Вентильный двигатель-генератор с изменяемой геометрией магнитной системы
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при конструировании и производстве электродвигателей с низкой номинальной частотой вращения принудительно вращающихся с высокой частотой, в частности электрических стартеров бензиновых и дизельных автомобильных двигателей.
Двигатель содержит ротор 2, выполненный в виде постоянного магнита, помещенного в корпус 3, несущий внешний центральный вал 4, статор 1, с находящейся на нем якорной обмоткой 5, выполнен в виде шихтованного набора листов электротехнической стали и имеет прямые пазы с выполненной намоткой из проводящей проволоки с определенным коэффициентом заполнения, концы обмотки питаются от аккумуляторной батареи. Статор имеет центральный паз, которым посажен на цилиндрический остов основания электродвигателя и посредством специального механизма продольного перемещения 7 имеет возможность поступательного движения вдоль оси вращения ротора до полного выдвижения из магнитной системы ротора. Перемещение статора вдоль цилиндрического остова основания электродвигателя ограничено двумя положениями. При запитывании обмоток статора силы, действующие на статор и ротор, направлены в противоположные стороны и при определенном направлении токов, питающих обмотки, статор будет испытывать усилие стремящее повернуть по направлению раскручивания по резьбе и посредством механизма продольного перемещения придет в крайнее положение 1. При включении обмоток статора в режиме генерации статор будет осуществлять под действием вращательной силы движение, отвечающее закручиванию по резьбе, и придет в крайнее положение 2, и полностью окажется выдвинутым из магнитной системы ротора.
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при конструировании и производстве электродвигателей с низкой номинальной частотой вращения принудительно вращающихся с высокой частотой, в частности электрических стартеров бензиновых и дизельных автомобильных двигателей.
Широко известны устройства двигателей с низкой номинальной чатотой вращения, в частности для этого применяются многополюсные вентильные двигатели
Известны устройства подобных двигателей, описанные в патентах RU 
2163689 F02N 5/04, опубл. 27.02.2001, использующееся в пусковых устройствах двигателей внутреннего сгорания, в частности к электрическим стартерам двигателей большого рабочего объема.
Недостатком такого устройства является, то что при принудительном раскручивании такого двигателя на статоре двигателя генерируется напряжение численно равное (Vномин./n номин.)*Nпринуд.вращ., где Vномин. - номинальное напряжение подаваемое на обмотки статора, на которое рассчитан электродвигатель, nномин. - количество оборотов, совершаемые ротором в минуту, при подаче на обмотки номинального напряжения, Nпринуд.вращ. - количество оборотов ротора в минуту, принудительно совершаемых с более высокой частотой. Повышенное напряжение требует повышение прочности электрической изоляции, а также применение блоков управления, рассчитанных на напряжение в несколько раз превышающих Vномин. Недостатком такого двигателя является, что при высокой частоте вращения в магнитомягком материале статора растут быстрее, чем пропорционально частоте вращения и достигают значения несколько раз превышающих потерь при номинальном напряжении.
Наиболее близким к полезной модели является двигатель, описанный в патенте 2123130 F02N 11/04, опубл. 10.12.1998, который может быть использован в работе электрического стартера - генератора переменного тока в автомобиле.
Часто применяемым решением является механическое отключение высокомоментного мотора от вала принудительно вращающегося со скоростью превышающей номинальные обороты двигателя. Такое решение применяется в большинстве электрических стартеров автомобильных двигателей, где отключение происходит выведения из зацепления дополнительной шестеренки, управляемой электромагнитом. Такое решение обладает низкой надежностью, не позволяет включать высоко моментные двигатели при вращающемся вале, а также не позволяет реализовать режим частичной мощности.
Сущность изобретения: вентильный двигатель - генератор содержит статор с обмоткой и ротор с постоянными магнитами, являющийся внешним по отношению к статору. Статор, посредством специального механизма продольного перемещения имеет возможность поступательного движения вдоль оси вращения ротора до полного выдвижения из магнитной системы ротора.
Техническая задача полезной модели состоит в замене устройства механического отключения высокомоментного мотора от вала принудительно вращающегося со скоростью превышающей номинальные обороты двигателя, частным примером является увеличение эксплуатационного срока работы автомобильного электрического стартера путем исключения таких механических устройств в его конструкции, как обгонная муфта и бендикс, служащих для предотвращения выхода из строя стартера после запуска основного двигателя автомобиля.
Эта техническая задача достигается тем, что известная конструкция стартера автомобиля подвергается существенным изменениям. Основной особенностью является использование бесколлекторного электродвигателя с внешним вращающимся ротором. Статор выполнен в виде шихтованного набора листов электротехнической стали и имеет прямые пазы с выполненной намоткой из проводящей проволоки с определенным коэффициентом заполнения, концы обмотки питаются от аккумуляторной батареи. Статор имеет центральный паз, которым посажен на цилиндрический остов основания электродвигателя и посредством специального механизма продольного перемещения имеет возможность поступательного движения вдоль оси вращения ротора до полного выдвижения из магнитной системы ротора. Перемещение статора вдоль цилиндрического остова основания электродвигателя ограничено двумя положениями. Положение 1 - крайнее положение, когда статор оказывается в верхней точке остова и ротор оказывается одетым на статор, таким образом, обеспечивается максимальная эффективность работы электродвигателя и служит рабочим положением при запуске электрического стартером двигателя автомобиля. В положении 2 статор оказывается полностью выдвинутым из магнитной системы ротора, что обеспечивает наименьшее взаимодействие магнитной пары статор-ротор.
Одним из конкретных механизмов реализации продольного перемещение является винтовая пара, внешняя часть резбы которой жестко связана со статором, а внутряняя с продольным валом. Если применяется правая винтовая резьба, то так как при запитывании обмоток статора силы, действующие на статор и ротор, направлены в противоположные стороны, при определенном направлении токов, питающих обмотки, статор будет испытывать усилие стремящее повернуть по направлению раскручивания по резьбе и по средством механизма продольного перемещения придет в крайнее положение 1. При включении обмоток статора в режиме генерации статор будет осуществлять под действием вращательной силы движение, отвечающее закручиванию по резьбе, и придет в крайнее положение 2, и полностью окажется выдвинутым из магнитной системы ротора.
Конструкция ротора, являющимся внешним по отношению к статору, включает в себя магнитное кольцо, намагниченное изнутри таким образом, что полюса представляют собой чередование полос, имеющих одинаковую протяженность, которое вставлено в корпус, несущий внешний центральный вал, который соединяет путем подшипниковой передачи вентильный электродвигатель с валом ведомого вращающегося соединения.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид вентильного двигателя, содержащего магнитную пару ротор-статор, на фиг.2 приведен разрез электродвигателя, когда статор находится в положении 1, на фиг.3 приведен разрез электродвигателя, когда статор находится в положении 2.
Вентильный двигатель с внешним ротором содержит статор, который посредством специального механизма продольного перемещения имеет возможность поступательного движения вдоль оси вращения ротора до полного выдвижения статора из магнитной системы ротора.
