ТОРЦЕВОЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам и электроприводу и касается усовершенствования конструкции моментных двигателей.
Уровень техники.
Известен электродвигатель дискового типа [1] (аналог), содержащий дисковый ротор с постоянными магнитами, полярность которых чередуется в тангенциальном направлении, и два статора, расположенных с торцевых сторон ротора. Каждый статор имеет тороидальный шихтованный магнитопровод, в радиальных пазах которого уложены витки обмотки статора.
К недостаткам упомянутого устройства относятся:
1. Сложность конструкции и недостаточно высокий выходной момент.
2. Недостаточная удельная мощность.
Наиболее близким по совокупности признаков (прототипом) является торцевой моментный электродвигатель [2], содержащий корпус, торцевой ротор с размещенными на нем постоянными магнитами и два статора с обмоткой, расположенных по обе стороны ротора, датчики положения ротора, коммутатор.
К недостаткам упомянутого устройства относятся:
1. Недостаточная удельная мощность.
2. Увеличенный магнитный поток рассеяния обмоток статоров.
Раскрытие полезной модели.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования конструкции двигателя с целью повышения удельной мощности.
Это достигается с помощью того, что каждый статорный диск из шихтованного ферромагнитного материала выполнен составным из закрытых с внешней стороны зубчатых элементов, причем оси симметрии верхних и нижних зубцов совпадают, при этом число постоянных магнитов ротора равно удвоенному числу зубцов на торце каждого статорного диска, причем постоянные магниты установлены в осевом направлении по концентрическим окружностям, совпадающим с зубцами статоров, сквозь немагнитный роторный диск попарно с разным направлением полярности в каждом концентрическом слое.
Так как в торцевом двигателе магнитные потоки замыкаются в осевых плоскостях в отличие от двигателей барабанного типа, в которых магнитные потоки замыкаются в тангенциальных плоскостях, то это позволяет выполнить магнитопровод статорных дисков составным из зубчатых элементов. Эксперименты показали, что, если не закрыть полностью обмотку с тыльной стороны магнитопровода статора, как это выполнено в прототипе, то магнитный поток рассеяния обмотки достигает недопустимо больших значений. Поэтому в предлагаемой модели тыльная сторона зубчатого ферромагнитного элемента полностью закрывает обмотку и магнитный поток рассеяния существенно уменьшен, что влияет на увеличение удельной мощности двигателя. Предлагаемая конструкция ферромагнитных зубчатых элементов позволяет изготавливать их из набора листов электротехнической стали, выполненных по предлагаемой выкройке. Так как эти выкройки имеют незначительные размеры даже для двигателей большой мощности, то для них можно использовать отходы при штамповке сердечников традиционных электрических машин из прямоугольных листов электротехнической стали, что удешевит изготовление предлагаемой модели.
1
4
Эксперименты показали, что значение тангенциальной силы отталкивания (притягивания) постоянных магнитов с одинаковой полярностью (с разной полярностью) одинаковой ширины, движущихся относительно друг друга в тангенциальной плоскости становится максимальным при смещении осей симметрии постоянных магнитов примерно на / ширины магнита. Поэтому в предлагаемой модели оси симметрии верхних и нижних зубцов магнитопровода статора, играющих роль полюсов электромагнита и оси симметрии постоянных магнитов ротора совпадают, что позволяет по сигналу датчиков положения ротора подавать от коммутатора напряжение в обмотки электромагнита при максимальном вращающем моменте.
В рабочий период полюса постоянных магнитов ротора, находящихся напротив зубцов статоров (полюсов электромагнита), имеют одинаковую полярность и работают в тангенциальном направлении на отталкивание, а полюса постоянных магнитов ротора, находящихся между зубцами статоров работают на притягивание.
В предлагаемой модели обмотки постоянного тока статоров соединены последовательно и при подаче напряжения определенной полярности все полюса электромагнитов и все полюса постоянных магнитов, которых в модели в два раза больше, чем в прототипе, участвуют в создании вращающего момента, что существенно увеличивает удельную мощность.
В предлагаемом двигателе роторный диск, в отличие от прототипа, не является частью магнитопровода, по которому замыкаются магнитные потоки, поэтому его необходимо изготавливать из немагнитных материалов, например, из пластмасс, что существенно облегчает ротор и ведет к увеличению удельной мощности двигателя. Краткое описание чертежей.
Техническая сущность устройства поясняется на фиг. 1, 2, 3, 4, 5 на примере двигателя с двумя статорными дисками и с одним роторным диском, в котором установлено 32 постоянных магнита. На фиг. 1 показан продольный разрез двигателя. На фиг. 2 показан вид одного из составных зубчатых магнитных элементов статора. На фиг. 3 показан вид выкройки из листа электротехнической стали для изготовления магнитных элементов статора. На фиг. 4 показан вид по сечению А-А на торец статорного диска со стороны зубцов. На фиг. 5 показан вид по сечению Б-Б на торец роторного диска. Корпус 1 является основной конструкционной деталью, к нему крепятся подшипниковые щиты 2 с подшипниками 3 и статорные диски 4. Кольцевые обмотки 5 установлены в каждый статорный диск, образованный зубчатыми магнитными элементами 9 и соединены в электрическом отношении последовательно, а в магнитном отношении встречно. Роторный диск 6 жестко насажены на вал 8 и выполнен из немагнитного материала. Постоянные магниты 7 на роторном диске установлены в осевом направлении по концентрическим окружностям сквозь роторные диски попарно с разным направлением полярности. Количество постоянных магнитов равно удвоенному числу зубцов на торце каждого статорного диска. На фиг. 2. 4 показаны зубцы 10 статорных дисков играющих роль полюсов электромагнита.
Осуществление полезной модели.
Работа технического устройства поясняется с помощью фиг. 1, 2, 3, 4, 5. По сигналам от датчиков положения ротора при положении ротора, когда оси симметрии зубцов статора и постоянных магнитов сдвинуты на расстояние меньшее Уа ширины магнита, подается напряжение в статорные обмотки. Причем подается напряжение такой полярности, при котором полярность полюсов электромагнита и полярность противостоящего постоянного магнита ротора являются одинаковыми. При этом при их взаимодействии возникает максимальная тангенциальная сила отталкивания, и, как следствие, вращающий момент. В это время постоянные магниты ротора противоположной полярности находящиеся между зубцами статора взаимодействуют с ближайшим полюсом противоположной полярности электромагнита на притяжение и развивают вспомогательный вращающий момент. Как только оси симметрии зубцов и постоянных магнитов ротора совпадут, вращающий момент становится равным нулю. Но по инерции ротор смещается в сторону вращения, и по сигналам от датчиков положения ротора через коммутатор, подается напряжение противоположной полярности в статорные обмотки. Таким образом, вышеописанный процесс развития вращающего момента повторяется.
Следовательно, при подаче напряжения определенной полярности все полюса электромагнитов и все полюса постоянных магнитов участвуют в создании вращающего момента, что существенно увеличивает удельную мощность.
Достоинством торцевого вентильного двигателя предложенной конструкции является повышенная удельная мощность.
Литература:
1. Белый П.Н. Особенности проектирования высокомоментньгх магнитоэлектрических двигателей дискового типа // Известия академии наук. Энергетика, 2002, №1, с. 87-90.
2. Торцевой моментальный электродвигатель (РФ №2256276). Классы МПК НO2К 26/00, Сеньков А.П. (RU), Сеньков А.А. (RU). Патентообладатель: Санкт-Петербургский государственный морской технический университет (RU).