности таким образом, что возникающее с внутренней стороны тепло мотора при помощи радиатора через днище ротора может быть выведено наружу в окружающую среду, где радиатор заполняет отверстия днища ротора, причем он снабжен как внутренними теплоотводящими пластинами, направленными от днища ротора внутрь колокола ротора, с одной стороны, так и наружным охлаждающим оребрением, выходящим на его поверхность, с другой стороны, и где радиатор напрессован в области днища ротора с проникновением в отверстия) таким образом, что теплоотводящие пластины выполнены формовкой внутри колокола ротора, а наружное оребрение выполнено формовкой снаружи, где радиатор и колокол ротора или днище ротора связаны материалом и формой (Патент РФ №2565666, опубл. 20.10.2015).
Известен бесщеточный электродвигатель, содержащий ротор, состоящий из множества постоянных магнитов и индуцирующих магнитные силовые линии тел, расположенных между указанными постоянными магнитами и указанной боковой поверхностью, при этом постоянные магниты имеют форму, по существу, прямоугольного параллелепипеда, и расстояние d между центром указанного ротора и поверхностью магнитного полюса, противоположной указанной боковой поверхности, среди поверхностей множества постоянных магнитов соответствует следующему уравнению:
d≥r-D/10,
где D=2πr/P, при этом
r обозначает радиус указанного ротора;
Р - число указанных постоянных магнитов.
Ротор имеет отверстия, в которые вставлены постоянные магниты в осевом направлении указанного ротора.
(Патент РФ №2231200, опубл. 20.06.2004)
Известен бесколлекторный двигатель постоянного тока, в котором ротор выполнен в виде цилиндрического электромагнита с расположенными по его концам двумя одинаковыми первой и второй секциями из нескольких кольцевых ребер магнитопроводника, например из стали, которые входят в пазы соответственно первой и второй секций кольцевых магнитопроводов статора с малыми зазорами между ними, в средней части ротора неподвижно и бесконтактно к нему соосно размещена катушка подмагничивания, один конец которой соединен с первым внутренним медным кольцевым электродом первого ребристо-цилиндрического электропроводника, а второй - ко второму внешнему медному кольцевому электроду второго ребристо-цилиндрического электропроводника, при этом выходные зажимы двигателя соединены соответственно с внешним медным кольцевым электродом первого ребристо-цилиндрического электропроводника и со вторым внутренним медным кольцевым электродом второго ребристо-цилиндрического электропроводника (Патент РФ №2391761, опубл. 10.06.2010).
Известен бесколлекторный роторный электрический двигатель, в котором ротор, вращающийся внутри статора на подшипниках, имеет постоянные магниты в виде цилиндров, расположенных по касательным к ротору (Патент РФ №2528983, опубл. 20.09.2014).
Известен униполярный генератор тока, состоящий из вращающегося ротора и неподвижного статора, в котором в качестве вращающегося в перпендикулярном магнитном поле ротора используется наборный диск из металлических пластин (секторов диска), разделенных диэлектрическими прокладками, со скользящими контактами на оси вращения диска, а в качестве неподвижного статора используются полюса вращающегося постоянного или переменного магнитного поля; количество секторов диска ротора равно количеству полюсов статора или больше; полюса статора вращающегося магнитного поля могут быть созданы вращающимися постоянными магнитами, либо вращающимися электромагнитами, либо неподвижными обмотками с магнитопроводом внутри, в которых создается вращающееся постоянное или переменное магнитное поле; количество вращающихся полюсов может быть 2 или больше при соблюдении условий, что направления ЭДС, создаваемые в роторе (диске) диаметрально расположенными полюсами, сонаправлены, а соседние полюса (по периметру) создают чередования направления диаметральной полярности ЭДС в роторе (Патент РФ №2518461, опубл. 10.06.2014).
Известен бесколлекторный двигатель постоянного тока, содержащий вращающийся ротор с рабочей обмоткой и неподвижный статор, в котором рабочая обмотка ротора выполнена на цилиндрическом стакане с осью вращения, выполненном из немагнитного материала, в форме «беличьего колеса», то есть намотанная виток к витку по наружной части цилиндрического стакана, внутри которого размещен неподвижно плоский неодимовый магнит со скругленными магнитными полюсами, образующий с магнитопроводящим цилиндрическим статором оппозитно расположенную пару магнитных зазоров, внутри которых находится цилиндрический стакан с его рабочей обмоткой, концы которой соединены с насаженными на оси его вращения токосъемными кольцами, с которыми контактируют подпружиненные щетки, установленные в закрепленном на токосъемной крышке двигателя щеткодержателе, при этом цилиндрический стакан снабжен закрепленной на нем крышкой из немагнитного материала с укороченной втулкой вращения, связанной через подшипник с втулкой на боковой крышке двигателя, а также через другой подшипник с осью жесткого крепления неодимового магнита на боковой крышке двигателя контргайкой на концевой части этой оси с резьбой, другая укороченная ось жесткого крепления неодимового магнита через подшипник связана с втулкой, выполненной на днище цилиндрического стакана и переходящей в ось вращения ротора двигателя, которая также через подшипник связана с втулкой на токосъемной крышке двигателя (Патент РФ №2671230, опубл. 30.10.2018).
Известно выполнение ротора в бесколлекторном двигателе постоянного тока в виде цилиндрического электромагнита с расположенными по его концам двумя одинаковыми первой и второй секциями из нескольких кольцевых ребер магнитопроводника, например из стали, которые входят в пазы соответственно первой и второй секций кольцевых магнитопроводов статора с малыми зазорами между ними, в средней части ротора неподвижно и бесконтактно к нему соосно размещена катушка подмагничивания, один конец которой соединен с первым внутренним медным кольцевым электродом первого ребристо-цилиндрического электропроводника, а второй - ко второму внешнему медному кольцевому электроду второго ребристо-цилиндрического электропроводника, при этом выходные зажимы двигателя соединены соответственно с внешним медным кольцевым электродом первого ребристо-цилиндрического электропроводника и со вторым внутренним медным кольцевым электродом второго ребристо-цилиндрического электропроводника (Патент РФ №2391761, опубл. 10.06.2010).
Известен магнитный двигатель, в котором ротор изготовлен из сплошного магнитного материала, в центре выполнено отверстие, через которое проходит вал, по окружности ротора выражена полярность полюсов (с разностью зазора передней и задней частей полюса к полюсам статора). На роторе установлены магнитные полюса, смещающие силу взаимодействия одноименной полярности полюсов ротора и статора от центра к окружности. Ротор имеет форму диска с его торца или форму многоугольника, на гранях которого установлены магнитные полюса (Патент РФ №14409, опубл. 20.07.2000).
За прототип выбран ротор, на котором находится четное количество полюсов. Магниты ставят, как правило, прямоугольные. Иногда ставят и в форме цилиндров, хотя это встречается редко. Полюса при установке чередуют, при этом количественно магниты не всегда равны их числу. Материал, из которого сделан ротор, может быть выполненным из стали или сплавов с алюминием, а также из пластика (https://promenter.ru/elektrodvigatel/chto-nuzhno-znat-o-beskollektornom-dvigatele).
К общим недостаткам известных технических решений следует отнести ограничение мощности электродвигателя нагревом постоянных магнитов.
Техническая проблема - невысокий ресурс постоянных магнитов ротора.
Технический результат - увеличение мощности электродвигателя путем повышения ресурса постоянных магнитов ротора.
Технический результат достигается ротором электродвигателя, содержащим постоянные магниты прямоугольной формы, образующих четное количество полюсов, при этом ротор выполнен в виде одномассового маховика, расположенного на валу, на внутреннем радиусе ротора выполнены пазы на равноудаленном расстоянии друг от друга, в каждый из которых установлены постоянные магниты, выполненные из металлического материала, при этом каждая часть ротора между пазами находится между одноименными полюсами постоянных магнитов, геометрические размеры пазов зависят от геометрических параметров постоянных магнитов, ротор выполнен из ферромагнитного материала.
Заявляемое устройство поясняется чертежом, где изображен ротор 1, пазы 2, постоянные магниты 3, вал 4, часть ротора между пазами 5.
Основными классификационными признаками постоянных магнитов являются тип магнитотвердого материала.
К металлическим магнитным материалам относятся чистые металлы (железо, кобальт, никель) и магнитные сплавы некоторых металлов. Данный тип магнитов характеризуется сохранностью своих магнитных свойств в температурном диапазоне между точками Кюри.
Мощность электродвигателей ограничивается большой проводимостью металлических постоянных магнитов, т.е. их предельным нагревом, который определяется точкой Кюри. При локальном нагреве токами Фуко до точки Кюри магниты размагничиваются, т.е. постоянные магниты теряют свои свойства, т.к. под воздействием высокой температуры сформированная кристаллическая структура материала нарушается.
Пример конкретного выполнения.
При работе электродвигателя в качестве металлических постоянных магнитов ротора использовались, например, неодимовые магниты, магниты АЛНИКО, самарий-кобальтовые магниты, т.е. магниты, выполненные из металлического материала с высокой проводимостью.
При использовании заявляемой конструкции ротора электродвигателя токи Фуко возникали в железе между постоянными магнитами, т.е. происходил нагрев частей ротора между пазами, при этом сами магниты локально не нагревались. Это позволило увеличивать ток в обмотках статора, тем самым увеличить мощность электродвигателя.
Был увеличен временной ресурс по сохранности намагниченности постоянных магнитов. При соответствии геометрических размеров пазов и геометрических параметров постоянных магнитов намагниченность частей между пазами становилась равной намагниченности постоянных магнитов.
Таким образом, заявляемая конструкция ротора электродвигателя позволяет увеличить мощность электродвигателя путем повышения ресурса постоянных магнитов ротора.