Бесконтактный моментный электродвигатель

Бесконтактный моментный электродвигатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электротехнике, а именно к бесконтактным моментным электродвигателям с постоянными магнитами, и может быть использовано в высокоточных аналоговых и цифровых исполнительных и управляемых электроприводах, в безредукторных следящих системах автоматического управления объектами различного назначения, а также в разработках многофазных синхронных электродвигателей с неограниченным углом поворота вала управляемого объекта [Столов Л.И., Зыков Б.Н. Моментные двигатели с постоянными магнитами. - М.: Энергия, 1977. - 112 с.].

Предлагаемый бесконтактный моментный электродвигатель с постоянными магнитами по принципиальному построению является синхронным индукторным реактивным электродвигателем с осевым (аксиальным) возбуждением от постоянных магнитов и униполярным магнитным полем в воздушном зазоре (далее - БМЭД) [Каасик П.Ю., Блинов И.В. Асинхронные индукторные микродвигателя устройств автоматики. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отделение, 1982. - 152 с. (стр.16-18); Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. Учебник для вузов. - М.: "Высшая школа", 1976. - 416 с. (стр.159-161); Куракин А.С. Редукторные электродвигатели на зубцовых гармониках поля. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. - М.: МЭИ, 1971. - 54 с. (стр.3-4, 18); Микроэлектродвигатели для систем автоматики: технический справочник. / Под редакцией Лодочникова Э.А. и Юферова Ф.М. - М.: Энергия, 1969. - 272 с. (стр.179-184)] и реализует электромагнитную редукцию частоты вращения ротора по первой, зубцовой, гармонике магнитной проводимости воздушного зазора.

Известен однофазный индукторный шаговый электродвигатель с постоянными магнитами с поперечным возбуждением [А.с. 252451, СССР, кл. 21 d¹, 19; МКИ³ Н 02 n. Однофазный шаговый двигатель./ Ивоботенко Б.А., Лодочников Э.А., Палий И.М. - Опубл. 28.09.1969., Бюл. N 29], содержащий магнитомягкий кольцевой пазовый статор с явно выраженными зубчатыми полюсами и с сосредоточенной однофазной обмоткой управления якоря, выполненной в виде катушки, и ротор, выполненный в виде кольцевого зубчатого магнитомягкого магнитопровода и намагниченных в одном направлении постоянных магнитов, а зубчатые полюса статора и зубчатый магнитопровод ротора обращены друг к другу и разделены воздушным зазором. Недостатками указанного аналога являются низкие моментные характеристики и энергетические показатели из-за значительных пульсаций создаваемого момента ввиду его реактивного характера и высокого уровня электромагнитных потерь, вызванных отсутствием униполярного магнитного поля в воздушном зазоре, а также узкая область его использования.

Известен аналогичный по принципиальному построению синхронный индукторный электродвигатель с постоянными магнитами с осевым возбуждением и униполярным магнитным полем в воздушном зазоре [А.с. 278852, СССР, кл. 21 d², 16; МКИ³ H 02 k 19/02. Синхронный редукторный электродвигатель./ Куракин А.С. - Опубл. 21.08.1970., Бюл. N 26], содержащий магнитомягкий кольцевой пазовый статор с явно выраженными полюсами и с сосредоточенной m фазной обмоткой якоря, выполненной в виде катушек, охватывающих полюса статора, кольцевой слой аксиально намагниченных в одном направлении постоянных магнитов и ротор, выполненный в виде кольцевого зубчатого магнитомягкого магнитопровода, а полюса статора и зубчатый магнитопровод ротора обращены друг к другу и разделены воздушным зазором. Недостатками указанного аналога являются низкие моментные характеристики и энергетические показатели ввиду наличия значительных пульсаций создаваемого момента из-за содержания четных и нечетных гармонических составляющих момента реактивного характера при высоком уровне электромагнитных потерь и потоков рассеяния постоянных магнитов и, как следствие, низкой эффективности использования активных материалов в силу наличия размагничивающей реакции якоря (обмоток управления) и наведенной в них генераторной ЭДС самоиндукции (ЭДС вращения ротора), высокого уровня остаточного момента и его пульсаций, а также узкая область его использования.

Известны аналогичные по назначению однофазные индукторные синхронные электродвигатели с постоянными магнитами с осевым возбуждением и униполярным магнитным полем в воздушном зазоре [А.с. 258435, СССР, кл. 21 d¹, МКИ³ H 02 k. Однофазный нереверсивный шаговый двигатель./ Ивоботенко Б.А., Луценко В.Е., Мещеряков В.Ф. - Опубл. 03.12.1969, Бюл. N 1 за 1970 г.; А.с. 413583, СССР, МКИ³ H 02 k 37/00. Однофазный шаговый двигатель./ Ивоботенко Б.А., Гаврилова Л.А. - Опубл. 30.01.1974, Бюл. N 4; А.с. 626471, СССР, МКИ³ H 02 K 19/06, H 02 K 21/30. Синхронный однофазный электродвигатель./ Ивоботенко Б.А., Кулевская Е.Ф., Табатадзе Г.Г. и др. - Опубл. 30.09.1978, Бюл. N 36], содержащие магнитомягкий кольцевой пазовый статор с явно выраженными зубцами и с сосредоточенной однофазной обмоткой управления якоря, выполненной в виде катушек, кольцевой слой аксиально намагниченных в одном направлении постоянных магнитов и ротор, выполненный в виде кольцевого зубчатого магнитомягкого магнитопровода, при этом зубчатые поверхности статора и зубчатые поверхности магнитопровода ротора обращены друг к другу и разделены воздушным зазором. Недостатками указанных аналогов являются низкие моментные характеристики и энергетические показатели в силу наличия размагничивающей реакции якоря (обмоток управления), значительных пульсаций создаваемого момента из-за четных и нечетных гармонических составляющих момента реактивного характера, высокого уровня электромагнитных потерь и потоков рассеяния постоянных магнитов, высокого остаточного момента и его пульсаций, а также значительная осевая длина электродвигателя, технологически сложные для изготовления конструкции, узкая область их использования.

Для повышения моментных характеристик и энергетических показателей в конструкциях указанных аналогов индукторные синхронные электродвигатели с постоянными магнитами с аксиальным возбуждением и униполярным магнитным полем в воздушном зазоре выполняют многостаторными, т.е. с увеличением числа соосно располагаемых одинаковых магнитомягких кольцевых пазовых статоров с явно выраженными зубцами и с сосредоточенными однофазными обмотками управления якоря и соответствующим увеличением либо числа, либо длины кольцевых зубчатых магнитомягких магнитопроводов ротора и числа кольцевых слоев аксиально намагниченных в одном направлении постоянных магнитов. Этим достигается, с одной стороны, получение многофазных конструкций электродвигателей с некоторым увеличением пускового и вращающего моментов, а с другой стороны, некоторое снижение реактивных моментов. К ним относятся известные аналогичные по назначению индукторные электродвигатели с постоянными магнитами [А.с. 417085, СССР, МКИ³ Н 02 К 37/00. Многопакетный шаговый двигатель./ Ратмиров В.А. и Ивоботенко Б.А. - Опубл. 05.08.1976, Бюл. N 29; А.с. 1363389 СССР, МКИ³ Н 02 К 29/00. Вентильный электродвигатель./ Русаков В.В., Демагин А.В. и Исаков В.Г. - Опубл. 30.12.1987, Бюл. N 48; А.с. 1823127, СССР, МКИ³ Н 02 Р 8/00, Н 02 К 37/00. Индукторный n-фазный шаговый электродвигатель./ Ивоботенко Б.А., Доброслов В.Г. и Московская Е.С. - Опубл. 23.06.1993, Бюл. N 23; Ратмиров В.А. и Ивоботенко Б.А. Шаговые двигатели для систем автоматического управления. Библиотека по автоматике, вып.66. - М. -Л.: Госэнергоиздат, 1962. - 128 с. (стр.36, 89-92)], содержащие магнитомягкие кольцевые пазовые статоры с явно выраженными полюсами или зубцами и с сосредоточенными m-фазными обмотками управления якоря, выполненными в виде катушек, кольцевые слои аксиально намагниченных в одном направлении постоянных магнитов и ротор, выполненный в виде кольцевых зубчатых магнитомягких магнитопроводов, при этом полюса или зубчатые поверхности статора и зубчатые поверхности магнитопроводов ротора обращены друг к другу и разделены воздушным зазором.

Недостатками аналогов с многостаторными конструкциями являются также невысокие моментные характеристики и энергетические показатели по вышеуказанным причинам охарактеризованных выше аналогов, которые в полной мере не преодолены, а наряду с усложнением конструкций и технологии их изготовления, с увеличением габаритных размеров и неизбежных погрешностей при сборке, возникающей при этом нестабильностью конструкций с большим количеством составных частей в расширенных условиях эксплуатации, указанные причины являются доминирующими.

Из известных конструкций бесконтактных моментных электродвигателей с постоянными магнитами с осевым возбуждением от аксиально намагниченных постоянных магнитов и униполярным магнитным полем в воздушном зазоре наиболее близким по технической сущности и конструкции к предлагаемому изобретению является бесконтактный моментный электродвигатель, выбранный за прототип [Демагин А.В. Электрические машины для непосредственного привода приборных систем. Обзоры по судостроительной технике. Институт "РУМБ". - Л.: ЦНИИ "Румб", Научно-производственное объединение "Азимут", 1991. - 80 с. (стр.32-35)], содержащий магнитомягкий кольцевой пазовый статор с явно выраженными зубчатыми полюсами и с сосредоточенной m-фазной обмоткой якоря, выполненной в виде катушек, охватывающих полюса статора, и ротор, выполненный в виде двух соосно расположенных кольцевых зубчатых магнитомягких магнитопроводов, развернутых друг относительно друга на половину своего зубцового деления, между которыми размещен кольцевой слой аксиально намагниченных в одном направлении постоянных магнитов, причем зубчатые полюса статора и зубчатые магнитопроводы ротора обращены друг к другу и разделены воздушным зазором, а зубцы на магнитопроводах ротора и на полюсах статора выполнены с равномерными и равными друг другу зубцовыми делениями. Недостатками прототипа являются невысокие моментные характеристики и энергетические показатели, невысокий уровень использования активных материалов и массо-габаритных показателей, ограниченные возможности использования в управляемых электроприводах и в безредукторных следящих системах автоматического управления.

Моментные характеристики прототипа и предлагаемого БМЭД определяются значениями "полезных" статического синхронизирующего, пускового и вращающего моментов (далее - полезные моменты), а также "тормозных" моментов (далее тормозные моменты): статических, таких как остаточные моменты сопротивления при обесточенной и при запитанной обмотке с их пульсациями; и динамических, вызываемых ЭДС вращения ротора (генераторной ЭДС самоиндукции), реакцией и индуктивностью обмоток якоря, высшими гармониками в магнитной проводимости воздушного зазора и их взаимодействием с током в обмотке якоря, ростом магнитного сопротивления и потерями в магнитной цепи электродвигателя в функции частоты вращения его ротора. Энергетические показатели определяются значениями потребляемого тока и величины прикладываемого к обмотке якоря напряжения питания, в т.ч. их составляющими для преодоления тормозных моментов [Ратмиров В.А. и Ивоботенко Б.А. Шаговые двигатели для систем автоматического управления. Библиотека по автоматике, вып.66. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. - 128 с. (стр.16-18); Каасик П.Ю., Блинов И.В. Асинхронные индукторные микродвигателя устройств автоматики. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отделение, 1982. - 152 с. (стр.108-109); Кенио Т., Нагамори С.Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 184 с. (стр.11-12); Микроэлектродвигатели для систем автоматики: технический справочник. / Под редакцией Лодочникова Э.А. и Юферова Ф.М. - М.: Энергия, 1969. - 272 с. (стр.213-221).

Чем выше полезные моменты и ниже тормозные моменты, тем выше моментные характеристики БМЭД. Чем ниже значения потребляемого тока и величины прикладываемого к обмотке якоря напряжения питания при тех же моментных характеристиках, тем выше энергетические показатели БМЭД.

Расчетный синхронизирующий момент прототипа и предлагаемого БМЭД прямо пропорционален произведению числа витков обмотки якоря, потребляемого обмоткой тока, магнитного потока постоянных магнитов ротора, который сцепляется с катушками обмотки якоря, числа зубцов ротора и отношения первой гармоники к постоянной составляющей магнитной проводимости воздушного зазора между кольцевыми зубчатыми магнитомягкими магнитопроводами ротора и магнитомягким кольцевым пазовым статором [Демагин А.В. Электрические машины для непосредственного привода приборных систем. Обзоры по судостроительной технике. Институт "РУМБ". - Л.: ЦНИИ "Румб", Научно-производственное объединение "Азимут", 1991. - 80 с. (стр.34)]. Измеряемый синхронизирующий момент моментного электродвигателя относительно расчетного включает в себя момент трения в подшипниковых узлах управляемого объекта, на валу которого установлен ротор двигателя, остаточный момент сопротивления при обесточенной обмотке (момент "запинания") с его пульсациями и остаточный момент при запитанной обмотке якоря с его пульсациями, возникающий от наличия односторонних радиальных сил тяжения между кольцевыми зубчатыми магнитомягкими магнитопроводами ротора и статора [Куракин А.С. Редукторные электродвигатели на зубцовых гармониках поля. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. - М.: МЭИ, 1971. - 54 с. (стр.30-31); Микроэлектродвигатели для систем автоматики: технический справочник. /Под редакцией Лодочникова Э.А., Юферова Ф.М. - М.: Энергия, 1969 - 272 с. (стр.172-180); Патент RU 2195066 С2, МПК⁷ Н 02 К 29/06, 29/08. Вентильный электродвигатель./ Ступицкий В.П., Молочков М.Ю. - Опубл. 10.09.2002 г. (стр.4)].

Пусковой момент моментного электродвигателя относительно измеряемого синхронизирующего момента меньше: на величину момента трения в подшипниковых узлах управляемого объекта, на валу которого установлен ротор двигателя; на величину, определяемую числом фаз обмотки якоря и стремится в пределе к последнему с ростом числа фаз, при этом разность синхронизирующего и пускового моментов является составляющей пульсации момента; на величину максимального значения остаточного момента сопротивления при обесточенной обмотке (момент "залипания"), определяемого суммарной величиной минимального значения (постоянной составляющей) остаточного момента и максимального значения его пульсаций от второй и высших зубцовых гармоник магнитной проводимости воздушного зазора; на величину максимального значения остаточного момента при запитанной обмотке якоря с его пульсациями, возникающего от наличия односторонних радиальных сил тяжения между кольцевыми зубчатыми магнитомягкими магнитопроводами ротора и статора [Ратмиров В.А. и Ивоботенко Б.А. Шаговые двигатели для систем автоматического управления. Библиотека по автоматике, вып.66. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. - 128 с. (стр.18-19); Вольдек А.И. Электрические машины. - Л.: Энергия, 1974. - 840 с. (стр.390-394); Куракин А.С. Редукторные электродвигатели на зубцовых гармониках поля. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. - М.: МЭИ, 1971. - 54 с. (стр.30-31); А.с. 626471 СССР, МКИ³ Н 02 К 19/06, Н 02 К 21/30. Синхронный однофазный электродвигатель./ Ивоботенко Б.А., Кулевская Е.Ф., Табатадзе Г.Г. и др. - Опубл. 30.09.1978., Бюл. N 36].

Вращающий момент БМЭД определяется системой уравнений Парка-Горева и является разностью пускового момента и тормозных динамических моментов, вызываемых ЭДС вращения ротора, реакцией и индуктивностью обмоток якоря, высшими гармониками в магнитной проводимости воздушного зазора и их взаимодействием с током в обмотке якоря, ростом магнитного сопротивления и потерями в магнитной цепи электродвигателя в функции частоты вращения его ротора [Буд Д.А. Бесконтактные электрические машины. - М.: Высшая школа, 1990. - 416 с. (стр.15, 24); Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1985. - 368 с. (стр.127-128); Микроэлектродвигатели для систем автоматики: технический справочник./ Под редакцией Лодочникова Э.А. и Юферова Ф.М. - М.: Энергия, 1969. - 272 с. (стр.172-180); Лодочников Э.А., Кафтанатий В.Т., Куракин А.С. Новые тихоходные синхронные микродвигатели с равномерной скоростью вращения // Электротехника. - 1967. - №11. - С.54-56 (стр.55)].

Известно, что [Ратмиров В.А. и Ивоботенко Б.А. Шаговые двигатели для систем автоматического управления. Библиотека по автоматике, вып.66. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. - 128 с. (стр.26)] в принципиально-конструктивном построении прототипа, равно как и в предлагаемом БМЭД, влияние размагничивающей реакции якоря на вращающий момент имеет уровень второго-третьего порядка малости по сравнению с влиянием ЭДС вращения ротора, которая модулируется магнитной проводимостью воздушного зазора с двухсторонней зубчатостью, а следовательно, снижение этого влияния приводит к росту полезных моментов и снижению их пульсаций. Пульсации полезных моментов в бесконтактном моментном электродвигателе с постоянными магнитами приводят к снижению средних значений полезных моментов по сравнению с максимальными и к неравномерности (не плавности) вращения ротора. Это существенно снижает точностные и надежностные характеристики управляемых электроприводов и безредукторных следящих систем автоматического управления и соответственно сужает возможности использования бесконтактных моментных электродвигателей с постоянными магнитами. Пульсации полезных моментов обусловлены также пульсациями остаточного момента сопротивления и наличием односторонних радиальных сил тяжения при обесточенной и при запитанной обмотке якоря, пульсациями от высших гармоник магнитной проводимости воздушного зазора и пульсациями от несинусоидальности тока в обмотке якоря, а также их взаимодействиями [Микроэлектродвигатели для систем автоматики: технический справочник. /Под редакцией Лодочникова Э.А. и Юферова Ф.М. - М.: Энергия, 1969. - 272 с.(стр.172-180, 222-229); Куракин А.С., Лодочников Э.А., Юферов Ф.М. Синхронный редукторный двигатель с осевым возбуждением // Электротехника. - 1967. - №6. - С.23-27 (стр.23-25); Каасик П.Ю., Блинов И.В. Асинхронные индукторные микродвигателя устройств автоматики. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отделение, 1982. - 152 с. (стр.108-113); Алексеева М.М. Машинные генераторы повышенной частоты. - Л.: Энергия, 1967. - 344 с. (стр.36-45)].

Существенное уменьшение или исключение в заявляемом (предлагаемом) БМЭД вышеуказанных моментов и явлений, а также причин их вызывающих, за счет отдельных и совокупности признаков изобретения является конкретизацией достигаемых технических результатов, обеспечивающих решение поставленной задачи изобретения.

Задачей изобретения является создание бесконтактного моментного электродвигателя с повышенными моментными характеристиками и энергетическими показателями, упрощенной конструкции и технологии ее изготовления, с повышенным использованием активных материалов, с уменьшенными массогабаритными показателями и расширенными возможностями его использования.

Достигаемыми техническими результатами в предлагаемом БМЭД являются повышение моментных характеристик и энергетических показателей, упрощение конструкции и технологии ее изготовления, повышение использования активных материалов, уменьшение массогабаритных показателей и расширение возможностей использования предлагаемого БМЭД в аналоговых и цифровых управляемых электроприводах и в безредукторных следящих системах автоматического управления.

Для решения поставленной задачи и достижения указанных технических результатов в бесконтактном моментном электродвигателе, содержащем магнитомягкий кольцевой пазовый статор с Р явно выраженными зубчатыми полюсами и с сосредоточенной m-фазной обмоткой якоря, выполненной в виде катушек, охватывающих полюса статора, и ротор, выполненный в виде двух соосно расположенных кольцевых зубчатых магнитомягких магнитопроводов ротора, развернутых относительно друг друга на половину своего зубцового деления, между которыми размещен кольцевой слой аксиально намагниченных в одном направлении постоянных магнитов, причем зубчатые полюса статора и зубчатые магнитопроводы ротора обращены друг к другу и разделены воздушным зазором δ, а зубцы на магнитопроводах ротора и на полюсах статора выполнены с равномерными и равными друг другу зубцовыми делениями T_Z, ротор снабжен немагнитной втулкой толщиной большей половины толщины b_M слоя постоянных магнитов, на которой установлены и закреплены неподвижно относительно друг друга зубчатые магнитопроводы ротора равной друг другу активной осевой длиной L_P и кольцевой слой постоянных магнитов, при этом число m фаз m-фазной обмотки якоря выполнено кратным трем, определяемым как m=2^f±1, где f равно 1, 2, 3,..., а явно выраженные зубчатые полюса на пазовом статоре расположены равномерно, при этом их число определяется как Р=2m×2^S, где s равно 0, 1, 2,..., а на каждом зубчатом полюсе статора симметрично относительно его оси размещено нечетное число зубцов Z_C толщиной b_Zc, при этом оси зубцов соседних зубчатых полюсов статора смещены друг относительно друга на величину, пропорциональную отношению ±T_Z к m, причем соседние полюса статора разделены шлицом шириной b_Ш не менее десятикратной величины воздушного зазора, определяемой из соотношения b_Ш=T_Z×[(1±1/m)-b_ZC/T_Z], а число зубцов Z_R на каждом из зубчатых магнитопроводов ротора выполнено кратным 2ⁿ при n равном 2, 3, 4,..., определяемым как Z_R=P×(Z_c±1/m), причем знак "плюс" соответствует раздвижению соседних полюсов статора, а знак "минус" - сближению соседних полюсов статора, при этом толщина зубцов b_ZP каждого из зубчатых магнитопроводов ротора выполнена равной половине его зубцового деления T_Z и связана с толщиной зубцов зубчатых полюсов статора b_Zc соотношением 2/3≤b_ZC/b_ZP≤1, а катушки обмотки якоря одной фазы, отстоящие друг от друга на число полюсных делений статора, равное числу m фаз, соединены последовательно-согласно, при этом активная осевая длина L_C кольцевого пазового статора с зубчатыми полюсами определяется из соотношения L_C=(2L_P+b_M), причем кольцевые зубчатые магнитопроводы ротора расположены относительно кольцевого пазового статора аксиально симметрично.

В вышеуказанном выполнении предлагаемого БМЭД обеспечивается существенное снижение до уровня единиц и долей процента пульсации (переменной составляющей) остаточного момента сопротивления при обесточенной обмотке якоря относительно пускового момента, минимизация среднего значения остаточного момента сопротивления при обесточенной обмотке якоря (момент "залипания"), а также исключение односторонних радиальных и осевых сил тяжения, вызванных магнитной несимметричностью конструкции и возникающей вследствие этого асимметрии магнитных сил между кольцевыми зубчатыми магнитопроводами ротора и зубчатыми полюсами статора, как за счет равномерного расположения и числа явно выраженных зубчатых полюсов на пазовом статоре кратных двум, так и за счет получения близкой к постоянному значению в функции угла поворота ротора относительно статора суммарной магнитной проводимости воздушного зазора при обесточенной обмотке якоря путем выполнения постоянства или близкой к нему суммарной площади перекрытий зубцами магнитопроводов ротора зубчатых полюсов статора, а также их взаимной осевой (аксиальной) симметрии, что обеспечивается выполнением зубчатых магнитопроводов ротора равной друг другу активной осевой длиной L_P, числа m фаз m-фазной обмотки якоря, кратного трем, определяемого как m=2^f±1, где f равно 1, 2, 3,..., равномерным расположением явно выраженных зубчатых полюсов на пазовом статоре с их числом, определяемым как Р=2m×2^S, где s равно 0, 1, 2,..., и размещением на каждом зубчатом полюсе статора симметрично относительно его оси нечетного числа зубцов Z_C толщиной b_ZC, и смещением осей зубцов соседних зубчатых полюсов статора друг относительно друга на величину, пропорциональную отношению ±T_Z к m, причем соседние полюса статора разделены шлицом шириной b_Ш не менее десятикратной величины воздушного зазора, определяемой из соотношения b_Ш=T_Z×[(1±1/m)-b_ZC/T_Z], выполнением числа зубцов Z_R на каждом из зубчатых магнитопроводов ротора кратным 2ⁿ при n равном 2, 3, 4,..., определяемым как Z_R=P×(Z_C±1/m), причем знак "плюс" - соответствует раздвижению соседних полюсов статора, а знак "минус" - сближению соседних полюсов статора, выполнением толщины зубцов b_ZP каждого из зубчатых магнитопроводов ротора равной половине его зубцового деления T_Z и ее взаимосвязи с толщиной зубцов зубчатых полюсов статора b_ZC из соотношения 2/3≤b_ZC/b_ZP≤1 с учетом разворота кольцевых зубчатых магнитомягких магнитопроводов ротора относительно друг друга на половину своего зубцового деления T_Z, выполнением активной осевой длина L_C кольцевого пазового статора с зубчатыми полюсами из соотношения L_C=(2L_P+b_M) и расположением кольцевых зубчатых магнитопроводов ротора относительно кольцевого пазового статора аксиально симметрично.

Также благодаря выполнению многофазной конструкции, выполнению форм и геометрических параметров и соотношений зубцовых зон статора и ротора в предлагаемом БМЭД, а именно с числом m фаз m-фазной обмотки якоря кратным трем, определяемым как m=2^f±1, где f равно 1, 2, 3,..., с равномерно расположенными явно выраженными зубчатыми полюсами на пазовом статоре, при этом их число определяется как Р=2m×2^S, где s равно 0, 1, 2,..., а на каждом зубчатом полюсе статора симметрично относительно его оси размещено нечетное число зубцов Z_c толщиной b_Zc, при этом оси зубцов соседних зубчатых полюсов статора смещены друг относительно друга на величину, пропорциональную отношению ±T_Z к m, с толщиной зубцов b_ZP каждого из зубчатых магнитопроводов ротора равной половине его зубцового деления T_Z, которая связана с толщиной зубцов зубчатых полюсов статора b_Zc соотношением 2/3≤h_Zc/b_ZP≤1 и с шириной шлицов b_Ш, разделяющих соседние зубчатые полюса статора, не менее десятикратной величины воздушного зазора, определяемой из соотношения b_Ш=T_Z×[(1±1/m)-b_Zc/T_Z], причем знак "плюс" соответствует раздвижению соседних полюсов статора, а знак "минус" - сближению соседних полюсов статора, а катушки обмотки якоря одной фазы, отстоящие друг от друга на число полюсных делений статора, равное числу m фаз, соединены последовательно-согласно, достигается повышение пускового и вращающего моментов, как за счет увеличения числа фаз, так и за счет уменьшения пульсаций моментов от снижения высших гармоник магнитной проводимости воздушного зазора (их амплитуд и их суммы) и снижения их взаимодействия с не синусоидальным током в обмотке якоря, в частности третьей, пятой, седьмой и кратных им гармоник магнитной проводимости воздушного зазора, каждая из которых при выполнении толщины зубцов полюсов статора b_ZC согласно указанному соотношению при толщине зубцов каждого из зубчатых магнитопроводов ротора b_ZP, равной половине его зубцового деления T_Z, может быть существенно снижена или исключена. Это в свою очередь повышает относительную амплитуду первой гармоники магнитной проводимости (к постоянной составляющей) и соответственно повышает полезные моменты БМЭД, а также обеспечивает изменение магнитной проводимости воздушного зазора по первой гармонике косинусоиды в функции угла поворота ротора (или близкой к ней), что в свою очередь при синусоидальном, первой гармонике, изменении тока в обмотке якоря в функции угла поворота ротора (или близкой к ней) создает круговое магнитное поле в воздушном зазоре, обеспечивая постоянство полезных моментов с минимизацией их пульсаций в конструкции предлагаемого БМЭД. При этом повышение плавности вращения ротора БМЭД за счет снижения пульсаций моментов и выполнение числа зубцов Z_R на каждом из зубчатых магнитопроводов ротора кратным 2ⁿ при n равном 2, 3, 4,..., позволяет расширить возможности использования и области применения БМЭД в высокоточных аналоговых и цифровых управляемых электроприводах и безредукторных следящих системах автоматического управления, обеспечив соответствие электрических двоичных редукций (чисел пар полюсов) в предлагаемом БМЭД с прецизионными индукционными датчиками угла (многополюсными вращающимися трансформаторами) и с двоичными кодами сигналов управления. Снижение синхронных (реактивных) и асинхронных тормозных динамических моментов, вызванных пульсациями от высших гармоник магнитной проводимости воздушного зазора и несинусоидальности тока в обмотке якоря, в том числе и от их взаимодействия, снижает магнитную и электрическую загрузку БМЭД и соответственно снижает потребляемый ток, а также снижает потери вращающего момента от влияния ЭДС вращения ротора и вызванного им переменного магнитного поля с составляющими более высокого порядка (потери на перемагничивание, вихревые токи и поверхностный эффект). Это приводит к более эффективному использованию магнитопроводов ротора и статора.

Повышение моментных характеристик, энергетических показателей и использования активных материалов в предлагаемом БМЭД достигается также за счет выполнения ширины шлицов b_Ш, разделяющих соседние зубчатые полюса статора, не менее десятикратной величины воздушного зазора, определяемой из соотношения b_Ш=T_Z×[(1±1/m)-b_Zc/T_Z], причем знак "плюс" соответствует раздвижению соседних полюсов статора, а знак "минус" - сближению соседних полюсов статора, благодаря чему является несущественным или практически отсутствует понижающее влияние на величину полезных моментов в предлагаемом БМЭД рассеяния магнитного потока между соседними полюсами статора, образованного протекающим в катушках обмотки якоря электрическим током и не взаимодействующим с магнитным потоком в воздушном зазоре слоя постоянных магнитов, что также определяет отсутствие взаимной индуктивности обмоток якоря. Это в свою очередь обеспечивает более эффективное магнитное использование магнитомягких магнитопроводов ротора и статора или позволяет соразмерно уменьшить потребляемый m-фазной обмоткой якоря БМЭД электрический ток.

Повышение моментных характеристик, энергетических показателей и использования активных материалов, расширение возможностей использования предлагаемого БМЭД также обеспечивается за счет введения немагнитной втулки толщиной большей половины толщины b_M слоя постоянных магнитов, на которой установлены и закреплены неподвижно относительно друг друга кольцевые зубчатые магнитопроводы ротора равной друг другу активной осевой длиной L_P и кольцевой слой постоянных магнитов, что достигается за счет существенного снижения рассеяния магнитного потока слоя постоянных магнитов и соответствующего повышения доли магнитного потока от него, участвующего в создании всех составляющих полезного момента БМЭД. Выполнение втулки из немагнитного материала с магнитной проницаемостью, близкой к магнитной постоянной, например из титана, меди и др., а также их сплавов с содержанием кремния [Шматко О.А., Усов Ю.В. Электрические и магнитные свойства металлов и сплавов: Справочник. - Киев: Наукова Думка, 1987. - 583 с. (стр.65, 501-502)], позволяет устанавливать ротор БМЭД на вал управляемого объекта из магнитопроводящих конструкционных сталей, что расширяет возможности использования БМЭД в объектах различного назначения. Повышение степени участия в создании всех составляющих полезного момента БМЭД магнитного потока от постоянных магнитов позволяет соразмерно уменьшить потребляемый ток или объем материала магнитопроводов статора или ротора или самих постоянных магнитов.

Повышение моментных характеристик и энергетических показателей, повышение использования активных материалов, уменьшение массо-габаритных показателей предлагаемого БМЭД, при сохранении достигнутых технических результатов и преимуществ по п.1 формулы изобретения, также обеспечивается согласно п.2 формулы изобретения выполнением ротора в виде соосно расположенных и установленных на общую немагнитную втулку кольцевых зубчатых магнитомягких магнитопроводов ротора числом N большим двух, два из которых крайние, а N минус два - внутренние, и кольцевых слоев аксиально намагниченных постоянных магнитов числом N минус единица, при этом каждые соседние зубчатые магнитопроводы ротора развернуты относительно друг друга на половину своего зубцового деления T_Z, а между ними поочередно размещены по одному из N минус единица слоев постоянных магнитов, каждый из которых выполнен с равной друг другу толщиной b_M, а соседние слои постоянных магнитов, разделенные одним внутренним зубчатым магнитопроводом ротора, аксиально намагничены в противоположных направлениях, при этом активные осевые длины L_P каждого из крайних зубчатых магнитопроводов ротора выполнены равными друг другу, а активная осевая длина каждого внутреннего зубчатого магнитопровода ротора выполнена равной удвоенной активной осевой длине крайнего зубчатого магнитопровода ротора, при этом активная осевая длина L_C пазового статора с зубчатыми полюсами определяется из соотношения L_c=2L_P+2L_P×(N-2)+b_M×(N-1), что достигается за счет формирования элементарных модулей с максимальной и равномерной плотностью магнитного поля в виде пары кольцевых зубчатых магнитомягких магнитопроводов ротора, между которыми размещены по одному кольцевому слою постоянных магнитов, при этом по мере увеличения числа таких модулей, равного N минус единица, полезный момент увеличивается в большей степени, чем прямо пропорционально, за счет снижения рассеяния как магнитных потоков, образованных протекающим электрическим током в катушках сосредоточенной m-фазной обмотки якоря, так и магнитных потоков от постоянных магнитов и соответственно более эффективного магнитного использования магнитомягких магнитопроводов ротора и статора. При этом осевая длина БМЭД не равна простой сумме активных осевых длин элементарных модулей (как это предложено Babb M. AC Servomotor Features Unique Position Sensor./Control Engineering. - March. -1988. - pp.46-48, а также в многостаторных, указанных выше, индукторных синхронных электродвигателях), а меньше на величину активной осевой длины одного внутреннего зубчатого магнитопровода ротора, что обеспечивает уменьшение массогабаритных показателей БМЭД. Повышение долей магнитных потоков, образованных протекающим электрическим током в катушках сосредоточенной m-фазной обмотки якоря и от постоянных магнитов, участвующих в создании всех составляющих полезного момента БМЭД, позволяет соразмерно уменьшить потребляемый ток или объем материала магнитопроводов ротора и статора или самих постоянных магнитов. В указанном выполнении БМЭД также обеспечивается существенное снижение до уровня единиц и долей процента среднего остаточного момента сопротивления при обесточенной обмотке якоря (момент "залипания") и его пульсации (его переменной составляющей), а также исключение односторонних радиальных и осевых сил тяжения, вызванных несимметричностью магнитных сил между кольцевыми зубчатыми магнитопроводами ротора и зубчатыми полюсами статора, за счет получения близкой к постоянному значению в функции угла поворота ротора относительно статора суммарной магнитной проводимости воздушного зазора при обесточенной обмотке якоря путем выполнения постоянства или близкой к нему суммарной площади перекрытий зубцами магнитопроводов ротора зубчатых полюсов статора, а также их осевой (аксиальной) симметрии.

Расширение возможностей использования, повышение моментных характеристик и использования активных материалов в предлагаемом БМЭД при сохранении достигнутых технических результатов и преимуществ по п.1 и 2 формулы изобретения, также обеспечивается, согласно п.3 формулы изобретения, выполнением магнитомягкого кольцевого пазового статора и кольцевых зубчатых магнитомягких магнитопроводов ротора шихтованными из склеенных листов холоднокатаной изотропной или анизотропной электротехнической стали высокотемпературным, не менее 200°С, клеем, в частности фенолкаучуковым или элементоорганическим модифицированным