Вентильный дисковый двигатель с компенсацией паразитных аксиальных сил за счет применения специальной магнитной муфты
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при конструировании и производстве электродвигателей постоянного тока с проволочной обмоткой якоря. Двигатель содержит корпус 6, заключающий в себя ротор 1, выполненный в виде постоянного магнита, датчик положения ротора, статор с находящейся на нем якорной обмоткой 2, коммутатора. Ротор 1, с размещенным в его центре подшипником 7, и статор 2 насажены на общий вал 4, и разделены между собой воздушной прослойкой. Ротор 1 и статор 2 обращены к друг другу намагниченными поверхностями. В центральных областях статора 2 и ротора 1 расположены два когтеобразно намагниченных кольцевых постоянных магнита 5, расположенных таким образом, что одноименные полюса находятся один над другим. При коммутации тока в линиях обмотки 3 статора 2, напряжение и направление которого формируется в зависимости от положения ротора 1, вектора намагниченности секторов статора 2 ориентируются в определенном направлении. В результате взаимодействия магнитных потоков ротора 1 и секторов статора 2 создается вращающий момент, который стремится развернуть ротор 1, но при повороте ротора под действием датчика положения ротора происходит переключение обмоток и поток якоря поворачивается на следующий шаг. Взаимодействие магнитного поля ротора-магнита 1 с протекающими токами создает тангенциальные силы, которые обеспечивают вращение ротора 1. Взаимодействие постоянного дискового магнита 1 с ферромагнитным статором 2 создает аксиальные силы, которые оказывают значительную нагрузку на подшипниковую систему 7. Размещение когтеобразно намагниченных постоянных кольцевых магнитов позволяет компенсировать аксиальную составляющую, не влияя на полезную тангенциальную силу.
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при конструировании и производстве дисковых электродвигателей постоянного тока с проволочной обмоткой якоря.
Известны устройства подобных двигателей описанные в патентах RU 
2006143 5 Н02К 29/00, опубл. 1994.01.15, содержащий статор с многофазной обмоткой, цилиндрический ротор с радиально намагниченными постоянными магнитами, датчики положения ротора, состоящие из размещенных у торца ротора ферромагнитных сердечников с обмотками, отличающийся тем, что, с целью упрощения и расширения функциональных возможностей, ферромагнитные сердечники выполнены в виде одной детали - плоского кольца, обмотки намотаны вокруг спинки кольца и на обращенной к ротору торцевой поверхности кольца размещены магниточувствительные элементы.
Недостатком такого устройства является узкая область применения такого двигателя в отличие от дискового двигателя.
Наиболее близким к полезной модели является вентильный дисковый двигатель RU 2274766 опубл. 20.04.2006, содержащий ротор, выполненный в виде постоянного магнита, датчик положения ротора, статор с находящейся на нем якорной обмоткой, коммутатор. Ротор изготавливают в виде диска из постоянного магнита с чередованием северных и южных полюсов, расположенных на его поверхности. В центре ротора расположен подшипник. Ротор вместе с подшипником посажен на вал и отделен от статора через воздушную прослойку. Статор выполнен в виде диска из ферромагнитного вещества и имеет центральную посадку на вал. Одна из поверхностей статора разбита на сектора, разделенные между собой пазами, в которые укладываются линии обмотки. Напряжение питания обмоток двигателя и направление тока в них формируется в зависимости от положения ротора. При пропускании тока сектора намагничиваются в определенном направлении. В результате взаимодействия потока якоря и возбуждения создается вращающий момент М, который стремится развернуть ротор так, чтобы потоки якоря и возбуждения совпали, но при повороте ротора под действием датчика положения ротора происходит переключение обмоток и поток якоря поворачивается на следующий шаг.
Недостатком такой системы является наличие значительных нагрузок на подшипники, обусловленное большими силами притяжения полюсов постоянного магнита-ротора к ферромагнитному статору, значительно превышающих полезный момент двигателя, что приводит к ускоренному износу подшипников, а также к понижению коэффициента полезного действия за счет большой величины трения.
Технической задачей полезной модели является значительное снижение нагрузок, приходящихся на подшипниковую систему, что позволит повысить надежность и увеличить ресурс работы вентильного дискового двигателя, повысить коэффициент его полезного действия.
Эта техническая задача достигается тем, что в известной конструкции дискового вентильного электродвигателя в центральных частях статора, который изготовлен из ферромагнитного вещества с выполненными пазами для линий обмотки, и ротора, выполненного из постоянного магнита с чередованием полюсов, на сторонах, обращенных к друг другу, коаксиально помещаются дисковые постоянные магниты с радиусами значительно меньшими радиусов ротора, статора. Эта магнитная система намагничена когтеобразно так, что магнитные полюса представляют собой концентрические кольца с большим четным количеством чередующихся полюсов, расположенных на одной из поверхностей каждого магнита. Располагаются данная магнитная система так, что одноименные полюса были расположены строго один над другим. Таким образом, данные магниты представляют собой намагниченные кольцевые системы, в центре которых имеются посадочные места для размещения подшипников и закрепления на валу статора. За счет больших сил отталкивания между одноименными полюсами, возникающих при значительном сближении многополюсных кольцевых магнитов, обеспечивается преодоление сил притяжения полюсов постоянного магнита-ротора к одноименным полюсам статора. Это обусловлено резким возрастанием сил притяжения и отталкивания многополюсных магнитов при сближении их на расстояние меньшее и сравнимое с протяженностью полюса. Таким образом, помещение постоянных кольцевых магнитов в центральных частях ротора и статора, при обращенных намагниченных сторонах друг к другу, позволяет добиться снятия значительной нагрузки с подшипниковой системы дисковых электродвигателей.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид расположения ротора и статора в случае двухполюсного ротора в вентильном дисковом электродвигателе, на фиг.2 приведен внешний вид кольцевых постоянных магнитов, намагниченных когтеобразно.
Вентильный дисковый двигатель содержит корпус 6, внутри которого расположены ротор 1, статор 2, которые насажены на вал 4. Поверхность статора, обращенная к ротору, разбита на сектора, разделенные пазами с линиями обмотки 3. В центральных частях ротора и статора расположены два коаксиальных кольцеобразно намагниченных магнита 5.
Вентильный дисковый двигатель работает следующим образом.
Через линии обмотки статора 2 коммутируется ток, напряжение и направление которого формируется в зависимости от положения ротора 1. В результате чего, вектора намагниченности секторов статора 2 ориентируются в определенном направлении. В результате взаимодействия магнитных потоков якоря и возбуждения создается вращающий момент, который стремится развернуть ротор так, чтобы потоки якоря и возбуждения совпали, но при повороте ротора под действием датчика положения ротора происходит переключение обмоток и поток якоря поворачивается на следующий шаг.
Взаимодействие магнитного поля постоянного магнита с протекающими токами создают тангенциальные силы, обеспечивающие вращение ротора. Взаимодействие магнита-ротора с ферромагнитным материалом статора создает аксиальные силы, бесполезно нагружающие подшипниковую систему. Размещение когтеобразно намагниченных постоянных кольцевых магнитов позволяет компенсировать аксиальную составляющую, не влияя на полезную тангенциальную силу.
Такая конструкция обеспечивает вращение ротора за счет коммутации обмоток статора. Для компенсации сил притяжения магнитного поля, создаваемого ротором 1, выполненного в виде постоянного магнита с двумя магнитными полюсами, и статором 2, изготовленным из ферромагнитного вещества, намагничивающихся при протекании тока через линии обмотки 3, в центральные части ротора и статора помещаются два коаксиальных многополюсных магнита 5, намагниченных кольцеобразно. Намагниченные магниты 5 размещены таким образом, что одноименные полюса располагаются точно друг над другом. Сила отталкивания таких многополюсных магнитов при их сближении на расстояние меньшее протяженности магнитных полюсов, превосходят силы притяжения, обусловленные взаимодействием ротора 1 и намагниченных секторов статора 2.
Использование полезной модели в вентильном дисковом электродвигателе позволяет снимать нагрузку с подшипниковой системы и обеспечивать надежность и высокий срок службы двигателя.
Вентильный дисковый двигатель содержит постоянные кольцевые многополюсные магниты с четным количеством полюсов, причем ширина полюсов выбирается много меньше, чем полюсное деление, располагаются в центральных областях дискового ротора, выполненного из постоянного магнита с чередованием северного и южного полюсов, и статора, изготовленного из ферромагнитного материала в виде диска, одна сторона которого разбита на сектора, разделенных между собой пазами, в которые укладываются линии обмотки, и обеспечивают снятие значительной аксиальной нагрузки с подшипников вентильного дискового электродвигателя за счет больших сил отталкивания между одноименными полюсами, возникающих при значительном сближении данных кольцевых магнитов на расстояние, меньшее протяженности их полюсов, что позволяет скомпенсировать аксиальную составляющую, не влияя на тангенциальную силу, увеличивая надежность и срок службы двигателя.
