RU176105U1 - Non-contact dc motor - Google Patents

Abstract

Настоящее устройство относится к электрическим машинам, в частности к исполнительным электродвигателям систем автоматики.Бесконтактный электродвигатель постоянного тока содержит цилиндрический корпус, установленные в нем беспазовый статор и ротор с валом, при этом секции обмотки статора выполнены полукольцевой формы, а ротор состоит из цилиндрических магнитов (магнитных систем), которые установлены на валу с угловым смещением относительно центра, так что линии скоса полюсов соответствуют расположению активных частей полукольцевой обмотки.Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение электромагнитного момента и снижение габаритных размеров двигателя. 4 ил.The present device relates to electric machines, in particular to executive motors of automation systems. A non-contacting direct current electric motor contains a cylindrical body, a stator and rotor with a shaft installed in it, and the stator winding sections are made in a semi-ring shape, and the rotor consists of cylindrical magnets (magnetic systems) that are mounted on a shaft with an angular displacement relative to the center, so that the bevel lines of the poles correspond to the location of the active parts of the semi-ring windings. The technical result provided by the given set of features is to increase the electromagnetic moment and reduce the overall dimensions of the motor. 4 ill.

Description

Настоящее устройство относится к области электротехники, в частности к исполнительным электродвигателям систем автоматики для космической техники.The present device relates to the field of electrical engineering, in particular to the executive electric motors of automation systems for space technology.

Из предшествующего уровня техники известен классический бесщеточный электродвигатель постоянного тока, содержащий ротор с постоянными магнитами, закрепленными на валу, пакет статора из магнитомягкого материала и расположенную между пакетом и ротором обмотку, закрепленную на пакете, состоящую из катушек прямоугольной или гексагональной формы, стороны которой расположены параллельно оси вращения двигателя на внутренней и внешней поверхности обмотки, имеющей цилиндрическую форму (US 4,130,769, Н02K 37/00 от 19.12.1978).From the prior art, a classic brushless DC motor is known, comprising a rotor with permanent magnets mounted on a shaft, a stator package of soft magnetic material and a winding located between the package and the rotor, mounted on the package, consisting of coils of rectangular or hexagonal shape, the sides of which are parallel the axis of rotation of the motor on the inner and outer surface of the winding having a cylindrical shape (US 4,130,769, Н02K 37/00 of 12/19/1978).

Недостатком такого двигателя являются увеличенные габаритные размеры за счет значительных размеров лобовых частей.The disadvantage of this engine is the increased overall dimensions due to the significant size of the frontal parts.

Этого недостатка лишен бесконтактный электродвигатель постоянного тока с многослойными ромбовидными обмотками, содержащий множество отдельных секций, характеризующийся тем, что отдельным обмоткам предварительно придана такая форма, что образуется смещение в области, по меньшей мере, двух противоположных углов, так, что половина сторон расположена во внутреннем полом цилиндре, а половина сторон расположена во внешнем полом цилиндре (RU 2359387 С2, Н02K 3/47 Н02K 15/04 от 23.10.2006).This disadvantage is deprived of a non-contact direct current motor with multilayer diamond-shaped windings, containing many separate sections, characterized in that the individual windings are pre-shaped so that an offset is formed in the region of at least two opposite angles, so that half of the sides are located in the inner hollow cylinder, and half of the sides are located in the outer hollow cylinder (RU 2359387 C2, Н02K 3/47 Н02K 15/04 of 10.23.2006).

Недостатком этого электродвигателя является снижение вращающего момента электродвигателя за счет того, что оси проводников расположены под углом к магнитному полю ротора, что требует увеличения габаритных размеров для компенсации указанной потери момента.The disadvantage of this electric motor is a reduction in the torque of the electric motor due to the fact that the axis of the conductors is at an angle to the magnetic field of the rotor, which requires an increase in overall dimensions to compensate for this loss of torque.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в снижении габаритных размеров двигателя и повышении электромагнитного момента.The problem to which the claimed technical solution is directed is to reduce the overall dimensions of the engine and increase the electromagnetic moment.

Решение данной задачи достигается за счет того, что бесконтактный электродвигатель постоянного тока содержит цилиндрический корпус, установленные в нем беспазовый статор и ротор с валом, при этом секции обмотки статора выполнены полукольцевой формы, а ротор состоит из цилиндрических магнитов (магнитных систем), которые установлены на валу с угловым смещением относительно центра, так что линии скоса полюсов соответствуют расположению активных частей секций обмотки.The solution to this problem is achieved due to the fact that the contactless DC motor contains a cylindrical body, a baseless stator and a rotor with a shaft installed in it, while the stator winding sections are made in a semi-ring shape, and the rotor consists of cylindrical magnets (magnetic systems) that are mounted on the shaft with an angular offset from the center, so that the bevel lines of the poles correspond to the location of the active parts of the winding sections.

В предлагаемом бесконтактном электродвигателе постоянного тока обмотка статора выполняется путем поочередной укладки на цилиндрической оправке готовых секций (фиг. 1), имеющих полукольцевую форму. На фиг. 2 условно показано взаимное расположение полукольцевых секций обмотки и ротора со скосом полюсов.In the proposed non-contact direct current electric motor, the stator winding is carried out by alternately laying on the cylindrical mandrel the finished sections (Fig. 1) having a semicircular shape. In FIG. 2 conventionally shows the relative position of the semicircular sections of the winding and rotor with a bevel poles.

Ротор двигателя состоит из цилиндрических магнитов или магнитных систем, которые установлены на валу с угловым смещением относительно центра, так что линии скоса полюсов (см. фиг. 3) соответствуют расположению активных частей полукольцевых секций обмотки.The motor rotor consists of cylindrical magnets or magnetic systems that are mounted on a shaft with an angular offset from the center, so that the bevel lines of the poles (see Fig. 3) correspond to the arrangement of the active parts of the semi-ring sections of the winding.

При таком взаимном расположении обмотки и полюсов магнита достигается максимальный электромагнитный момент машины, пропорциональный суммарной длине активных частей секций. Так как расположение активных частей секций, лежащих во внутреннем и внешнем слоях обмотки, совпадают между собой и направлением скоса полюсов, электромагнитный момент получается одинаковым для обоих направлений вращения, а следовательно, двигатель является реверсивным.With such a mutual arrangement of the winding and the poles of the magnet, the maximum electromagnetic moment of the machine is proportional to the total length of the active parts of the sections. Since the arrangement of the active parts of the sections lying in the inner and outer layers of the winding coincides with each other and the direction of the bevel of the poles, the electromagnetic moment is the same for both directions of rotation, and therefore, the motor is reversible.

Таким образом, в предлагаемой конструкции требуемый электромагнитный момент достигается при меньших габаритных размерах электродвигателя. Одновременно повышаются удельные характеристики и КПД машины.Thus, in the proposed design, the required electromagnetic moment is achieved with smaller overall dimensions of the electric motor. At the same time, the specific characteristics and efficiency of the machine increase.

Угол смещения полюсов (см. фиг. 3), равный полюсному делению, может быть рассчитан по формуле:The angle of the pole shift (see Fig. 3), equal to the pole division, can be calculated by the formula:

α=360°/2р=180°/р,α = 360 ° / 2p = 180 ° / p,

где:Where:

α - угол смещения оси полюсов ротора;α is the angle of displacement of the axis of the poles of the rotor;

р - число полюсов ротора.p is the number of poles of the rotor.

В общем случае, оптимальный угол смещения полюсов ротора α может быть в пределах:In the General case, the optimal angle of displacement of the poles of the rotor α can be within:

α = 0…180°/р.α = 0 ... 180 ° / p.

При α=0, когда магнит или магнитная система ротора выполнены без смещения полюсов, электромагнитный момент будет наименьшим, при этом пульсации момента также будут минимальными.At α = 0, when the magnet or magnetic system of the rotor is made without pole displacement, the electromagnetic moment will be the smallest, while the moment pulsations will also be minimal.

Следует отметить, что для двигателя с ромбовидной обмоткой, выбранного в качестве прототипа, при скосе полюсов на роторе не обеспечивается равенство электромагнитного момента в обоих направлениях вращения из-за несовпадения направления осей сторон секций, лежащих во внутреннем и внешнем слоях обмотки.It should be noted that for a diamond-shaped motor selected as a prototype, when the poles are slanted on the rotor, the electromagnetic moment is not ensured in both directions of rotation due to the mismatch of the axes of the sides of the sections lying in the inner and outer layers of the winding.

На фиг. 4 приведен пример выполнения бесконтактного электродвигателя постоянного тока. Электродвигатель состоит из размещенных в корпусе 1 полого цилиндрического беспазового статора и ротора с постоянными цилиндрическими магнитами или магнитными системами 2, зафиксированными на валу 3 в подшипниках 4, 5 подшипниковых щитов 6 и 7. Статор состоит из ферромагнитного сердечника 8 и обмотки 9, например трехфазной, секции которой выполнены полукольцевой формы, а составные части цилиндрического магнита 2 выполнены со смещением полюсов. Половина сторон секций обмотки расположена во внутреннем полом цилиндре, а половина сторон расположена во внешнем полом цилиндре.In FIG. 4 shows an example of a non-contact direct current electric motor. The electric motor consists of a hollow cylindrical baseless stator and a rotor with permanent cylindrical magnets or magnetic systems 2 mounted on the shaft 3 in bearings 4, 5 of the bearing shields 6 and 7. The stator consists of a ferromagnetic core 8 and a winding 9, for example, three-phase, sections of which are made in a semi-ring shape, and the components of the cylindrical magnet 2 are made with a pole shift. Half of the sides of the winding sections are located in the inner hollow cylinder, and half of the sides are located in the outer hollow cylinder.

Бесконтактный электродвигатель постоянного тока работает следующим образом: при подаче постоянного напряжения на коммутатор последний коммутирует обмотки статора по сигналам задания и информации с датчиков положения ротора 10. Создаваемое этими обмотками магнитное поле вызывает вращение ротора вместе с валом.A contactless DC motor works as follows: when a constant voltage is applied to the switch, the latter commutates the stator windings according to the reference signals and information from the rotor position sensors 10. The magnetic field created by these windings causes the rotor to rotate together with the shaft.

Указанные преимущества - снижение габаритных размеров и увеличение электромагнитного момента двигателя - позволяет рекомендовать заявленное техническое решение к использованию в качестве исполнительного двигателя систем автоматики, в том числе в агрегатах ракетно-космической техники, где удельные и массогабаритные характеристики имеют наиболее важное значение.The indicated advantages — a reduction in overall dimensions and an increase in the electromagnetic moment of the engine — make it possible to recommend the claimed technical solution for use as an executive engine of automation systems, including in units of rocket and space technology, where specific and weight and size characteristics are most important.

Claims (1)

Бесконтактный электродвигатель постоянного тока, характеризующийся тем, что он содержит цилиндрический корпус, снабженный фланцем, установленные в нем беспазовый статор и ротор с валом, при этом секции обмотки статора выполнены полукольцевой формы, а ротор состоит из цилиндрических магнитов (магнитных систем), которые установлены на валу с угловым смещением относительно центра, так что линии скоса полюсов соответствуют расположению активных частей полукольцевых секций обмотки.A non-contact direct current electric motor, characterized in that it contains a cylindrical body equipped with a flange, a baseless stator and a rotor with a shaft installed in it, while the stator winding sections are made in a semi-ring shape, and the rotor consists of cylindrical magnets (magnetic systems) that are mounted on shaft with an angular displacement relative to the center, so that the bevel lines of the poles correspond to the location of the active parts of the semi-ring sections of the winding.

Images