СЕКЦИЯ ВЕНТИЛЬНОГО ИНДУКТОРНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И МНОГОСЕКЦИОННЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ИНДУКТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2006 года по МПК H02K29/00 H02K16/00 H02K21/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электротехники, а именно к бесконтактным электродвигателям с возбуждением от постоянных магнитов, и может быть использовано в любых областях техники, в частности, в качестве погружного электродвигателя, служащего приводом центробежного или винтового погружного насоса, используемого в нефтяной промышленности для добычи нефти.

Уровень техники

Известен погружной асинхронный электродвигатель, содержащий корпус, статор, набранный из активных пакетов, разделенных немагнитными пакетами, и короткозамкнутый ротор, также состоящий из нескольких пакетов (А.А.Богданов "Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти", Москва, изд. "Недра", 1968, стр.131).

Недостатком данного двигателя является сложность регулирования частоты его вращения, поэтому он, как правило, используется для работы с погружным центробежным насосом с постоянной производительностью (частотой вращения) и не позволяет добиться оптимальной нефтедобычи в случае изменения дебита скважины.

Указанного недостатка не имеют вентильные электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов.

Известен вентильный электродвигатель, содержащий статор и ротор с постоянным магнитом, намагниченным в радиальном направлении (см. патент RU 2006143 C1, МПК⁷ Н 02 К 29/00, публ. 15.01.1994).

Недостатком данного двигателя является сложность его изготовления, обусловленная тем, что кольцевой постоянный магнит выполнен с чередующимися полюсами, а вал выполнен из немагнитного материала.

Известен индукторный электродвигатель, который содержит корпус, в котором расположен статор и ротор, закрепленный на валу и состоящий из двух пактов с возбуждением от кольцевого постоянного магнита, расположенного между пакетами ротора. Указанный двигатель по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату может быть принят в качестве ближайшего аналога (см. Кенио Т. "Шаговые двигатели и их микропроцессорные системы управления", Москва, изд. "Энергоатомиздат", 1987, стр.34, рис 2.33, 2.34).

Недостатками данного электродвигателя являются необходимость для эффективной работы двигателя изготовления его вала из немагнитного материала, а также его большие осевые размеры, что затрудняет создание многосекционного двигателя. При использовании более технологичного вала из магнитного материала примерно четверть магнитного потока возбуждения ответвляется в вал, что приводит к существенному уменьшению индукции в рабочем воздушном зазоре и ухудшению энергетических и массогабаритных показателей электродвигателя.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании двигателя с меньшими массогабаритными показателями и повышенными энергетическими показателями.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в повышении КПД, уменьшении длины и массы электродвигателя.

Указанный технический результат достигается за счет того, что секция вентильного индукторного электродвигателя содержит корпус, в котором расположен статор и закрепленный на валу ротор, состоящий из двух пакетов с возбуждением от кольцевого постоянного магнита, причем ротор выполнен с двумя кольцевыми постоянными магнитами, которые разнонаправлено намагничены в радиальном направлении и расположены под пакетами ротора, при этом между пакетами ротора установлена немагнитная втулка, а вал выполнен из магнитного материала.

Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что ротор выполнен с двумя кольцевыми постоянными магнитами, которые разнонаправлено намагничены в радиальном направлении и расположены под пакетами ротора, при этом между пакетами ротора установлена немагнитная втулка, а вал выполнен из магнитного материала.

Выполнение вала из магнитного материала и расположение под пакетами ротора кольцевых постоянных магнитов, радиально намагниченных в разном направлении, позволяет создать замкнутый магнитный поток возбуждения, в котором величина магнитной индукции превышает величину магнитной индукции при аксиальном намагничивании магнитов за счет минимального потока рассеивания, что улучшает энергетические показатели электродвигателя.

Для многосекционного вентильного индукторного электродвигателя технический результат достигается за счет того, что многосекционный электродвигатель содержит корпус, в котором размещено несколько секций, каждая из которых имеет статор и закрепленный на валу ротор, состоящий из двух пакетов, между которыми установлена немагнитная втулка, причем ротор каждой секции выполнен с двумя кольцевыми постоянными магнитами, которые намагничены в радиальном направлении и расположены под пакетами ротора, при этом магниты одной секции имеют разнонаправленное намагничивание, а прилегающие друг к другу магниты смежных секций имеют однонаправленное намагничивание, а вал выполнен из магнитного материала.

Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что многосекционный электродвигатель состоит из нескольких секций, каждая из которых имеет статор и закрепленный на валу ротор, состоящий из двух пакетов, между которыми установлена немагнитная втулка, причем ротор каждой секции выполнен с двумя кольцевыми постоянными магнитами, которые намагничены в радиальном направлении и расположены под пакетами ротора, при этом магниты одной секции имеют разнонаправленное намагничивание, а вал выполнен из магнитного материала, что как было указано выше улучшает энергетические показатели секции электродвигателя, а однонаправленное намагничивание прилегающих друг к другу магнитов смежных секций улучшает энергетические показатели многосекционного электродвигателя за счет того, что магнитный поток каждой секции проходит по свое магнитной цепи и не ответвляется в смежную секцию.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения кольцевые постоянные магниты расположены на магнитомягкой втулке.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения кольцевые постоянные магниты закрыты магнитомягкими бандажами.

При проведении поиска по патентным и научно-техническим источникам информации не было найдено решений, содержащих всей совокупности признаков независимых пунктов формулы изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности "новизна", также не было обнаружено всей совокупности признаков отличительной части независимых пунктов формулы изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности "изобретательский уровень".

Осуществление изобретения

Фиг.1 - продольный разрез секции вентильного индукторного электродвигателя.

Фиг.2 - поперечное сечение вентильного индукторного электродвигателя.

Фиг.3 - продольный разрез многосекционного вентильного индукторного электродвигателя.

Вентильный индукторный электродвигатель состоит из статора, который собирается из нескольких активных пакетов и немагнитных пакетов, и ротора, который также состоит из нескольких пакетов, размещенных на общем валу. Количество пакетов ротора и статора выбирается в зависимости от мощности двигателя.

Так на фиг.1 представлена конструкция одной секции вентильного индукторного электродвигателя, которая состоит из двух активных пакетов (4) статора, разделенных немагнитным пакетом (6), и двух пакетов (3) ротора, разделенных немагнитной втулкой (7). Пакеты (4) и (3) статора и ротора набраны из листовой электротехнической стали. Пакеты (4) статора запрессовывают в корпус (1), который является одновременно и частью магнитопровода. Пакеты (3) ротора выполнены с открытыми пазами (9), а пакеты (4) статора выполнены с закрытыми пазами (10). Пазы (9) заполнены немагнитным и неэлектропроводным материалом, а в пазы (10) уложена выполненная в протяжку обмотка (11) из специального обмоточного провода.

Пакеты (3) ротора закреплены на общем валу (2) из магнитного материала. Для погружного маслонаполненного электродвигателя вал выполняется с осевым отверстием для обеспечения циркуляции масла и улучшения охлаждения электродвигателя.

Под каждым активным пакетом (3) ротора располагают намагниченный в радиальном направлении кольцевой постоянный магнит (5), обеспечивающий возбуждение электродвигателя, причем намагничивание магнитов (5) выполнено разнонаправленным. Кольцевые постоянные магниты (5) устанавливают на магнитомягкой втулке (8), которая упрощает сборку ротора и обеспечивает прохождение магнитного потока в вал (2). Между кольцевыми магнитами (5) и пакетами (3) ротора установлены магнитомягкие бандажи (12), которые предотвращают повреждение магнитов (5) при закреплении на них пакетов (3).

На фиг.2 представлен многосекционный вентильный индукторный электродвигатель, который состоит из нескольких секций, представленных на фиг.1, причем секции устанавливаются на валу (2) таким образом, что прилегающие друг к другу кольцевые постоянные магниты (5) смежных секций имеют однонаправленное намагничивание.

Внутренняя полость двигателя выполняется герметичной и заполняется диэлектрическим маслом с целью защиты двигателя от проникновения в его полость пластовой жидкости, охлаждения обмоток и смазывания подшипников.

Работа вентильного индукторного электродвигателя осуществляется следующим образом.

Кольцевые разнонаправлено радиально намагниченные постоянные магниты (5), установленные под пакетами (3) ротора, создают магнитный поток, который проходит через пакет (4) статора, обмотку (11), корпус (1), магнитомягкую втулку (8) и вал (2) из магнитного материала, тем самым создается замкнутая магнитная цепь для прохождения магнитного потока, в которой рассеивание магнитного потока в воздушных зазорах не приводит к существенному уменьшению индукции магнитного поля.

При однонаправленном намагничивании прилегающих друг к другу магнитов (5) смежных секций многосекционного вентильного электродвигателя в этих секциях создаются магнитные потоки противоположного направления, что улучшает энергетические показатели многосекционного электродвигателя, поскольку магнитный поток в каждой секции проходит по магнитной цепи своей секции и не ответвляется в смежную секцию, что происходило бы, если прилегающие друг к другу постоянные магниты (5) смежных секций имели разнонаправленное намагничивание.

Применение радиально намагниченных постоянных магнитов (5) и расположение их под пакетами (3) ротора позволяет уменьшить расстояние между пакетами (3) ротора в каждой секции электродвигателя, которое определяется размерами немагнитной втулки (7), что обеспечивает уменьшение длины электродвигателя и тем самым уменьшение расхода активных материалов, например обмоточной меди, и постоянных магнитов, что, в свою очередь, приводит к уменьшению массы электродвигателя. Кроме того, более технологичное выполнение конструкции электродвигателя приведет к существенному снижению его себестоимости и эксплутационных расходов. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить КПД электродвигателя, а также значительно уменьшить его длину и массу, а также повысить технологичность изготовления и сборки электродвигателя за счет применения стандартного вала из магнитного материала. Заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности "промышленная применимость", поскольку его реализацию можно осуществить с использованием известных средств и методов.

Изобретение относится к электротехнике, к бесколлекторным электродвигателям с возбуждением от постоянных магнитов и может быть использовано, в частности, в нефтяной промышленности для добычи нефти в качестве погружного электродвигателя для привода центробежного или винтового погружных насосов. Технический результат заключается в повышении КПД и уменьшении массогабаритных показателей. Секция заявленного электродвигателя содержит корпус, в котором расположен статор и закрепленный на валу ротор. Ротор выполнен двухпакетным с двумя кольцевыми постоянными магнитами, которые разнонаправлено намагничены в радиальном направлении и расположены под его пакетами. Между пакетами ротора установлена немагнитная втулка, а вал выполнен из магнитного материала. Магниты одной секции многосекционного вентильного индукторного электродвигателя имеют разнонаправленное намагничивание, а прилегающие друг к другу магниты смежных секций имеют однонаправленное намагничивание. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Секция вентильного индукторного электродвигателя, содержащая корпус, в котором расположен статор и закрепленный на валу ротор, состоящий из двух пакетов с возбуждением от кольцевого постоянного магнита, отличающаяся тем, что ротор выполнен с двумя кольцевыми постоянными магнитами, которые разнонаправлено намагничены в радиальном направлении и расположены под пакетами ротора, при этом между пакетами ротора установлена немагнитная втулка, а вал выполнен из магнитного материала.2. Секция вентильного индукторного электродвигателя по п.1, отличающаяся тем, что кольцевые постоянные магниты расположены на магнитомягкой втулке.3. Секция вентильного индукторного электродвигателя по п.1, отличающаяся тем, что между кольцевыми постоянными магнитами и пакетами ротора размещены магнитомягкие бандажи.4. Многосекционный вентильный индукторный электродвигатель, содержащий корпус, в котором размещено несколько секций, каждая из которых имеет статор и закрепленный на валу ротор, состоящий из двух секций с возбуждением от кольцевого постоянного магнита, отличающийся тем, что ротор каждой секции выполнен с двумя кольцевыми постоянными магнитами, которые намагничены в радиальном направлении и расположены под пакетами ротора, между пакетами ротора в каждой секции установлена немагнитная втулка, при этом магниты одной секции имеют разнонаправленное намагничивание, прилегающие друг к другу магниты смежных секций имеют однонаправленное намагничивание, а вал выполнен из магнитного материала.5. Многосекционный вентильный индукторный электродвигатель по п.4, отличающийся тем, что кольцевые постоянные магниты расположены на магнитомягкой втулке.6. Многосекционный вентильный индукторный электродвигатель по п.4, отличающийся тем, что между кольцевыми постоянными магнитами и пакетами ротора размещены магнитомягкие бандажи.