Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в различных механизмах, где требуется высокая надежность электродвигателя. Наиболее эффективно применение изобретения в ручном электроинструменте вместо широко применяемых универсальных коллекторных двигателей [1]. Коллекторные двигатели имеют недостаток - малый срок службы и низкую надежность. Вместо этих двигателей применяют бесконтактные двигатели с постоянными магнитами на роторе и с электронной схемой управления [2]. Однако в таких устройствах, как ручной электроинструмент, его применение может привести к поломке двигателя из-за возможного скопления на магните ротора в воздушном зазоре магнитопроводящих продуктов обработки. Существуют конструкции двигателей, которые защищены от внешних воздействий полной герметизацией всего двигателя [3]. Недостаток таких двигателей - ухудшенные условия охлаждения. Известны также электродвигатели с герметизацией полости, в которой размещен ротор и улучшены условия охлаждения лобовых частей обмотки за счет применения охлаждающей жидкости [4]. Однако в ручных электроинструментах применение охлаждающей жидкости привело бы к значительному усложнению конструкции электродвигателя.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in various mechanisms where high reliability of an electric motor is required. The most effective application of the invention in hand-held power tools instead of the widely used universal commutator motors [1]. Collector motors have a disadvantage - short service life and low reliability. Instead of these motors, non-contact motors with permanent magnets on the rotor and with an electronic control circuit are used [2]. However, in devices such as hand-held power tools, its use can lead to engine failure due to possible accumulation of a rotor on the magnet in the air gap of the magnetically conductive processing products. There are engine designs that are protected from external influences by completely sealing the entire engine [3]. The disadvantage of such engines is the deteriorated cooling conditions. Electric motors with cavity sealing are also known, in which the rotor is placed and the cooling conditions of the frontal parts of the winding are improved due to the use of coolant [4]. However, in manual power tools, the use of coolant would lead to a significant complication of the design of the electric motor.
Предлагаемый электродвигатель позволяет устранить отмеченные недостатки, его конструкция обеспечивает дополнительное охлаждение магнитопровода статора и обмотки в пазах.The proposed motor eliminates the noted drawbacks, its design provides additional cooling of the stator magnetic circuit and the windings in the grooves.
На чертеже изображена конструкция предлагаемого двигателя (фиг.1), в сечении А-А показан двигатель без корпуса (фиг.2).The drawing shows the design of the proposed engine (figure 1), section AA shows a motor without a housing (figure 2).
Электродвигатель состоит из статора 1 с обмоткой 2, ротора 3, имеющего постоянный магнит, двух уплотнительных элементов 4, 5 и двух подшипников 6, 7, установленных в гнезда корпуса 8, в котором монтируют двигатель. На чертеже представлен один из вариантов установки электродвигателя в корпус 8 ручного электроинструмента - сверлильной машины (дрели), но возможно применение электродвигателя и в других устройствах, а также в виде самостоятельного изделия со своим корпусом. Ротор 3 может быть составным и содержать несколько частей магнита и элементов магнитопровода. Уплотнительные элементы 4, 5 выполняют упругими (например, из резины или пластмассы) и устанавливают со сжатием в осевом направлении, обеспечивая герметизацию пространства, в котором находится магнит ротора 3. Возможные варианты выполнения уплотнительных элементов: как отдельная деталь (уплотнительный элемент 4) или как одно целое с корпусом 8 (уплотнительный элемент 5). Для уплотнительного элемента 5 в виде самостоятельной детали в корпусе 8 предусматривают поверхности для стыковки. Поверхности, по которым стыкуются уплотнительные элементы 4, 5 с торцами статора 1, располагают от оси двигателя на расстоянии, меньшем радиуса лобовых частей обмотки 2, чтобы обеспечить доступ охлаждающего воздуха к узлам двигателя, нагревающимся в процессе работы. В корпусе 8 одно из гнезд - для подшипника 6 - может быть выполнено глухим, второе гнездо - для подшипника 7 - выполняют открытым для выхода рабочего конца вала ротора 3. В этом случае применяют подшипник 7 закрытого типа, чтобы обеспечить герметизацию пространства, в котором находится магнит ротора 3. Зубцы 9 статора 1 могут изготавливаться отдельно от спинки 10. В этом случае зубцы 9 в зоне коронок скрепляют между собою обоймой 11 из изоляционного немагнитного материала, например пластмассы. Обойма 11 охватывает каждый зубец 9 в радиальном направлении - от расточки статора 1 до обмотки 2, а в осевом направлении - вдоль по пазам статора 1 и по его торцам, где образует поверхности, по которым стыкуются уплотнительные элементы 4, 5. В зоне коронок зубцов 9 могут быть предусмотрены продольные канавки (не показаны) или отверстия 12, заполняемые пластмассой для большей жесткости соединения зубцов 9 между собой. На скрепленных между собою зубцах 9 уложена обмотка 2 с заполнением межзубцового пространства в пределах радиуса, меньшего, чем внутренний радиус спинки 10. Зубцы 9 с обмоткой 2 могут быть соединены со спинкой 10 с помощью фиксационных элементов, например, в виде ласточкина хвоста 14. За счет неполного заполнения обмоткой 2 пазов в статоре 1 образованы вентиляционные каналы 13 в виде продольных полостей между спинкой 10 статора 1, зубцами 9 и обмоткой 2. Аналогично созданы вентиляционные каналы 13 и в случае, если статор 1 не собран из отдельных узлов, то есть спинка 10 и зубцы 9 изготовлены как одно целое.The electric motor consists of a stator 1 with a winding 2, a rotor 3 having a permanent magnet, two sealing elements 4, 5 and two bearings 6, 7 installed in the sockets of the housing 8, in which the motor is mounted. The drawing shows one of the options for installing the electric motor in the housing 8 of a manual power tool - a drilling machine (drill), but it is possible to use the electric motor in other devices, as well as in the form of an independent product with its own housing. The rotor 3 may be composite and contain several parts of the magnet and the elements of the magnetic circuit. The sealing elements 4, 5 are made elastic (for example, from rubber or plastic) and are installed with compression in the axial direction, providing sealing of the space in which the rotor magnet 3 is located. Possible embodiments of the sealing elements: as a separate part (sealing element 4) or as integral with the housing 8 (sealing element 5). For the sealing element 5 in the form of an independent part in the housing 8 provide surfaces for joining. The surfaces along which the sealing elements 4, 5 are joined with the ends of the stator 1 are positioned from the motor axis at a distance smaller than the radius of the frontal parts of the winding 2, in order to ensure access of cooling air to the engine components that are heated during operation. In the housing 8, one of the sockets — for the bearing 6 — can be made blind, the second nest — for the bearing 7 — is open to exit the working end of the rotor shaft 3. In this case, a closed-type bearing 7 is used to provide sealing of the space in which it is located the rotor magnet 3. The teeth 9 of the stator 1 can be manufactured separately from the backrest 10. In this case, the teeth 9 in the area of the crowns fasten together a cage 11 of insulating non-magnetic material, such as plastic. The holder 11 covers each tooth 9 in the radial direction - from the bore of the stator 1 to the winding 2, and in the axial direction - along the grooves of the stator 1 and along its ends, where it forms the surfaces along which the sealing elements 4, 5 are joined. In the area of the tooth crowns 9, longitudinal grooves (not shown) or holes 12 filled with plastic may be provided for greater rigidity of connecting the teeth 9 to each other. A winding 2 is laid on the teeth 9 fixed between themselves and the interdental space is filled within a radius smaller than the inner radius of the back 10. The teeth 9 with the winding 2 can be connected to the back 10 using fixation elements, for example, in the form of a dovetail 14. For due to incomplete filling of the grooves in the stator 1 with the winding 2, ventilation ducts 13 are formed in the form of longitudinal cavities between the back of the stator 1, the teeth 9 and the winding 2. The ventilation ducts 13 are similarly created if the stator 1 is not assembled from separate nodes, is rest of prongs 10 and 9 are made in one piece.
Для приведения ротора 3 во вращение на обмотку 2 подают напряжение, коммутируемое с помощью какой-либо из известных электронных схем управления бесконтактным вентильным двигателем. В зависимости от типа схемы управления в электродвигатель могут быть встроены элементы датчика положения ротора 3.To bring the rotor 3 into rotation, a voltage is applied to the winding 2, switched using any of the known electronic control circuits of a non-contact valve motor. Depending on the type of control circuitry, elements of the rotor position sensor 3 can be integrated into the electric motor.
При работе электродвигателя ротор 3 вращается в закрытой полости, изолированной от окружающего пространства расточкой статора 1, уплотнительными элементами 4, 5, корпусом 8 с закрытым гнездом для подшипника 6 и подшипником 7 закрытого типа, что обеспечивает защиту магнита ротора 3 от попадания на него продуктов обработки магнитопроводящих материалов. Одновременно с ротором 3 вращается установленный на его валу вентилятор (для упрощения чертежа не показан), обеспечивающий поступление воздуха через вентиляционные отверстия (для упрощения чертежа не показаны) в корпусе 8. Потоком воздуха, проходящим через воздушные каналы 13, охлаждаются обмотка 2 и магнитопровод статора 1.When the motor is running, the rotor 3 rotates in a closed cavity isolated from the surrounding space by the bore of the stator 1, sealing elements 4, 5, the housing 8 with a closed socket for bearing 6 and the bearing 7 is closed, which protects the magnet of the rotor 3 from the ingress of processing products magnetic conductive materials. Simultaneously with the rotor 3, a fan mounted on its shaft rotates (to simplify the drawing, not shown), providing air through the ventilation holes (not shown to simplify the drawing) in the housing 8. The air flow through the air ducts 13 cools the winding 2 and the stator magnetic circuit one.
ЛитератураLiterature
1. Гольдштейн Б.Г. и др. Электрические ручные машины с двойной изоляцей. М.: Машиностроение, 1975 г. (с. 6, 7).1. Goldstein B.G. et al. Electric double insulated manual machines. M .: Mechanical Engineering, 1975 (p. 6, 7).
2. Михалев А.С. и др. Следящие системы с бесконтактными двигателями постоянного тока. М.: Энергия, 1979 г. (с. 6, 7).2. Mikhalev A.S. and others. Tracking systems with non-contact DC motors. M .: Energy, 1979 (p. 6, 7).
3. Жолдак С.А. Технология изготовления малогабаритных гиромоторов. Л.: Судпромгиз, 1967 г. (с.13).3. Zholdak S.A. The manufacturing technology of small-sized gyromotors. L .: Sudpromgiz, 1967 (p.13).
4. Попов B.C. и др. Авторское свидетельство SU 1539910 A1.4. Popov B.C. and others. Copyright certificate SU 1539910 A1.