УСТРОЙСТВО ТРЕХФАЗНОГО СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОВЫШЕННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ Российский патент 2008 года по МПК H02K21/12 H02K1/27 

Изобретение связано с использованием трехфазных синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов Н02К 21/27.

Известны конструкции трехфазных синхронных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов, располагаемых на спинке ротора из электротехнической стали, с распределенной по внутренней поверхности статора обмоткой статора, располагаемой в пазах статора.

Конструкция таких синхронных двигателей описана в книге М.М.Кацмана «Электрические машины и трансформаторы», часть II. М.: Высшая школа, 1976 г.

Наиболее близким решением к заявленному изобретению является патент на синхронный двигатель с явно выраженными полюсами статора RU 2253178 (автор Бихман Р.И.) от 27.05.2005 г., который следует принять за прототип.

Отличием заявленного изобретения от прототипа является конструкция ротора двигателя, состоящая из спинки ротора (1) из электротехнической стали, радиально намагниченных постоянных магнитов в качестве полюсов ротора, немагнитных вставок (6) между полюсами ротора, внутри которых в плоскостях, содержащих ось ротора и радиальную ось немагнитных вставок, помещаются пластины из мягкой электротехнической стали (7), что позволяет увеличить магнитный поток статора при увеличении угла между осями магнитных потоков ротора и статора при неизменном токе в обмотках статора, а следовательно, и величину крутящего момента, создаваемого двигателем.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, состоит в создании простых по конструкции трехфазных электрических двигателей с максимальной эффективностью η, т.е. отношением полезной механической мощности, развиваемой двигателем (Р_{мех.пол}) к потребляемой электрической мощности (Р_{эл.потр.}).

Синхронный двигатель состоит из статора, включающего спинку статора (1), явно выраженные полюса статора (2) и трехфазную обмотку статора (3), намотанную вокруг полюсов статора, и ротора, включающего полюса возбуждения из постоянных магнитов (4), располагаемых на спинке ротора (5), немагнитных вставок между полюсами ротора (6) и пластин из мягкой электротехнической стали, размещаемых внутри немагнитных вставок в плоскостях, содержащих ось ротора и радиальную ось вставки (7).

Спинка и полюса статора выполняются шихтованными из тонколистовой электротехнической стали. Число полюсов статора должно быть кратно трем. Спинка ротора выполняется из мягкой электротехнической стали. Число полюсов ротора должно быть кратно двум.

Протяженность полюсов статора, а также интервал между полюсами статора вдоль внутренней поверхности статора составляет 60 «электрических» градусов. Протяженность полюсов ротора (магнитов возбуждения) вдоль внешней поверхности ротора составляет 120 «электрических» градусов, а интервал между полюсами ротора 60 «электрических» градусов вдоль внешней поверхности ротора.

Толщина пластин из мягкой электротехнической стали (7) составляет порядка 0,25-0,3 от средней толщины немагнитных вставок (6).

Крутящий момента, развиваемый двигателем, равен:

где k - коэффициент, зависящий от размеров и других параметров двигателя;

Ф_стат - магнитный поток, создаваемый токами в обмотках статора;

Ф_рот - магнитный поток, создаваемый полюсами ротора (постоянными магнитами возбуждения);

θ - угол между осями магнитных потоков Ф_стат и Ф_рот в «электрических» градусах.

На фиг.1 приведено схематическое изображение поперечного сечения предлагаемой конструкции трехфазного двигателя с числом пар полюсов ротора Р=3.

На фиг.2-1 и 2-2 на линейных развертках полюсов статора и ротора показаны направления основной части магнитных потоков ротора (сплошными линиями) и статора (пунктирными линиями) для углов θ=90 «электрических» градусов и θ=0 «электрических» градусов, соответственно.

Благодаря наличию пластин из мягкой электротехнической стали между полюсами ротора (7) величина магнитного потока статора при θ→90 эл.град. существенно увеличивается, что приводит к увеличению крутящего момента при неизменном значении величины тока в обмотках статора и, следовательно, к увеличению эффективности двигателя.

На фиг.1 приняты следующие обозначения:

1 - спинка статора; 2 - полюса статора; 3 - обмотки статора; 4 - полюса ротора; 5 - спинка ротора; 6 - немагнитные вставки; 7 - пластины из мягкой электротехнической стали.

Процесс изготовления синхронных двигателей предлагаемой конструкции практически ничем не отличается по технологии и применяемым материалам от изготовления серийных синхронных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов и может быть реализован на обычных электромашиностроительных предприятиях.

В предлагаемой конструкции двигателей могут быть использованы широко применяемые в электромашиностроении постоянные магниты из NdFeB с остаточной индукцией В_о≥1,2 Тл, коэрцитивной силой Н_с=12 кЭ и намагниченностью J=955000 А/м.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в трехфазных синхронных электрических машинах с возбуждением от постоянных магнитов. Сущность изобретения состоит в том, что в трехфазном синхронном двигателе повышенной эффективности с возбуждением от постоянных магнитов, состоящем из трехфазного статора с явно выраженными полюсами с обмотками статора, намотанными вокруг полюсов статора, и ротора с полюсами из постоянных магнитов, согласно данному изобретению между полюсами ротора помещены немагнитные вставки, внутри которых вдоль радиальных осей размещены пластины из мягкой электротехнической стали. Технический результат - упрощение конструкции трехфазных электрических двигателей при одновременном увеличении крутящего момента путем увеличения магнитного потока статора по мере увеличения угла между осями магнитных потоков ротора и статора при неизменном токе в обмотках статора, что ведет к увеличению эффективности двигателя, определяемой как отношения полезной механической мощности к потребляемой электрической мощности. 3 ил.

Устройство трехфазного синхронного двигателя повышенной эффективности с возбуждением от постоянных магнитов, состоящее из трехфазного статора из шихтованной тонколистовой электротехнической стали с явно выраженными полюсами, с обмотками статора, намотанными вокруг полюсов статора с протяженностью полюсов статора и интервалом между полюсами вдоль внутренней поверхности статора в 60 электрических градусов, и ротора, состоящего из спинки ротора из мягкой электротехнической стали, насаживаемой на вал двигателя, с полюсами из постоянных магнитов с протяженностью полюсов ротора, 120 электрических градусов и интервалом между полюсами, 60 электрических градусов вдоль наружной поверхности ротора, отличающееся тем, что между полюсами ротора размещены немагнитные вставки, внутри которых в плоскостях, содержащих ось ротора и радиальную ось немагнитной вставки, помещаются пластины из мягкой электротехнической стали, что увеличивает магнитный поток статора по мере увеличения угла между осями магнитных потоков ротора и статора при неизменном токе в обмотках статора и приводит к увеличению крутящего момента двигателя.