ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2020 года по МПК H02K1/20 H02K9/22 H02K9/19 H02K19/10 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам с несколькими роторами или статорами, и может быть использовано в качестве двигателей транспортных средств.

Известен секционированный вентильно-индукторный двигатель с системой воздушного охлаждения (патент на изобретение №RU2358371 от 09.07.2008) содержащий корпус, в котором на подшипниках установлен вал, замкнутую систему принудительного воздушного охлаждения, конструктивно сопряженную с корпусом, и секции, размещенные в корпусе, при этом каждая секция содержит зафиксированные на валу зубчатые пакеты ротора, станину, в расточке которой закреплены кольцевая обмотка возбуждения и зубчатые пакеты статора с уложенными в их пазах фазными обмотками, а система принудительного воздушного охлаждения - каналы наружного охлаждения, образованные между внутренней поверхностью корпуса и оребренной в аксиальном направлении наружной поверхностью станины каждой секции, каналы внутреннего охлаждения, сообщенные внутрисекционной камерой и попарно выполненные в аксиальном направлении под пазами пакетов статора каждой секции, по меньшей мере, одну межсекционную камеру и замкнутый на корпус воздуховод, в котором размещены вентилятор и воздухоохладитель.

Известен также комбинированный двигатель (патент №CN103178666 от 26.06.2013). Изобретение раскрывает комбинированный двигатель с переключаемыми реактивными двигателями и двухдисковым двигателем с постоянными магнитами с осевыми магнитными полями. Комбинированный эффективный двигатель отличается тем, что диск левого ротора, средний статор и диск правого ротора образуют двигатели с постоянными магнитами двухдискового типа с осевыми магнитными полями, диск левого ротора, диск правого ротора, левый SRM (статор с переключаемым реактивным двигателем) и правый статор SRM образуют два переключаемых реактивных двигателя, а левый статор SRM и правый статор SRM расположены на торцевых крышках. Статор разделяется на двухдисковые двигатели с постоянными магнитами с осевыми магнитными полями; и каждый двигатель с постоянным магнитом дискового типа и соответствующий коммутируемый реактивный двигатель совместно используют соответствующий диск ротора, зубчатые гнезда на окружностях дисков ротора представляют собой вентиляционные отверстия двигателей постоянного магнита дискового типа для реализации охлаждающих эффектов, а также используются в качестве зубьев ротора. Переключаемые реактивные двигатели, а также зубчатые гнезда и статоры SRM образуют переключаемые реактивные двигатели.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является вентильно-индукторный двигатель с принудительным воздушным охлаждением (патент на полезную модель № 89785 от 07.08.2009), содержащий корпус с аксиально-оребренной поверхностью, вентилятор, подающий охлаждающий воздух в торец корпуса, и размещенные во внутренней полости корпуса зубчатые пакеты статора с фазными обмотками, кольцевые обмотки возбуждения и зубчатые пакеты ротора, закрепленные на валу, установленном в опорах вращения, при этом в зубчатых пакетах статора выполнены аксиальные каналы внутреннего охлаждения, а оребренная поверхность корпуса, по меньшей мере, частично покрыта приваренными к вершинам ребер стальными листами с созданием каналов наружного охлаждения между ребрами.

Недостатком вышеописанных аналогов является применение в конструкции устройства воздушного охлаждения, реализованного за счет дополнительного устройства нагнетания воздуха, которое является низкоэффективным и энергозатратным.

Задачей заявляемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в повышении эффективности охлаждения двигателя, снижении массы двигателя.

Для достижения указанного технического результата предлагается вентильно-индукторный двигатель, содержащий электронную систему управления, два зубчатых статора с фазными обмотками на зубцах, два зубчатых пакета ротора, закрепленных на общем валу и смещенных друг относительно друга на 45°, систему охлаждения, которая включает металлические пластины, размещенные на торцевой поверхности статоров и плотно прилегающие к ней, а также, размещенные на пластинах трубы для подачи охлаждающей жидкости, прилегающие к обмоткам зубцов статора.

Система управления двигателем включает:

Пакеты ротора и статоры набраны из стальных пластин, изготовленных из листового металла методом лазерной резки. Электродвигатель собран с использованием стальных шпилек, на которые последовательно насаживают элементы двигателя. Для обеспечения заданного расстояния между статорами, а также между каждым статором и торцевыми крышками двигателя, используются доборы, которые также выполнены в виде пакетов из металлических пластин, изготовленных из листового металла методом лазерной резки.

В центральной части пластин пакетов ротора выполнены сквозные отверстия, образующие в пакетах каналы воздушного охлаждения, при этом отверстия в каждой следующей пластине пакета выполнены со смещением, предпочтительно на 0,3°, относительно отверстий предыдущей пластины, таким образом, каналы, образованные отверстиями в пластинах ротора, направлены вокруг оси ротора и при его вращении обеспечивают вихревое движение воздуха внутри двигателя охлаждая его. Смещение отверстий может быть от 0,1 до 0,5° в зависимости от толщины листового материала, из которого изготовлены пакеты ротора, и необходимой скорости потока воздуха.

Элементы системы охлаждения выполнены предпочтительно из оцинкованной меди.

Двигатель с одной из сторон имеет доборы и переходную плиту для удобной стыковки с существующей КПП у автомобилей.

Все элементы двигателя, за исключением вала ротора, изготовлены из листового материала методом лазерной резки, что обеспечивает технологичность и простоту производства двигателя.

Сущность изобретения поясняется 3D моделью двигателя (фиг.1), где:

1 - пластины системы охлаждения;

2 - трубы системы охлаждения;

3 - вал ротора;

4 - статоры;

5 - пакеты ротора;

6 - каналы охлаждения ротора.

Заявленное устройство содержит два трехфазных вентильно-индукторных двигателя, роторы которых используют общий вал 3, а пакеты роторов 5 расположены со смещением на 45° градусов относительно друг друга. Охлаждение двигателя обеспечивает система охлаждения, состоящая из медных труб 2 и медных пластин 1 плотно прикрученных к торцам статоров 4, каналы 6, образованные отверстиями в пластинах пакетов ротора 5, направлены вокруг оси ротора, обеспечивая еще большее охлаждение благодаря циркуляции воздуха внутри двигателя. Электродвигатель собран с использованием стальных шпилек (на фигурах не показаны).

Устройство работает следующим образом.

На фазные обмотки статоров от внешних источников подается напряжение. Магнитные потоки, создаваемые фазными обмотками, замыкаются через пакеты ротора. Принцип действия двигателя основан на магнитном притяжении зубца пакета ротора к ближайшему зубцу статора. Соответствующие токи в фазных обмотках, задаваемые питающими их вентильными преобразователями, и неравенство зубцов статора и ротора обеспечивают плавное вращение вала с регулируемой частотой и требуемым вращающим моментом.

Охлаждение двигателя осуществляется путем подачи охлаждающей жидкости в трубы системы охлаждения, которая подводится к двигателю с помощью внешнего циркуляционного насоса. Охлаждение жидкости производится во внешнем радиаторе. Пластины системы охлаждения осуществляют отвод тепла с торцов статоров благодаря охлаждающей жидкости, циркулирующей по трубам размещенным на пластинах, кроме того обеспечивается эффективный отвод тепла с обмоток статора за счет прилегания труб системы охлаждения к обмоткам. Роторы, вращаясь, создают вихревые потоки воздуха благодаря каналам охлаждения в пакетах ротора, направленным вокруг оси ротора.

Благодаря размещению элементов системы охлаждения на торцах статоров двигатель не нуждается в корпусе для отвода тепла с него, что снижает общую массу двигателя и его себестоимость. Благодаря тому, что все элементы двигателя набраны из металлических пластин, электродвигатель может быть изготовлен с использованием двух станков: станок для лазерной резки с ЧПУ и токарный станок для изготовления вала.

Анализ патентной и научно-технической литературы не выявил технических решений с подобной совокупностью существенных признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» заявляемого изобретения.

Заявляемые существенные признаки, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве двигателей транспортных средств. Технический результат - повышение эффективности охлаждения двигателя, снижение его массы. Вентильно-индукторный двигатель содержит электронную систему управления, два зубчатых статора с фазными обмотками на зубцах, два зубчатых пакета ротора, закрепленных на общем валу и смещенных относительно друг друга на 45°, и систему охлаждени. Система охлаждения включает металлические пластины, размещенные на торцевой поверхности статоров и плотно прилегающие к ней, а также размещенные на пластинах трубы для подачи охлаждающей жидкости, прилегающие к обмоткам зубцов статора. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Вентильно-индукторный двигатель, содержащий электронную систему управления, два зубчатых статора с фазными обмотками на зубцах, два зубчатых пакета ротора, закрепленных на общем валу и смещенных друг относительно друга на 45°, систему охлаждения, отличающийся тем, что система охлаждения включает металлические пластины, размещенные на торцевой поверхности статоров и плотно прилегающие к ней, а также, размещенные на пластинах трубы для подачи охлаждающей жидкости, прилегающие к обмоткам зубцов статора.

2. Вентильно-индукторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что система охлаждения двигателя выполнена из оцинкованной меди.

3. Вентильно-индукторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что пакеты ротора расположены со смещением друг относительно друга на 45°.

4. Вентильно-индукторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что состоит из двух трехфазных вентильно-индукторных двигателей.

5. Вентильно-индукторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что статоры и пакеты ротора набраны из пластин, изготовленных из листового металла методом лазерной резки.

6. Вентильно-индукторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что статоры собраны на стальных шпильках, при этом между статорами, а также между каждым статором и торцами двигателя размещают доборы, которые также выполнены в виде пакетов из пластин, изготовленных из листового металла методом лазерной резки.

7. Вентильно-индукторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в центральной части пластин пакетов ротора выполнены сквозные отверстия, при этом отверстия в каждой следующей пластине пакета выполнены со смещением относительно отверстий предыдущей пластины таким образом, что каналы в пакетах ротора, образованные отверстиями в пластинах пакетов ротора, направлены вокруг оси ротора.

8. Вентильно-индукторный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что элементы системы охлаждения выполнены из оцинкованной меди.