EA 028494B1 20171130

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000028494b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока, способный генерировать по сути постоянный крутящий момент независимо от угловой скорости своего ротора, содержащий: a) круглый ротор, содержащий определенное количество расположенных на периферии на расстоянии друг от друга постоянных магнитов и определенное количество прокладок, изготовленных из железа, при этом каждая из упомянутых прокладок расположена между двумя упомянутыми постоянными магнитами для ослабления изменений в осевом магнитном потоке; b) определенное количество электромагнитных катушек, расположенных на периферии вокруг своего неподвижного корпуса, при этом упомянутый корпус электромагнитной катушки имеет полость, сквозь которую способно проходить упомянутое определенное количество магнитов при вращении упомянутого ротора вокруг своей оси, c) определенное количество переключателей, соединенных с источником постоянного тока, для приложения в любой заданный момент времени полярности и уровня напряжения, подаваемого к каждой из упомянутых электромагнитных катушек; d) один или большее количество датчиков, пригодных для определения положения постоянных магнитов относительно электромагнитных катушек; и контроллер, выполненный с возможностью управления возбуждением катушек импульсной последовательностью, гарантирующей взаимодействие каждой из катушек только с одним из упомянутых постоянных магнитов в любой заданный момент времени, таким образом минимизируя возвратную электродвижущую силу (противоЭДС), и изменения в любой заданный момент времени полярности и уровня напряжения, прикладываемого посредством переключателя к каждой из упомянутых электромагнитных катушек в ответ на определение одним или большим количеством датчиков предопределенного положения магнитов относительно электромагнитных катушек, приводя к вращению упомянутого ротора таким образом, что движение магнитов относительно электромагнитных катушек является квазилинейным в направлении оси электромагнитной катушки.

2. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.1, отличающийся тем, что количество электромагнитных катушек равняется количеству постоянных магнитов.

3. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.1, отличающийся тем, что количество электромагнитных катушек больше или меньше количества постоянных магнитов.

4. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.1, отличающийся тем, что ротор является кольцевым, и количество электромагнитных катушек превышает четыре.

5. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.4, отличающийся тем, что ротор дополнительно содержит одно или большее количество конструкционных колец, расположенных над либо под постоянными магнитами.

6. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.4, отличающийся тем, что ротор механически соединен со средствами для передачи мощности.

7. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.6, отличающийся тем, что средства для передачи мощности содержат зубчатый элемент.

8. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.7, отличающийся тем, что средства для передачи мощности содержат зубчатое кольцо ротора, которое сцеплено с шестерней, расположенной вне ротора и механически соединенной с нагрузкой.

9. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.8, отличающийся тем, что внутренняя поверхность ротора удерживается и выполнена с возможностью вращения определенным количеством подшипников.

10. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.1, отличающийся тем, что длина периферии каждой из прокладок по меньшей мере вдвое превышает длину периферии каждого из постоянных магнитов.

11. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.1, отличающийся тем, что длина периферии каждой из электромагнитных катушек по сути равна длине периферии каждого из постоянных магнитов.

12. Способ эксплуатации бесщеточного электродвигателя постоянного тока по п.1, в котором вынуждают определенное количество постоянных магнитов двигаться относительно определенного количества электромагнитных катушек квазилинейным образом в направлении оси электромагнитной катушки и возбуждают упомянутое определенное количество электромагнитных катушек импульсной последовательностью, которая гарантирует взаимодействие каждой из упомянутых электромагнитных катушек только с одним из упомянутых постоянных магнитов в любой заданный момент времени, таким образом уменьшая противоЭДС.

13. Способ эксплуатации бесщеточного электродвигателя постоянного тока по п.1, в котором возбуждают каждую из упомянутых электромагнитных катушек импульсной последовательностью, которая вынуждает упомянутый ротор вращаться с прохождением в заданный момент времени магнитного потока сквозь одну из упомянутых электромагнитных катушек в результате взаимодействия с одним из упомянутых магнитов в силу того, что удерживающая сила, обеспечиваемая прокладкой, расположенной вблизи упомянутого взаимодействующего магнита, по сути постоянна по длине периферии упомянутой соседней прокладки, таким образом минимизируя противоЭДС.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Евразийское 028494 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.11.30
(21) Номер заявки 201491514
(22) Дата подачи заявки
2013.03.19
(51) Int. Cl. H02K21/12 (2006.01)
(54) БЕСЩЕТОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
(31) 218743
(32) 2012.03.20
(33) IL
(43) 2015.01.30
(86) PCT/IL2013/050253
(87) WO 2013/140400 2013.09.26
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ВАСТЕК ХОЛДИНГЗ ЛТД. (GB)
(72) Изобретатель:
Шляхетский Виктор, Мостовой Александр (IL), Зацаринин Сергей (RU), Шойхедброд Симен (IL)
(74) Представитель:
Беляева Е.Н. (BY)
(56) US-A1-2011291504 JP-A-2009081982 JP-A-2002369473 US-A1-2002057069 WO-A1-9120120 JP-A-H1052007
(57) Бесщеточный электродвигатель постоянного тока содержит определенное количество магнитов, расположенных на расстоянии друг от друга на круглой структуре, и определенное количество электромагнитных катушек, установленных вокруг их неподвижного корпуса, при этом упомянутый корпус электромагнитной катушки имеет полость, сквозь которую может проходить упомянутое определенное количество магнитов, когда круглая структура, которая содержит упомянутое определенное количество магнитов, вращается вокруг своей оси.
Область изобретения
Изобретение относится к бесщеточному электродвигателю постоянного тока (BLDC).
Уровень техники
В своей самой простой концептуальной форме (изображенная на фиг. 1) бесщеточный электродвигатель постоянного тока (BLDC) состоит из постоянного магнита 1 (ротор), свободно вращающегося вокруг своей оси симметрии, окруженной структурой из по крайней мере троих неподвижных электромагнитов (статор), состоящей из обмоток 2 электромагнитных катушек, расположенных на угловом расстоянии 120° одна относительно другой вокруг оси ротора. Каждая электромагнитная катушка возбуждается приложением к ней напряжения постоянного тока (DC) с помощью набора электронных переключателей 3, которые работают с часовой синхронизацией и полярностью, которые определяются алгоритмом управления переключением.
Если электромагниты возбуждаются с надлежащей часовой синхронизацией и полярностью, то они создают магнитное поле с надлежащей напряженностью и направлением относительно направления оси S-N (Юг-Север) магнита 1 ротора, и это магнитное поле прикладывает крутящий момент к постоянному магниту, вынуждая ротор возвращаться. Алгоритм определяет необходимую рабочую последовательность переключений в любой заданный момент времени согласно реальному угловому положению ротора, которое определяется с помощью одного или большего количества датчиков, обычно типа Холла (указанные на фигуре цифрой 4), которые измеряют характеристики магнитного поля ротора. Работой двигателя, который помещен в корпусе 5, управляет контроллер 6.
В простой концептуальной форме из фиг. 1 достаточно должным образом за раз возбудить два магнита для генерирования вращающегося магнитного поля с произвольным направлением, которое будет вращать ротор. На практике для получения непрерывного гладкого крутящего момента бесщеточные электродвигатели постоянного тока (BLDC) выполняются с использованием многих обмоток для статора и нескольких магнитов с чередующимися полюсами N-S (Север-Юг) для ротора.
Существует две основные архитектуры для бесщеточного электродвигателя постоянного тока (BLDC), известные в уровне техники: внутренняя архитектура ротора (фиг. 2а), где обмотки статора окружают ротор и присоединены к корпусу двигателя, и внешняя архитектура ротора (фиг. 2b), где электромагнитные катушки статора закреплены в сердечнике электродвигателя и окружены магнитами ротора. В вариантах выполнения предыдущего уровня техники бесщеточные электродвигатели постоянного тока (BLDC) страдают от следующего недостатка: для постоянного питательного напряжения, когда скорость электродвигателя растет, крутящий момент, который может обеспечить электродвигатель, уменьшается. Этот нежелательный эффект является результатом генерирования паразитного напряжения, известного как противоЭДС (электродвижущая сила).
ПротивоЭДС является напряжением, генерирующимся в статоре в большей мере тем же способом, в который работает электрогенератор, поскольку электромагнитные катушки статора и магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами ротора, двигаются одно относительно другого. Линии магнитного поля, создаваемые постоянными магнитами, вращаются вместе с ротором. Таким образом, проекция (в направлении оси электромагнитной катушки) линий магнитного поля, которые входят в участок поперечного сечения каждой из возбужденных электромагнитных катушек, изменяется со временем. Эта проекция линий магнитного поля в сумме предоставляет параметр, названный "магнитным потоком" сквозь электромагнитную катушку. Согласно правилу Ленца относительно индукционного тока переменный магнитный поток создает в электромагнитных катушках индуцируемое напряжение (по этому поводу электродвигатель работает как генератор). Величина этого индуцируемого напряжения растет пропорционально скорости, с которой изменяется магнитный поток, и потому она растет с ростом скорости вращения электродвигателя, а ее полярность противоположна к первичному напряжению, которое прикладывается внешне источником питания. В результате общее эффективное напряжение, которое прикладывается к каждой возбужденной электромагнитной катушке статора, уменьшается с увеличением угловой скорости ротора (общее напряжение равняется постоянному внешнему питательному напряжению, меньшему нежели индуцируемая противоЭДС). В результате уменьшения прикладываемого общего напряжения ток, который поступает к электромагнитным катушкам статора, уменьшается также, что в конце концов приводит к уменьшению крутящего момента, создаваемого электродвигателем. Поэтому максимальный крутящий момент, который может обеспечивать электродвигатель, уменьшается, когда скорость вращения увеличивается. Для увеличения крутящего момента при высокой скорости вращения электродвигателя нужно увеличить питательное напряжение, что во многих случаях нельзя осуществить.
Другой вредный побочный эффект генерирования противоЭДС заключается в том, что для постоянного питательного напряжения ток, который поступает в электромагнитные катушки, выше при низшей скорости вращения, поскольку потом противоЭДС более низкая, а общее напряжение, прикладываемое к электромагнитным катушкам, является выше. Следует, что в начале (когда отсутствует движение и потому отсутствует изменение магнитного потока и противоЭДС) электродвигатель потребляет наивысший ток. Поскольку питательное напряжение значительно выше, чем общее напряжение, прикладываемое к электромагнитным катушкам при конечной скорости вращения, то в начале движения достигаются пики тока, которые значительно выше, чем установившийся рабочий ток. Такие нежелательные
пики сверхтока могут даже приводить к повреждению электромагнитной катушки или к перегрузке источника электропитания и иногда должны устраняться с помощью дополнительных защитных устройств или предохранительного средства с возможностью контроля тока.
Краткое описание изобретения
В одном аспекте изобретение относится к бесщеточному электродвигателю постоянного тока, который содержит определенное количество магнитов, расположенных на расстоянии один от другого на круглой структуре, и определенное количество электромагнитных катушек, расположенных вокруг их неподвижного корпуса, при этом упомянутый корпус электромагнитных катушек выполнен с полостью, сквозь которую может проходить упомянутое определенное количество магнитов, когда круглая структура, которая содержит упомянутое определенное количество магнитов, вращается вокруг своей оси. Движение магнитов относительно электромагнитных катушек является квазилинейным в направлении оси электромагнитной катушки. Термин "квазилинейный" значит, что, когда магнит входит в корпус электромагнитной катушки, его движение почти линейно относительно ее оси. Обычно поскольку магнит расположен на круговой траектории, то движение не может быть полностью линейным и потому употребляется термин "квазилинейный". Когда между соседними постоянными магнитами расположены прокладки, то они должны изготовляться из материала с высокой магнитной проницаемостью.
Как будет очевидно специалисту в этой отрасли, могут предусматриваться разные количества постоянных магнитов и электромагнитных катушек в зависимости от специальной конструкции электрического двигателя. Согласно одному варианту выполнения изобретения количество электромагнитных катушек равняется количеству постоянных магнитов и согласно другому варианту выполнения изобретения количество электромагнитных катушек может быть большим или меньше, чем количество постоянных магнитов.
Бесщеточный электродвигатель изобретения должен иметь один или большее количество датчиков, пригодных к определению положения постоянных магнитов относительно электромагнитных катушек. Должен дополнительно предусматриваться контроллер, пригодный к предоставлению возможности подачи тока к электромагнитной катушке в ответ на определение одним или большим количеством датчиков положения магнитов относительно электромагнитных катушек.
В одном варианте выполнения изобретения постоянные магниты и материал с высокой магнитной проницаемостью, расположенный между ними, отдельно или вместе с одним или большим количеством конструкционных колец формируют ротор электродвигателя, механически соединенный со средством передачи мощности, например зубчатым элементом.
В другом аспекте изобретение относится к способу эксплуатации бесщеточного электродвигателя постоянного тока, в котором вынуждают определенное количество магнитов двигаться относительно определенного количества электромагнитных катушек квазилинейно в направлении оси электромагнитной катушки.
Краткое описание чертежей
На чертежах
фиг. 1 схематически изображает электродвигатель предыдущего уровня техники; фиг. 2 (а) и (b) изображают две архитектуры предыдущего уровня техники для бесщеточного электродвигателя;
фиг. 3 схематически изображает архитектуру электродвигателя согласно одному варианту изобретения;
фиг. 4 изображает электромагнитное поле, генерируемое двумя соседними постоянными магнитами;
фиг. 5 изображает схематическое представление ротора согласно одному варианту выполнения изобретения;
фиг. 6 изображает электродвигатель согласно одному иллюстративному варианту выполнения изобретения в собранном состоянии;
фиг. 7 изображает вид сверху электродвигателя из фиг. 6; фиг. 8 изображает вид сбоку электродвигателя из фиг. 6; фиг. 9 изображает движение электродвигателя из фиг. 6;
фиг. 10 изображает кольца, соединенные с ротором из фиг. 5 в электродвигателе из фиг. 6; фиг. 11 изображает электродвигатель из фиг. 6 в разобранном состоянии;
фиг. 12 (b) и (с) изображают поперечные сечения центральной части (а) электродвигателя из фиг. 6; фиг. 13 изображает соединение постоянных магнитов электродвигателя из фиг. 5 на нижнем кольце из фиг. 10;
фиг. 14 изображает сборную конструкцию корпусов электромагнитных катушек на роторе; фиг. 15 изображает альтернативную архитектуру ротора и
фиг. 16 изображает положение полюсов магнитов внутри электромагнитной катушки для минимизации ЭДС.
Детальное описание изобретения
Изобретение касается нового типа архитектуры бесщеточного электродвигателя постоянного тока
(BLDC), которая приводит к значительному снижению уровней противоЭДС, таким образом предоставляя электродвигатель, пригодный обеспечивать постоянный крутящий момент несмотря на угловую скорость ротора. Как побочный выигрыш от сниженной противоЭДС, общее прикладываемое напряжение является почти постоянным и потому в начале не возникают пики сверхтока.
Причиной генерирования противоЭДС в бесщеточных электродвигателях постоянного тока (BLDC) предыдущего уровня техники является изменение магнитного потока, проходящего сквозь электромагнитные катушки статора. Это изменение магнитного потока является следствием вращения ротора, приводящего как к изменениям напряженности магнитного поля, присутствующего в сердечнике электромагнитной катушки (когда магнит ротора приближается к электромагнитной катушке или отдаляется от нее), но и также к изменениям направления линий магнитного поля относительно оси электромагнитных катушек (изменение компоненты магнитного поля, проходящего сквозь сердечник электромагнитной катушки, параллельно его оси, что приводит к изменению магнитного потока сквозь него). Во время кругового движения магнитов ротора происходит как изменение расстояния между ними и электромагнитными катушками, так и изменение направления линий магнитного поля относительно оси электромагнитных катушек, что приводит к изменениям магнитного потока сквозь электромагнитные катушки. Архитектура изобретения уменьшает противоЭДС путем ослабления вышеупомянутых изменений магнитного потока.
Архитектура электродвигателя согласно варианту выполнения изобретения схематически изображена на фиг. 3 для объяснения принципа ее работы. Архитектура статора состоит из ряда электромагнитных катушек 32 с воздушным сердечником, прикрепленных к корпусу электродвигателя, и ось симметрии которых проходит вдоль круговой дорожки 35. Основная архитектура ротора состоит из ряда постоянных магнитов 31, оси которых S-N отвечают чередующейся полярности вдоль той же круговой дорожки, что и у статора.
Магниты могут или соединяться между собой материалом с высокой магнитной проницаемостью для формирования сплошного кольца, как изображено на фиг. 5, или могут устанавливаться на круглую плоскую основу 35, а пространство между ними может оставаться открытым для воздуха как на фиг. 3. Количество магнитов может быть большим, равным или меньшим нежели количество электромагнитных катушек.
Ротор удерживается механическими подшипниками вращения (не изображены) и свободно вращается вокруг своего центра с прохождением внутрь сердечника электромагнитных катушек статора, как изображено на фиг. 6. Электромагнитные катушки электрически соединены с источником постоянного тока с помощью системы переключателей 33, преимущественно, но без ограничения электронным типом, которая определяет в каждый момент времени полярность и уровень напряжения, прикладываемого к каждой электромагнитной катушке в статоре. Переключателями управляет устройство, преимущественно микроконтроллер 36 с соответствующим программным обеспечением, который определяет в каждый момент времени полярность постоянного тока, который подается к каждой электромагнитной катушке (например, инвертируя соединение постоянного тока с ней), а также средний уровень постоянного тока (например, прикладывая питательное напряжение постоянного тока с использованием широтно импульсной модуляции (ШИМ)). Угловое положение ротора в каждый момент времени определяется системой датчиков 34 (например, оптическими датчиками или датчиками Холла). Выходные данные датчика подаются к контроллеру, который управляет переключателями согласно состоянию ротора (то есть угловым положением, скоростью и ускорением).
Когда возбуждается электромагнитная катушка статора, то соседние магниты ротора двигаются вдоль круговой траектории статора. Магнит или толкается к сердечнику электромагнитной катушки, или выталкивается из него в зависимости от полярности переключателя, соединенного с упомянутой электромагнитной катушкой, который определяет направление тока в обмотках, и от ориентации магнитов (N-N или S-S). В свою очередь, состояние упомянутого переключателя определяется каждый раз контроллером на основе углового положения ротора, которое определяется датчиками. Согласно надлежащей одновременно работающей последовательности всей системы переключателей можно достигать непрерывного плавного вращения ротора в любом направлении. Движение ротора потом превращается в нагрузку с помощью механической шестерни 63, соединенной с кольцом ротора, как изображено на фиг.
Не желая ограничиваться какой-то специальной теорией, изобретатели считают, что возможный механизм, который приводит к уменьшению противоЭДС в результате новой архитектуры электродвигателя изобретения, может быть нижеописанным. Как можно легко увидеть из фиг. 3 и предыдущего описания, движение магнитов ротора относительно электромагнитных катушек является квазилинейным, в частности, в направлении оси электромагнитной катушки. Это противоречит архитектуре предыдущего уровня техники, в которой движение магнитов ротора является поперечным, в частности в направлении, перпендикулярном к оси электромагнитной катушки.
Как изображено на фиг. 4, на участке между однополярными полюсами (S-S или N-N) двух соседних отталкивающих магнитов 41 и 42 добавляется поперечное магнитное поле, тогда как осевое магнитное поле устраняется. В результате можно увидеть, что (осевое) магнитное поле, направленное по кольцу
ротора на участке между полюсами S-S или N-N магнитов (и потому в направлении вдоль оси электромагнитной катушки), проявляет малые изменения между двумя магнитами. Хотя поперечное магнитное поле делает взнос в механическую тягу/отталкивание между магнитами и электромагнитной катушкой (благодаря силе Лоренца), оно не делает взнос в магнитный поток сквозь электромагнитную катушку. (Осевая) компонента магнитного поля, направленная вдоль оси электромагнитной катушки, является компонентой, которая делает взнос в магнитный поток сквозь электромагнитную катушку. Однако магниты ротора двигаются в направлении, коллинеарном с осью электромагнитной катушки, и компонент магнитного поля в коллинеарном (осевому) направлении проявляет малые изменения на участке 43 между двумя отталкивающими магнитами. Следует, что во время прохождения любой части ротора, расположенной между любыми двумя магнитами, сквозь сердечник электромагнитной катушки будет иметь место малое изменение магнитного потока и потому противоЭДС, создаваемая во время упомянутого перемещения, будет малой. Таким образом, если электромагнитные катушки возбуждаются в надлежащей импульсной последовательности, то действие противоЭДС, противоположной питательному напряжению постоянного тока, может делаться малым.
Изобретение теперь будет описываться детально со ссылкой на иллюстративный преимущественный вариант выполнения. Как станет очевидным из следующего описания, изображенный на фигурах вариант выполнения является только одной из многих возможных альтернативных систем и он выбран для этого описания, учитывая свою простоту, при этом понятно, что изобретение никоим образом не ограничивается упомянутым вариантом выполнения.
Ссылаемся на фиг. 5, которая схематически изображает архитектуру ротора, которая пригодна для круглого вращающегося бесщеточного электродвигателя постоянного тока согласно одному варианту выполнения изобретения. Ротор состоит из определенного количества постоянных магнитов 51 (в примере из фигуры изображено 5 из них), отделенных материалом 52 с высокой магнитной проницаемостью, который может быть, например, железом. Как видно на фигуре, каждые два магнита 51 отделены сегментом 52, изготовленным из материала с высокой магнитной проницаемостью, и все магниты и отделяющие сегменты вместе формируют кольцевую структуру. Как объяснялось выше, также можно размещать постоянные магниты на одинаковом расстоянии один от другого вдоль круговой траектории и предоставлять возможность воздуху отделять их. Более того, хотя может быть удобным размещать магниты на одинаковом расстоянии один от другого, также можно использовать асимметричное распределение магнитов по круговой траектории, на которой они расположены.
Глядя теперь на фиг. 6, видим общий схематический вид электродвигателя согласно этому особенному варианту выполнения изобретения в своем собранном рабочем состоянии. Детали разных конструкционных элементов электродвигателя, изображенные на этой фигуре, будут дальше иллюстрироваться со ссылкой на фиг. 7-14. Как можно видеть на фигуре, ротор 61 вращается внутри определенного количества электромагнитных катушек 62. Мощность, генерируемая электродвигателем, передается согласно этому особенному варианту выполнения с использованием шестерни 63. Подвижный ротор удерживается подшипниками 64, которые могут быть любого подходящего типа. В особенном варианте выполнения этой фигуры сборная конструкция расположена на основе 65. Также на фигуре изображено зубчатое кольцо 101, которое будет обсуждаться дальше со ссылкой на фиг. 10.
Фиг. 7 изображает вид сверху электродвигателя из фиг. 6, который показывает те же элементы, а фиг. 8 изображает вид сбоку того же электродвигателя. Фиг. 9 изображает верхнее кольцо 91, которое расположено на роторе 61, и изображает его конструкционную связь с подшипниками 64. Кольца, соединенные с ротором 61, изображены на фиг. 10. Согласно особенному варианту выполнения изобретения, изображенному на этой фигуре, ряд колец соединены с ротором 61. Верхнее кольцо 91, уже описанное со ссылкой на фиг. 9, расположено сверху на роторе 61, а нижнее кольцо 100 ротора расположено под ротором, который опирается на него. Под кольцом 100 зубчатое кольцо 101 взаимодействует с помощью зубчатой передачи с шестерней 63 из фиг. 6. Нижнее кольцо 102 используется для отделения основы 65 из фиг. 6 от зубчатого кольца 101. Кольца, изображенные на фиг. 10, соединены между собой так, что они вращаются вместе, а мощность передается к шестерне 63.
На фиг. 11 электродвигатель из фиг. 6 изображен в разобранном виде с использованием тех же позиционных обозначений, что и на предыдущих фигурах. Как будет обсуждаться дальше со ссылкой на фиг. 14, корпус 62 электромагнитной катушки традиционно изготовляется из двух частей для предоставления возможности его сборки.
Фиг. 12 дополнительно изображает электродвигатель из фиг. 6, центральная часть которого изображена на фиг. 12(а). Два сечения дополнительно изображены на фигуре, где сечение А-А является горизонтальным сечением (фиг. 12 (b)), a сечение В-В является вертикальным сечением. Фиг. 13 изображает положение постоянных магнитов 51 на кольце 100. Фиг. 13(b) изображает сечение кольца 100 из фиг. 13 (а), выполненное в плоскости D-D, которая показывает магниты 51 на месте. Согласно этому специальному варианту выполнения изобретения нижний выступ 131 постоянного магнита 51 входит в свою охватывающую контрчасть, то есть канавку 132 в нижнем кольце 100, тогда как их верхний выступ 133 входит в подобную канавку на верхнем кольце 91 (не изображенную на фигуре). Фиг. 13(с) изображает магниты 51 во время их установки в канавку кольца 100, а фиг. 13(d) изображает вид в перспективе од
ного такого магнита уже на месте как на фиг. 13(b). Подобным образом располагаются дополнительные магниты, а также отделяющий материал (52 из фиг. 5) с высокой магнитной проницаемостью, и когда установлены все элементы, а кольца 91 и 100 помещены на место, то ротор готов к установке на зубчатое кольцо 101.
Разные элементы и конструкция из них дополнительно изображена на фиг. 14, где разные части обозначены теми же позиционными обозначениями, что и на предыдущих фигурах. Глядя теперь на фиг. 3 и 6, понятно, что корпуса 62 электромагнитных катушек будут оснащаться вокруг себя обмоткой, которая будет, в свою очередь соединяться с источником постоянного тока.
Возвращаясь теперь к фиг. 15, видим, что здесь изображена альтернативная архитектура ротора, содержащая определенное количество структур, состоящих из магнита 151, закрепленного на основе (не изображена) и сбоку ограниченного с обеих сторон материалом 152 с высокой магнитной проницаемостью, таким как железо. Между каждыми такими двумя структурами остаются зазоры, указанные стрелкой 153.
Фиг. 16(а) изображает схематическое представление в поперечном сечении положения магнитов в электромагнитных катушках, что минимизирует ЭДС системы. На фигуре изображены две электромагнитные катушки 161 и 162 с южными полюсами 163 и 164, расположенными снаружи электромагнитной катушки. В этой ситуации ЭДС может идеально падать к нулю, как изображено на фиг. 16(b).
Как будет очевидно специалисту в этой отрасли, вышеприведенное описание одного специального варианта выполнения изобретения иллюстрирует изобретение в простых терминах, но не предусмотрено для каким-либо образом ограничения его. Много модификаций могут вноситься в электродвигатель изобретения. Например, количество постоянных магнитов в роторе может увеличиваться или уменьшаться, могут предоставляться много разных механических конструкций для передачи мощности, генерирующейся электродвигателем, а шестерня, изображенная в специальном иллюстративном вышеописанном варианте выполнения, является только одной из многих альтернативных конструкций. Более того, можно разработать много разных способов и схем для управления работой электродвигателя, включая контролеры, программное обеспечение и датчики, которые все известны специалисту в этой отрасли и потому не описаны выше для сжатости изложения описания.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока, способный генерировать по сути постоянный крутящий момент независимо от угловой скорости своего ротора, содержащий:
a) круглый ротор, содержащий определенное количество расположенных на периферии на расстоянии друг от друга постоянных магнитов и определенное количество прокладок, изготовленных из железа, при этом каждая из упомянутых прокладок расположена между двумя упомянутыми постоянными магнитами для ослабления изменений в осевом магнитном потоке;
b) определенное количество электромагнитных катушек, расположенных на периферии вокруг своего неподвижного корпуса, при этом упомянутый корпус электромагнитной катушки имеет полость, сквозь которую способно проходить упомянутое определенное количество магнитов при вращении упомянутого ротора вокруг своей оси,
c) определенное количество переключателей, соединенных с источником постоянного тока, для приложения в любой заданный момент времени полярности и уровня напряжения, подаваемого к каждой из упомянутых электромагнитных катушек;
d) один или большее количество датчиков, пригодных для определения положения постоянных магнитов относительно электромагнитных катушек; и контроллер, выполненный с возможностью управления возбуждением катушек импульсной последовательностью, гарантирующей взаимодействие каждой из катушек только с одним из упомянутых постоянных магнитов в любой заданный момент времени, таким образом минимизируя возвратную электродвижущую силу (противоЭДС), и изменения в любой заданный момент времени полярности и уровня напряжения, прикладываемого посредством переключателя к каждой из упомянутых электромагнитных катушек в ответ на определение одним или большим количеством датчиков предопределенного положения магнитов относительно электромагнитных катушек, приводя к вращению упомянутого ротора таким образом, что движение магнитов относительно электромагнитных катушек является квазилинейным в направлении оси электромагнитной катушки.
2. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.1, отличающийся тем, что количество электромагнитных катушек равняется количеству постоянных магнитов.
3. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.1, отличающийся тем, что количество электромагнитных катушек больше или меньше количества постоянных магнитов.
4. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.1, отличающийся тем, что ротор является кольцевым, и количество электромагнитных катушек превышает четыре.
5. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.4, отличающийся тем, что ротор дополнительно содержит одно или большее количество конструкционных колец, расположенных над либо под постоянными магнитами.
2.
6. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.4, отличающийся тем, что ротор механически соединен со средствами для передачи мощности.
7. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.6, отличающийся тем, что средства для передачи мощности содержат зубчатый элемент.
8. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.7, отличающийся тем, что средства для передачи мощности содержат зубчатое кольцо ротора, которое сцеплено с шестерней, расположенной вне ротора и механически соединенной с нагрузкой.
9. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.8, отличающийся тем, что внутренняя поверхность ротора удерживается и выполнена с возможностью вращения определенным количеством подшипников.
10. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.1, отличающийся тем, что длина периферии каждой из прокладок по меньшей мере вдвое превышает длину периферии каждого из постоянных магнитов.
11. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока по п.1, отличающийся тем, что длина периферии каждой из электромагнитных катушек по сути равна длине периферии каждого из постоянных магнитов.
12. Способ эксплуатации бесщеточного электродвигателя постоянного тока по п.1, в котором вынуждают определенное количество постоянных магнитов двигаться относительно определенного количества электромагнитных катушек квазилинейным образом в направлении оси электромагнитной катушки и возбуждают упомянутое определенное количество электромагнитных катушек импульсной последовательностью, которая гарантирует взаимодействие каждой из упомянутых электромагнитных катушек только с одним из упомянутых постоянных магнитов в любой заданный момент времени, таким образом уменьшая противоЭДС.
13. Способ эксплуатации бесщеточного электродвигателя постоянного тока по п.1, в котором возбуждают каждую из упомянутых электромагнитных катушек импульсной последовательностью, которая вынуждает упомянутый ротор вращаться с прохождением в заданный момент времени магнитного потока сквозь одну из упомянутых электромагнитных катушек в результате взаимодействия с одним из упомянутых магнитов в силу того, что удерживающая сила, обеспечиваемая прокладкой, расположенной вблизи упомянутого взаимодействующего магнита, по сути постоянна по длине периферии упомянутой соседней прокладки, таким образом минимизируя противоЭДС.
2.
10.
10.
10.
Фиг. 13(а)
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
028494
- 1 -
(19)
028494
- 1 -
(19)
028494
- 1 -
(19)
028494
- 1 -
(19)
028494
- 4 -
(19)
028494
- 7 -
028494
028494
- 10 -