RU2141159C1 - Permanent-magnet torque motor - Google Patents
Permanent-magnet torque motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2141159C1 RU2141159C1 RU98114961A RU98114961A RU2141159C1 RU 2141159 C1 RU2141159 C1 RU 2141159C1 RU 98114961 A RU98114961 A RU 98114961A RU 98114961 A RU98114961 A RU 98114961A RU 2141159 C1 RU2141159 C1 RU 2141159C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnets
- rotor
- control unit
- alternating
- hollow shaft
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Brushless Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам с бесконтактной коммутацией секций обмоток статора в зависимости от положения ротора с помощью преобразователя частоты, т.е. к вентильным электродвигателям, получающим питание от источника постоянного тока. The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to electric machines with non-contact switching sections of the stator windings depending on the position of the rotor using a frequency converter, i.e. to valve motors powered by a direct current source.
Известны магнитоэлектрические моментные двигатели (ММД), содержащие статор с обмоткой и ротор с постоянными магнитами, с неподвижной осью, со ступицей и регулировочными кольцами, размещенными на оси, при этом тороидальные магнитопроводы выполнены с трапецеидальными зубьями (1). Known magnetoelectric torque motors (MMD), containing a stator with a winding and a rotor with permanent magnets, with a fixed axis, with a hub and adjusting rings placed on the axis, while the toroidal magnetic circuits are made with trapezoidal teeth (1).
Известны ММД постоянного тока с дисковыми якорями и магнитами, установленными на кольцевой обойме с двух ее противоположных сторон, с ферромагнитными кольцевыми обоймами, снижающими уровень помех коллекторных пульсаций двигателя (2). Known MMD DC with disk anchors and magnets mounted on an annular yoke from its two opposite sides, with ferromagnetic annular yokes that reduce the noise level of the collector pulsations of the engine (2).
Существенными недостатками упомянутых устройств являются низкая удельная мощность и значительные нагрузки на подшипники вала двигателя. Significant disadvantages of these devices are low power density and significant loads on the motor shaft bearings.
Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому техническому решению является "Якорь для вентильного электродвигателя торцевого типа" (3), содержащий статор с платой, на которой расположены соединенные в секции катушки квазикольцевой формы, блок управления, составленный из N ветвей для периодического подключения секций к источнику питания, N датчиков Холла, размещенных во внутреннем пространстве секций, выходы которых соединены соответственно с управляющими входами ветвей блока управления, ротор с тороидальным магнитом, с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью. Closest to the technical nature of the proposed technical solution is "Anchor for a gate type end-face electric motor" (3), containing a stator with a circuit board, on which are located a section of a quasi-ring shaped coil, a control unit composed of N branches for periodically connecting the sections to the source power supply, N Hall sensors located in the inner space of the sections, the outputs of which are connected respectively to the control inputs of the branches of the control unit, a rotor with a toroidal magnet, with an axial th magnetization and alternating polarity.
Недостатком устройства, как и аналогов, является низкая удельная мощность и большие нагрузки на подшипники вала. The disadvantage of the device, as well as analogues, is the low power density and large loads on the shaft bearings.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание ММД с высокой удельной мощностью и малыми нагрузками на подшипники вала, приводящими к повышению надежности двигателя. The objective of the invention is to eliminate these drawbacks and the creation of MMD with high specific power and low loads on the shaft bearings, leading to increased reliability of the engine.
Задача решается тем, что предлагаемый ММД содержит статор с платой и соединенные в секции катушки квазикольцевой формы, блок управления, составленный из нескольких ветвей для периодического подключения секций к источнику питания, датчиков перемещения ротора, выводы которых соединены с управляющими входами ветвей блока управления, ротор с тороидальным магнитом, с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью, отличающийся тем, что двигатель снабжен дополнительными магнитами, упирающимися в торцы крайних магнитов магнитопроводами, на подшипниках, сидящих на полом валу статора, чередующимися с магнитами электрическими блоками, содержащими плату и радиатор, в пазах которого установлены секции катушек и датчики положения ротора, при этом все магниты установлены в обоймах, соединенных между собой и с магнитами с образованием тороидальных зазоров, в пространстве которых размещены электрические блоки, причем чередующиеся магнитные поля магнитов направлены навстречу друг другу, а выводы датчиков положения ротора и секции катушек в рядах электрических блоков соединены последовательно или параллельно или последовательно-параллельно и через отверстия полого вала подключены к блоку питания и блоку управления. The problem is solved in that the proposed MMD contains a stator with a circuit board and connected in a quasi-ring coil section, a control unit composed of several branches for periodically connecting the sections to a power source, rotor displacement sensors, the outputs of which are connected to the control inputs of the control unit branches, the rotor with a toroidal magnet, with axial magnetization and alternating polarity, characterized in that the motor is equipped with additional magnets abutting against the ends of the extreme magnets to the magnetic circuits and, on bearings sitting on the hollow shaft of the stator, alternating with magnets electrical units containing a circuit board and a radiator, in the grooves of which are mounted coil sections and rotor position sensors, while all magnets are mounted in cages interconnected with magnets with the formation of toroidal the gaps in the space of which the electrical units are placed, and the alternating magnetic fields of the magnets are directed towards each other, and the outputs of the rotor position sensors and coil sections in the rows of electrical units are connected s in series or in parallel or in series-parallel and through the hollow bore of the shaft connected to the power supply and control unit.
ММД может отличаться тем, что обмотки катушек выполнены из ленты, покрытой изоляцией, и изготовлены из электропроводного и магнитомягкого материала. MMD may differ in that the windings of the coils are made of tape coated with insulation and are made of electrically conductive and soft magnetic material.
Конструкция и принцип работы двигателя поясняются чертежами, где:
- на фиг. 1 показан один из вариантов ММД с внешним ротором, состоящим из трех тороидальных магнитов, установленных в обоймах, с двумя электрическими блоками, закрепленными на полом валу статора, и через отверстия полого вала подключены к блокам управления и питания;
- на фиг. 2 приведена схема электрическая, принципиальная ММД с блоком управления, состоящим из силовых ключей, и блоком питания;
- на фиг. 3 - конструкция электрического блока, содержащего коммутационную плату и радиатор, в пазах которого установлены ленточные катушки и датчики положения ротора, например датчики Холла;
- на фиг. 4 - топология коммутационной платы, обеспечивающая соединение катушек в секции и соединение датчиков положения ротора между собой и с другими блоками;
- на фиг. 5 - эпюры напряжений и токов в электрических блоках в зависимости от положения секций катушек и чередующегося магнитного поля ротора.The design and operation of the engine are illustrated by drawings, where:
- in FIG. 1 shows one of the MMD variants with an external rotor, consisting of three toroidal magnets mounted in clips, with two electrical units fixed to the stator hollow shaft, and connected to the control and power units through the openings of the hollow shaft;
- in FIG. 2 shows an electrical schematic diagram of an MMD with a control unit consisting of power switches and a power supply;
- in FIG. 3 is a design of an electrical unit comprising a patch board and a radiator, in the slots of which are mounted ribbon coils and rotor position sensors, for example, Hall sensors;
- in FIG. 4 - topology of the circuit board, providing a connection of the coils in the section and the connection of the rotor position sensors with each other and with other blocks;
- in FIG. 5 - diagrams of voltages and currents in electrical units depending on the position of the coil sections and the alternating magnetic field of the rotor.
Двигатель содержит два магнитопровода 1 на подшипниках 2, сидящих на полом валу 3 статора и упирающихся в торцы крайних магнитов 4. Три магнита 4 чередуются с двумя электрическими блоками 5, содержащими коммутационную плату 6 и радиатор 7. The engine contains two
Коммутационная плата 6 электрически соединяет шесть ленточных катушек 8 в три парных секции и три датчика положения 9, например датчика Холла, с блоком управления 12. Секции катушек 8 смещены друг относительно друга на 60o, а датчики положения ротора на 120o. Катушки 8 и датчики установлены в пазах радиатора 7, который обеспечивает отвод тепла и механическую прочность электрического блока 5. Все магниты 4 установлены в обоймах 10, соединены механически между собой и с магнитопроводами 1, с образованием тороидальных зазоров 11, в пространстве которых размещены электрические блоки 5, закрепленные на полом валу 3 статора.The
Ряды магнитов 4 установлены в обоймах 10 таким образом, что их чередующиеся магнитные поля направлены навстречу друг другу (см. фиг. 5) и замыкаются магнитопроводами 1, при этом напряженность магнитного поля всех магнитов 4 суммируется в тороидальных зазорах 11. The rows of
При выполнении катушек 9 из электроизолированной, электропроводной ленты, изготовленной из магнитомягких материалов, например из пермаллоя, магнитное сопротивление в тороидальном зазоре уменьшается и, соответственно, возрастает напряженность магнитного поля в зазоре. При этом КПД двигателя возрастает, увеличивается его мощность. Это сопровождается увеличением напряженности магнитного поля в рабочем зазоре 11 и снижением нагрузки на подшипники вала двигателя. When the
Выходы датчиков положения 9 через отверстия полого вала подключены к входам блока управления 12, и в процессе вращения ротора они формируют три группы сигналов управления силовыми ключами 14, в коллекторные цепи которых подключены секции катушек 8, соединенные другими выводами с блоком питания 13. При этом, секции катушек 8 в различных рядах электрических блоков соединены параллельно, возможно и последовательное, а также последовательно- параллельное подключение секций. При этом получаем возможность регулировать и управлять параметрами двигателя. The outputs of the
Управление переключением секций катушек 8 дает возможность изменять параметры ММД: мощность, число оборотов в минуту и направление вращения двигателя. The control of the switching sections of the
ММД предлагаемой конструкции работает следующим образом. MMD proposed design works as follows.
При подключении напряжения источника питания 13 ротор приходит во вращение, поскольку предложенное объединение рядов электрических блоков 5 и расположение магнитов 4 с чередующейся полярностью формирует в зазоре 11 напряженность электромагнитного поля, которое вызывает срабатывание датчиков положения 9 и, соответственно, происходит срабатывание силовых ключей 14, которые создают импульсные токи I1, I2, I3 в подключенных обмотках секций катушек 8 (фиг. 5).When the voltage of the
При этом возникает электродвижущая сила, действующая между катушками и магнитным полем тороидального зазора 11, в результате ротор двигателя приходит во вращение. In this case, an electromotive force arises between the coils and the magnetic field of the toroidal gap 11, as a result, the rotor of the motor comes into rotation.
Тороидальные магниты 4, установленные в обоймах 10 благодаря магнитопроводам 1, обеспечивают формирование магнитной подушки в тороидальном зазоре 11, в которых размещены два электрических блока 5, взаимодействие электрических и магнитных полей снижает нагрузку на подшипники ротора.
Потокосцепление суммарного магнитного поля магнитов 4 и электрического поля катушек 8, при прохождении через них токов, изменяется в зависимости от положения ротора, регулирующего с помощью датчиков положения возникновение в обмотках электродвижущей силы ψ1, ψ2, ψ3 (фиг. 5). Это приводит к возникновению магнитоэлектрических сил в каждом тороидальном зазоре 11, обеспечивающих создание вращающего момента на роторе при автоматическом переключении обмоток катушек 8 в чередующемся магнитном поле ротора двигателя.The flux linkage of the total magnetic field of the
Из эпюр фиг. 5 следует, что предложенная конструкция ММД обеспечивает суммирование напряженности магнитных полей нескольких тороидальных магнитов в тороидальном зазоре 11 и электрических полей нескольких электрических блоков 5. Таким образом появляется возможность получить высокую удельную мощность двигателя, а электромагнитная подушка рабочего зазора 11 позволяет снизить нагрузки на подшипники вала ротора, повышая надежность ММД. From the diagrams of FIG. 5 it follows that the proposed design of the MMD provides a summation of the magnetic fields of several toroidal magnets in the toroidal gap 11 and the electric fields of several
Изобретение позволяет суммировать напряженность магнитных и электрических полей в тороидальных рабочих зазорах двигателя путем набора необходимого количества стандартных электрических блоков и тороидальных магнитов и таким образом получать необходимую удельную мощность при высоком уровне унификации узлов и деталей. The invention allows to summarize the intensity of magnetic and electric fields in the toroidal working gaps of the engine by dialing the required number of standard electrical units and toroidal magnets and thus obtain the required specific power with a high level of unification of units and parts.
Литература:
1. Авт. свид. СССР N 1775807, М.Кл. H 02 К 23/54, Би 13, 91.Literature:
1. Auth. testimonial. USSR N 1775807, M.C. H 02 K 23/54, Bi 13, 91.
2. Авт. свид. СССР N 1640797, М.Кл. H 02 К 23/54, Би 42, 92. 2. Auth. testimonial. USSR N 1640797, M.C. H 02 K 23/54, Bi 42, 92.
3. Патент России N 1813229, М.Кл. H 02 К 29/06, Би 16, 93. 3. Patent of Russia N 1813229, M.C. H 02 K 29/06, Bi 16, 93.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98114961A RU2141159C1 (en) | 1998-07-30 | 1998-07-30 | Permanent-magnet torque motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98114961A RU2141159C1 (en) | 1998-07-30 | 1998-07-30 | Permanent-magnet torque motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2141159C1 true RU2141159C1 (en) | 1999-11-10 |
Family
ID=20209293
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98114961A RU2141159C1 (en) | 1998-07-30 | 1998-07-30 | Permanent-magnet torque motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2141159C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2454776C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-06-27 | Государственное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Thyratron motor |
RU2709471C1 (en) * | 2019-07-17 | 2019-12-18 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» | Brushless torque motor |
-
1998
- 1998-07-30 RU RU98114961A patent/RU2141159C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2454776C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-06-27 | Государственное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Thyratron motor |
RU2709471C1 (en) * | 2019-07-17 | 2019-12-18 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» | Brushless torque motor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11374442B2 (en) | Multi-tunnel electric motor/generator | |
US6121705A (en) | Alternating pole AC motor/generator with two inner rotating rotors and an external static stator | |
US20220302811A1 (en) | Multi-tunnel electric motor/generator | |
US11784523B2 (en) | Multi-tunnel electric motor/generator | |
US20200007016A1 (en) | Brushless electric motor/generator | |
US5015903A (en) | Electronically commutated reluctance motor | |
US4645961A (en) | Dynamoelectric machine having a large magnetic gap and flexible printed circuit phase winding | |
US7898135B2 (en) | Hybrid permanent magnet motor | |
US10263480B2 (en) | Brushless electric motor/generator | |
US4995159A (en) | Method of making an electronically commutated reluctance motor | |
US20230179057A1 (en) | Multi-tunnel electric machine | |
EP2340602B1 (en) | Permanent magnet operating machine | |
US4276490A (en) | Brushless DC motor with rare-earth magnet rotor and segmented stator | |
WO1988002192A1 (en) | Improved brushless d.c. motor | |
US20170133897A1 (en) | Axial Flux Electric Machine | |
US5105111A (en) | Electrical machine especially a D-C motor | |
JPS61180019A (en) | Magnetic bearing | |
US6037691A (en) | Dual excitation electrical machine, and especially motor vehicle alternator | |
US9831753B2 (en) | Switched reluctance permanent magnet motor | |
RU2147155C1 (en) | Current generator | |
RU2156191C2 (en) | Motorized wheel | |
RU2141159C1 (en) | Permanent-magnet torque motor | |
US4608505A (en) | Commutatorless d.c. electric motor | |
RU2141158C1 (en) | Face-mounted permanent-magnet torque motor | |
RU2146849C1 (en) | Overhung current generator |