Синхронный бесколлекторный электродвигатель с постоянными магнитами

Область техники
Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройств автоматических систем.
Предшествующий уровень техники
Известен вентильно-индукторный двигатель с концентраторами магнитного поля, содержащий явнополюсный статор, выполненный из ферромагнитного материала, на полюсах которого размещены сосредоточенные обмотки (см патент РФ № 2399142, Н02К 19/10). Явнополюсный ротор выполнен из ферромагнитного материала, без обмоток и без постоянных магнитов, при этом пазы ротора заполнены материалом, обладающим диамагнетическими свойствами, а соседние полуобмотки статора отделены друг от друга при помощи Т-образных клиньев, выполненных из материалов, обладающих диамагнетическими свойствами.
Основным недостатком этого двигателя является конструкция статора, затрудняющая процесс формирования обмотки.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является электродвигатель включающий статор, в центральной полости которого размещен ротор (см патент РФ № 2507662, Н02К 19/10). При этом статор имеет продольные пазы, проходящие параллельно продольной оси, в которых размещены электрические проводники, формирующие обмотку. Продольные пазы ротора формируются из частично округлых сегментов одинаковой длины, соединенных между собой. Каждый сегмент набирается из однотипных пластин П-образной формы.
Недостатком известного решения является низкая удельная мощность электродвигателя. Полезная отдача электродвигателя определяется площадью сечения статора, занимаемой проводами обмотки. В известном решении значительную часть сечения занимает округленная часть сегмента. При этом стенки П-образного сегмента должны иметь толщину, достаточную для обеспечения жесткости при укладке в них обмотки (п.33 изобретения). При прочих равных условиях удельная мощность – мощность, отнесенная к массе двигателя, определяется площадью обмотки к общей площади сечения. При этом намотка ведется вокруг формирующего упора (в последующем извлекаемом) с шириной, определяемой диаметром провода обмотки (практические работы показали, что соотношение должно быть больше 4). В противном случае изгиб обмотки с малым радиусом приведет к разрушению изоляции на проволоке обмотки. В последующем, зона, занимавшаяся формирующим упором, увеличивает пустое пространство статора, что ведет к снижению площади статора занятой обмоткой.
Кроме того, при дальнейшей сборке сегментов возможно радиальное смещение секций, в силу не жесткости их боковых стенок. Следствием данного обстоятельства будет переменная величина магнитных потоков в пределах различных сегментов.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении жесткости конструкции статора и в повышении удельной мощности электродвигателя.
Раскрытие полезной модели
Техническая задача решается тем, что в электродвигателе с постоянными магнитами, включающем статор, ротор с постоянными магнитами, статор выполнен сборным из секторов с обмотками, каждый из которых в поперечном сечении имеет продольную и поперечную части. Сектора выполнены с Т-образным поперечным сечением, продольная часть которого расположена по радиусу статора, на ней выполнена обмотка, сектора сопряжены между собой торцами поперечных частей по профильным поверхностям, ротор выполнен в виде правильного многогранника с числом граней, равным числу магнитов. При этом поверхности дистальных торцов поперечной части сектора выполнены в виде конической впадины и выступа с равным углом при вершине. Кроме того, продольные части секторов выполнены увеличивающимися в радиальном направлении.
Краткое описание фигур чертежей
Полезная модель поясняется изображениями:
на фиг. 1 представлено схематичное изображение поперечного сечения электродвигателя;
на фиг. 2 представлено поперечное сечение сектора в сборе;
на фиг.3 вариант выполнения поперечного сечения сектора в сборе;
на фиг. 4 представлено поперечное сечение ротора до сборки с магнитами.
Вариант осуществления полезной модели
Электродвигатель включает статор 1 и ротор 2 (фиг. 1). Статор 1 выполнен сборным из секторов 3. На каждый сектор 3 выполнена обмотка 4 (фиг. 2). Сектор 3 имеет Т-образное поперечное сечение и включает продольную 5 и поперечные части 6 и 7. Продольная часть 5 находятся в одной плоскости с продольной осью электродвигателя (на фиг. 1 выражена точкой) и располагается по радиусу статора 1. Обмотка 4 выполняется на продольную часть сектора 5. Сектор 3 с выполненной обмоткой 4 образует единый модуль 8. Статор 1 собирается из единых модулей 8.
Единые модули 8 сопрягаются между собой через торцы 9 и 10 дистальных концов поперечных частей 6. Торцы 9 и 10 выполняются с идентичными профилями 11 и 12. При этом профиль 11 является выступом, второй профиль 12 – впадиной. Наиболее целесообразно профили 11 и 12 выполнять в виде двух плоских поверхностей, расположенных симметрично и под равными углами α и β при вершине (фиг. 3).
а,
в
Продольная часть 5, каждого сектора 3, выполнена увеличивающейся в радиальном направлении (фиг. 3). При этом ширина продольной части  располагающейся ближе к оси электродвигателя, выполняется меньшей, чем ширина продольной части , располагающейся на большем удалении от оси электродвигателя.
Поперечная часть 7 обеспечивает фиксацию обмоток 4 в радиальном направлении. Как следствие обеспечивается их более плотная упаковка на продольной части 5.
Ротор 2 выполняется в виде правильного многогранника 13 с числом граней, равным числу постоянных магнитов 14 (фиг. 4).
а
Сектор 3 с Т-образным профилем поперечного сечения обладает большей жесткостью, чем П-образный по известному техническому решению. При этом толщина продольной части 5 принимается исходя из диаметра проволоки обмотки, исключающей нарушение целостности ее изолирующего покрытия при намотке на сектор 3. Принимаемая величина ширины , продольной части 5 обеспечивает трех-четырехкратное превышение диаметра обмотки 4.
Сопряжение торцов поперечных частей 9 и 10, смежных секторов 3, через профильное соединение 11-12 обеспечивает их взаимную фиксацию в радиальном направлении. Кроме того, при таком соединении исключается и относительный поворот в радиальной плоскости. Фиксация взаимного положения секторов 3 друг относительно друга через профильное соединение 11-12 обеспечивает сборку статора с минимальным числом дополнительных элементов. В этом варианте достаточным является кольцо минимальной толщины и ширины (на фигуре условно не показано).
Продольная часть 5 сектора 3 является основой для навивки обмотки 4 и одновременно обеспечивает жесткость конструкции и исключается пустое пространство характерное для решения в соответствии с прототипом. Как результат увеличивается число витков обмотки 4 и обеспечивается увеличение удельной мощности электродвигателя.
В процессе работы на обмотку 4 действуют переменные силы, направленные поперек их продольных осей. Плотная упаковка обмоток 4, с опорой на поперечную часть 7, обеспечивает сохранность взаимного положения в компаундной заливке. Исключается усталостное разрушение заливки, что повышает жесткость статора. Более плотная упаковка обмоток 4 на секторе обеспечивает большую жесткость.
Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает повышение жесткости конструкции статора 1 и повышении удельной мощности электродвигателя.