CZ11717U1 - Pomaloběžný diskový elektromotor - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká pomaloběžného více pólového diskového elektromotoru s permanentními magnety, určeného zejména pro pohon skládacích vozíků pro tělesně postižené.

Dosavadní stav techniky

Používané pomaloběžné pohonné jednotky na elektrický pohon, jejichž kroutící moment na výstupním hřídeli je řádově v desítkách Nm, při jmenovitých otáčkách v rozsahu jednotek za vteřinu, jsou konstruovány na bázi standardního rychloběžného elektropohonu s převodovkou. To má za následek, že vozíky pro tělesně postižené jsou robustní. Tyto pohonné jednotky nejsou vhodné pro použití u lehkých skládacích elektrických vozíků pro tělesně postižené nebo pro pohon lehkých přenosných rehabilitačních, či protetických zdravotnických pomůcek. Pro takové použití se vyžaduje plochá pohonná jednotka lehké konstrukce, bez převodové skříně, o šířce několika cm, se záběrovým momentem v desítkách Nm.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry pomaloběžný diskový elektromotor s permanentními magnety umístěnými na rotoru a s cívkami umístěnými na statoru. Podstata technického řešení spočívá vtom, že cívky statoru jsou upevněny na prstenci magnetického stínění. Prstenec je vytvořen z magneticky měkkého materiálu. Činné části cívek statoru jsou ve vzduchové mezeře, mezi permanentními magnety a vnějším povrchem prstence magnetického stínění. To je v prostoru jímž prochází magnetický tok permanentních magnetů. Opačné části cívek jsou na vnitřním válcovém povrchu prstence magnetického stínění, kde je řádově nižší hodnota rozptylového magnetického toku, než je hodnota magnetického roku ve vzduchové mezeře. Vzduchová mezera je vymezena válcovou plochou vnitřního povrchu permanentních magnetů uložených na prstencovém rotoru, a vnější válcovou plochou prstence magnetického stínění cívek statoru. Vnější válcová plocha prstence magnetického stínění má stejnou vzdálenost od povrchu každého permanentního magnetu v každé poloze rotoru vůči statoru. Póly elektromotoru tvoří cívky statoru ve vzduchové mezeře.

Výhodou tohoto uspořádání je, že rozběh elektromotoru je plynulý a bez přeskoků charakteristických pro vícepólové elektromotory s permanentními magnety. Vysoký záběrový moment dovoluje využití elektromotoru bez převodové skříně i při velmi nízkých jmenovitých otáčkách. Záběrový moment lze zvyšovat zvýšením poloměru umístění funkčních prvků elektromotoru. Jeho chod je jemný a rovnoměrný i při vysokém záběrovém momentu a při extrémně nízkých otáčkách. Umožňuje plynulou regulaci otáček. Může být vytvořen jako diskový. Poměr průměru elektromotoru kjeho šířce může být větší než 15. Elektromotor lze vylehčovat skříňovou sendvičovou konstrukcí rotoru i statoru. Chod je téměř bez vibrací.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení bude blíže objasněno pomocí výkresů, na kterých znázorňuje obr. 1 část elektromotoru v bokorysném řezu procházejícím osou elektromotoru, obr. 2 obvodovou část elektromotoru v částečném nárysném řezu a obr. 3 průběh magnetického pole a působení sil v obvodové části elektromotoru ve schematickém znázornění.

-1 CZ 11717 Ul

Příklady provedení technického řešení

Pomaloběžný diskový elektromotor je vytvořen ze statoru a z rotoru. Nosná konstrukce rotoru je vytvořena ze dvou rotorových disků 10 vyrobených z lehkého pružného materiálu, například z duralu. Oba rotorové disky 10 jsou na vnějším obvodu mechanicky propojeny upevňovacím kroužkem 7. Upevňovací kroužek 7 slouží k vytvoření skříňové konstrukce sendvičového uspořádání rotoru. Vnější část upevňovacího kroužku 7 slouží, v případě použití pro pohon vozíků pro tělesně postižené, jako ráfek kola vozíku. Ke vnitřní válcové ploše upevňovacího kroužku 7 je připojen prstenec I rotoru, který je nosičem permanentních magnetů 2. Prstenec 1 rotoru je vytvořen z magneticky vodivého materiálu a má tvar kruhového prstence. Na jeho vnitřní válcové ploše jsou upevněny permanentní magnety 2 o vysoké remanentní indukci. Rotor je mechanicky spojen se statorem kuličkovými ložisky 13. Kuličková ložiska 13 jsou uložena v ložiskových pouzdrech 12. Ložisková pouzdra 12 jsou mechanicky spojena s rotorovými disky 10. Kuličková ložiska 13 jsou nalisovaná na upevňovacím náboji 14, který je součástí statoru. K upevňovacímu náboji 14 je připevněn statorový disk 11. Statorový disk 11 v lehkém sendvičovém provedení je vytvořen ze dvou kusů. Na obvodu statorového disku lije upevněna kostra 8 cívek 4 statoru. Kostra 8 je vytvořena z nemagnetického materiálu a má tvar kruhového kotouče jehož příčný průřez připomíná písmeno U. Na spodní střední část písmena U navazuje stopka 9. Prostřednictvím této stopky 9 je kostra 8 připevněna ke statorovému disku 11. Vnitřek kostry 8, který má tvar U profilu, vyplňuje kroužek 3 magnetického stínění. Kroužek 3 magnetického stínění je vytvořen z magneticky měkkého materiálu, například z transformátorových plechů. Na kroužku 3 magnetického stínění, kteiý je uvnitř kostry 8, jsou navinuty cívky 4. Počet cívek 4 pod jedním permanentním magnetem 2 tvoří počet pólů elektromotoru. Vzájemnou polohu každé cívky 4 vůči permanentnímu magnetu 2 sleduje polohové čidlo 5. Čidla 5 jsou umístěna v radiálních osách cívek 4. Počet čidel 5 je shodný s počtem cívek 4, které tvoří póly elektromotoru. Cívky 4 jsou napájeny přívodními vodiči 6, které procházejí dutým nábojem 14. Mechanické uspořádání činných částí elektromotoru, to je nosiče I permanentních magnetů 2, kroužku 3 magnetického stínění, cívek 4 s čidly 5 polohy, a permanentních magnetů 2 včetně konstrukčního řešení upevňovacího kroužku 7 je v detailním znázornění na obr. 2.

Motor pracuje takto: Zdrojem magnetického toku jsou permanentní magnety 2 rozmístěné po celé vnitřní válcové ploše prstenec i rotoru. Prstenec 1 rotoru i uzavírá magnetický obvod permanentních magnetů 2. Na vnitřní straně, vstupuje magnetický tok do vzduchové mezery tvořené vnitřní válcovou plochou permanentních magnetů 2 a vnější válcovou plochou prstence 3 magnetického stínění. Hlavní část 15 magnetického toku (obr. 3) vytváří ve vzduchové mezeře magnetickou indukci a uzavírá se přes prstenec 3 magnetického stínění. Rozptylová část 16 magnetického toku se uzavírá v prostoru na vnitřní straně prstence 3 magnetického stínění a na vnější straně prstenec I rotoru, který je nosičem permanentních magnetů 2. Po připojení napájecího napětí napájecím vodičem 6 začne cívkami 4 protékat elektrický proud. Proud protékající jedním směrem je označen symbolem x. Proud protékající v opačném směru je označen symbolem > s tečkou uvnitř. Cívky, v nichž proud neprotéká symbolem označeny nejsou. Hlavní část 15 magnetického toku vytváří ve vzduchové mezeře, v koincidenci s velikostí a směrem proudu, v té části vinutí cívek 4, které jsou ve vzduchové mezeře, žádanou silu 17. Rozptylová část 16 magnetického toku, v koincidenci s proudem procházejícím tou částí vinutí cívek 4, která je na vnitřní straně prstence 3 magnetického stínění, vytváří parazitní ztrátovou sílu 18. Smysl parazitní ztrátové síly 18 je opačný, než je smysl žádané síly 17. Tvar prstence 3 magnetického stínění snižuje velikost parazitní ztrátové síly 18 natolik, že je minimálně řádově nižší, než je velikost žádané síly 17. Reakcí rotoru na působení výše uvedených statorových sil, to je žádané síly 17 a ztrátové síly 18, je výsledná síla 19 rotoru. To je síla, která je na obvodu kola vozíku pro tělesně postižené.

Průběh elektrického proudu procházejícího cívkami 4 a tím i výsledné síly 19 rotoru je možno upravovat pomocí proudových spínaných zdrojů, například na bázi tranzistorů FET, které nejsou na výkresech znázorněny. Prstenec 3 magnetického stínění konstrukčně zajišťuje dostatečnou hodnotu vlastní indukěnosti cívek 4, která dostatečně vyhladí proud spínaných zdrojů. Velikost

-2CZ 11717 Ul vlastní indukce cívek 4 a velikost opakovači frekvence spínaného zdroje má přímý vliv na potlačení vibrací z titulu opakovači frekvence spínaného zdroje.

Příklad průmyslového využití

Technické řešení se využije, pokud pracuje jako elektromotor, k pohonu lehkých přenosných skládacích vozíků pro tělesně postižené, nebo pokud pracuje jako generátor, k výrobě elektrické energie.

Claims (3)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Pomaloběžný diskový elektromotor s permanentními magnety umístěnými na rotoru a scívkami umístěnými na statoru, vyznačující se tím, že cívky (4) statoru jsou upevněny na prstenci (3) magnetického stínění, který je vytvořen z magneticky měkkého materiálu, přičemž činné části cívek (4), jsou ve vzduchové mezeře, mezi permanentními magnety (2) a vnějším povrchem prstence (3) magnetického stínění, to je v prostoru jímž prochází magnetický tok (15) permanentních magnetů (2).

2. Pomaloběžný motor podle nároku 1, vyznačující se tím, že jeho vzduchová mezera, vymezená válcovou plochou vnitřního povrchu permanentních magnetů (2) uložených na prstencovém rotoru (1), a vnější válcovou plochou prstence (3) magnetického stínění cívek (4) statoru, má stejnou vzdálenost prstence (3) magnetického stínění od povrchu permanentních magnetů (2), ve kterékoliv poloze rotoru vůči statoru.

3. Pomaloběžný elektromotor podle nároků 1 a2, vyznačující se tím, že póly elektromotoru tvoří cívky (4) statoru ve vzduchové mezeře.