RU2094932C1

RU2094932C1 - Electric motor

Info

Publication number: RU2094932C1
Application number: RU94042554A
Authority: RU
Inventors: Владимир Павлович Наседкин
Original assignee: Владимир Павлович Наседкин
Priority date: 1994-11-28
Filing date: 1994-11-28
Publication date: 1997-10-27
Also published as: RU94042554A

Abstract

FIELD: electric drives. SUBSTANCE: device has stator and rotor with two cylindrical removable two-pole magnets 7 which are mounted on shafts which are located in rotor holder 10 which is mounted on porcelain sleeve. Stator magnetic circuit 4 is designed as open ring with removable winding coils on its ends which is embraced with electromagnetic shield 1 over gap. EFFECT: increased functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к электродвигателям. The invention relates to the electrical industry, in particular to electric motors.

Известен шаговый двигатель, состоящий из статора и ротора. Ротор выполнен из постоянных магнитов. В пазах статора размещены витки обмотки якоря (двух, трех или четырехфазной) (А.З.Брускин и др. "Электрические машины и микромашины". М, Высшая школа, 1981 г.). Known stepper motor consisting of a stator and a rotor. The rotor is made of permanent magnets. In the grooves of the stator are placed the turns of the winding of the armature (two, three or four-phase) (A.Z. Bruskin et al. "Electric machines and micromachines." M, Higher School, 1981).

Недостатком этого двигателя является то, что постоянные магниты вследствие эксплуатации размагничиваются и требуют периодического подмагничивания. Этот ротор имеет сравнительно большой вес. Монтаж обмотки в полузакрытые пазы статора неудобен с точки зрения технологического процесса. The disadvantage of this motor is that permanent magnets are demagnetized due to operation and require periodic bias. This rotor has a relatively large weight. The installation of the winding in the half-closed stator slots is inconvenient from the point of view of the technological process.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и максимальному количеству сходных признаков является известный из патента Франции 2112768, H 02 K 25/00, 28.07.72 электрический двигатель, содержащий статор с полюсными катушками и ротор с постоянными магнитами. Электромагниты статора, которые запитываются циклическим электрическим током, обеспечивают вращение ротора за счет взаимного отталкивания полюсов электромагнитов и постоянных магнитов, а также за счет притяжения постоянных магнитов и железных сердечников электромагнитов в тот момент, когда электромагниты не питаются электрическим током. Closest to the proposed invention in terms of technical nature and the maximum number of similar features is the electric motor known from French patent 2112768, H 02 K 25/00, 28.07.72, comprising a stator with pole coils and a rotor with permanent magnets. The stator electromagnets, which are powered by a cyclic electric current, provide rotation of the rotor due to the mutual repulsion of the poles of the electromagnets and permanent magnets, as well as due to the attraction of permanent magnets and iron cores of the electromagnets at a time when the electromagnets are not powered by electric current.

Недостаток этого двигателя определенное размагничивание постоянных магнитов в процессе эксплуатации, так как притяжение постоянных магнитов к железу статорных полюсов электромагнитов и дальнейшее прохождение по окружности вызовет напряженность и стремление к переполюсовке магнитного потока постоянных магнитов ротора, что в конечном итоге приведет к размагничиванию. На основании множества проведенных авторами опытов самым целесообразным для ротора с постоянными магнитами является статор с незамкнутой окружностью магнитопровода, у которого концы охвачены электромагнитным экраном. Такой магнитопровод исключает размагничивание постоянных магнитов, скольжение роторных магнитов внутри магнитопроводов обеспечивается форфоровой втулкой. Происходит это следующим образом. The disadvantage of this motor is a certain demagnetization of permanent magnets during operation, since the attraction of permanent magnets to the iron of the stator poles of the electromagnets and further passage around the circumference will cause tension and a tendency to polarity reversal of the magnetic flux of the permanent magnets of the rotor, which will ultimately lead to demagnetization. Based on the many experiments conducted by the authors, the most appropriate for a rotor with permanent magnets is a stator with an open circle of the magnetic circuit, at which the ends are covered by an electromagnetic screen. Such a magnetic circuit eliminates the demagnetization of permanent magnets, the sliding of the rotor magnets inside the magnetic circuits is provided by a porcelain bushing. It happens as follows.

Трением между магнитными потоками ротора и статора, заряжаются статическим электричеством фарфоровая втулка статора и постоянные магниты ротора из феррита. Между роторными магнитами и железом магнитопровода возникают две уравновешивающие силы: притягивание магнитов к железу магнитропровода и отталкивание друг от друга фарфоровой втулки и постоянных магнитов, заряженных одноименными статическим зарядом (опытные данные автора). Количество статического электрического заряда на фарфоровой втулке регулируется сечением провода короткозамкнутого витка, опоясывающим магнитопровод и фарфоровую втулку (не показано). Данный электродвигатель устойчиво работает как на 60 об/мин, так и 3000. Предлагаемый для аналога электродвигатель такими техническими качествами обладать не может, ввиду незащищенности железа статорных полюсов, которые, взаимодействуя с магнитным потоком постоянных магнитов, в любом случае, как притягивание магнитов, так отталкивание, действует как на размагничивание магнитов, так и на скольжение между ротором и статором во время работы. На основании опытных данных автора по окружности ротора одноименными полюсами направленных к магнитопроводу под углом 45^o. Только такая асимметрия полей статора и ротора обеспечивает круговое вращение ротора. Любая другая установка магнитов по отношению к магнитопроводу изменит направление сил вращения по кругу и будут нарушены силовые характеристики двигателя. Создание заявленного электродвигателя проводилось опытным путем.By friction between the magnetic fluxes of the rotor and the stator, the porcelain stator sleeve and permanent rotor magnets from ferrite are charged with static electricity. Two balancing forces arise between the rotor magnets and the iron of the magnetic circuit: the attraction of magnets to the iron of the magnetic wire and the repulsion of the porcelain sleeve and the permanent magnets charged with the same static charge (author's experimental data). The amount of static electric charge on the porcelain sleeve is controlled by the cross-section of the squirrel cage wire encircling the magnetic circuit and the porcelain sleeve (not shown). This electric motor works stably both at 60 rpm and 3000. The electric motor proposed for the analogue cannot have such technical qualities, due to the insecurity of the stator poles, which, interacting with the magnetic flux of permanent magnets, in any case, both attracting magnets, repulsion, acts both on the demagnetization of magnets and on the slip between the rotor and stator during operation. Based on the experimental data of the author around the circumference of the rotor with the same poles directed to the magnetic circuit at an angle of 45 ^o . Only such an asymmetry of the stator and rotor fields provides circular rotation of the rotor. Any other installation of magnets with respect to the magnetic circuit will change the direction of the rotation forces in a circle and the power characteristics of the engine will be violated. The creation of the claimed electric motor was carried out empirically.

Целью изобретения является возможность подмагничивания двигателя в рабочем режиме с одновременным упрощением сборки и обеспечением возможности работы от различных источников постоянного тока. The aim of the invention is the ability to magnetize the motor in operating mode while simplifying the assembly and providing the ability to work from various DC sources.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что электрический двигатель включает статор и ротор с постоянными магнитами и короткозамкнутой обмоткой. Отличительные признаки заключаются в том, что статор выполнен послойно из пластиковой втулки, магнитопровода, фарфоровой втулки. Причем магнитопровод состоит из разомкнутого кольца, охваченного над разъемом пакетов металлических дугообразных пластин, составляющих электромагнитный экран, прикрепленный к пластиковой втулке, а концы его снабжены съемными катушками. Ротор состоит из двух сегментов с короткозамкнутыми обмотками и двух постоянных цилиндрических двух полюсных магнитов, съемно насаженных на оси, расположенные на роторном держателе, закрепленном на фарфоровой втулке и выполненным с возможностью вращения на валу. The essence of the invention lies in the fact that the electric motor includes a stator and a rotor with permanent magnets and a short-circuited winding. Distinctive features are that the stator is made in layers from a plastic sleeve, magnetic core, porcelain sleeve. Moreover, the magnetic circuit consists of an open ring, enveloped above the connector packages of metal arcuate plates that make up the electromagnetic screen attached to the plastic sleeve, and its ends are equipped with removable coils. The rotor consists of two segments with squirrel-cage windings and two permanent cylindrical two pole magnets, removably mounted on the axis, located on the rotor holder mounted on a porcelain sleeve and made to rotate on the shaft.

Сравнительный анализ известных технических решений с заявленным электродвигателем позволил мне сделать следующие выводы: конструкторский замысел и в исполнении статора и ротора позволил обеспечить удобное технологическое исполнение двигателя (т.е. за счет разъема в окружности статора упрощается процесс его сборки) и сохранить на достаточно высоком уровне его эксплуатационные характеристики, поскольку снижение магнитного истока из-за разъема в сердечнике статора в значительной степени предотвращается наличием электромагнитного экрана. A comparative analysis of the well-known technical solutions with the claimed electric motor allowed me to draw the following conclusions: the design concept and the stator and rotor designs made it possible to provide a convenient technological design of the motor (i.e., the assembly process is simplified by the connector around the stator) and kept at a fairly high level its operational characteristics, since the decrease in the magnetic source due to the connector in the stator core is largely prevented by the presence of electromagnetic ana.

Кроме того, наличие сегментов с короткозамкнутыми обмотками на роторе обеспечивает подмагничивание в рабочем режиме. In addition, the presence of segments with short-circuited windings on the rotor provides magnetization in the operating mode.

Возможность работы двигателя от источника постоянного тока имеет немаловажное значение. The ability to operate the engine from a direct current source is of no small importance.

На чертеже изображен общий вид электродвигателя: 1 электромагнитный экран статора; 2- пластиковая втулка; 3 катушка; 4 магнитопровод; 5 - фарфоровая втулка; 6 сегменты с короткозамкнутыми обмотками; 7 постоянные магниты; 8 корпус ротора; 9 подшипники; 10 роторные держатели; 11 вал ротора; 12 станина. The drawing shows a General view of the electric motor: 1 electromagnetic stator screen; 2- plastic sleeve; 3 coil; 4 magnetic circuit; 5 - porcelain sleeve; 6 segments with short-circuited windings; 7 permanent magnets; 8 rotor housing; 9 bearings; 10 rotary holders; 11 rotor shaft; 12 bed.

Предлагаемый электродвигатель состоит из двух основных частей ротора и статора. Ротор представляет собой конструкцию из двух постоянных магнитов 7 и сегментов с короткозамкнутыми обмотками, закрепленную в корпусе ротора 8. Вся конструкция жестко соединена с валом ротора 11, опирающимся на два шарикоподшипника 9, которые находятся в посадочных гнездах роторного держателя 10. Последний закреплен на фарфоровой втулке 5 и электрически не связан с магнитопроводом статора 4. В корпусе ротора 8 вмонтированы два симметрично расположенных сегмента 6 с короткозамкнутыми обмотками. Статор комбинированный и включает в себя следующие детали: фарфоровая втулка 5, выполняющая роль изолятора между неизолированными магнитами 7 и поверхностью магнитопровода статора 4. Концы кольца разомкнутого магнитопровода, на которые надеты статорные катушки 3, охвачены электромагнитным экраном 1, обеспечивающим замыкание магнитного потока статора в виде пакета металлических дуг, прикрепленных к пластиковой втулке 2. Двигатель опирается на станину 12. The proposed electric motor consists of two main parts of the rotor and stator. The rotor is a structure of two permanent magnets 7 and segments with short-circuited windings, mounted in the rotor housing 8. The whole structure is rigidly connected to the rotor shaft 11, supported by two ball bearings 9, which are located in the mounting sockets of the rotor holder 10. The latter is mounted on a porcelain bush 5 and is not electrically connected to the stator 4 magnetic circuit. Two symmetrically located segments 6 with short-circuited windings are mounted in the rotor housing 8. The stator is combined and includes the following details: a porcelain sleeve 5, which acts as an insulator between the non-insulated magnets 7 and the surface of the stator magnetic circuit 4. The ends of the open magnetic circuit ring on which the stator coils 3 are worn are covered by an electromagnetic shield 1, which ensures the closure of the stator magnetic flux in the form a package of metal arcs attached to a plastic sleeve 2. The engine rests on a bed 12.

Работа электродвигателя от источника постоянного тока осуществляется через токовый прерыватель, установленный на корпусе электродвигателя и изолированный от корпуса изоляционной прокладкой (прерыватель не показан). Прерыватель состоит из подвижных и неподвижных контактов, прерывающих в нужный момент электрическую цепь питания статорных катушек. Размыкание контактов прерывателя производится двумя кулачками и валу ротора. Кулачки прерывателя установлены на валу ротора с возможностью перестановки по окружности в пределах 45^o.The operation of the electric motor from a direct current source is carried out through a current chopper mounted on the motor housing and insulated from the housing by an insulating gasket (the chopper is not shown). The circuit breaker consists of movable and fixed contacts, interrupting at the right time the electric supply circuit of the stator coils. The breaker contacts are opened with two cams and the rotor shaft. The cams of the chopper mounted on the rotor shaft with the possibility of permutation around the circumference within 45 ^o .

Электродвигатель работает следующим образом. The electric motor operates as follows.

Катушки статора, соединенные между собой параллельно, подключаются к источнику постоянного тока через кулачковый прерыватель, управляемый валом ротора, намагничивают концы магнитопровода. Одноименный полюс магнитопровода и магнита ротора отталкиваются, и роторный магнит устремляется к противоположному концу разъемного магнитопровода. Подача тока на катушки прекращается размыканием контактов прерывателя по достижении магнитопроводам противоположного конца двигающей катушки. Во время размыкания контактов образуется искровой разряд, который повышает внутреннее статорное напряжение. В этот момент происходит эффект обратной индукции (полюса магнитопровода не замкнуты и соотношение витков полюсных катушек 1/3). The stator coils, connected together in parallel, are connected to the DC source through a cam chopper controlled by the rotor shaft, magnetize the ends of the magnetic circuit. The same pole of the magnetic circuit and the rotor magnet are repelled, and the rotor magnet rushes to the opposite end of the detachable magnetic circuit. The current supply to the coils is stopped by opening the breaker contacts when the magnetic circuits reach the opposite end of the moving coil. During the opening of the contacts, a spark discharge forms, which increases the internal stator voltage. At this moment, the reverse induction effect occurs (the poles of the magnetic circuit are not closed and the ratio of the turns of the pole coils is 1/3).

Кратковременное перемагничивание полюсов магнитопровода дает возможность дальнейшему движению ротора по окружности. Проход, противоположный рабочему, магнитом разрыва магнитопровода, обеспечивается электромагнитным экраном, замыкающим силовые линии потока рассеяния статора. Магнит после прохода разрыва магнитопровода занимает исходную для работы позицию (соответствует началу замыкания контактов прерывателя. Изменение направления вращения электродвигателя производится переменой полюсов питания катушек и перестановкой кулачков прерывателя по окружности относительно магнитов ротора. Short-term magnetization reversal of the poles of the magnetic circuit allows the further movement of the rotor around the circumference. The passage opposite to the working one, with a magnetic break in the magnetic circuit, is provided by an electromagnetic screen that closes the power lines of the stator scattering flux. The magnet after the passage of the break of the magnetic circuit takes the initial position for operation (corresponds to the beginning of the closure of the breaker contacts. Changing the direction of rotation of the electric motor is done by changing the poles of the power supply of the coils and rearranging the cams of the chopper around the circumference relative to the rotor magnets.

Работа от источника переменного тока (от промышленной сети с частотой колебаний 50 Гц) осуществляется через выпрямительный мост. Электрические схемы питания током заявленного электродвигателя будут высланы со следующими заявками. Work from an alternating current source (from an industrial network with an oscillation frequency of 50 Hz) is carried out through a rectifier bridge. Electric current supply circuits of the declared electric motor will be sent with the following applications.

Частота вращения предлагаемого электродвигателя может составлять от 60 до 3000 об/мин в зависимости от характеристики импульсного источника питания. The rotational speed of the proposed electric motor can be from 60 to 3000 rpm depending on the characteristics of the switching power supply.

Необходимо предусмотреть создание пускового вращающего момента. It is necessary to provide for the creation of starting torque.

Claims

An electric motor comprising a stator with pole coils and a rotor with permanent magnets, characterized in that the stator magnetic circuit is made in the form of an open ring separated from the rotor by a porcelain sleeve, at the ends of which removable pole coils are worn, and the ends of the magnetic circuit are covered by an electromagnetic screen that provides magnetic closure the stator flow attached to the plastic sleeve, the rotor is made in the form of two cylindrical permanent magnets, removably mounted on the axes located on the rotor Ohm holder, mounted on a shaft on a porcelain sleeve with rotation.