Двухфазная синхронная вентильно-индукторная электрическая машина Российский патент 2023 года по МПК H02K16/04 H02K11/30 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к конструкции синхронных индукторных (вентильно-индукторных) двигателей и генераторов торцевого (аксиального) типа, и может быть использовано в электроприводах различного назначения и системах генерации электроэнергии.

Уровень техники

Из уровня техники известна индукторная машина с аксиальным магнитным потоком для жестких условий эксплуатации (Патент RU 2539572 опубл. 20.01.2015), которая содержит цилиндрический корпус, статор с обмоткой, безобмоточный ротор с внешним валом, имеющий «n» магнитных зубцов и дисковую пластину из немагнитного материала.

Известное техническое решение предназначено для жестких условий эксплуатации, поэтому обмотка статора изолируется от внешней среды. При этом из-за дисковой пластины из немагнитного материала увеличивается рабочий воздушный зазор, что приводит к ухудшению технических характеристик машины. Кроме того, однопакетная конструкция машины уступает двухпакетной по удельным показателям.

Известен мотор - генератор (Патент RU 2759797 опубл. 18.11.2021), который состоит из диска ротора из немагнитного материала с постоянными магнитами, полюсных наконечников и статора на подшипниковых щитах. Ротор имеет четное число постоянных магнитов, намагниченных по радиусу, с двумя полюсными наконечниками на каждом магните. Магниты имеют чередующуюся полярность. Число П-образных сердечников статора (р), установленных на каждом подшипниковом щите, в два раза меньше числа постоянных магнитов, число которых должно быть обязательно четным. В пазах П-образных сердечников статора установлены концентрические катушки, каждая из которых является фазой двухфазного мотор-генератора - на одном щите фаза U, а на другом, сдвинутая на 90 электрических градусов относительно первой фазы-фаза V.

Для реализации известного изобретения нужны постоянные магниты и требуется изготовление полюсных наконечников в количестве в два раза большем, чем количество постоянных магнитов, что приводит к существенному удорожанию изделия. Кроме того, для достижения требуемой индукции в магнитопроводах и рабочем зазоре требуется увеличение осевого размера постоянных магнитов, а значит и ротора в целом, что приводит к увеличению массы и момента инерции ротора, а также массы и габаритов изделия в целом.

Сущность изобретения

Задачей заявляемого изобретения является разработка двухфазной синхронной вентильно-индукторной электрической машины, обладающей высокими эксплуатационными характеристиками.

Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение конструкции двухфазной синхронной вентильно-индукторной электрической машины, а также экономия активных материалов.

Технический результат достигается тем, что в двухфазной синхронной вентильно-индукторной электрической машине, содержащей ротор, выполненный из немагнитного диска с пазами, по меньшей мере, один статор, состоящий из двух подшипниковых щитов, содержащих П-образные ферромагнитные сердечники и одну общую для всех П-образных сердечников каждого щита концентрическую катушку, расположенную в пазах П-образных сердечников, согласно предложенному решению, число П-образных сердечников на каждом подшипниковом щите равно числу пазов ротора, в которых установлены шихтованные бруски из ферромагнитного материала, являющиеся полюсами ротора, при этом П-образные сердечники одного щита сдвинуты относительно П-образных сердечников другого щита на 180 электрических градусов, а геометрический сдвиг между П-образными сердечниками одного щита и другого щита зависит от числа пазов ротора (р) и равен: α = 360/(2р).

На полюсах ротора с одной и другой стороны могут быть выполнены радиальные скосы.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен общий вид двухфазной синхронной вентильно-индукторной электрической машины без корпуса, на фиг. 2 - ротор, на фиг. 3 - задний подшипниковый щит с П-образными сердечниками и одной фазой, на фиг. 4 показан скос на полюсах ротора.

Осуществление изобретения

Двухфазная синхронная вентильно-индукторная электрическая машина состоит из диска ротора 1 из немагнитного материала, в пазах которого установлены шихтованные бруски 2, статора на подшипниковых щитах 3, содержащих П-образные ферромагнитные сердечники 4. Число П-образных сердечников 4 статора, установленных на каждом подшипниковом щите 3 равно числу зубцов ротора 1, при этом число зубцов может быть как четным, так и нечетным. В пазах П-образных сердечников 4 статора установлены концентрические катушки 5. П-образные сердечники одного щита сдвинуты относительно П-образных сердечников другого щита на 180 электрических градусов. Геометрический сдвиг между П-образными сердечниками одного щита и другого щита (а) зависит от числа пазов ротора (р) и равен: α = 360/(2р).

Для возможности запуска данной машины в двигательном режиме в нужном направлении вращения полюса ротора должны быть выполнены с асимметрией, например, с одной и другой стороны могут быть выполнены радиальные скосы.

Работа устройства

Предлагаемая двухфазная синхронная вентильно-индукторная электрическая машина управляется от электронного коммутатора по датчику положения ротора 1. В двигательном режиме импульс напряжения от источника питания подается последовательно на обмотку фазы U, затем на обмотку фазы V, потом опять на обмотку фазы U и так далее. Направление вращения машины определяется асимметрией полюсов ротора. Полюса ротора будут притягиваться к П-образным сердечникам статора стороной с большей проводимостью (в нашем случае - стороной, где нет скоса).

Однозначное направление вращения (левое или правое) достигается за счет радиального скоса на полюсах ротора 1 с одной и другой стороны, что обеспечивает магнитную асимметрию.

При использовании предлагаемого устройства в генераторном режиме устройство также управляется от электронного коммутатора по датчику положения ротора. В определенный момент подается импульс напряжения определенной длительности на одну из фаз, генератор возбуждается, под действием ЭДС через нагрузку и катушки фазы течет ток, создающий тормозной момент на валу генератора, затем включается другая фаза и так далее.

Как и в двигательном режиме, непрерывное преобразование энергии достигается путем коммутации фаз в соответствии с показаниями датчика положения ротора.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения показал, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения неизвестна из уровня техники, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна», предъявляемому к изобретениям.

Заявленная совокупность существенных признаков позволяет достигнуть неочевидных технических результатов, которые не были достигнуты известными техническими решениями на дату подачи настоящей заявки, поэтому заявленное изобретение соответствует условиям патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к конструкции синхронных вентильно-индукторных двигателей и генераторов торцевого (аксиального) типа. Технический результат – обеспечение высоких эксплуатационных характеристик. Двухфазная синхронная вентильно-индукторная электрическая машина содержит ротор и статор, состоящий из двух подшипниковых щитов. В пазах диска ротора из немагнитного материала установлены бруски из ферромагнитного материала, являющиеся полюсами ротора. Каждый подшипниковый щит статора содержит П-образные ферромагнитные сердечники и одну общую для всех П-образных сердечников одного щита концентрическую катушку, являющуюся одной из фаз. Число П-образных сердечников статора равно числу пазов диска ротора. П-образные сердечники одного щита сдвинуты относительно П-образных сердечников другого щита на 180 электрических градусов. Геометрический сдвиг между П-образными сердечниками одного щита и другого щита зависит от числа пазов ротора (р) и равен α = 360/(2р). 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Двухфазная синхронная вентильно-индукторная электрическая машина, содержащая ротор, выполненный из немагнитного диска с пазами, по меньшей мере, один статор, состоящий из двух подшипниковых щитов, содержащих П-образные ферромагнитные сердечники и одну общую для всех П-образных сердечников каждого щита концентрическую катушку, расположенную в пазах П-образных сердечников, отличающаяся тем, что число П-образных сердечников на каждом подшипниковом щите равно числу пазов ротора, в которых установлены шихтованные бруски из ферромагнитного материала, являющиеся полюсами ротора, при этом П-образные сердечники одного щита сдвинуты относительно П-образных сердечников другого щита на 180 электрических градусов, а геометрический сдвиг между П-образными сердечниками одного щита и другого щита зависит от числа пазов ротора (р) и равен: α = 360/(2р).

2. Двухфазная синхронная вентильно-индукторная электрическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что на полюсах ротора с одной и другой стороны выполнены радиальные скосы.