СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2015 года по МПК H02K19/06 

Описание патента на изобретение RU2545167C1

Изобретение относится к электрическим машинам, а конкретно к синхронным электродвигателям с реактивным ротором, и может быть использовано в качестве исполнительного двигателя с большим вращающим моментом.

Известен синхронный электродвигатель с магнитной редукцией, содержащий корпус, вал, зубчатый статор с трехфазной обмоткой и зубчатый ротор (патент №2076433, Н02K 19/06, опубл. 2003.07.10, Бюл. №19) - [1].

Недостатком данного двигателя являются низкие массогабаритные показатели, поскольку взаимодействие между статором и ротором происходит на одной цилиндрической поверхности в рабочем зазоре.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является синхронный электродвигатель, содержащий корпус, пакет статора с зубцами zc и с многофазной обмоткой, магнитопровод ротора с зубцами zp=zc±2p на валу с подшипниками, чередующиеся коаксиальные полые цилиндры ротора и статора, состоящие из ферромагнитных и немагнитных элементов, расположенных вдоль оси вращения, причем цилиндры ротора механически связаны с магнитопроводом ротора, а цилиндры статора - с корпусом, при этом зубцы полюсов и ферромагнитные элементы цилиндров статора, а также зубцы магнитопровода и ферромагнитные элементы цилиндров ротора имеют свои одинаковые угловые положения (Афанасьев А.Ю., Давыдов Н.В. Синхронный электродвигатель. Патент РФ №2321140, МПК7 Н02K 19/06, Н02K 19/00, опубл. 2008.03.27, Бюл. №9) - [2].

Его недостатком является наличие тонкостенных полых цилиндров с консольным креплением, что усложняет технологию изготовления, ограничивает скорость вращения и снижает надежность при работе на подвижном основании.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении технологичности синхронного электродвигателя, в увеличении его скорости вращения и повышении надежности при работе на подвижном основании.

Технический результат достигается тем, что в электродвигатель, содержащий корпус, вал с подшипниками, пакет статора с зубцами и с многофазной обмоткой, введены чередующиеся диски ротора и статора, состоящие из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов, пакет статора выполнен в виде двух колец из ленты электротехнической стали путем навивки, расположенных по торцам электродвигателя, накладные зубцы с катушками установлены на торцевой поверхности кольца пакета статора, на поверхности зубцов и на другом кольце имеются клиновидные выступы, при этом выступы зубцов и ферромагнитные элементы дисков статора, а также ферромагнитные элементы дисков ротора имеют свои одинаковые угловые размеры и положения, причем количества ферромагнитных элементов на диске статора zc и на диске ротора zp связаны равенством zp=zc±2р.

Сущность заявленного изобретения поясняется на Фиг.1 - Фиг.10, где:

Фиг.1 - продольное сечение синхронного электродвигателя с одной обмоткой;

Фиг.2 - продольное сечение синхронного электродвигателя с двумя обмотками;

Фиг.3 - зубцы с выступами и катушками;

Фиг.4 - диск статора;

Фиг.5 - диск ротора;

Фиг.6-9 - графики магнитной индукции по зубцам и взаимного положения секторов статора и ротора;

Фиг.10 - форма листов шихтованного ферромагнитного элемента.

Здесь 1 - корпус; 2, 3 - подшипниковые щиты; 4, 5 - кольца пакета статора; 6 - зубец; 7 - катушка; 8 - диски статора; 9 - втулка статора; 10 - диски ротора; 11 - втулка ротора; 12 - вал; 13, 14 - подшипники.

Корпус 1 жестко связан с подшипниковыми щитами 2, 3. На них установлены кольца 4, 5 пакета статора. На кольце 4 имеются шесть зубцов 6 с катушками 7.

Диски 8 статора закреплены на втулке 9 статора, установленной на корпусе 1. Диски 10 ротора установлены на втулке 11 ротора. Вал 12 опирается на подшипники 13, 14, установленные в подшипниковых щитах 2, 3.

Кольца 4, 5 и зубцы 6 выполнены лентой из электротехнической стали методом навивки. Диски 8 статора и диски 10 ротора имеют чередующиеся элементы в виде секторов из магнитомягкого и немагнитного материалов. Магнитные элементы выполнены шихтованными из электротехнической стали. Количество магнитных элементов дисков статора и ротора, приходящихся на один полюс, отличаются на единицу. На фиг.3, 4 показан случай, когда р=1, количество ферромагнитных элементов у диска статора zc=24, у диска ротора zp=26.

Диски 8 статора имеют ферромагнитные элементы, расположенные равномерно и образующие шесть групп по числу зубцов статора (на фиг.3 показаны светлым цветом), и немагнитные элементы (на фиг.3 показаны темным цветом).

Диски 10 ротора имеют ферромагнитные элементы, расположенные равномерно (на фиг.4 показаны светлым цветом), и немагнитные элементы (на фиг.4 показаны темным цветом).

Зубцы 6 имеют вид секторов из электротехнической стали и содержат коронки (показаны на фиг.3 слева). Они установлены на магнитопроводе 4 статора. Катушки, расположенные диаметрально, соединены последовательно согласно и образуют три фазы обмотки статора: А, В и С. На фиг.3 буквами X, Y, Z обозначены зубцы с катушками, создающими магнитные потоки, направленные противоположно потокам зубцов А, В, С. Например, если зубец А создает полюс N, то зубец X - полюс S. Число пар полюсов здесь р=1.

Синхронный электродвигатель работает следующим образом. При подаче на фазы А-С обмотки статора трехфазной системы напряжений получается вращающееся магнитное поле. При этом ротор поворачивается в положение, при котором восемь ферромагнитных элементов ротора располагаются вблизи выступов на зубцах статора и соответствующих ферромагнитных элементов дисков статора в зоне максимума модуля магнитной индукции.

Если напряжения питания имеют угловую частоту ωс, то угловая скорость ротора определяется выражением

ωр=2ωс/zp.

Наличие нескольких дисков статора и ротора вызывает многократную деформацию магнитного поля в зоне дисков, что увеличивает развиваемый момент и позволяет улучшить массогабаритные показатели.

На торцевой поверхности магнитопровода статора, обращенной к активной зоне, имеются ферромагнитные выступы в виде секторов, повторяющие по форме и количеству ферромагнитные элементы дисков статора, что увеличивает развиваемый момент.

На фиг.6 показаны графики распределения магнитной индукции В(α) по зубцам в момент времени, когда фазы токов iA, iB, iC имеют значения:

φA=-15°; φB=-135°; φC=105°.

Показана первая пространственная гармоника магнитной индукции. Штрихпунктирными линиями показаны места максимального модуля магнитной индукции. В этих местах ферромагнитные сектора статора и ротора расположены напротив друг друга.

На фиг.7 показаны графики распределения магнитной индукции В(α) по зубцам в момент времени, когда фазы токов iA, iB, iC имеют значения:

φA=0°; φB=-120°; φC=120°.

Видно, что первая пространственная гармоника магнитной индукции сместилась влево на 15°. При этом ротор повернется на угол

Δ α = 2 z p 15 ° = 30 ° z p .

На фиг.8 показаны графики распределения магнитной индукции B(α) по зубцам в момент времени, когда фазы токов iA, iB, iC имеют значения:

φA=15°; φB=-105°; φC=135°.

Видно, что первая пространственная гармоника магнитной индукции сместилась влево на 30°. При этом ротор повернется на угол

Δ α = 2 z p 30 ° = 60 ° z p .

На фиг.9 показаны графики распределения магнитной индукции B(α) по зубцам в момент времени, когда фазы токов iA, iB, iC имеют значения:

φA=30°; φB=-90°; φC=150°.

Видно, что первая пространственная гармоника магнитной индукции сместилась влево на 45°. При этом ротор повернется на угол

Δ α = 2 z p 45 ° = 90 ° z p .

При изменении фаз всех токов на угол 180° положение максимумов модуля магнитной индукции повторится, а ротор повернется на зубцовый шаг

α z = 2 z p 180 ° = 360 ° z p .

У синхронного электродвигателя по фиг.2 имеются две обмотки, расположенные на двух кольцах 4, 5 пакета статора, что облегчает охлаждение и делает симметричным магнитное поле в рабочей зоне.

Выполнение ротора в виде дисков допускает большие угловые скорости и работу на подвижном основании, а также упрощает технологию изготовления.

Магнитные секторы статора и ротора выполнены из электротехнической стали шихтованными для уменьшения потерь в стали на вихревые токи и гистерезис, поскольку в процессе работы магнитная индукция в секторах изменяется. На фиг.10 показана форма листов шихтованного ферромагнитного элемента, выполняемого из электротехнической стали.

Таким образом, в результате введения чередующихся дисков ротора и статора, состоящих из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов, выполнения пакета статора в виде двух колец с накладными зубцами с катушками, выполнения на поверхности зубцов и на втором кольце клиновидных выступов, при этом клиновидные зубцы полюсов и ферромагнитные элементы дисков статора, а также ферромагнитные элементы дисков ротора имеют свои одинаковые угловые размеры и положения, получен синхронный электродвигатель с технологичной конструкцией, допускающей большие скорости вращения и надежную работу на подвижном основании.

Похожие патенты RU2545167C1

название год авторы номер документа
Синхронный электродвигатель с магнитной редукцией 2018
  • Афанасьев Анатолий Юрьевич
  • Березов Николай Алексеевич
  • Килиманов Константин Алексеевич
  • Макаров Валерий Геннадьевич
RU2704491C1
СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ 2015
  • Афанасьев Анатолий Юрьевич
  • Берёзов Николай Алексеевич
  • Макаров Алексей Витальевич
  • Сиразетдинов Рифкат Талгатович
  • Деваев Вячеслав Михайлович
RU2588230C1
СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С МАГНИТНОЙ РЕДУКЦИЕЙ 2015
  • Афанасьев Анатолий Юрьевич
  • Макаров Алексей Витальевич
  • Березов Николай Алексеевич
RU2604058C1
СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С МАГНИТНОЙ РЕДУКЦИЕЙ 2015
  • Афанасьев Анатолий Юрьевич
  • Берёзов Николай Алексеевич
  • Макаров Алексей Витальевич
  • Сиразетдинов Рифкат Талгатович
  • Деваев Вячеслав Михайлович
RU2588599C1
Синхронный электродвигатель с магнитной редукцией 2017
  • Афанасьев Анатолий Юрьевич
  • Макаров Валерий Геннадьевич
  • Березов Николай Алексеевич
  • Газизов Ильдар Фависович
RU2668817C1
МОТОР-КОЛЕСО 2017
  • Афанасьев Анатолий Юрьевич
  • Газизов Ильдар Фависович
  • Кунгурцев Андрей Алексеевич
RU2653725C1
СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С МАГНИТНОЙ РЕДУКЦИЕЙ 2013
  • Афанасьев Анатолий Юрьевич
  • Завгороднев Максим Юрьевич
  • Ефремов Дмитрий Олегович
RU2544835C1
Синхронный электродвигатель для винта вертолета 2019
  • Афанасьев Анатолий Юрьевич
  • Березов Николай Алексеевич
  • Рыбушкин Николай Анатольевич
RU2708382C1
Мотор-колесо для самолета 2018
  • Афанасьев Анатолий Юрьевич
  • Каримов Артур Рафаэлевич
  • Студнева Евгения Евгеньевна
RU2703704C1
МОТОР-КОЛЕСО 2017
  • Афанасьев Анатолий Юрьевич
  • Газизов Ильдар Фависович
  • Кунгурцев Андрей Алексеевич
  • Берёзов Николай Алексеевич
RU2655098C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 545 167 C1

Реферат патента 2015 года СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве исполнительного двигателя с большим вращающим моментом. Технический результат - создание синхронного электродвигателя с более технологичной конструкцией, допускающей большие скорости вращения и работу на подвижном основании. Синхронный электродвигатель содержит корпус (1) и подшипниковые щиты (2, 3), на которых установлены кольца (4, 5) пакета статора. На кольце (4) установлены клиновидные зубцы (6) с катушками (7). Диски статора (8) установлены на втулке (9) статора, а диски (10) ротора - на втулке (11) ротора, закрепленной на валу (12), опирающемся на подшипники (13, 14). Диски статора и ротора имеют чередующиеся ферромагнитные и немагнитные клинообразные элементы, количества которых связаны равенством zp=zc±2р. Выполнение ротора в виде дисков позволило улучшить технологичность и увеличить скорость вращения электродвигателя, а также надежность при работе на подвижном основании. 10 ил.

Формула изобретения RU 2 545 167 C1

Синхронный электродвигатель, содержащий корпус, вал с подшипниками, пакет статора с зубцами и с многофазной обмоткой, отличающийся тем, что введены чередующиеся диски ротора и статора, состоящие из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов, пакет статора выполнен в виде двух колец из ленты электротехнической стали путем навивки, расположенных по торцам электродвигателя, накладные зубцы с катушками установлены на торцевой поверхности кольца пакета статора, на поверхности зубцов и на другом кольце имеются клиновидные выступы, при этом клиновидные выступы зубцов и ферромагнитные элементы дисков статора, а также ферромагнитные элементы дисков ротора имеют свои одинаковые угловые размеры и положения, причем количества ферромагнитных элементов на диске статора zc и на диске ротора zp связаны равенством zp=zc±2р.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2545167C1

СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ 2006
  • Афанасьев Анатолий Юрьевич
  • Давыдов Николай Владимирович
RU2321140C1
СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ РЕДУКЦИЕЙ 1995
  • Лузин Михаил Иванович
RU2076433C1
СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С МАГНИТНОЙ РЕДУКЦИЕЙ 2008
  • Афанасьев Анатолий Юрьевич
  • Давыдов Николай Владимирович
RU2375806C1
СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ РЕДУКЦИЕЙ 1994
  • Лузин Михаил Иванович
RU2066912C1
Трехфазный синхронный редукторный электродвигатель 1989
  • Куракин Александр Сергеевич
  • Куракина Наталья Александровна
  • Савченко Валерий Михайлович
  • Малышев Анатолий Дмитриевич
SU1737643A1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СУХОЙ СМЕСИ ДЛЯ ДЕТСКОГО ПИТАНИЯ 2003
  • Родионова Людмила Яковлевна
  • Донченко Людмила Владимировна
  • Чередниченко Кирилл Викторович
  • Яхутль Муслимат Юнусовна
  • Квасенков Олег Иванович
  • Надыкта Владимир Дмитриевич
RU2272519C2
US 20090167119 A1, 02.07.2009
US 20130207498 A1, 15.08.2013
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТУРБОВИНТОВОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ С РЕВЕРСОМ ТЯГИ 1988
  • Калачев В.С.
SU1635439A1

RU 2 545 167 C1

Авторы

Афанасьев Анатолий Юрьевич

Завгороднев Максим Юрьевич

Милосердов Василий Федорович

Даты

2015-03-27Публикация

2013-08-20Подача