БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
CONTACT-FREE ELECTRIC MOTOR

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в различных механизмах, где требуется высокая надежность электродвигателя. Наиболее эффективно применение изобретения в ручном электроинструменте вместо широко применяемых универсальных коллекторных двигателей [1]. Коллекторные двигатели имеют недостаток - малый срок службы и низкую надежность. Вместо этих двигателей применяют бесконтактные двигатели с постоянными магнитами на роторе и с электронной схемой управления [2]. Однако в таких устройствах, как ручной электроинструмент, его применение может привести к поломке двигателя из-за возможного скопления на магните ротора в воздушном зазоре магнитопроводящих продуктов обработки. Существуют конструкции двигателей, которые защищены от внешних воздействий полной герметизацией всего двигателя [3]. Недостаток таких двигателей - ухудшенные условия охлаждения. Известны также электродвигатели с герметизацией полости, в которой размещен ротор и улучшены условия охлаждения лобовых частей обмотки за счет применения охлаждающей жидкости [4]. Однако в ручных электроинструментах применение охлаждающей жидкости привело бы к значительному усложнению конструкции электродвигателя.
Предлагаемый электродвигатель позволяет устранить отмеченные недостатки, его конструкция обеспечивает дополнительное охлаждение магнитопровода статора и обмотки в пазах.
На чертеже изображена конструкция предлагаемого двигателя (фиг.1), в сечении А-А показан двигатель без корпуса (фиг.2).
Электродвигатель состоит из статора 1 с обмоткой 2, ротора 3, имеющего постоянный магнит, двух уплотнительных элементов 4, 5 и двух подшипников 6, 7, установленных в гнезда корпуса 8, в котором монтируют двигатель. На чертеже представлен один из вариантов установки электродвигателя в корпус 8 ручного электроинструмента - сверлильной машины (дрели), но возможно применение электродвигателя и в других устройствах, а также в виде самостоятельного изделия со своим корпусом. Ротор 3 может быть составным и содержать несколько частей магнита и элементов магнитопровода. Уплотнительные элементы 4, 5 выполняют упругими (например, из резины или пластмассы) и устанавливают со сжатием в осевом направлении, обеспечивая герметизацию пространства, в котором находится магнит ротора 3. Возможные варианты выполнения уплотнительных элементов: как отдельная деталь (уплотнительный элемент 4) или как одно целое с корпусом 8 (уплотнительный элемент 5). Для уплотнительного элемента 5 в виде самостоятельной детали в корпусе 8 предусматривают поверхности для стыковки. Поверхности, по которым стыкуются уплотнительные элементы 4, 5 с торцами статора 1, располагают от оси двигателя на расстоянии, меньшем радиуса лобовых частей обмотки 2, чтобы обеспечить доступ охлаждающего воздуха к узлам двигателя, нагревающимся в процессе работы. В корпусе 8 одно из гнезд - для подшипника 6 - может быть выполнено глухим, второе гнездо - для подшипника 7 - выполняют открытым для выхода рабочего конца вала ротора 3. В этом случае применяют подшипник 7 закрытого типа, чтобы обеспечить герметизацию пространства, в котором находится магнит ротора 3. Зубцы 9 статора 1 могут изготавливаться отдельно от спинки 10. В этом случае зубцы 9 в зоне коронок скрепляют между собою обоймой 11 из изоляционного немагнитного материала, например пластмассы. Обойма 11 охватывает каждый зубец 9 в радиальном направлении - от расточки статора 1 до обмотки 2, а в осевом направлении - вдоль по пазам статора 1 и по его торцам, где образует поверхности, по которым стыкуются уплотнительные элементы 4, 5. В зоне коронок зубцов 9 могут быть предусмотрены продольные канавки (не показаны) или отверстия 12, заполняемые пластмассой для большей жесткости соединения зубцов 9 между собой. На скрепленных между собою зубцах 9 уложена обмотка 2 с заполнением межзубцового пространства в пределах радиуса, меньшего, чем внутренний радиус спинки 10. Зубцы 9 с обмоткой 2 могут быть соединены со спинкой 10 с помощью фиксационных элементов, например, в виде ласточкина хвоста 14. За счет неполного заполнения обмоткой 2 пазов в статоре 1 образованы вентиляционные каналы 13 в виде продольных полостей между спинкой 10 статора 1, зубцами 9 и обмоткой 2. Аналогично созданы вентиляционные каналы 13 и в случае, если статор 1 не собран из отдельных узлов, то есть спинка 10 и зубцы 9 изготовлены как одно целое.
Для приведения ротора 3 во вращение на обмотку 2 подают напряжение, коммутируемое с помощью какой-либо из известных электронных схем управления бесконтактным вентильным двигателем. В зависимости от типа схемы управления в электродвигатель могут быть встроены элементы датчика положения ротора 3.
При работе электродвигателя ротор 3 вращается в закрытой полости, изолированной от окружающего пространства расточкой статора 1, уплотнительными элементами 4, 5, корпусом 8 с закрытым гнездом для подшипника 6 и подшипником 7 закрытого типа, что обеспечивает защиту магнита ротора 3 от попадания на него продуктов обработки магнитопроводящих материалов. Одновременно с ротором 3 вращается установленный на его валу вентилятор (для упрощения чертежа не показан), обеспечивающий поступление воздуха через вентиляционные отверстия (для упрощения чертежа не показаны) в корпусе 8. Потоком воздуха, проходящим через воздушные каналы 13, охлаждаются обмотка 2 и магнитопровод статора 1.
Литература
1. Гольдштейн Б.Г. и др. Электрические ручные машины с двойной изоляцей. М.: Машиностроение, 1975 г. (с. 6, 7).
2. Михалев А.С. и др. Следящие системы с бесконтактными двигателями постоянного тока. М.: Энергия, 1979 г. (с. 6, 7).
3. Жолдак С.А. Технология изготовления малогабаритных гиромоторов. Л.: Судпромгиз, 1967 г. (с.13).
4. Попов B.C. и др. Авторское свидетельство SU 1539910 A1.