PL231348B1 - Silnik prądu stałego BLDC - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest silnik prądu stałego.

Obecnie znane są silniki prądu stałego według patentu PAT.224419 (dokonany przez D.S. Sobolewskiego) i zgłoszenia patentowego P.399341 (obecnie patent dokonany przez N.J. Sobolewska, J.P. Sobolewska, M.J. Sobolewski, M.A. Sobolewski), które wykorzystują w swojej budowie pola magnetyczne wirnika o orientacji osiowo promieniowej.

Pola o orientacji osiowo promieniowej generowane są w obszarach wycinków pierścieni wykonanych z ferromagnetyka miękkiego, które łączą te same bieguny magnetyczne magnesów trwałych (w patencie PAT.224419), a w patencie P.399341 elektromagnesów.

Uzwojenia stojana w obu rozwiązaniach osadzone są w żłobkach o orientacji osiowo promieniowej, które wyprofilowane są w materiale z ferromagnetyka miękkiego. Ponadto w rozwiązaniu według patentu P.399341 mocuje się do nabiegunników magnesy trwałe - wirnik w takich konstrukcjach jest nieruchomy.

Znane są również konstrukcje magnesów o polu magnetycznym o orientacji osiowo promieniowej (zwane magnesami warstwowymi) - zgłoszenia patentowe P.401672 (dokonane przez M.A. Sobolewskiego) i P.406747 (dokonane przez N.J. Sobolewska, J.P. Sobolewska, M.J. Sobolewski, M.A. Sobolewski, D.S. Sobolewski).

W zgłoszeniu patentowym P.416074 dokonanym przez współautorów niniejszego zgłoszenia patentowego ujawniono działanie komutatora elektronicznego.

Silnik prądu stałego według wynalazku, charakteryzuje się tym, że we wnętrzu dwuczęściowego uzwojenia wirnika umieszczono rdzeń magnetyczny zbudowany z dwubiegunowego magnesu warstwowego mocowanego do wału silnika za pomocą pierścienia, a które to uzwojenie stojana w jednej z części jest zakończone pierścieniem łączącym ponacinane promieniowo i osiowo elementy uzwojenia, które połączone są elektrycznie z odpowiadającymi im elementami części uzwojenia, które zasilane jest komutatorem elektronicznym od strony odizolowanych końcówek w jego dolnej części oraz poprzez pierścień kończący część uzwojenia w jego górnej części, który to pierścień łączy elektrycznie i mechanicznie oddzielone od siebie i zasilane niezależnie od spodu elementy uzwojenia stojana tworząc dwa obwody elektryczne, znamienny tym, że uzwojenie wirnika umieszczono we wnętrzu magnesów stałych wykonanych z mniejszych elementów mocowanych do elementów obudowy wykonanych z ferromagnetyka miękkiego od ich strony wewnętrznej, których to elementy magnesów stałych są namagnesowane osiowo i promieniowo oraz mocowane w ten sposób, że naprzeciwko rdzenia (magnetycznego znajdują się przeciwne bieguny magnetyczne.

Silnik prądu stałego BLDC według wynalazku, charakteryzuje się tym, że uzwojenia wirnika umieszczone są pomiędzy magnesami stałymi stojana o różnoimiennych biegunach magnetycznych.

Wynalazek ma na celu zwiększenie sprawności silników BLDC poprzez umieszczenie uzwojenia wykonanego z miedzi we wnętrzu magnesów stałych stojana oraz zmniejszenie momentu zaczepowego - w tym przypadku do zera.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym przedstawiamy:

Fig. 1-3 - Rzuty silnika prądu stałego BLDC.

Fig. 4-6 - Rzuty silnika prądu stałego BLDC bez uzwojenia wirnika Cu1 i Cu2.

Fig. 7-9 - Rzuty wirnika silnika wraz z łożyskami L1, L2, wałem O1 i szczotkami SZ1, SZ2, SZ3.

Fig. 10-12 - Rzuty półpierścieni magnesów stałych M1, M2, M3 i rdzenia magnetycznego RM.

Na rysunkach Fig. 10-12 i Fig. 4-6 przedstawiono rdzeń magnetyczny o dwóch biegunach magnetycznych mocowany do wału silnika O1 za pomocą pierścienia P3. Rdzeń magnetyczny jest umieszczony w oplatającym go szczelnie uzwojeniu stojana wykonanym z miedzi, a składającym się z dwóch elementów Cu1 i Cu2, które to uzwojenie jest charakterystyczne dla prezentowanego rozwiązania Fig. 1 -3, Fig. 7-9.

Rdzeń magnetyczny RM jest wykonany z magnesów warstwowych i posiada na swoim obwodzie dwa bieguny magnetyczne, przy czym wektory magnetyzacji domen magnetycznych rdzenia RM są ortogonalne do jego powierzchni brzegowych, co jest charakterystyczne dla tego typu magnesów stałych - Fig. 1 -12.

Uzwojenie stojana wykonane jest z dwóch części Cu1 i Cu2 wykonanych z miedzi elektrolitycznej Fig. 7-9.

PL 231 348 B1

Uzwojenia wirnika zbudowanego z elementów Cul i Cu2 umieszczone są pomiędzy magnesami stałymi stojana o różnoimiennych biegunach magnetycznych - Fig. 1-12.

Widać to wyraźnie w części bocznej uzwojenia Cul, które jest umieszczone pomiędzy rdzeniem magnetycznym RM o dwóch biegunach magnetycznych a magnesem M2 zbudowanym z elementów magnesowanych promieniowo, który również ma dwa bieguny magnetyczne - Fig. 10-12 i Fig. 4-6. Bieguny magnesów RM i M2 są biegunami różnoimiennymi, podobnie jak RM i M1 oraz RM i M3.

W jednym z przykładów realizacji uzwojenie silnika prądu stałego BLDC zbudowane jest z dwóch elementów Cu1 i Cu2 wykonanych z miedzi, które po osadzeniu w nim wirnika zbudowanego z pierścienia RM mocowanego do wału O1 za pomocą pierścienia P4 wykonanego z tworzywa sztucznego, są ze sobą łączone za pomocą zgrzewania, lutowania lub w inny sposób zapewniając połączenie elektryczne.

Element uzwojenia Cu1 wykonany jest z jednego kawałka miedzi w formie walca poprzez poddanie go obróbce skrawaniem a następnie nacinane laserem wzdłuż promienia i osi uzwojenia. W górnej części element Cu1 jest zakończony pierścieniem, który łączy mechanicznie i elektrycznie ponacinane elementy stanowiące kolejne części uzwojenia - Fig. 7-9.

Górna część uzwojenia stojana Cu1 jest mocowana do obudowy D1 za pomocą na przykład klejenia. Podobnie element obudowy D2 mocuje boczną część uzwojenia Cu1. Szczeliny uzwojenia Cu1 i Cu2 wypełniane są np. żywicą epoksydową w miejscach cięcia laserowego.

Element uzwojenia stojana Cu2 jest wykonany również z jednego kawałka miedzi w formie walca, z którego poprzez obróbkę skrawaniem uzyskuje się wymagany kształt przedstawiony na rysunku Fig. 1-3 i Fig. 7-9. Dolna część elementu Cu2 jest dłuższa zapewniając połączenie mechaniczne podczas nacinania tego elementu osiowo i promieniowo za pomocą na przykład lasera. Po zakończeniu nacinania laserem elementu Cu2 łączy się ponacinane elementy w dolnej części za pomocą na przykład żywicy epoksydowej.

Elementy uzwojenia stojana Cu1 i Cu2 łączy się ze sobą elektrycznie za pomocą na przykład lutowania bądź zgrzewania po uprzednim osadzeniu w ich wnętrzu rdzenia RM osadzonego na wale O1 za pomocą pierścienia P4 wykonanego z tworzywa sztucznego - Fig. 1-3 do Fig. 10-12.

Należy zaznaczyć, że przedstawione na rysunkach mocowanie pierścienia do wału jest uproszczone, ponieważ przedmiotem niniejszego zgłoszenia patentowego nie są powszechnie znane metody osadzania pierścienia na wale. Na tej samej zasadzie na rysunkach nie pokazano stopniowania wału O1 i osadzenia na nim łożysk L1, L2, ponieważ stosuje się powszechnie znane rozwiązania.

Rdzeń magnetyczny RM posiada dwa bieguny magnetyczne N i S, co przedstawiono symbolicznie na rysunku Fig. 10-12. Dzięki zastosowaniu rdzenia magnetycznego o ortogonalnym wektorze magnetyzacji domen magnetycznych do powierzchni brzegowych rdzenia RM elementy uzwojenia Cu1 i Cu2 znajdują się w optymalnie skierowanym polu magnetycznym - Fig. 1-3, do Fig. 10-12.

Uzwojenie stojana zasilane jest przez pierścienie miedziane P1, P2, P3, do których doprowadzono zasilanie w żłobkach wału O1 - patrz Fig. 1-3. Pierścienie P1, P2, P3 są odizolowane od wału silnika wykonanego na przykład ze stali nierdzewnej, która nie jest ferromagnetykiem.

Pierścienie miedziane P1, P2, P3 połączone są elektrycznie ze szczotkami grafitowymi SZ1, SZ2, SZ3, które doprowadzają zasilanie poprzez komutator elektroniczny do uzwojenia dwuczęściowego Cu1 i Cu2.

Uzwojenie wirnika zbudowane z elementów Cu1 i Cu2 mocowane jest do elementów wykonanych z tworzywa D1 , D2, D3 za pomocą na przykład żywicy epoksydowej - Fig. 7-9. Elementy D1 i D3 mocowane są do wału O1 za pomocą łożysk odpowiednio L1 i L2 - Fig. 1-3, Fig. 7-9.

Uzwojenie wirnika Cu1, Cu2 wraz z elementami mocującymi D1, D2, D3 jest umieszczone wewnątrz elementów magnesów stałych M1 , M2, M3, które są mocowane do elementów obudowy wykonanych z ferromagnetyka miękkiego odpowiednio R1, R2 i R3 - Fig. 1 -3 i Fig. 4-6.

Magnesy stałe M1, M2, M3 zbudowane są z mniejszych elementów na przykład wycinki pierścieni o kącie 5 stopni. Elementy składowe magnesów są magnesowane odpowiednio osiowo, promieniowo i osiowo uwzględniając orientację określoną przez oś silnika przechodzącą przez oś podłużną wału O1.

Elementy obudowy R1 i R3 mocowane są na stałe do walu O1, który w niniejszym rozwiązaniu jest nieruchomy.

Element obudowy R1 jest wycięty w części osłonowej elementu D1, z którego odbiera się energię mechaniczną (w przypadku silnika) bądź dostarcza (w przypadku prądnicy) za pomocą zębatki bądź koła pasowego mocowanego do D1.

PL 231 348 B1

Umieszczenie uzwojenia wirnika w polu magnetycznym magnesów stałych od jego strony wewnętrznej i zewnętrznej zwiększa objętość roboczą uzwojenia wirnika i indukcji magnetycznej poła, w którym znajduje się uzwojenia wirnika.

Elementy magnesów stałych M1, M2, M3 mocowane są do elementów obudowy R1, R2 i R3 w ten sposób, że ustawione są biegunami przeciwnymi do rdzenia magnetycznego RM - Fig. 10-12.

Silnik znajdzie zastosowanie w przemyśle samochodowym, automatyce, siłowniach wiatrowych i innych.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Silnik prądu stałego BLDC, w którego wnętrzu dwuczęściowego uzwojenia wirnika (Cu1), (Cu2) umieszczono rdzeń magnetyczny (RM) zbudowany z dwubiegunowego magnesu warstwowego mocowanego do wału silnika (O1) za pomocą pierścienia (P3), a które to uzwojenie stojana w części (Cu1) jest zakończone pierścieniem łączącym ponacinane promieniowo i osiowo elementy uzwojenia, które połączone są elektrycznie z odpowiadającymi im elementami części uzwojenia (Cu2), które zasilane jest komutatorem elektronicznym od strony odizolowanych końcówek w jego dolnej części oraz poprzez pierścień kończący część uzwojenia (Cu1) w jego górnej części, który to pierścień łączy elektrycznie i mechanicznie oddzielone od siebie i zasilane niezależnie od spodu elementy uzwojenia stojana tworząc dwa obwody elektryczne, znamienny tym, że uzwojenie wirnika (Cu1), (Cu2) umieszczono we wnętrzu magnesów stałych (M1), (M2), (M3) wykonanych z mniejszych elementów mocowanych do elementów obudowy (R1), (R2), (R3) wykonanych z ferromagnetyka miękkiego od ich strony wewnętrznej, których to elementy magnesów stałych są namagnesowane osiowo i promieniowo oraz mocowane w ten sposób, że naprzeciwko rdzenia magnetycznego (RM) znajdują się przeciwne bieguny magnetyczne.
2. 2. Silnik prądu stałego BLDC według zastrz. 1, znamienny tym, że uzwojenia wirnika (Cu1), (Cu2) umieszczone są pomiędzy magnesami stałymi stojana (M1), (M2), (M3) i magnesami rdzenia magnetycznego (RM) o różnoimiennych biegunach magnetycznych.