RU2252476C2

RU2252476C2 - Electric motor

Info

Publication number: RU2252476C2
Application number: RU2003113138/11A
Authority: RU
Inventors: С.В. Колесников (RU); С.В. Колесников; В.К. Копров (RU); В.К. Копров; нин В.Г. Соб (RU); В.Г. Собянин; С.А. Телков (RU); С.А. Телков; А.В. Бакулин (RU); А.В. Бакулин
Original assignee: Министерство Российской Федерации по атомной энергии-Минатом РФ
Priority date: 2003-05-05
Filing date: 2003-05-05
Publication date: 2005-05-20

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: proposed electric motor that can be used in electromagnetic drives of actuating mechanisms for turning the latter through certain angle and locking them in extreme positions has stator carrying at least one control winding and rotor with poles in the form of layers of permanent magnets disposed at ends of rotor magnetic circuit. Side surfaces of rotor bear symmetrical slots whose sizes are chosen to ensure saturation of rotor magnetic circuit material. Slots accommodate additional layers of permanent magnets whose poles coincide with adjacent poles of rotor.

EFFECT: enhanced force of interaction between magnets and stator field; improved characteristics and enhanced speed of motor.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитным приводам исполнительных механизмов, и может быть использовано для поворота исполнительного механизма на некоторый угол с фиксацией в крайних положениях.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to electromagnetic actuators of actuators, and can be used to rotate the actuator to a certain angle with fixation in extreme positions.

Известен “Электромагнитный переключатель” (АС №741333, H 01 h 36/00, H 01 p 1/10, опубл. в БИ №22 от 15.06.1980), состоящий из явнополюсного якоря и статора с обмоткой, расположенной на незамкнутом магнитопроводе, который выполнен с зазором и имеет на своих концах полюсные наконечники, ориентированные в сторону якоря. Расположение одного из полюсов (магнитов) на максимальном удалении от ближайшего полюсного наконечника, когда другой полюс (магнит) находится на минимальном, приводит к существенному рассеянию поля от этого (дальнего) постоянного магнита на статор и, как следствие, существенному ослаблению силы его взаимодействия с полюсным наконечником, что в свою очередь приводит к уменьшению момента магнитных сил на валу якоря.Famous “Electromagnetic switch” (AC No. 741333, H 01 h 36/00, H 01 p 1/10, published in BI No. 22 dated 06/15/1980), consisting of a clearly pole armature and a stator with a winding located on an open magnetic circuit, which is made with a gap and has at its ends pole pieces oriented towards the anchor. The location of one of the poles (magnets) at a maximum distance from the nearest pole tip, when the other pole (magnet) is at the minimum, leads to a significant scattering of the field from this (distant) permanent magnet to the stator and, as a result, a significant weakening of the force of its interaction with pole tip, which in turn leads to a decrease in the moment of magnetic forces on the armature shaft.

Наиболее близким к заявляемому электродвигателю является “Электродвигатель, магнитная цепь которого содержит тонкий слой магнитотвердого материала” (США, патент №3539845, H 02 k 21/12, опубл. 10.11.1970), содержащий статор с обмоткой и магнитомягкий ротор с полюсами в виде слоев из постоянных магнитов, размещенных на его концах. В указанном “Электродвигателе...”, выбранном за прототип, ротор имеет два устойчивых положения при обесточенной обмотке, обусловленных наличием постоянных магнитов на его концах. При подаче напряжения на обмотку в статоре возникает магнитный поток, проходящий через слои магнита и магнитопровод ротора, при взаимодействии которого с магнитным потоком постоянных магнитов ротора создается движущий момент на его валу. При этом, чем больше расстояние между магнитами и наконечниками статора, тем меньшая часть статорного потока проходит через слои магнита и, следовательно, меньше сила их взаимодействия, и тем большая часть потока статора проходит через магнитопровод ротора, создавая противодействующую полезным магнитным силу.Closest to the claimed electric motor is “An electric motor, the magnetic circuit of which contains a thin layer of hard magnetic material” (US Patent No. 3539845, H 02 k 21/12, publ. 10.11.1970), containing a stator with a winding and a soft magnetic rotor with poles in the form layers of permanent magnets placed at its ends. In the indicated “Electric motor ...”, selected for the prototype, the rotor has two stable positions with a de-energized winding, due to the presence of permanent magnets at its ends. When voltage is applied to the winding in the stator, a magnetic flux occurs, passing through the layers of the magnet and the rotor magnetic circuit, which, when interacting with the magnetic flux of permanent rotor magnets, creates a torque on its shaft. In this case, the greater the distance between the magnets and the stator tips, the smaller the stator flux passes through the magnet layers and, therefore, the less is the force of their interaction, and the greater the stator flux passes through the rotor magnetic circuit, creating an antagonizing useful magnetic force.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании электродвигателя с максимально возможным удельным моментом и быстродействием.The problem to which the invention is directed, is to create an electric motor with the highest possible specific moment and speed.

Технические результаты, достигаемые при осуществлении изобретения, состоят в повышении эффективности работы магнитной системы ротора и, как следствие, увеличении удельного момента и быстродействия двигателя.The technical results achieved by the implementation of the invention are to increase the efficiency of the magnetic system of the rotor and, as a result, increase the specific torque and engine speed.

Это достигается тем, что в электродвигателе, содержащем статор, по крайней мере, с одной обмоткой управления и ротор с полюсами в виде слоев из постоянных магнитов, размещенных на концах магнитопровода ротора, новым является то, что на боковых поверхностях ротора выполнены симметричные пазы, размеры которых выбраны из условия насыщения материала магнитопровода ротора, внутри пазов размещены дополнительные слои из постоянных магнитов, полюса которых совпадают с соседними полюсами ротора.This is achieved by the fact that in an electric motor containing a stator with at least one control winding and a rotor with poles in the form of layers of permanent magnets located at the ends of the rotor magnetic circuit, new is that symmetrical grooves are made on the side surfaces of the rotor, dimensions which are selected from the condition of saturation of the material of the rotor magnetic circuit, additional layers of permanent magnets are placed inside the grooves, the poles of which coincide with the adjacent poles of the rotor.

Выполнение симметричных пазов на боковых поверхностях ротора, размеры которых выбраны из условия насыщения материала магнитопровода ротора при нахождении его в устойчивом положении, и размещение внутри пазов дополнительных слоев из постоянных магнитов таким образом, чтобы их полюса совпадали с соседними полюсами ротора, при прочих равных условиях (по сравнению с прототипом), организует прохождение практически всего рабочего потока со статора через слои магнита на всем рабочем угле поворота вала ротора и значительно уменьшает паразитные поля рассеяния через магнитопровод ротора, что приводит к увеличению силы взаимодействия магнитов с полем статора, улучшению (гармонизации) ее характеристики и, как следствие, увеличению быстродействия двигателя.Performing symmetrical grooves on the side surfaces of the rotor, the dimensions of which are selected from the condition of saturation of the material of the rotor magnetic circuit when it is in a stable position, and placing additional layers of permanent magnets inside the grooves so that their poles coincide with the adjacent rotor poles, all other things being equal ( compared with the prototype), organizes the passage of almost the entire working stream from the stator through the magnet layers at the entire working angle of rotation of the rotor shaft and significantly reduces the parasite s stray fields through the rotor yoke, which increases the strength of interaction with the field magnets of the stator, to improve (harmonization) and its characteristics, as a consequence, increase in engine speed.

На чертеже изображен электродвигатель в состоянии, когда обмотка управления находится под напряжением.The drawing shows an electric motor in a state where the control winding is energized.

Электродвигатель содержит статор 1, изготовленный из магнитомягкого материала, с симметрично намотанной на нем обмоткой управления 2. Между полюсными наконечниками статора размещен магнитомягкий ротор 3 с полюсами из слоев постоянных магнитов 4 на его концах. На боковых поверхностях ротора 3 выполнены симметричные пазы, размеры которых выбраны из условия насыщения материала магнитопровода ротора. При этом учитываются конструктивные параметры электромагнитной системы и магнитные свойства применяемых материалов. Внутри пазов размещены дополнительные слои 5 из постоянных магнитов, полюса которых совпадают с соседними полюсами магнитов 4.The electric motor comprises a stator 1 made of soft magnetic material, with a control winding symmetrically wound thereon 2. A soft magnetic rotor 3 with poles of permanent magnet layers 4 at its ends is placed between the pole tips of the stator. Symmetrical grooves are made on the lateral surfaces of the rotor 3, the dimensions of which are selected from the condition of saturation of the material of the rotor magnetic circuit. In this case, the design parameters of the electromagnetic system and the magnetic properties of the materials used are taken into account. Inside the grooves are additional layers 5 of permanent magnets, the poles of which coincide with the adjacent poles of the magnets 4.

Электродвигатель работает следующим образом. При отсутствии напряжения на управляющей обмотке 2 полюса ротора 3 из постоянных магнитов 4, притягиваясь к полюсным наконечникам статора 1, удерживают ротор в положении устойчивого равновесия. При подаче на управляющую обмотку 2 напряжения определенной величины и полярности намагничивающая сила обмотки уменьшает намагничивающую силу магнитов 4 (пересиливает магниты), при этом ротор 3 перемещается (поворачивается по часовой стрелке согласно чертежу), магниты 4 удаляются от полюсных наконечников статора 1, поле которых, продолжая взаимодействовать уже с магнитами 5, поворачивает ротор 3 до положения неустойчивого равновесия (полюса ротора 3 расположены в ортогональном направлении к полюсным наконечникам статора 1). Пролетая по инерции положение неустойчивого равновесия, ротор 3 уже под действием суммарных сил притяжения магнитов 4, 5 к полюсным наконечникам и согласованным полюсам, создаваемым обмоткой, снова приходит в положение устойчивого равновесия. Далее непрерывное движение ротора 3 может продолжаться только при смене полярности напряжения, подаваемого на управляющую обмотку.The electric motor operates as follows. In the absence of voltage on the control winding 2, the poles of the rotor 3 of the permanent magnets 4, being attracted to the pole tips of the stator 1, hold the rotor in a stable equilibrium position. When a certain magnitude and polarity voltage is applied to the control winding 2, the magnetizing force of the winding decreases the magnetizing force of the magnets 4 (overpowers the magnets), while the rotor 3 moves (rotates clockwise according to the drawing), the magnets 4 are removed from the pole tips of stator 1, the field of which, continuing to interact already with magnets 5, rotates the rotor 3 to the position of unstable equilibrium (the poles of the rotor 3 are located in the orthogonal direction to the pole tips of the stator 1). Passing by inertia the position of unstable equilibrium, rotor 3, already under the action of the total attractive forces of magnets 4, 5 to the pole pieces and the coordinated poles created by the winding, returns to the position of stable equilibrium. Further, the continuous movement of the rotor 3 can continue only when the polarity of the voltage supplied to the control winding changes.

При наличии упоров, ограничивающих угол поворота ротора, электродвигатель также может выполнять функцию поляризованного электромагнита с двумя устойчивыми положениями равновесия, ротор которого перекидывается при смене полярности напряжения на обмотке.In the presence of stops restricting the angle of rotation of the rotor, the motor can also perform the function of a polarized electromagnet with two stable equilibrium positions, the rotor of which is thrown when the polarity of the voltage across the winding changes.

Claims

An electric motor containing a stator with at least one control winding and a rotor with poles in the form of layers of permanent magnets located at the ends of the rotor magnetic circuit, characterized in that symmetrical grooves are made on the side surfaces of the rotor, the dimensions of which are selected from the condition of saturation of the rotor magnetic circuit material, additional grooves of permanent magnets are placed inside the grooves, the poles of which coincide with the adjacent poles of the rotor.