RU2030082C1 - Electric motor - Google Patents

Abstract

FIELD: electric machine engineering. SUBSTANCE: electric motor with rolling rotor has stator with magnetic circuits 1 and winding 2 and rotor 3 installed in it eccentrically. Rotor 3 is manufactured in the form of magnetic circuit which opposite ends carry radially magnetized disc magnets 4 and 5. Magnet 4 is magnetized in opposition to magnet 5. EFFECT: such design of rotor makes it possible to diminish its moment of inertia and to improve static and dynamic characteristics of electric motor. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к электродвигателям, и может быть использовано для приводов дозаторов, клапанов, задвижек и регулируемых вентилей. The invention relates to electric machines, in particular to electric motors, and can be used for metering drives, valves, gate valves and adjustable valves.

Из технической литературы известен электродвигатель, содержащий установленный в корпусе статор, установленный внутри него ротор, связанный с выходным валом. From the technical literature there is known an electric motor containing a stator installed in the housing, a rotor installed inside it, connected to the output shaft.

Недостатком данного двигателя является низкая надежность, а также низкие динамические возможности. The disadvantage of this engine is its low reliability, as well as low dynamic capabilities.

Наиболее близким к предложенному является электродвигатель, содержащий установленный в корпусе статор, выполненный в виде магнитопроводов с обмоткой, и ротор с магнитом, эксцентрично установленный внутри статора и связанный с выходным валом посредством муфты, а со статором - кинематической парой (1). Closest to the proposed one is an electric motor containing a stator installed in the body, made in the form of magnetic circuits with a winding, and a rotor with a magnet eccentrically mounted inside the stator and connected to the output shaft by means of a coupling, and with a stator - a kinematic pair (1).

Недостатком этого двигателя является низкая надежность, а также значительные динамические перегрузки и невозможность работы "на упор". The disadvantage of this engine is its low reliability, as well as significant dynamic overload and the inability to work "on a stop".

Целью изобретения является повышение надежности и улучшение статических и динамических характеристик. The aim of the invention is to increase reliability and improve static and dynamic characteristics.

Указанная цель достигается тем, что магнит ротора выполнен в виде двух радиальных магнитов, установленных на противоположных концах по оси ротора, причем полюса первого магнита расположены противоположно полюсам второго магнита. This goal is achieved in that the rotor magnet is made in the form of two radial magnets mounted at opposite ends along the axis of the rotor, and the poles of the first magnet are located opposite the poles of the second magnet.

Кроме того, указанная цель достигается тем, что кинематическая пара может быть выполнена в виде фрикционной и зубчатой передач. In addition, this goal is achieved by the fact that the kinematic pair can be made in the form of friction and gear transmissions.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, заявленное устройство отличается от него выполнением магнита ротора, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна". Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device differs from it by the implementation of the rotor magnet, which allows us to conclude that the criterion of "novelty".

Сравнение предложенного технического решения не только с прототипом, но и с устройствами данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие его от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень", поскольку оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники. Comparison of the proposed technical solution not only with the prototype, but also with devices of this technical field did not reveal the features that distinguish it from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "inventive step" is met, since it does not explicitly follow from the level of a specialist technicians.

Предложенное техническое решение может быть использовано в широком круге устройств в промышленности, поэтому оно соответствует критерию "промышленная применимость". The proposed technical solution can be used in a wide range of devices in industry, so it meets the criterion of "industrial applicability".

На фиг. 1 дана принципиальная схема электродвигателя; на фиг. 2 - вариант схемы установки электродвигателя в электрическом исполнительном механизме; на фиг. 3 - динамические характеристики электродвигателя и исполнительных механизмов типа МЭО-4, выполненных на базе быстроходных электродвигателей; на фиг. 4 - конструктивная схема электродвигателя. In FIG. 1 is a schematic diagram of an electric motor; in FIG. 2 is a variant of a motor installation diagram in an electric actuator; in FIG. 3 - dynamic characteristics of the electric motor and actuators of the type MEO-4, made on the basis of high-speed electric motors; in FIG. 4 is a structural diagram of an electric motor.

Электродвигатель содержит установленный в корпусе (не показан) статор, выполненный в виде магнитопроводов 1 с обмоткой 2, и ротор 3, который эксцентрично установлен в статоре и связан с выходным валом (не показан) посредством муфты (не показана), а со статором - кинематической парой (не показана). На противоположных концах по оси ротора 3 установлены радиальные магниты 4 и 5, причем полюса магнита 4 расположены противоположно полюсам магнита 5. The electric motor contains a stator installed in the housing (not shown), made in the form of magnetic circuits 1 with a winding 2, and a rotor 3, which is eccentrically mounted in the stator and connected to the output shaft (not shown) by means of a coupling (not shown), and with the stator - kinematic a pair (not shown). At opposite ends along the axis of the rotor 3, radial magnets 4 and 5 are installed, the poles of the magnet 4 being located opposite the poles of the magnet 5.

Работает электродвигатель следующим образом. The electric motor operates as follows.

Под действием вращающейся электромагнитной силы, создаваемой полем рабочего зазора (см. фиг. 1), ротор 3 перемещается в статоре (поступательно) так, что его ось описывает относительно оси статора окружность малого радиуса e. Одновременно, находясь в кинематической связи со статором, ротор 3 медленно поворачивается вокруг своей оси, при этом скорость определяется частотой питающей сети и параметрами кинематической пары. Вращательное движение является рабочим и передается на выходной вал с помощью муфты. Under the action of a rotating electromagnetic force created by the field of the working gap (see Fig. 1), the rotor 3 moves in the stator (translationally) so that its axis describes a circle of small radius e relative to the stator axis. At the same time, being in kinematic connection with the stator, the rotor 3 slowly rotates around its axis, while the speed is determined by the frequency of the supply network and the parameters of the kinematic pair. The rotational movement is working and is transmitted to the output shaft by means of a coupling.

Благодаря низкой скорости вращения и малому эксцентриситету e суммарная кинематическая энергия ротора в сложном движении (поступательном с малой линейной скоростью е ω₁ и вращательном с малой угловой скоростью ω₂ существенно (в 100-10000 раз) меньше кинетической энергии ротора той же массы обычной машины, вращающегося с большой скоростью ω₁.Due to the low rotation speed and small eccentricity e, the total kinematic energy of the rotor in complex motion (translational with a small linear velocity e ω ₁ and rotational with a small angular velocity ω _{2 is} significantly (100-10000 times) less than the kinetic energy of the rotor of the same mass of a conventional machine, rotating at high speed ω ₁ .

Предложенный электродвигатель обладает следующими преимуществами. The proposed electric motor has the following advantages.

Высокая надежность, поскольку в нем отсутствуют элементы конструкции, перемещающиеся с большой скоростью, повышает работоспособность и надежность машины. При использовании данного электродвигателя в тихоходных электрических исполнительных механизмах (ЭИМ) редуктор может быть либо вообще исключен, либо существенно упрощен (1-2 тихоходных ступени). Быстродействие и точность благодаря малой кинетической энергии ротора, электродвигатель черезвычайно быстро и точно отрабатывает сигналы, т.е. он обладает хорошими динамическими характеристиками. Возможность частых пусков и реверсов, поскольку малоинерционность ротора способствует существенному снижению кратности и продолжительности пускового тока, тока реверса и, следовательно, перегрева двигателя в переходных режимах, что позволяет эффективно применять электродвигатель в устройствах, в которых по условиям работы необходимо часто изменять режим. Малый выбег при отключении питающей сети, ротор останавливается за время, не превышающее 0,01-0,02 с, благодаря этому свойству из конструкции ЭИМ может быть исключено тормозное устройство при одновременном снижении выбега. High reliability, since there are no structural elements moving at high speed, it increases the performance and reliability of the machine. When using this electric motor in low-speed electric actuators (EIM), the gearbox can be either completely excluded or significantly simplified (1-2 low-speed stages). High speed and accuracy due to the low kinetic energy of the rotor, the electric motor extremely quickly and accurately processes signals, i.e. It has good dynamic characteristics. The possibility of frequent starts and reverses, since the low-inertia of the rotor contributes to a significant reduction in the multiplicity and duration of the starting current, reverse current and, therefore, overheating of the motor in transient modes, which allows the motor to be effectively used in devices in which it is often necessary to change the mode according to operating conditions. Small run-out when the mains is disconnected, the rotor stops for a time not exceeding 0.01-0.02 s, due to this property, the braking device can be excluded from the design of the EIM while reducing the run-out.

Снижение динамических перегрузок, поскольку малая кинетическая энергия ротора позволяет с одной стороны эффективно управлять величиной момента двигателя, например, при открывании вентиля, а с другой - значительно снизить динамические перегрузки механизма и арматуры при подходе к крайним положениям или при внезапной остановке. Ток, потребляемый двигателем в этих режимах, увеличивается всего на 15 - 30% по сравнению с номинальным значением. Отмеченные свойства говорят о возможности работы "на упор", причем необходимость в устройстве ограничения нагрузки отпадает. Decrease in dynamic overloads, since the small kinetic energy of the rotor allows one to effectively control the magnitude of the engine torque, for example, when opening the valve, and on the other, to significantly reduce the dynamic overloads of the mechanism and valves when approaching extreme positions or during a sudden stop. The current consumed by the motor in these modes increases by only 15 - 30% compared to the nominal value. The noted properties indicate the possibility of working "on a stop", and the need for a load limiting device is no longer necessary.

Соответствие скорости и момента электродвигателя условиям ручного управления, отсутствие тормоза позволяют значительно упростить блок ручного управления, исключив из него дополнительную зубчатую передачу, муфту переключения на ручное управление и рычаг ослабления магнитного тормоза. Для ручного регулирования необходимо лишь присоединить рукоятку управления к валу со стороны, противоположной присоединению нагрузки. Correspondence of the speed and moment of the electric motor to the conditions of manual control, the absence of a brake can significantly simplify the manual control unit by eliminating the additional gear transmission, the manual shift clutch and the magnetic brake release lever. For manual regulation, it is only necessary to attach the control handle to the shaft from the side opposite to the load connection.

Таким образом, электродвигатель, совмещая свойства ряда узлов (см. фиг. 2), позволяет существенно упростить конструкцию ЭИМ, повысить его надежность, значительно улучшить характеристики. Thus, the electric motor, combining the properties of a number of nodes (see Fig. 2), can significantly simplify the design of the EIM, increase its reliability, significantly improve performance.

На фиг. 3 приведены динамические характеристики электродвигателя и исполнительных механизмов типа МЭО-4, выполненных на базе быстроходных электродвигателей. По оси ординат отложены (в относительных единицах) значения скорости выходного вала η^* , средние за период прохождения кратковременного управляющего импульса (длительностью t). Как следует из приведенных графиков зависимости, характеризующих быстродействие электродвигателя, это наибольшей мере удовлетворяет требованиям ГОСТ на исполнительные механизмы (заштрихованная зона).In FIG. 3 shows the dynamic characteristics of the electric motor and actuators of the type MEO-4, made on the basis of high-speed electric motors. The ordinate axis shows (in relative units) the values of the speed of the output shaft η ^* , the average over the period of passage of the short-term control pulse (duration t). As follows from the above graphs of the dependence characterizing the speed of the electric motor, this most satisfies the requirements of GOST for actuators (shaded area).

Claims (3)

1. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий установленный в корпусе статор, выполненный в виде магнитопроводов с обмоткой, и ротор с магнитопроводом и магнитом, эксцентрично установленный в статоре и связанный с выходным валом посредством муфты, а со статором - кинематической парой, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде двух дисковых радиально намагниченных магнитов, установленных вдоль оси ротора на противоположных концах его магнитопровода, причем направления намагниченности первого и второго магнитов противоположны. 1. ELECTRIC MOTOR, comprising a stator installed in the housing, made in the form of magnetic circuits with a winding, and a rotor with a magnetic circuit and magnet, eccentrically mounted in the stator and connected to the output shaft by means of a coupling, and with the stator - a kinematic pair, characterized in that the rotor is made in in the form of two disk radially magnetized magnets mounted along the axis of the rotor at opposite ends of its magnetic circuit, and the directions of magnetization of the first and second magnets are opposite. 2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что кинематическая пара выполнена в виде фрикционной передачи. 2. The electric motor according to claim 1, characterized in that the kinematic pair is made in the form of a friction gear. 3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что кинематическая пара выполнена в виде зубчатой передачи. 3. The electric motor according to claim 1, characterized in that the kinematic pair is made in the form of a gear transmission.

Images