МОТОР-КОЛЕСО ДЛЯ ПРИВОДА ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
MOTOR WHEEL FOR DRIVE OF VEHICLES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к электродвигателям для привода мотор-колес транспортных средств с одновременной редукцией частоты вращения.
Уровень техники
Известны многополюсные электродвигатели для привода мотор-колес транспортных средств с одновременной редукцией частоты вращения магнитного поля, содержащие статор с 2р явно выраженными полюсами с обмотками в виде катушки на каждом полюсе, ротор с размещенными на полюсах постоянными магнитами с четным числом полюсов, отличающихся на четное количество от числа полюсов на статоре [1]. Рабочий магнитный поток, создаваемый обмотками статора в этом электродвигателе, замыкается через воздушные зазоры между полюсами статора и ротора, радиально расположенные постоянные магниты, что приводит к недостаточно эффективному использованию энергии рабочего магнитного потока. Т.к. проводимость постоянного магнита равна проводимости воздушного зазора, значительная часть магнитодвижущих сил обмоток статора тратится на преодоление магнитного сопротивления участка магнитной цепи с постоянными магнитами и воздушными зазорами.
Известны также многополюсные синхронные электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов, с четным количеством полюсов 2р на статоре, на полюсах размещена обмотка, состоящая из одной катушки на полюс, явнополюсный ротор с четным числом полюсов, отличающихся от числа полюсов на статоре на четное количество. Постоянные магниты с тангенциальным подмагничиванием расположены на роторе радиально между полюсами [2]. В создании вращающегося момента в таких двигателях одновременно участвуют 2/3 от общего количества полюсов. Для приведения во вращение ротора электродвигателя в конструкции электродвигателя необходимо иметь датчик положения ротора.
Аналогичные многополюсные электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов, на статоре с четным количеством полюсов 2р, на полюсах размещена обмотка, состоящая из одной катушки на полюс, явнополюсный ротор с размещенными на нем постоянными магнитами с тангенциальным подмагничиванием с четным числом полюсов, отличающихся от числа полюсов на статоре на четное количество, управляемые от инвертора описаны в [3 и 4]. В этих электродвигателях вращающий момент создают также не более 2/3 от общего количества полюсов. Кроме этого для получения вращающего момента на роторе необходимо наличие датчика положения ротора относительно полюсов статора.
Сущность изобретения
Наиболее близким, по существу, к предлагаемому изобретению является многополюсный синхронный электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов, на статоре с четным количеством полюсов 2р, на полюсах размещена обмотка, состоящая из одной катушки на полюс, явнополюсный ротор с четным числом полюсов, отличающихся от числа полюсов на статоре на четное количество. Постоянные магниты с тангенциальным подмагничиванием расположены на роторе радиально между полюсами. Для приведения во вращение ротора электродвигателя в конструкции электродвигателя необходимо иметь датчик положения ротора.
Целью изобретения является увеличение момента вращения и упрощение конструкции электродвигателя.
Цель по увеличению вращающего момента электродвигателя достигается тем, что явнополюсный ротор с тангенциальным подмагничиванием полюсов выполнен количеством полюсов, равным количеству полюсов на статоре, и равным шагом между полюсами, полюсные наконечники одноименных полюсов на статоре отличаются по своей ширине от ширины полюсов противоположной полярности. Это приводит увеличению одновременно действующих полюсов при создании вращающего момента, следовательно, увеличению вращающего момента ротора при прочих равных условиях с прототипом.
Цель по упрощению конструкции электродвигателя достигается тем, что для создания вращающего момента ротора электродвигателя одновременно возбуждаются все полюса статора, причем в чередующемся порядке. Для непрерывного вращения ротора необходимо периодически изменять полярность полюсов статора, т.е. изменять направление тока в катушках обмотки статора. Это возможно при питании обмоток статора переменным током или последовательностью импульсов постоянного тока переменной полярности. Таким образом, отпадает необходимость в информации о положении ротора относительно полюсов статора, т.е. в датчике положения ротора. Это приводит к упрощению конструкции электродвигателя.
Перечень фигур, чертежей и иных материалов
На чертеже изображен продольный разрез активной части предлагаемого электродвигателя.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Предлагаемый электродвигатель (см. чертеж) содержит наружный многополюсный с четным количеством полюсов цилиндрический ротор с корпусом 1 из немагнитного материала, магнитопровод 3 из электротехнической стали или из иного магнитомягкого материала и постоянные магниты системы возбуждения 2 тангенциальным подмагничиванием, размещенные между разноименными полюсами ротора. Статор размещен внутри ротора концентрично и состоит из магнитопровода из электротехнической стали или из иного магнитомягкого материала 5, содержит равное количество явно выраженных полюсов с ротором. На полюсах статора размещена обмотка статора 4 - по одной катушке на полюс.
пм
ст
Электродвигатель работает следующим образом. Магнитный поток постоянных магнитов замыкается через воздушный зазор между статором и ротором по магнитной цепи, образованной явно выраженными полюсами ротора и статора, и спинку магнитопровода ротора. Магнитные силовые линии показаны на чертеже. обозначены Ф. Под действием магнитных сил притяжения ротор занимает положение, показанное на чертеже: пара полюсов N-S и пара полюсов на статоре имеют одинаковый шаг. При этом ротор развивает некоторый тормозной момент. Ротор приходит в движение при подключении обмотки статора таким образом, что катушки на полюсах статора образуют магнитное поле противоположной магнитному полю постоянных магнитов полярности, как показано на чертеже. Силовые линии этого поля обозначены Ф. При этом взаимодействие двух магнитных полей вызывает отталкивающие одноименные поля силы. Из-за магнитной асимметрии разноименных полюсов эта сила имеет направленное действие. В показанном на чертеже случае сила направлена по часовой стрелке. Созданный названными силами вращающий момент приводит ротор во вращательное движение. Полюса ротора изменяют свое положение перемещаясь на одно полюсное деление. При питании обмотки статора переменным током или последовательностью импульсов постоянного тока переменной полярности ток в обмотках статора изменяет свое направление. Полюса статора изменяют свою полярность и между полюсами статора и ротора опять возникают отталкивающие силы до момента их перемещения на одно полюсное деление. Таким образом образуется электромагнитный момент, действующий на ротор. При этом происходит редукция скорости вращения ротора: при изменении полярности магнитного поля ротор поворачивается на одно полюсное деление. Для полного оборота ротора необходимо изменить полярность магнитного поля статора в равное числу полюсов статора раз.
По сравнению с другими двигателями в предлагаемом все полюса ротора и статора действуют одновременно и согласованно, т.е. действуют в одном направлении. Это приводит увеличению момента вращения ротора.
В предложенном электродвигателе нет необходимости в информации о положении ротора относительно полюсов обмотки статора, как принято при питании от инвертора. Это приводит к упрощению конструкции электродвигателя.
Литература.
1. Оптимизация проектирования тихоходного вентильного двигателя с двумя индукторами для привода мотор-колеса. Ж. «Электротехника» №12, 1999 г., стр.6-13.
2. Многополюсные синхронные машины с дробным q<1 зубцовыми обмотками с возбуждением от постоянных магнитов. Ж. «Электротехника» №9, 2007 г., стр.3-8.
3. Патент РФ №2181091. БИ 2002 г., №10.
4. Патент РФ №2278797. БИ 2006 г., №18.