СИНХРОННЫЙ РЕАКТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2009 года по МПК H02K19/06 H02K21/14 H02K1/27 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в силовом электроприводе.

Известен синхронный реактивный электродвигатель (авторское свидетельство СССР № 1515272, кл. Н02K 19/06), содержащий статор с многофазной обмоткой и ротор, выполненный из ориентированных вдоль оси двигателя ферромагнитных пакетов с прорезями. Пакеты отделены друг от друга слоями немагнитного материала.

Недостатком этого синхронного реактивного электродвигателя являются низкие энергетические характеристики, вследствие невысокого отношения магнитных проводимостей по продольной и поперечной осям, обусловленного тем, что применяемые для повышения магнитного сопротивления по поперечной оси прорези в ферромагнитных пакетах несущественно ослабляют поперечный магнитный поток машины.

Наиболее близким к изобретению является синхронный реактивный электродвигатель (авторское свидетельство СССР № 1676016, кл. Н02K 19/06), являющийся прототипом и содержащий статор с многофазной обмоткой и ротор, выполненный из ориентированных вдоль оси двигателя и отделенных друг от друга слоями немагнитного материала ферромагнитных пакетов с прорезями. В прорезях ферромагнитных пакетов размещены радиально намагниченные постоянные магниты с чередующейся полярностью. Постоянные магниты создают магнитный поток, направленный навстречу поперечному магнитному потоку статора, и, уменьшая его величину, снижают результирующее потокосцепление по поперечной оси.

Однако известный электродвигатель обладает недостаточно высокими энергетическими характеристиками (КПД, cosφ), поскольку при размещении постоянных магнитов лишь в прорезях ферромагнитных пакетов компенсация поперечного потока недостаточно эффективна, так как сохраняются пути замыкания поперечного потока через участки ферромагнитных пакетов ротора за пределами прорезей.

Кроме того, наличие достаточно больших прорезей и установка в них постоянных магнитов требует удлинения ферромагнитных пакетов в осевом направлении, превышающего активную длину двигателя, с целью сохранения на высоком уровне проводимости по продольной оси ротора, что приводит к ухудшению массогабаритных показателей двигателя.

Задачей изобретения является создание синхронного реактивного электродвигателя (СРД) с улучшенными энергетическими и массогабаритными показателями.

Это достигается тем, что в синхронном реактивном электродвигателе, содержащем статор с многофазной обмоткой, ротор, выполненный из ориентированных вдоль оси двигателя, отделенных друг от друга ферромагнитных пакетов, а также постоянные магниты, по крайней мере, в одном на полюсное деление промежутке между ферромагнитными пакетами, наиболее близко расположенными к продольной оси ротора, размещен постоянный магнит, при этом ось намагничивания этого магнита совпадает с нормалью к поверхностям прилегающих к нему ферромагнитных пакетов.

На фиг.1 представлен поперечный разрез заявляемого синхронного реактивного электродвигателя, содержащего статор 1 с многофазной обмоткой и, в качестве примера, двухполюсный ротор, на фиг.2 показаны пути замыкания поперечного потока статора и направление намагничивания постоянного магнита, размещенного в промежутке между ферромагнитными пакетами, на фиг.3 - пространственное распределение поперечного магнитного потока Ф_q статора, потока компенсации

Ф_комп , обусловленного постоянным магнитом, и результирующего потока по поперечной оси .

Ротор синхронного реактивного электродвигателя содержит расположенные вдоль оси двигателя ферромагнитные пакеты 2, межпакетные промежутки 4, отделяющие пакеты один от другого, и промежуток между ферромагнитными пакетами 3, в котором помещен постоянный магнит 5. Ось намагничивания постоянного магнита совпадает с нормалью к поверхностям прилегающих к нему ферромагнитных пакетов 3.

Синхронный реактивный электродвигатель работает следующим образом. Многофазная обмотка на статоре создает в зазоре машины бегущее с синхронной скоростью магнитное поле. За счет магнитной несимметрии ротора (проводимости по продольной и поперечной осям G_d и G_q не равны) возникает электромагнитный момент, приводящий его во вращение.

Величины максимального электромагнитного момента СРД и максимального коэффициента мощности (в пренебрежении резистивным сопротивлением обмотки статора) определяются соотношениями:

в которых X_d и X_q - индуктивные сопротивления СРД по продольной и поперечной осям ротора. Так как X_d и X_q пропорциональны магнитным проводимостям G_d и G_q вдоль осей d и q ротора, электромагнитный момент и энергетические показатели СРД тем выше, чем больше отношение G_d/G_q.

Размещение в межпакетных промежутках в окрестностях продольной оси постоянных магнитов предназначено для компенсации поперечного потока Ф_q статора (и, как следствие, уменьшения проводимости по поперечной оси G_q при сохранении проводимости по продольной оси на высоком уровне). При синусоидальном распределении магнитного потока максимум поперечного потока имеет место в сечении машины, совпадающем с продольной осью. В связи с этим наибольший эффект достигается при размещении постоянных магнитов между ферромагнитными пакетами вблизи продольной оси ротора (в районе наибольшей концентрации поперечного магнитного потока).

Постоянный магнит 5 заполняет весь промежуток в окрестности оси d между ферромагнитными пакетами 3, что предопределяет компенсацию поперечного потока статора по всей площади прилегающих пакетов (фиг.2).

В предлагаемом синхронном реактивном электродвигателе при сохранении проводимости по продольной оси на уровне прототипа, компенсация магнитного потока Ф_q и, соответственно, уменьшение величины проводимости по поперечной оси G_q осуществляется в большей степени, чем в прототипе. Следствием этого является увеличение электромагнитного момента и улучшение энергетических характеристик (КПД, cosφ) заявляемого электродвигателя за счет существенного увеличения отношения G_d/G_q.

Размещение постоянного магнита между ферромагнитными пакетами наряду с повышенной эффективностью компенсации поперечного потока приводит к улучшению массогабаритных показателей электродвигателя, поскольку в ферромагнитных пакетах отсутствуют прорези для размещения в них постоянных магнитов (как это имеет место в прототипе) и, соответственно, не требуется удлинения пакетов с целью сохранения проводимости G_d по продольной оси ротора на высоком уровне.

Кроме того, поскольку компенсируемый поперечный магнитный поток имеет относительно небольшую величину, в предлагаемом синхронном реактивном электродвигателе могут быть использованы сравнительно недорогие постоянные магниты с низким уровнем остаточной магнитной индукции (например, феррит-бариевые).

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в силовом электроприводе. Синхронный реактивный электродвигатель содержит статор с многофазной обмоткой и ротор. Ротор выполнен из расположенных вдоль оси двигателя ферромагнитных пакетов (2), межпакетных промежутков (4), отделяющих пакеты один от другого, причем, по крайней мере, в одном на полюсное деление промежутке между ферромагнитными пакетами, наиболее близко расположенными к продольной оси, размещен постоянный магнит (5), при этом ось намагничивания постоянного магнита совпадает с нормалью к поверхностям прилегающих к нему ферромагнитных пакетов (3). Технический результат, достигаемый при использовании предложенного электродвигателя, состоит в улучшении его энергетических (КПД, cosφ) и массогабаритных показателей. 3 ил.

Синхронный реактивный электродвигатель, содержащий статор с многофазной обмоткой, ротор, выполненный из ориентированных вдоль оси машины, отделенных друг от друга ферромагнитных пакетов, а также постоянные магниты, отличающийся тем, что, по крайней мере в одном на полюсное деление промежутке между ферромагнитными пакетами, наиболее близко расположенными к продольной оси, размещен постоянный магнит, при этом ось намагничивания постоянного магнита совпадает с нормалью к поверхностям прилегающих к нему ферромагнитных пакетов.