ИНДУКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2004 года по МПК H02K19/06 H02K1/06 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к индукторным двигателям средней и большой мощности, и может быть использовано, например, в тяговых приводах электроподвижных транспортных средств, приводах гребных винтов, приводах крупных насосов, приводах конвейерных и подъемных транспортных средств и т.п.

Известны электродвигатели синхронного типа, ротор которых представляет собой многослойную дисковую систему с полюсами в виде постоянных магнитов, а статор - многослойную систему полюсов с сосредоточенными на них обмотками управления (Афонин А.А., Гребенников В.В. Дисковые двигатели с постоянными магнитами./ Техническая электродинамика, 1997 г., №4, стр.36-44).

Эти электродвигатели в отличие от классических цилиндрических электродвигателей с аксиальным расположением катушек обмоток при одинаковых габаритных размерах развивают большую механическую мощность за счет использования под зубцовую зону не только периферийной области двигателя, но и околоосевого пространства путем увеличения активной длины обмоток в радиальном направлении. В многослойной дисковой конструкции двигателя поперечные магнитные силы между ротором и статором отсутствуют, что предотвращает возникновение вредных вибраций и позволяет облегчить массу конструктивных элементов ротора и корпуса.

Недостатками этих электродвигателей является сложность и высокая себестоимость изготовления и ремонта, так как они содержат постоянные магниты на вращающейся части, а также низкий коэффициент полезного действия (КПД) из-за знакопеременного перемагничивания стальных пакетов статора во всем диапазоне регулирования мощности.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому решению является индукторный двигатель, состоящий из безобмоточного явнополюсного ротора и отделенного от него рабочим воздушным зазором статора в виде зубчатого магнитопровода, в пазах которого аксиально расположены сосредоточенные катушки фазной обмотки, питаемой импульсным постоянным током от управляемого коммутатора (Бочаров В.И., Захаров В.И., Коломейцев Л.Ф. и др. Тяговые электродвигатели электровозов.// Новочеркасск, Агентство “Наутилус”, 1998 г., стр.374-403).

Эти двигатели несложны в изготовлении, надежны и экономичны в эксплуатации, т.к. на роторе отсутствуют активные элементы (обмотки, постоянные магниты), а обмотка статора, совмещающая функции возбуждения и якоря, питается специально сформированными импульсами постоянного тока и не требует специального распределения по пазам.

Недостатком этого двигателя является то, что при большом внешнем диаметре двигателя, порядка 1 м и более, он имеет низкие массогабаритные показатели вследствие недоиспользования околоосевого пространства, так как активная часть (зубцовая зона) удаляется от оси, и для образования заданного вращающего момента увеличивается осевая длина двигателя. Кроме этого, двигатели подвержены шумам и вибрациям, создаваемым переменными электромагнитными силами между большими цилиндрическими поверхностями ротора и статора.

Задачей настоящего изобретения является улучшение массогабаритных показателей и эксплуатационных качеств двигателя.

Указанная задача решается тем, что в известном индукторном двигателе, содержащем явнополюсный шихтованный ротор и отделенный от него рабочим воздушным зазором статор, с сосредоточенными на полюсах катушками фазной обмотки, ротор выполнен в виде расположенных поперечно оси вращения ряда дисков, на которых со стороны торцевых поверхностей установлены ферромагнитные шихтованные полюсы, а с обеих сторон торцевых поверхностей полюсов через воздушные зазоры расположены ферромагнитные шихтованные полюсы статора с охватывающими их в радиальном направлении катушками, закрепленными на корпусе. Крайние полюсы статора с каждого торца двигателя объединены между собой магнитопроводами.

Положительный эффект состоит в том, что в предлагаемом индукторном двигателе дискового исполнения катушки расположены радиально и занимают пространство внутри двигателя от его оси до периферии, что позволяет увеличить вращающий момент и мощность двигателя за счет увеличения радиального размера активной части двигателя, а следовательно, за счет увеличения суммарной площади рабочего воздушного зазора. Так, например, сравнительный расчет предлагаемого двигателя и прототипа мощностью 2600 кВт и внешним диаметром 2 м показал, что масса предлагаемого двигателя на 36% меньше массы прототипа, а осевая длина меньше в 1,4 раза. Таким образом, при заданной мощности двигателя его габариты и масса в сравнении с известным индукторным двигателем будут меньше. Кроме этого, в результате расположения полюсов ротора между полюсами статора и замыкания магнитного потока на магнитопроводах крайних полюсов статора исключено возникновение поперечных магнитных сил между полюсами и вредных вибраций и шумов в двигателе, что подтверждается предварительными испытаниями макетных образцов предлагаемого двигателя.

На фиг.1 изображен вариант предложенного индукторного двигателя в продольном разрезе.

На фиг.2 изображен разрез А-А фиг.1.

На фиг.3 изображен разрез Б-Б фиг.2.

Статор электродвигателя состоит из корпуса 1, на котором закреплены полюсы 2, выполненные из шихтованной электротехнической стали и охваченные катушками 3 фазной обмотки. Крайние полюса статора со стороны каждого торца двигателя соединены магнитопроводами 4 и 5 для замыкания рабочего магнитного потока. Ротор двигателя состоит из вала 6, опирающегося на подшипники 7, на котором закреплены диски 8 с установленными на них полюсами 9, выполненными из шихтованной электротехнической стали, и расположенными между средними и крайними полюсами 2 статора и являющиеся вместе с магнитопроводами 4 и 5 элементами магнитной цепи двигателя. Количество дисков 8 на роторе определяется требуемой мощностью двигателя и осевым габаритом.

При работе двигателя на катушки 3 каждой фазы поочередно подаются управляемые импульсы тока от автономного коммутатора (инвертора напряжения). При этом образуется рабочий магнитный поток Ф_м, который проходит через полюса 9 ротора, полюса 2 статора, воздушные зазоры и замыкается на магнитопроводах 4 и 5 статора. Таким образом, вредные поперечные магнитные силы действуют только между крайними полюсами статора, закрепленными на корпусе двигателя, а между внутренними полюсами ротора и статора эти силы отсутствуют.

На основании вышеизложенного и по результатам проведенного нами патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемый нами индукторный двигатель отвечает критериям "Новизна", "Изобретательский уровень", "Промышленная применимость" и может быть защищен патентом Российской Федерации.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к индукторным двигателям средней и большой мощности, и может быть использовано, например, в тяговых приводах электроподвижных транспортных средств, приводах гребных винтов, приводах крупных насосов, приводах конвейерных и подъемных транспортных средств и т.п. Техническим результатом, достигаемым данным изобретением, является улучшение массогабаритных и эксплуатационных показателей двигателя. Сущность изобретения состоит в следующем. Индукторный двигатель содержит статор, который состоит из закрепленных в корпусе ферромагнитных шихтованных полюсов, охваченных в радиальном направлении катушками фазной обмотки. Согласно изобретению крайние полюса статора со стороны каждого торца двигателя объединены магнитопроводами для замыкания рабочего магнитного потока. Ротор двигателя выполнен в виде расположенных поперек оси вращения ряда дисков с установленными на них шихтованными ферромагнитными полюсами. С обеих сторон торцевых поверхностей полюсов ротора через воздушные зазоры размещены полюса статора. Количество дисков ротора определяется требуемой мощностью двигателя и его осевым габаритом. При работе двигателя на катушки каждой фазы поочередно подаются управляемые импульсы тока от автономного коммутатора, в результате чего образуется рабочий магнитный поток, который проходит через полюса ротора, статора, воздушные зазоры, и замыкается на магнитопроводах статора со стороны каждого торца двигателя. Вредные поперечные магнитные силы действуют только между крайними полюсами статора, закрепленными на корпусе двигателя, а между внутренними полюсами ротора и статора эти силы отсутствуют, что обеспечивает достижение указанного выше технического результата. 3 ил.

Индукторный двигатель, содержащий явнополюсный шихтованный ротор и отделенный от него рабочим воздушным зазором статор с сосредоточенными на полюсах катушками фазной обмотки, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде расположенных поперечно оси вращения ряда дисков, на которых со стороны торцевых поверхностей установлены ферромагнитные шихтованные полюсы, с обеих сторон торцевых поверхностей полюсов ротора через воздушные зазоры расположены ферромагнитные шихтованные полюса статора, закрепленные на корпусе, с охватывающими их в радиальном направлении катушками, при этом крайние полюса статора с каждого торца двигателя объединены магнитопроводами.