ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ


RU (11) 2076428 (13) C1

(51) 6 H02K7/09, H02K5/06, F16C32/04 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1997.03.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 94006656/07 
(22) Дата подачи заявки: 1994.02.23 
(45) Опубликовано: 1997.03.27 
(56) Аналоги изобретения: Авторское свидетельство СССР N 454635, кл. H 02 K 1/06, 1972. Заявка ФРГ N 2515608, кл. F 16 C 32/04, 1976. Авторское свидетельство СССР N 847443, кл. H 02 K 5/16, 1981. 
(71) Имя заявителя: Уфимский государственный авиационный технический университет 
(72) Имя изобретателя: Фридман Б.П.; Жернаков В.С. 
(73) Имя патентообладателя: Уфимский государственный авиационный технический университет 

(54) ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ 
Использование: в микродвигателестроении, в приборах с вращающимися частями и в гироскопах с легким ротором. Сущность изобретения: электродвигатель содержит ротор 1 с валом 2, статор 3, закрепленный в корпусе 4, который снабжен подшипниковыми торцевыми щитами 5 и 6, содержащими соответственно гнездо 7 для механического упора вала 2 и проходную направляющую подшипниковую втулку 8 для рабочего окончания вала двигателя. Магнитные подшипники электродвигателя выполнены в виде пары симметрично расположенных на валу 2 двигателя магнитотвердых конусообразных роторов 9, 10 и пары соосно расположенных по отношению к ним магнитотвердых статоров 11, 12, выполненных в форме цилиндров с конусной выемкой. 1 з. п. ф-лы. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к электрическим машинам и приборам с вращающимися узлами и может быть использовано как в микродвигателестроении, так и в гироскопах с легким ротором.
Известен асинхронный торцовый электродвигатель [1] который содержит два статора и две части ротора, между которыми установлен радиальный магнитный подшипник, создающий подвес вала в радиальном направлении, но одновременно вызывающий неустойчивость вала в аксиальном направлении. Аксиальная стабилизация ротора в этом электродвигателе достигается благодаря использованию электродинамических усилий, возникающих между ротором и статором при изменении воздушного зазора между ними.
Недостатками указанного электродвигателя являются повышенная сложность конструкции и недостаточная надежность функционирования.
Известен также электродвигатель с магнитными подшипниками [2] который включает в себя радиальные магнитные подшипники, установленные на роторе и статоре, а также узел осевой стабилизации ротора, состоящий из неподвижного кольцевого магнита с аксиальным намагничиванием и взаимодействующего с ним кольцевого магнита, установленного на роторе электродвигателя.
Недостатки этого электродвигателя заключаются в осевых динамических вибрациях ротора в процессе работы двигателя вследствие недостаточно надежной осевой стабилизации ротора.
Наиболее близким к предлагаемому является электродвигатель с магнитными подшипниками [3] содержащий радиальные магнитные подшипника, установленные на роторе и статоре, узел осевой стабилизации ротора, выполненный в виде неподвижного кольцевого магнита с осевым намагничиванием, взаимодействующего с кольцевым магнитом, установленным на роторе, при этом в электродвигатель введен механический упор для вала ротора, а радиальный подшипник, установленный на роторе, смещен по оси ротора в сторону неподвижного кольцевого магнита относительно радиального подшипника, установленного на статоре.
Недостатками электродвигателя, выбранного в качестве прототипа, являются его многоэлементность, структурная и технологическая сложность, ограниченный эксплуатационный ресурс.
Изобретение направлено на конструктивное и технологическое упрощение электродвигателя, снижение трудоемкости изготовления, повышение надежности функционирования и увеличения эксплуатационного ресурса.
Цель достигается тем, что в электродвигателе, содержащем ротор с валом и статор, закрепленный во внешнем корпусе, имеющем пару подшипниковых торцевых щитов с механическим упором для вала ротора на одном из щитов и проходной направляющей подшипниковой втулкой для вала ротора на другом из щитов, а также магнитные подшипники, выполненные в виде пары закрепленных на валу ротора магнитотвердых роторов и пары соосно расположенных по отношению к ним магнитотвердых статоров, выполненных в форме цилиндров, закрепленных в подшипниковых торцевых щитах корпуса, роторы магнитных подшипников выполнены конусообразными, соответствующими роторам конусными выемками, причем ротор и статор каждого из магнитных подшипников выполнены с намагничиванием по своим высотам в едином последовательно согласном направлении вдоль оси двигателя.
Кроме того, механическое сочленение между одним из торцевых подшипниковых щитов корпуса и статором одного из магнитных подшипников выполнено в виде направленного вдоль оси двигателя резьбового соединения, образованного внешней резьбой на проходной направляющей подшипниковой втулке для вала в торцевом щите корпуса и посаженной на резьбу указанной втулки фигурной гайкой. Гайка прикреплена к тыльной части статора соответствующего магнитного подшипника. При этом на внешнюю резьбу проходной направляющей подшипниковой втулки для вала последовательно с фигурной гайкой статора упомянутого магнитного подшипника посажена контргайка для фиксации статора магнитного подшипника в требуемых положениях.
Структурно-конструктивная схема электродвигателя в его продольно-осевом разрезе представлена на чертеже.
Электродвигатель содержит ротор 1 с валом 2, статор 3, закрепленный в корпусе 4, который снабжен подшипниковыми торцевыми щитами 5 и 6, содержащими соответственно гнездо 7 для механического упора вала 2 и проходную направляющую подшипниковую втулку 8 для рабочего окончания вала двигателя. Магнитные подшипники электродвигателя выполнены в виде пары симметрично расположенных и закрепленных на валу 2 двигателя магнитотвердых конусообразных роторов 9, 10 и пары соосно расположенных по отношению к ним магнитотвердых статоров 11, 12, выполненных в форме цилиндров с конусной выемкой.
Статор 11 одного из магнитных подшипников (9, 11), расположенного у гнезда 7 для механического упора вала 2, неподвижно прикреплен к внутренним концентрическим выступам подшипникового торцевого щита 5, а статор 12 второго магнитного подшипника (10, 12) посредством присоединенной к его тыльной части фигурной гайки 13 сочленяется с внутренним цилиндрическим выступом проходной направляющей втулки 8 торцевого щита 6 с помощью резьбы, обеспечивающей возможность плавного двухстороннего перемещения магнитотвердого статора 12 вдоль рабочей оси электродвигателя осуществляется при помощи опорной контргайки 14, посаженной на внешнюю резьбу внутреннего выступа проходной направляющей втулки 8 правого торцевого щита 6 двигателя.
Роторы 9, 10 и статоры 11, 12 обоих магнитных подшипников (9, 11 и 10, 12) выполнены с намагничиванием по своим высотам в едином последовательно согласном направлении, которое лежит вдоль общей рабочей оси электродвигателя.
В процессе работы двигателя подвес его ротора как в радиальном, так и в аксиальном направлении обеспечивается равнодействующей F1 силы магнитного взаимодействия между ротором 9 и статором 11 первого магнитного подшипника, а также равнодействующей F2 силы магнитного взаимодействия между ротором 10 и статором 12 второго магнитного подшипника.
Равнодействующие силы F1 и F2 на роторы 9 и 10 магнитных подшипников 9, 11 и 10, 12 содержат как встречно направленные аксиальные составляющие F01 и F02, обуславливающие осевую динамическую стабилизацию ротора 1 двигателя, так и радиально направленные составляет FР1 и FР2, определяющие автоматическую динамическую центровку ротора электродвигателя.
При этом по сравнению с прототипом, где выталкивающее осевое усилие F0, разгружающее механический упор вала двигателя (подпятник), падает по мере уменьшения эксцентриситета (смещения) между статорными и роторными элементами радиальных подшипников, принципиальным преимуществом предлагаемого электродвигателя является то, что динамическое осевое смещение ротора двигателя в сторону механического упора вала сопровождается прогрессивно возрастающим амортизирующим аксиальным магнитным взаимодействием элементов магнитного подшипника 9, 10, максимально снижающего износ механического осевого упора заявляемого двигателя и тем самым увеличивающего рабочий ресурс последнего.
Устраняя недостатки и ограничения прототипа за счет расширения динамического диапазона упругих осевых перемещений ротора двигателя и обеспечения прогрессивно возрастающей осевой и радиальной жесткости магнитной подвески вала при аксиальных и радиальных девиациях его положения, описываемое устройство создает одновременно расширенные технические возможности оперативной плавной регулировки жесткости магнитной стабилизации рабочего положения ротора двигателя и динамического диапазона его упругих радиально-осевых перемещений и аксиальной устойчивости.
Соответствующее достижение оптимального режима двухкоординатной магнитной подвески ротора описываемого электродвигателя, при которой минимальные энергетические потери на трение и повышенный КПД двигателя сочетаются с его расширенным эксплуатационным ресурсом, обеспечивается соответствующей установкой фигурной гайки 13, несущей магнитотвердый статор 12 правого подшипника (10, 12), вдоль цилиндрического выступа проходной направляющей втулки 8 торцевого щита 6, что осуществляется предварительным подбором на резьбовом выступе втулки 8 положения фиксаторной (опорной) контргайки 14 и последующим подвинчиванием к ней фигурной гайки 13 с магнитотвердым статором.
Предлагаемая конструкция электродвигателя позволяет вместе с повышением его функциональной надежности, структурной простоты и износоустойчивости обеспечить максимальный рабочий ресурс и повышенный КПД двигателя за счет оперативной установки оптимального режима его работы и динамического подвеса ротора. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Электродвигатель, содержащий ротор с валом и статор, закрепленный во внешнем корпусе, имеющем пару подшипниковых торцевых щитов с механическим упором для вала ротора на одном из щитов и проходной направляющей подшипниковой втулкой для вала ротора на другом из щитов, а также магнитные подшипники, выполненные в виде пары закрепленных на валу ротора магнитотвердых роторов и пары соосно расположенных по отношению к ним магнитотвердых статоров, выполненных в форме цилиндров, закрепленных в подшипниковых торцевых щитах корпуса, отличающийся тем, что роторы магнитных подшипников выполнены конусообразными симметрично друг другу, а их статоры выполнены с соответствующими роторам конусными выемками, причем ротор и статор каждого из магнитных подшипников выполнены с намагничиванием по своим высотам в едином последовательно-согласном направлении вдоль оси двигателя.
2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что механическое сочленение между одним из торцевых подшипниковых щитов корпуса и статором одного из магнитных подшипников выполнено в виде направленного вдоль оси двигателя резьбового соединения, образованного внешней резьбой на проходной направляющей подшипниковой втулке для вала в торцевом щите корпуса и посаженной на резьбу указанной втулки фигурной гайкой, прикрепленной к тыльной части статора соответствующего магнитного подшипника, при этом на внешнюю резьбу проходной направляющей подшипниковой втулки для вала последовательно с фигурной гайкой статора упомянутого магнитного подшипника посажена контргайка для фиксации статора магнитного подшипника в требуемых положениях.