ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к области электротехники, в частности к исполнительным электромагнитным механизмам систем автоматики.
Известен "Цилиндрический двигатель для привода жесткого диска накопителя информации" (Германия, патент №4420371 Al, Н02К 3/26, опубл. 14.12.95), содержащий ротор с радиально намагниченными постоянными магнитами чередующейся полярности, окруженный с внешней стороны трехфазной обмоткой статора, прилегающей к магнитопроводу. Недостатком электродвигателя является то, что для увеличения удельного электромагнитного момента необходимо увеличить количество рабочих витков в катушках (без изменения плотности тока), что неизбежно приведет к увеличению воздушного рабочего зазора, а, значит, росту потоков рассеяния магнитов. При этом магнитная индукция в рабочем зазоре уменьшится, в результате чего резко упадут удельные характеристики электродвигателя.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании электродвигателя с максимально возможным удельным электромагнитным моментом и быстродействием.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, состоит в повышении эффективности работы магнитной системы ротора и статорных обмоток.
Это достигается тем, что в электродвигатель с радиально намагниченными постоянными магнитами чередующейся полярности, расположенными на роторе электродвигателя, и статорной обмоткой вводится, по крайней мере, одна дополнительная статорная обмотка таким образом, что ротор располагается в зазоре между обмотками.
Размещение ротора между статорными обмотками известно из АС СССР №681515, Н02К 29/06, Н02К 1/00, опубл. в бюллетене №31 от 25.08.79 "Вентильный электродвигатель". Указанное размещение позволяет максимально эффективно использовать магнитное поле, создаваемое аксиально намагниченными постоянными магнитами. Однако известное решение не позволяет повысить значение удельного электромагнитного момента путем увеличения в радиальном направлении длины рабочих участков обмоток, так как это приводит к увеличению диаметра ротора и, как следствие, - к повышению инерционности электродвигателя.
Благодаря заявляемому техническому решению уменьшается расстояние между магнитами и магнитопроводами, в результате чего понижается магнитное сопротивление магнитной системы электродвигателя. Небольшое магнитное сопротивление позволяет получить в воздушном рабочем зазоре магнитное поле с большими значениями магнитной индукции, что дает возможность наматывать меньшее количество витков в катушках обмоток для получения необходимого удельного электромагнитного момента. Уменьшение количества витков приводит к уменьшению постоянных времени обмоток. Таким образом, повышается эффективность работы магнитной системы ротора и статорных обмоток и, как следствие, увеличиваются удельный электромагнитный момент и быстродействие электродвигателя.
На фиг.1 изображен электродвигатель (двухфазный) в состоянии, когда внешняя по отношению к ротору обмотка находится под напряжением, а вторая обесточена; на фиг.2 - то же, сечение А-А.
Электродвигатель состоит из статора, стаканообразного ротора с постоянными магнитами и двух статорных обмоток.
Статор электродвигателя содержит 2 соосных цилиндра 1 и 2, выполненных из шихтованного магнитомягкого материала и имеющих общее основание, но разную высоту (высота цилиндра должна быть не меньше высоты катушек, находящихся в непосредственной близости с цилиндром).
Статорные обмотки 4 и 5 (см. фиг.2) электродвигателя состоят из N последовательно соединенных катушек. Катушки в обмотках 4 и 5 равномерно распределены по окружности. Каждая катушка занимает сектор в 360/N градусов. Магнитные оси катушек обмотки 4 сдвинуты относительно магнитных осей катушек обмотки 5 на 90/N градусов. Обмотки 4 и 5 заливаются термостойким полимерным материалом таким образом, что в результате получается цилиндр, толщина которого равна толщине катушки, а высота - длине катушки.
Стаканообразный ротор 3 электродвигателя, выполненный из немагнитного материала, содержит в себе радиально намагниченные постоянные магниты 6 с равномерно распределенными по окружности чередующимися 2N полюсами и размещен в зазоре между статорными обмотками 4, 5.
Электродвигатель работает следующим образом. При нахождении магнитных осей катушек обмоток 4 и 5 между полюсами радиально намагниченных постоянных магнитов 6 ротора 3 (положение может быть определено, например, с помощью датчика Холла) на обмотки 4 и 5 подается постоянное напряжение определенного знака, что обеспечивает вращение ротора 3 в нужную сторону. Смена полярности напряжения на статорных обмотках 4 или 5 происходит всякий раз, когда магнитные оси катушек обмоток 4 или 5 находятся строго над центрами полюсов магнита 6 ротора 3.
Точность позиционирования углового положения ротора можно повысить за счет введения в статор с внешней и (или) внутренней по отношению к ротору сторон(ы) электродвигателя дополнительных фазных обмоток.