Результат интеллектуальной деятельности: МНОГОПОЛЮСНАЯ МАГНИТНАЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к области электротехники, в частности к исполнительным электромагнитным механизмам систем автоматики.

Известен «Электродвигатель» (RU №90943, H02K 21/12, H02K 16/04, опубл. 20.01.2010), содержащий ротор с постоянными магнитами чередующейся полярности, намагниченными радиально, и статор с обмоткой, в который дополнительно введена, по крайней мере, одна статорная обмотка. При этом ротор расположен между обмотками, а рабочий поток создается в радиальном направлении как с внешней стороны, так и с внутренней. Недостатком известного электродвигателя является то, что для увеличения намагничивающей силы рабочего потока (и, соответственно, удельного электромагнитного момента) необходимо увеличение толщины постоянных магнитов в радиальном направлении.

Наиболее близкой к заявляемой магнитной системе является «Система постоянных магнитов для применения в электрической машине» (US №5349258, H02K 21/12, H02K 23/04, H02K 21/26, опубл. 20.09.1994), представляющая собой кольцевой цилиндр, состоящий из полюсных, намагниченных радиально, постоянных магнитов чередующейся полярности и межполюсных постоянных магнитов, намагниченных тангенциально. Полюсные и межполюсные магниты прилегают друг к другу разноименными полюсами, образуя мозаичную структуру. Благодаря межполюсным элементам из тангенциально намагниченных постоянных магнитов изменяется не только направление магнитного потока, но и увеличивается индукция рабочего потока за счет увеличения активной длины магнитов в направлении их намагниченности. Однако представленная «Система постоянных магнитов…» не позволяет организовать магнитный поток одновременно в двух радиальных направлениях от магнитной системы.

Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в создании рабочего потока по обе стороны (в радиальном направлении) от магнитной системы при ее минимальных габаритах (или получении при заданных габаритах магнитной системы максимального значения индукции рабочего потока по обе стороны).

Это достигается тем, что в многополюсной магнитной системе, содержащей объединенные в кольцевой цилиндр намагниченные радиально наружные полюсные постоянные магниты чередующейся полярности, поперечное сечение каждого из которых выполнено в виде фигуры, ограниченной дугой наружной окружности кольца с центральным углом α=360°/(2P), где P - число пар полюсов, и отрезками хорд, проведенных из концов дуги и пересекающихся на биссектрисе угла α, и намагниченные тангенциально межполюсные постоянные магниты, прилегающие к полюсным разноименными полюсами, новым является то, что в систему дополнительно введены внутренние полюсные постоянные магниты, поперечное сечение каждого из которых выполнено в виде фигуры, ограниченной дугой внутренней окружности кольца с центральным углом α и отрезками, соединяющими концы дуги внутренней окружности с точкой пересечения отрезков хорд на биссектрисе угла α, при этом внутренние полюсные магниты и соответствующие наружные намагничены в противоположных направлениях, а межполюсные магниты выполнены так, что дополняют наружные и внутренние полюсные магниты до кольцевого цилиндра.

В заявляемой магнитной системе полюсные магниты намагничены в радиальном направлении, а межполюсные магниты - в тангенциальном с прилеганием к полюсным разноименными полюсами, причем соответствующие внутренние и наружные полюсные магниты намагничены в противоположных направлениях. При этом активная длина в направлении намагниченности межполюсных магнитов имеет максимально возможный размер при сохранении размеров полюсных магнитов (например, для магнитной системы с шестью парами полюсов длина межполюсного магнита определяется углом α=360°/(6·2)=30°). Активная длина наружных и внутренних полюсных магнитов, ориентированная в радиальном направлении намагниченности, равна толщине кольца. Таким образом, наружные полюсные, внутренние полюсные и межполюсные постоянные магниты с максимально возможной активной длиной «организуют» прохождение рабочего потока в направлении своей намагниченности с максимально возможной намагничивающей силой и минимальным рассеянием (ввиду отсутствия пассивных элементов - магнитопроводов), следствием чего является максимально возможная индукция в рабочем зазоре по обе стороны от магнитной системы.

На фиг.1 представлен внешний вид заявляемой конструкции магнитной системы с шестью парами полюсов.

На фиг.2 приведена схема построения поперечных сечений наружного и внутреннего полюсных магнитов.

На фиг.3 приведен поперечный разрез магнитной системы двухфазного двигателя.

На фиг.1 изображена магнитная система, которая содержит двенадцать наружных полюсных 1, двенадцать внутренних полюсных 2 и двенадцать межполюсных 3 постоянных магнитов. Стрелками указаны направления намагниченности магнитов. Полюсные магниты 1 и 2 намагничены в радиальном направлении, а межполюсные магниты 3 - в тангенциальном. Указанные магниты соединены с прилеганием разноименными полюсами в мозаичную структуру в виде кольцевого цилиндра.

На фиг.2 изображена схема построения поперечных сечений наружного 1 и внутреннего 2 полюсных магнитов, на которой обозначены: R, R' - соответственно наружный и внутренний радиусы кольца, точки A, B - точки концов дуги наружной окружности кольца (наружной дуги) с центральным углом α, точки A', B' - точки концов дуги внутренней окружности кольца (внутренней дуги) с центральным углом α, точка N - точка пересечения хорд на биссектрисе угла α.

На фиг.3 приведен поперечный разрез магнитной системы двухфазного двигателя, ротор которого состоит из двенадцати наружных полюсных магнитов 1, двенадцати внутренних полюсных магнитов 2 и двенадцати межполюсных постоянных магнитов 3. Обмотка 4 первой фазы находится снаружи по отношению к ротору, обмотка 5 второй фазы - внутри. Магнитный поток постоянных магнитов ротора замыкается снаружи по магнитопроводу 6, внутри - по магнитопроводу 7.

В качестве примера приведем построение поперечных сечений наружного и внутреннего полюсных магнитов. Из кольца с наружным радиусом R и внутренним радиусом R' строим кольцевой сектор с центральным углом α=360°/(2·P), где P - число пар полюсов (для шести пар полюсов P=6, α=30°). Из концов дуги АВ с центральным углом α проводим хорды, пересекающиеся в точке N, лежащей на биссектрисе угла α. Из концов дуги A'B' центральным углом α проводим хорды, также пересекающиеся в точке N. Таким образом, получаем сечение наружного полюсного магнита, которое ограничено внешней дугой AB кольцевого сектора и двумя хордами, проведенными из точек A, B и пересекающимися в точке N. Сечение внутреннего полюсного магнита ограничено внутренней дугой A'B' кольцевого сектора и двумя хордами, проведенными из точек A', B' и пересекающимися в точке N. Поперечное сечение межполюсных магнитов получается путем заполнения фигуры, состоящей из 2·P наружных и 2·P внутренних полюсных магнитов до кольца с наружным радиусом R и внутренним радиусом R'. Составленное в мозаичную магнитную систему соответствующее число наружных и внутренних полюсных и межполюсных магнитов образует собой кольцевой цилиндр (фиг.1) с наружным радиусом R (фиг.2) и внутренним радиусом R' (фиг.2). Месторасположение точки N определяется условиями применения заявляемой магнитной системы, то есть исходя из заданного соотношения значений индукции в наружном или внутреннем направлении.

Работа заявляемой магнитной системы показана на примере ее использования в роторе двухфазного двигателя (фиг.3). При нахождении магнитных осей катушек обмоток 4 (или 5) между полюсами радиально намагниченных постоянных магнитов 1 (или 2) ротора на обмотки 4 (или 5) подается постоянное напряжение определенного знака, что обеспечивает вращение ротора в нужную сторону. Смена полярности напряжения на статорных обмотках 4 (или 5) происходит всякий раз, когда магнитные оси катушек обмоток 4 (или 5) находятся строго над центрами полюсов магнита 1 (или 2) (положение ротора определяется любым известным способом, например с помощью датчиков Холла). При этом, благодаря такому построению магнитной системы ротора, магниты 1, 2 и 3 с максимально возможной активной длиной «организуют» прохождение рабочего потока в направлении своей намагниченности с максимально возможной намагничивающей силой и минимальным рассеянием, причем создается максимально возможная индукция по обе стороны от ротора и, соответственно, максимальный электромагнитный момент.