Вентильний індукторний електродвигун

Реферат: Винахід належить до синхронних електричних машин зі збудженням від постійних магнітів і може бути використаний як приводний двигун відцентрового або гвинтового заглибних насосів. Вентильний індукторний електродвигун має у своєму складі корпус з магнітом'якого матеріалу, в якому закріплено статор з двома кільцевими зубчастими пакетами, взаємно зміщеними в осьовому напряму і з обмоткою змінного струму в пазах пакетів. Зовні пакетів і впритул до корпусу розміщені кільцеві постійні магніти, намагнічені у радіальному напряму і взаємно зустрічно. У проміжку між магнітами закріплено кільцеву обмотку з можливістю живлення її регульованим за розміром і напрямом постійним струмом. Ротор двигуна зроблено з двома однаковими рядами зубців, набраних з радіально орієнтованих пластин електротехнічної сталі і закріплених на валу, та розміщеного у проміжку між рядами ярма, навитого із феромагнітної стрічки. Ряди зубців по обидві сторони ярма взаємно зміщено по колу на половину зубцевої поділки ротора. Технічним результатом винаходу є зменшення радіальних розмірів, забезпечення можливості регулювання частоти обертання ротора та більш ефективне використання постійних магнітів. UA 116118 C2 (12) UA 116118 C2 UA 116118 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до синхронних електричних машин зі збудженням від постійних магнітів і може бути використаний, зокрема, як приводний двигун відцентрового або гвинтового заглибних насосів. Відомий індукторний генератор [Альпер Н.Я., Терзян А.А. Индукторные генераторы. М.: Энергия, 1970, с. 11, рис. 2-1] в складі статора з магнітопроводом із двох зубчастих кільцевих пакетів, взаємно зміщених в осьовому напряму і закріплених у циліндричному корпусі з магнітом'якого матеріалу. На зубцях пакетів розміщено котушки обмотки змінного струму. У проміжку між пакетами і впритул до корпусу закріплено кільцеву обмотку збудження, сполучену з джерелом постійного струму. Ротор генератора зроблено з двох, відповідних пакетам статора, кільцевих зубчастих пакетів, які розташовані на зовнішній поверхні феромагнітної втулки, посадженої на вал. Недоліки вказаного індукторного генератора: 1) значні радіальний розмір та маса, зумовлені використанням у роторі кільцевих зубчастих пакетів та втулки; 2) наявність втрат потужності в обмотці збудження, що знижує коефіцієнт корисної дії машини. Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого винаходу є вентильний індукторний електродвигун [Патент RU № 2277285. Секция вентильного индукторного электродвигателя и многосекционный вентильный индукторный электродвигатель /Фисенко В.Г., Русаков A.M. //Опубл. 27.05.2006] в складі корпусу, в якому закріплено статор з двома кільцевими зубчастими пакетами, взаємно зміщеними в осьовому напряму з проміжком між ними та з обмоткою змінного струму в пазах пакетів. Ротор зроблено з двома, відповідними пакетам статора, кільцевими зубчастими пакетами, під якими розміщено кільцеві постійні магніти, намагнічені взаємно протилежно у радіальному напряму. Магніти закріплено на втулці з магнітом'якого матеріалу, яка, у свою чергу, розташована на феромагнітному валу. Недоліки зазначеного вентильного індукторного електродвигуна: 1) значний радіальний розмір, зумовлений причинами, вказаними у попередньому випадку; 2) погіршення характеристик магнітів, викликане дією на них відцентрованих динамічних зусиль та механічної вібрації ротора; 3) неефективне використання постійних магнітів із-за вимушеного виконання їх з радіусом, меншим радіуса розточки; 4) відсутність можливості регулювання розміру магнітного потоку збудження. В основу винаходу поставлена задача удосконалення вентильного індукторного електродвигуна, в якому шляхом зміни конструктивної схеми та введенням нових елементів забезпечується зменшення радіального розміру машини, усунення негативного впливу вібрацій на характеристики магнітів та реалізується регулювання магнітного потоку збудження, що дозволить зробити експлуатацію двигуна більш ефективною. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому вентильному індукторному електродвигуні в складі корпусу з магнітом'якого матеріалу, в якому закріплено статор з двома взаємно зміщеними в осьовому напряму кільцевими зубчастими пакетами з проміжком між ними і з обмоткою змінного струму в пазах пакетів, кільцеві постійні магніти, намагнічені взаємно протилежно у радіальному напряму, та ротор, магнітопровід якого сполучено з валом, згідно з винаходом, кільцеві постійні магніти розміщено зовні пакетів статора; введено та закріплено у проміжку між магнітами кільцеву обмотку з можливістю живлення її регульованим постійним струмом; магнітопровід ротора зроблено з двома рядами зубців (стрижнів), набраних з радіально орієнтованих пластин електротехнічної сталі і розміщених з проміжком проти відповідних пакетів статора, та з ярмом, навитим із феромагнітної стрічки і закріпленим на валу у проміжку між рядами зубців впритул до їх торців, причому ряди зубців взаємно зміщено по колу на половину зубцевої поділки ротора. Суть винаходу пояснюють креслення. На фіг. 1 зображено поздовжній переріз вентильного індукторного двигуна, а на фіг. 2 - його попередній переріз. Вентильний індукторний електродвигун має у своєму складі корпус 1, зроблений із магнітом'якого матеріалу, в якому розміщено статор з двома кільцевими зубчастими пакетами 2 і 3. Пакети взаємно зміщено в осьовому напряму зі створенням проміжку між ними (фіг. 1). З внутрішньої (по радіусу) сторони пакетів у їх пазах закріплено обмотку 4 змінного струму (як варіант, трифазну). Зовні пакетів і впритул до корпусу розміщено кільцеві постійні магніти 5 і 6, які намагнічені у радіальному напряму і взаємно протилежно. У проміжку між магнітами розташовано кільцеву обмотку 7 з можливістю приєднання її до джерела регульованого (за розміром і напрямом) постійного струму. Вал 8 електродвигуна зроблено, як варіант, із магнітного матеріалу і порожнистим. На його зовнішній поверхні рівномірно закріплені зубці (стрижні) 9 з радіально орієнтованих і взаємно ізольованих пластин електротехнічної сталі, які утворюють два однакові, відповідні пакетам 1 UA 116118 C2 5 10 15 20 25 30 статора і з проміжком між ними, ряди. У проміжку між рядами розміщено ярмо 10, навите із феромагнітної стрічки і закріплене на валу з можливістю щільного примикання його бокових сторін до торців зубців. Ряди зубців 9 по обидва боки від ярма взаємно зміщено по колу на половину зубцевої поділки ротора. З обох сторін машини до корпусу 1 прикріплено боковини 11 і 12 із немагнітного матеріалу, які опираються на підшипники, закріплені на валу 8. Пропонований вентильний індукторний електродвигун працює таким чином. Магнітний потік, який створюють кільцеві постійні магніти, проходить по замкненому колу, а саме: від магніту 5 через лівий пакет 2 статора з частиною обмотки 4 і через повітряний проміжок потік входить у зубці 9 лівого ряду ротора, далі одна частка потоку приходить через вал 8, інша - через ярмо 10 до зубців 9 правого ряду ротора, далі через повітряний проміжок, правий пакет 3 статора з другою частиною обмотки 4, постійний магніт 6 і корпус 1 потік входить у магніт 5 з іншого боку. Обмотка 4 приєднується до керованого трифазного, як варіант, джерела змінного струму. При цьому у повітряному проміжку машини виникає обертове магнітне поле. Взаємодія магнітної індукції цього поля із намагніченими від постійних магнітів зубцями 9 ротора створює електромагнітний обертовий момент, що забезпечує відповідний рух ротора. При живленні кільцевої обмотки 7 регульованим постійним струмом створюється відповідне магнітне поле, напруженість якого орієнтована узгоджено або зустрічно з напруженістю поля постійних магнітів в залежності від напряму дії (протікання) цього струму. Магнітний потік постійних магнітів при цьому змінюється за розміром, що дає можливість змінювати значення електрорушійної сили (проти ЕРС) обмотки 4, що є необхідним для керування частотою обертання двигуна в робочому режимі. Розміщення кільцевих постійних магнітів у статорі, зовні відповідних кільцевих зубчастих пакетів, дозволить усунути негативну дію відцентрових динамічних зусиль і механічних вібрацій ротора на характеристики магнітів та збільшити потужність двигуна за рахунок зростання магнітного потоку магнітів, викликаного збільшенням їх внутрішньої поверхні. Виконання магнітопроводу ротора з двома рядами шихтованих зубців (стрижнів), закріплених на валу, та з навитим із магнітної стрічки ярмом у проміжку між рядами зубців дозволить зменшити радіальний розмір ротора і двигуна в цілому. Введення в конструкцію двигуна кільцевої обмотки, розміщеної у проміжку між пакетами статора з можливістю живлення її регульованим постійним струмом, забезпечить ефективне керування частотою обертання ротора. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 Вентильний індукторний електродвигун, що містить корпус з магнітом'якого матеріалу, в якому закріплено статор з двома кільцевими зубчастими пакетами, взаємно зміщеними в осьовому напряму з проміжком між ними і з обмоткою змінного струму в пазах пакетів, кільцеві постійні магніти, намагнічені у радіальному напряму і взаємно зустрічно, ротор з магнітопроводом, сполученим з валом, який відрізняється тим, що кільцеві постійні магніти розміщено зовні пакетів статора; введено і закріплено у проміжку між магнітами кільцеву обмотку з можливістю живлення її регульованим постійним струмом; магнітопровід ротора виконано з двома рядами зубців (стрижнів), набраних з радіально орієнтованих пластин електротехнічної сталі і розміщених з проміжком проти відповідних пакетів статора, та з ярмом, навитим із феромагнітної стрічки і закріпленим на валу у проміжку між рядами зубців впритул до їх торців, причому ряди зубців по обидва боки ярма взаємно зміщено по колу на половину зубцевої поділки ротора. 2 UA 116118 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3