ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электрическим машинам и может быть использована для приводов механизмов бытовой и медицинской техники.
Основной особенностью вентильных двигателей по сравнению с коллекторными двигателями постоянного тока является отсутствие механических скользящих контактов в цепи питания обмотки якоря. При этом переключение обмоток якоря обеспечивается при помощи электронных полупроводниковых приборов или датчиков Холла. Выделив особо датчики Холла, можно отметить, что они надежны, конструктивно просты и имеют низкую стоимость.
Известен вентильный двигатель для привода механизмов бытовой и медицинской техники [Патент RU №2081497, МПК Н02K 29/08, опубл. 10.06.1997], содержащий якорь с обмоткой, ротор и размещенные в прорезях ярма якоря вдоль продольной оси двигателя датчики Холла. Недостатком данного устройства является негативное влияние магнитного поля якоря на работу датчиков Холла вследствие размещения датчиков в прорезях ярма якоря.
Известен вентильный двигатель [Патент RU №2098908, МПК Н02K 29/08, опубл. 10.12.1997], содержащий расположенный в корпусе с возможностью вращения дисковый ротор с постоянными магнитами трапецеидальной формы, замкнутыми магнитопроводом, установленный в корпусе двигателя коаксиально относительно ротора статор, состоящий из расположенных в магнитном поле постоянных магнитов трапецеидального вида статорных катушек с радиальным расположением активных участков проводников, датчики положения ротора, расположенный напротив постоянных магнитов со стороны магнитопровода. К недостаткам данного двигателя можно отнести выполнение ротора из нескольких параллельных дисков, приводящее к увеличению немагнитных зазоров и, как следствие, к увеличению магнитодвижущей силы обмотки статора, что, в свою очередь, вызывает дополнительные тепловые потери и снижает КПД двигателя.
Известен выбранный за прототип заявляемой полезной модели вентильный двигатель [Патент RU №2067349, МПК Н02K 21/12, опубл. 27.09.19963], содержащий корпус, соосно размещенные в корпусе якорь с обмотками и вал, часть которого выполняет функцию ротора. Ротор имеет полость, в которой расположен постоянный магнит, зафиксированный от поворота относительно стенок ротора. Вал установлен на паре подшипников. Двигатель также снабжен датчиками Холла.
Однако технологичность двигателя в значительной степени теряется при изготовлении вала. Причиной потери технологичности является конструкция вала, который представляет собой деталь, одна часть которой является сплошной, а другая часть, выполняющая функцию ротора, имеет внутреннюю полость, к тому же диаметр части, имеющей полость, во много раз превышает диаметр сплошной части. Изготовить такую деталь можно только обработкой резанием, причем с потерей в стружку порядка 90% материала, а именно дорогостоящей сложнолегированной немагнитной стали. Кроме неоправданного расхода материала, изготовление такой детали является очень трудоемкой операцией.
Далее необходимо отметить, что наличие стенок у ротора, выполненного из немагнитной стали и расположенного между постоянным магнитом и якорем, увеличивает зазор между магнитом и якорем, что снижает экономичность двигателя. Причем, несмотря на то, что ротор выполнен из немагнитной стали, в нем при взаимодействии с постоянным магнитом все же создаются вихревые токи, что приводит хотя и к незначительным, но все же тепловым потерям и дополнительному снижению экономичности двигателя.
Общим недостатком всех перечисленных вентильных двигателей является достаточно большой вес, что усложняет их использование в качестве приводов механизмов бытовой и медицинской техники.
Основной задачей полезной модели является повышение экономичности двигателя и обеспечение его технологичности.
В ходе решения основной задачи решаются и другие задачи, в частности снижение веса двигателя и дальнейшее повышение его технологичности.
Достигаемый при использовании полезной модели технический результат выражается в повышении эффективности и понижении энергетических потерь за счет уменьшения зазора между постоянным магнитом и якорем и технологичности изготовления ротора.
Достижение технического результата становится возможным, когда вентильный двигатель, содержащий размещенные в корпусе якорь с обмотками, вал, часть которого является ротором, постоянный магнит, связанный с ротором, а также датчики положения ротора, например, датчики Холла, расположенные в корпусе, отличается от известного тем, что, по крайней мере, часть вала, являющаяся ротором, выполнена из термореактивной пластмассы, в которую запрессован постоянный магнит за счет выполнения сквозных в осевом направлении полостей на поверхности магнита, а также оставшаяся часть вала, выполненная из стали.
Технический результат также достигается в случаях, когда:
- на входной конец вала нанесено ферромагнитное покрытие;
- в качестве термореактивной пластмассы выбрана пластмасса со стекловолокнистым наполнителем.
Таким образом, экономичность двигателя повышается за счет изменения конструкции ротора и постоянного магнита так, что становится возможным освободить от ротора зазор между постоянным магнитом и якорем и тем самым значительно уменьшить этот зазор. Отмеченное изменение конструкции обеспечивается использованием для изготовления части вала, выполняющей функцию ротора, термореактивной пластмассы.
Термореактивная пластмасса широко используется в промышленности. В частности, термореактивная пластмасса со стекловолокнистым наполнителем используется в качестве материала вспомогательных деталей электрических машин коллекторного типа, в частности суппортов. В данном техническом решении термореактивная пластмасса использована в качестве материала ротора - одной из основных частей электрической машины, причем это приводит к повышению экономичности двигателя. Отмеченное обстоятельство свидетельствуют о новизне полезной модели.
Повышение технологичности рассматриваемого двигателя проявляется в снижении трудоемкости изготовления вала двигателя и значительной экономии дорогостоящей стали. В определенной степени технологичность повышается и за счет использования в конструкции материалов, обладающих уже известными преимуществами. Так пластмасса обладает низким удельным весом, что заметно уменьшает вес двигателя. Пластмасса вообще не проводит электрический ток, что исключает индуцирование в роторе вихревых токов.
Дальнейшее повышение технологичности двигателя может быть обеспечено за счет выполнения из термореактивной пластмассы входного конца вала, при этом на входной конец вала наносится ферромагнитное покрытие, поскольку этот конец вала находится в зоне работы датчиков положения ротора;
Полезная модель поясняется на примере конкретного исполнения вентильного двигателя графическими материалами:
на фиг. 1 представлен продольный разрез вентильного двигателя;
на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1;
Двигатель содержит корпус 1 (на фиг. 1), в котором соосно с ним размещены сердечник якоря 2 с вентиляционными каналами 3 и обмоткой 4, постоянный магнит 5, выполненный со сквозными в осевом направлении полостями 6 (на фиг. 2) на наружной поверхности, ротор 7, являющийся частью вала 8. Ротор выполнен из термореактивной пластмассы, в которую запрессован постоянный магнит 5 за счет наличия на его поверхности полостей 6, а также выходной конца 9 вала.
Входной конец 10 вала также выполнен из термореактивной пластмассы зацело с частью вала 7.
Вал установлен на подшипниках 11 и 12, причем внутреннее кольцо подшипника 11 установлено на осевом выступе 13 корпуса 1, а наружное кольцо взаимодействует с гнездом 14 под подшипник, который является частью входного конца вала. Наружное кольцо подшипника 12 установлено в корпусе 1 и взаимодействует с упругим кольцом 15, а внутреннее кольцо установлено на выходном конце вала 9. При этом гнездо 14 под подшипник 11 армировано металлической втулкой (втулка на фиг. не показана).
На входном конце вала 10 установлен шунт 16 с лепестками 17, с помощью которого шунтируется воздушный зазор между постоянными магнитами 18 и датчиками Холла 19, установленными в корпусе 1.
Лепестки 17 шунта 16 выполнены из ферромагнитного материала. Лепестки 17 шунта 16 могут быть выполнены из термореактивной пластмассы, но при этом на поверхность лепестков должно быть нанесено ферромагнитое покрытие.
Ферромагнитное покрытие представляет собой тонкодисперсный порошок АРМКО-железа или иного магнитного материала, распределенный в компаундном связующем.
Двигатель содержит установленный на входном конце вала вентилятор 20, который совместно с окнами 21 и 22, выполненными в корпусе 1, служит для охлаждения двигателя.
Шунт 16, необходимый для определения положения ротора, имеет лепестки 17, которыми он шунтирует воздушный зазор между магнитами 18 и датчиками Холла 19, выполняется тонкостенным и устанавливается на наружную поверхность ротора, противоположную выходному концу вала 9.
На фиг. 2 показаны полости 6, выполненные на поверхности постоянного магнита. Полости 6 заполнены термореактивной пластмассой, что обеспечивает надежное соединение постоянного магнита с частью вала, выполняющей функцию ротора.
Для изготовления частей вала может быть использована термореактивная пластмасса со стекловолокнистым наполнителем, например, АГ-4-В или АГ-4-С. Предел прочности данных пластмасс достигает предела прочности низкоуглеродистой стали, поэтому они полностью отвечают требуемым прочностным характеристикам двигателя.
Блок управления предназначен для регулирования скорости вращения ротора. Панель управления позволяет коммутировать вентильный двигатель к сети и производить реверсирование ротора. Электрический сигнал от датчиков Холла 19 поступает на блок управления, где сигнал усиливается, и далее идет на обмотку 4.
Работа двигателя осуществляется следующим образом. С помощью панели управления (на фиг. 1 и 2 не показана) на обмотку 4 подается напряжение сети через блок управления (на фиг. 1 и 2 не показан). Ток,
протекающий в обмотке 4, взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита 5 и приводит вал (ротор), установленный на подшипниках 11 и 12, во вращение. Выходной конец вала 9 соединяется с нагрузкой. В зависимости от взаимного расположения пары магнит 18 - датчик Холла 19, установленные на корпусе 1, которую замыкают лепестки 17 шунта 16, на блок управления поступает электрических сигнал, характеризующий положение ротора и далее поступает на обмотку 4, чем достигается регулирование скорости вращения ротора вентильного двигателя.
Как уже отмечалось термореактивная пластмасса широко используется в промышленности, в том числе при изготовлении деталей электрических машин, соответственно широко известны и технологии изготовления из термореактивной пластмассы различных деталей, основной операцией которых, как правило, является прессование прогретого до необходимой температуры пресс-материала для получения заданной формы детали. В отношении заявляемой полезной модели можно отметить необходимость обеспечения в процессе прессования точного координирования деталей, которые запрессовываются в пластмассу.
Преимущество полезной модели выражается в экономии материала, а именно дорогостоящей немагнитной стали, которая в двигателе-прототипа расходуется на изготовление вала, а также в снижении трудоемкости изготовления вала.
Итак, заявляемая полезная модель вентильного двигателя обеспечивает его технологичность, позволяет повысить экономию дорогостоящей немагнитной стали и понизить энергетические потери за счет уменьшения зазора между постоянным магнитом и якорем.