Двигатель вентильный и способ его сборки

 

Изобретение относится к электротехнике приборостроению и может быть использовано, например, в стоматологии или при проведении граверных работ в качестве высокоскоростного привода. Сущность заявленного изобретения состоит в следующем: двигатель вентильный содержит корпус с первой опорой вращения, соосно расположенные в корпусе магнитопровод якоря, обмотку с лобовыми частями, одна из которых выполнена воронкообразной формы, ротор в виде вала с выходным концом, в полости которого размещен постоянный магнит и вторая опора вращения, а также сочлененный щит с осевым выступом, при этом выходной конец вала пропущен через опору вращения корпуса, а осевой выступ щита размещен во второй опоре вращения. Согласно изобретению, двигатель снабжен стаканом с осевым отверстием в дне, жестко установленным на валу и коаксиально последнему, магнитопровод закреплен на внутренней боковой стенке стакана, а обмотка размещена с зазором относительно внутренней поверхности магнитопровода якоря и жестко связана с корпусом со стороны ее лобовой части воронкообразной формы. Способ сборки предлагаемого двигателя вентильного включает в себя установку в корпусе, имеющем первую опору вращения, ротора в виде вала с выходным концом и расположенными в его полости постоянным магнитом и второй опорой вращения, пропускание выходного конца вала через опору вращения корпуса, размещение обмотки между внутренней поверхностью магнитопровода якоря и валом, сочленение корпуса и щита с одновременной установкой осевого выступа щита во второй опоре вращения и последующее крепление лобовой части обмотки воронкообразной формы. Согласно изобретению, перед размещением обмотки между внутренней поверхностью магнитопровода якоря и валом во внутрь магнитопровода якоря и на наружную поверхность вала устанавливают первую распорно-обжимную центрирующую втулку, затем устанавливают в ней обмотку, затем устанавливают вторую распорно-обжимную втулку между внутренней поверхностью обмотки и втулкой, а после крепления лобовой части воронкообразной формы осуществляют расчленение корпуса и щита с закрепленной на нем обмоткой, затем распорно-обжимные центрирующие втулки удаляют и производят повторное, окончательное сочленение корпуса и щита с закрепленной на нем обмоткой. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в расширении диапазона рабочих скоростей двигателя и повышении КПД. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области приборостроения и электротехники и может быть использовано в стоматологии и при проведении граверных работ в качестве привода для режущего инструмента.

Известен электродвигатель, содержащий корпус, установленный на валу ротор, размещенный в корпусе статор в виде магнитной системы, коммутационный узел и пару подшипников, которые установлены по концам вала с возможностью разворота в корпусе.

Способ сборки электродвигателя включает в себя размещение в корпусе статора и подшипников, крепление ротора на валу, установку вала в подшипниках внутри стартера и установку коммутационного узла с одновременной ориентацией его положения относительно статора [1].

Известен двигатель вентильный (машина электрическая), содержащий корпус, расположенные в корпусе якорь с обмоткой, ротор в виде вала с полостью под постоянный магнит, а также пару подшипников под концы вала, размещенные в корпусе.

Способ сборки двигателя включает в себя крепление в корпусе якоря с обмоткой и подшипниковых узлов и установку вала с магнитной системой на подшипниковых узлах внутри обмоток якоря [2].

Наиболее близким техническим решение (прототипом) к предлагаемому изобретению является двигатель вентильный, содержащий корпус с первой опорой вращения, соосно расположенный в корпусе магнитопровод якоря, обмотку с лобовыми частями, одна из которых выполнена воронкообразной формы, ротор в виде вала с выходным концом, в полости которого размещен постоянный магнит и вторая опора вращения, а также сочлененный с корпусом щит с осевым выступом, при этом выходной конец вала пропущен через опору вращения корпуса, а осевой выступ щита размещен в опоре вала.

Способ сборки двигателя вентильного включает в себя установку в корпусе, имеющем первую опору вращения, ротора в виде вала с выходным концом и с вмонтированным в его полости постоянным магнитом и второй опорой вращения, а также с закрепленным соосно валу магнитопроводом якоря, пропускание выходного конца вала через опору вращения корпуса, размещение обмотки, имеющей одну лобовую часть воронкообразной формы, между внутренней поверхностью магнитопровода якоря и валом, сочленение корпуса и щита, имеющего торцовое углубление и осевой выступ, с одновременной установкой осевого выступа щита в опоре полости вала и последующее крепление лобовой части обмотки воронкообразной формы в торцовом углублении щита [3].

Недостатком всех вышеперечисленных технических решений являются возникающие "вихревые токи", достигающие больших величин при значительных скоростях вращения ротора (за счет высоких относительных скоростей между магнитом и "железом"), что приводит к перегреву двигателя и, как следствие, к необходимости создания принудительного охлаждения (воздушного при числе оборотов ротора до 70000 и водяного /жидкостного/ при числе оборотов свыше 70000).

Вышеуказанный эффект также понижает КПД систем, создаваемых на базе известных электродвигателей и снижая диапазон допустимых скоростей вращения при непрерывной эксплуатации изделия в течение значительного периода времени.

С помощью предлагаемого технического решения достигается новый технический результат, заключающийся в расширении диапазона рабочих скоростей электродвигателя (без принудительного охлаждения) и увеличении КПД.

В соответствии с предлагаемым изобретением технический результат достигается тем, что двигатель вентильный, содержащий корпус с первой опорой вращения, соосно расположенные в корпусе магнитопровод якоря, обмотку с лобовыми частями, одна из которых выполнена воронкообразной формы, ротор в виде вала с выходным концом, в полости которого размещен постоянный магнит и вторая опора вращения, а также сочлененный с корпусом щит с осевым выступом, при этом выходной конец вала пропущен через опору вращения корпуса, а осевой выступ щита размещен в опоре вращения вала, дополнительно содержит стакан с осевым отверстием в дне, жестко установленный на валу и коаксиально последнему, магнитопровод якоря закреплен на внутренней боковой стенке стакана, при этом обмотка размещена с зазором относительно внутренней поверхности магнитопровода якоря и жестко связана с корпусом со стороны ее лобовой части воронкообразной формы.

Кроме того, обмотка своей лобовой частью воронкообразной формы вклеена в торцовое углубление, предусмотренное на щите со стороны его осевого выступа.

Кроме того, вторая лобовая часть обмотки выполнена выступающей в сторону оси обмотки.

Кроме того, стакан выполнен с осевыми выступами по обе стороны относительно его дна.

В способе сборки двигателя вентильного, включающем установку в корпусе, имеющем первую опору вращения, ротора в виде вала с выходным концом и с вмонтированным в его полости постоянным магнитом и второй опорой вращения, а также с закрепленным через стакан соосно валу магнитопроводом якоря, пропускание выходного конца вала через опору вращения корпуса, размещение обмотки, имеющей одну лобовую часть воронкообразной формы, между внутренней поверхностью магнитопровода якоря и валом, сочленение корпуса и щита, имеющего торцовое углубление и осевой выступ, с одновременной установкой осевого выступа щита в опоре полости вала и последующее крепление лобовой части обмотки воронкообразной формы в торцовом углублении щита, дополнительно перед размещением обмотки между внутренней поверхностью магнитопровода якоря и валом, вовнутрь магнитопровода якоря вставляют первую распорно-обжимную центрирующую втулку с внутренним радиальным кольцевым выступом на торце до момента касания последним дна стакана вала, затем осуществляют установку обмотки путем ее осевого перемещения в указанной втулке до упора в кольцевой выступ последней, после чего между внутренней поверхностью обмотки и валом устанавливают вторую распорно-обжимную центрирующую втулку, а после крепления лобовой части обмотки в торцевом углублении щита осуществляют расчленение щита, с закрепленной на нем обмоткой, и корпуса, затем распорно-обжимные центрирующие втулки удаляют и производят повторное, окончательное сочленение щита, с закрепленной на нем обмоткой, и корпуса.

На фиг. 1 представлен предлагаемый двигатель вентильный, на фиг. 2 - 6 - основные технологические операции по его сборке.

Двигатель содержит сборный корпус-1 с первой опорой вращения в виде подшипиника-2, соосно расположенные в корпусе-1 ротор в виде вала-3 с выходным концом-4, в осевой полости которого размещен постоянный магнит-5 и вторая опора вращения в виде подшипника-6 магнитопровод якоря-7 закрепленный (вклеенный) в стакан-8 из магнитопроводящего материала, с осевым отверстием-9, установленный (запрессованный) коаксиально валу-3, и имеющий торцовые осевые выступы-10 и 11 (для исключения перекоса стакана относительно оси вала) по обе стороны относительно своего дна.

Между внутренней поверхностью магнитопровода якоря-7 и валом-3 размещена обмотка-12, лобовая часть-13 которой со стороны дна стакана-8, выполнена выступающей в сторону оси обмотки-12, а противоположная-14 имеет воронкообразную форму и вклеена (жестко закреплена) в торцовое углубление-15 щита-16, выполненного с осевым выступом-17 и зафиксированного от проворота винтом-18.

При этом, выходной конец-4 вала-3 пропущен через подшипник-2 корпуса-1, а осевой выступ-7 щита-16 размещен в подшипнике-6 вала-3.

Работа двигателя осуществляется следующим образом. Управляющий электрический сигнал с блока управления (в графических материалах условно не показан) подается на обмотку-12 и, взаимодействуя с магнитным полем постоянного магнита-5, приводит во вращение ротор с магнитопроводом якоря-7. Регулировка скорости вращения ротора двигателя осуществляется путем изменения напряжения подаваемого на обмотку управляющего сигнала с блока управления.

Процесс сборки (монтажа) двигателя осуществляется следующим образом.

В корпус-1, с предварительно установленным в нем подшипником-2, устанавливают вал-3 с вмонтированными в его полости магнитом-5 и подшипником-6 и с закрепленным на нем через стакан-8 магнитопроводом якоря-7, пропуская при этом его выходной конец-4 через подшипник-2 корпуса-1 (фиг. 2). Далее вовнутрь магнитопровода якоря-7 вставляют первую распорно-обжимную втулку-19 с внутренним кольцевым выступом-20 на торце до момента касания последним дна стакана-8, после чего осуществляют установку обмотки-12 путем ее осевого перемещения во втулке-19 до упора в кольцевой выступ-20 ее лобовой части-13, чем обеспечивают заданный зазор - ₁ между магнитопроводом якоря-7 и обмоткой-12 (фиг. 3).

Затем между внутренней поверхностью обмотки-12 и валом-3 устанавливают вторую распорно-обжимную центрирующую втулку-21, обеспечивая тем самым необходимый зазор - ₂, между валом-3 и обмоткой-12 (фиг. 4).

После указанных операций в торцовое углубление-15 (фиг. 1) щита-16 наносят клеящее вещество-22 (например, клей ВК-9, К-300 и т.п.) и путем осевого перемещения щита-16 в корпусе-1 размещают лобовые части-14 обмотки-12 в торцовом углублении щита-16. При этом осевой выступ-17 щита 16 входит во внутреннее кольцо подшипника-6. Затем осуществляют фиксацию щита-16 относительно корпуса-1 с помощью винта-18 (фиг. 5).

При проведении вышеуказанных операций двигатель располагают вертикально, выходным концом-4 вала-3 вверх (во избежании вытекания клеящего вещества из торцового углубления щита).

После отверждения клеящего вещества-22 и закрепления лобовой части-14 обмотки-12 относительно щита-16, осуществляют расчленение корпуса-1 и щита-16 с закрепленной на нем обмоткой-12, (отделенные от корпуса щит и обмотка изображены на фиг. 6). Затем технологические распорно-обжимные центрирующие втулки-19 и 21 удаляют (в графических материалах условно не показано).

После удаления втулок-19 и 21 осуществляют повторное окончательное сочленение корпуса и щита с закрепленной на нем обмоткой (фиг. 1), при этом обеспечивается сохранение заданных зазоров ₁, ₂ (фиг. 3 и 4) между обмоткой и вращающимися элементами двигателя.

Из выше приведенного следует, что предложенное техническое решение имеет преимущество перед известными, а именно, за счет синхронного вращения магнитной системы и магнитопровода якоря отсутствуют "вихревые токи", вызывающие перегрев двигателя при больших скоростях вращения ротора и понижение КПД.

Следовательно, предложенное техническое решение дает новый технический результат - расширяет диапазон рабочих скоростей двигателя и повышает его КПД.

В настоящее время на предприятии по материалам заявки изготовлен образец вентильного двигателя, испытания которого подтвердили достижение нового технического результата (при работе электродвигателя в непрерывном режиме в течение 5 минут в диапазоне скоростей до 200000 об/мин (без принудительного охлаждения) нагрев электродвигателя не превышает 40^oC с одновременным повышением КПД на 12%).

Источники информации 1. Патент РФ N (а.з. N 92-012386/07 от 16.12.92 г., МПК H 02 K 23/00, H 02 K 15/02, положительное решение от 10.03.94 г.).

2. Патент РФ N 2140702, МПК H 02 K 21/12, 1997 г.

3. Патент РФ N 2067349, МПК H 02 K 21/12, 1992 г. (прототип).

Формула изобретения

1. Двигатель вентильный, содержащий корпус с первой опорой вращения, соосно расположенные в корпусе магнитопровод якоря, обмотку с лобовыми частями, одна из которых выполнена воронкообразной формы, ротор в виде вала с выходным концом, в полости которого размещен постоянный магнит и вторая опора вращения, а также сочлененный с корпусом щит с осевым выступом, при этом выходной конец вала пропущен через первую опору вращения, а осевой выступ щита размещен во второй опоре вращения, отличающийся тем, что он снабжен стаканом с осевым отверстием в дне, жестко установленным на валу и кооксиально последнему, магнитопровод якоря закреплен на внутренней боковой стенке стакана, при этом обмотка размещена с зазором относительно внутренней поверхности магнитопровода якоря и жестко связана с корпусом со стороны ее лобовой части воронкообразной формы.

2. Двигатель вентильный по п.1, отличающийся тем, что обмотка своей лобовой частью воронкообразной формы вклеена в торцевое углубление, предусмотренное на щите со стороны его осевого выступа.

3. Двигатель вентильный по п.1, отличающийся тем, что вторая лобовая часть обмотки выполнена выступающей в сторону оси обмотки.

4. Двигатель вентильный по п.1, отличающийся тем, что стакан выполнен с торцевыми осевыми выступами по обе стороны относительно его дна.

5. Способ сборки двигателя вентильного, включающий установку в корпусе, имеющем первую опору вращения, ротора в виде вала с выходным концом и с вмонтированным в его полости постоянным магнитом и со второй опорой вращения, а также с закрепленным через стакан соосно валу магнитопроводом якоря, пропускание выходного конца вала через первую опору вращения корпуса, размещение обмотки, имеющей одну лобовую часть воронкообразной формы, между внутренней поверхностью магнитопровода якоря и валом, сочленение корпуса и щита с одновременной установкой осевого выступа щита во второй опоре вращения и последующее крепление лобовой части обмотки воронкообразной формы, отличающийся тем, что перед размещением обмотки между внутренней поверхностью магнитопровода якоря и валом вовнутрь магнитопровода якоря вставляют первую распорно-обжимную центрирующую втулку с внутренним радиальным кольцевым выступом на торце до момента касания последним дна стакана, затем осуществляют установку обмотки путем ее осевого перемещения в указанной втулке до упора во внутренний выступ последней, после чего между внутренней поверхностью обмотки и валом устанавливают вторую распорно-обжимную центрирующую втулку, а после крепления лобовой части воронкообразной формы осуществляют расчленение корпуса и щита с закрепленной на нем обмоткой, далее распорно-обжимные втулки удаляют и производят повторное, окончательное сочленение корпуса и щита с закрепленной на нем обмоткой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6