Магнітодинамічний вентильно-реактивний електричний двигун

Магнітодинамічний вентильно-реактивний електричний двигун, котрий містить чотири основні частини, а саме: нерухомий циліндричний статор, або остов двигуна; рухомий ротор барабанного типу; блок датчиків положення ротора; блок силового напівпровідникового перетворювача із системою управління, який відрізняється тим, що в пазах немагнітного циліндричного корпуса статора рівномірно зафіксовані окремі вузькі полюси з об C2 1 3 88231 4 но знижує надійність двигуна і потребує постійного нту на валу двигуна. В запропонованому пристрої догляду в процесі експлуатації. Крім того колектокоефіцієнт корисної дії двигуна становить більше рний двигун постійного струму значно дорожчий 94%, що дозволяє економити значну кількість еленіж безконтактний аналог іншого типу. ктроенергії, і при масовому застосуванні зменшити Прототипом запропонованого магнітодинамічнавантаження на довкілля. ного вентильно-реактивного електричного двигуна Поставлена задача вирішується тим, що магє відомий вентильно-індукторний двигун постійнонітодинамічний вентильно-реактивний електричго струму, що належить до електричних двигунів ний двигун, в котрий входять чотири основні часпостійного струму з немеханічними перемикальтини, а саме: нерухомий циліндричний статор, або ними пристроями, або до безконтактних електричостов двигуна; рухомий ротор барабанного типу; них двигунів постійного струму [3]. Вентильноблок датчиків положення ротора; блок силового індукторний двигун - це індукторна машина з пасинапівпровідникового перетворювача із системою вним (без обмоток) ротором, з явно вираженими управління, в якому згідно з винаходом, в пазах полюсами на статорі і роторі, в якій переключення немагнітного циліндричного корпуса статора рівфаз статорних обмоток здійснюється напівпровідномірно фіксуються без кільцевого магнітопровода никовими ключами (вентилями). Принцип дії двиокремі вузькі полюси з обмотками, котрі з'єднуютьгуна оснований на утворені реактивного електрося в чотирьох, п'яти або шестифазні електричні магнітного моменту на валу ротора завдяки кола для збудження пульсуючого магнітного поля, асиметрії магнітної системи. В двигуні число попри цьому кількість полюсів статора є в чотири, люсів ротора менше ніж число полюсів статора, і п'ять або шість разів більшою, ніж кількість полюротор обертається в протилежну сторону по відсів ротора, що виконані із феромагнетиків для поношенню до напряму переключення фаз обмоток стійних магнітів на основі NdFeB і розміщені рівстатора. номірно по колу однаковою полярністю всередині Двигун містить чотири основні частини, а сациліндричної оболонки з ребрами міцності із тонкої ме: статор і ротор виконавчого двигуна; блок нанемагнітної нержавіючої сталі, яка насаджена на півпровідникового перетворювача із системою. вал ротора, і таким чином його сильно намагнічені управління; блок датчиків положення ротора. В полюси при обертанні мають можливість взаємовиконавчому двигуні найбільш розповсюджені діяти з високими силовими показниками в постійно конфігурації магнітної системи двійної зубчатості: змінному повітряному зазорі як із полюсами одної 6/4, 8/6 і 12/8, де в чисельнику - число полюсів ближньої фази статора на які подається струм статора, в знаменнику - число полюсів ротора. через систему управління від джерела електроЧисло фаз обмоток статора відповідно: три, чотиенергії, так із тими полюсами інших фаз статора, ри і шість. Комутацію фаз обмоток статора викощо перебувають в режимі очікування процесу нують силові напівпровідникові вентилі, для яких включення і в них електрична енергія не витрачауправлінська функція здійснюється системою ється для утворення механічного моменту на валу управління. Сигнали в кожний конкретний період двигуна. часу про фактичне положення полюсів ротора по Досягнення нового технічного результату повідношенню до полюсів статора система управлінлягає в тому, що в запропонованому електродвиня отримує від датчиків положення ротора. Таким гуні полюси ротора, які виконані із феромагнетиків чином вентильно-індукторний двигун це система: для постійних магнітів на основі NdFeB при оберелектромеханічний перетворювач - напівпровіднитанні постійно взаємодіють з великим значенням ковий перетворювач. механічної сили як із полюсами ближньої фази В ньому відсутні слизькі електричні контакти, статора, на які подається струм через напівпровітому двигун є значно надійніший в експлуатації ніж дникові вентилі в кожний конкретний період часу, колекторний електродвигун постійного струму, і так із полюсами інших фаз статора, в котрих елекздатність глибокого регулювання швидкості обертричні кола розімкнені і електрична енергія не витання ротора забезпечується ним. Конструкція трачається для утворення механічного моменту на виконавчого двигуна є простою і дешевою. Ротор валу двигуна. Це дає змогу в електродвигуні видвигуна виконаний із стальної поковки, має міцну і трачати менше електроенергії для утворення одикомпактну конструкцію, тому здатний витримувати ниці механічної потужності ніж в прототипі, або в великі перевантаження і швидкість. іншому типі електродвигунів, і досягти в ньому Але такі конструктивні рішення виконавчого найвищих енергетичних показників. двигуна з пасивним ротором не можуть забезпечиТаким чином, поставлена задача створення ти йому високі енергетичні показники. Коефіцієнт електродвигуна з найвищими енергетичними покакорисної дії вентильно-індукторного двигуна, в зниками вирішена завдяки сукупності суттєвих залежності від його діапазону потужності, коливаознак, що запропоновані у формулі винаходу, які є ється в межах від 45% до 85%. Крім того вентильнеобхідними і достатніми для досягнення нового но-індукторний двигун в процесі роботи має підтехнічного результату. вищені показники шумності і вібрації, що стримує Сутність винаходу пояснюється трьома кресйого масове застосування [3]. леннями. На Фігурі 1 зображена структурна схема В основу винаходу поставлено задачу ствомагнітодинамічного вентильно-реактивного електрення магнітодинамічного вентильно-реактивного ричного двигуна, який містить: виконавчий двигун електричного двигуна, в якому досягаються най(ВД), що має нерухомий статор і рухомий ротор; вищі енергетичні показники за рахунок ефективноблок датчиків положення ротора (ДПР); блок силого задіяння магнітної енергії постійних магнітів вого напівпровідникового перетворювача і системи полюсів ротора для утворення механічного момеуправління (НП і СУ). На Фігурі 2 зображено попе 5 88231 6 речний розріз одного із варіантів чотирьохфазного трукція блоку ДПР, де основними елементами є виконавчого двигуна. В циліндричному корпусі оптопари і металевий диск діаметром не більше статора (1) виконані пази, в яких радіально і рів200мм, у якого є чотири прорізаних сектори дугою номірно зафіксовані шістнадцять окремих вузьких 25° (відповідно до кількості полюсів ротора), що полюсів з обмотками (2). На вал ротора (4) встанерухомо прикріплюється до вала ротора. Чотири новлено циліндричний барабан з ребрами міцності оптопари TCST - 1103 фірми VISHAY розміщують(5), виконаний із міцної немагнітної сталі, в якому з ся на частині плоскої поверхні кришки по дузі на нахилом розміщені чотири сильнонамагнічені повідстані 22,5° одна від одної так, щоб зовнішня люси (3), при цьому напрям полярності у всіх покромка диска з прорізами входила і їх пази. Таким люсів ротора по відношенню до циліндричної почином диск перекриває за четверть повороту паз верхні полюсів статора однаковий. На Фігурі 3 кожної оптопари по дузі 65°, а відкритим залишазображена схема силового напівпровідникового ється кожний паз по дузі 25°. Така конструкція ДПР перетворювача для чотирьохфазного магнітодизабезпечує надійне і якісне управління двигуна. намічного вентильно-реактивного електричного Електронна частина двигуна, що забезпечує двигуна. Шістнадцять обмоток полюсів статора надійну комутацію фаз обмоток статора, - це блок розділені на чотири фази (А; В; С; D), де в кожній з силового напівпровідникового перетворювача із них є чотири полюси, з'єднаних між собою послісистемою управління, який монтується із різних довно. Фази обмоток живляться від джерела поелектронних компонентів в окремому від двигунів стійного струму. Переключення фаз здійснюється корпусі. Ця складова частина запропонованого IGBT - транзисторами в модульному варіанті (напристрою має таку саму конструкцію, як у відомоприклад: SKM145GAL128D 4шт.; му прототипі. Так для чотирьохфазного двигуна SKM200GAR125D - 1шт.). потужністю 8-10кВт, де в обмотках статора велиЗапропонований пристрій містить чотири чина амплітуди імпульсу сили струму досягає 40А, складові частини, дві з них, - нерухомий статор і доцільно встановити силові вентилі з діодами в рухомий ротор, є частинами виконавчого двигуна. модульному варіанті виконання (наприклад: IGBT В циліндричному корпусі статора, виготовленого із транзистори SKM145GAL128D 4шт. і немагнітного матеріалу (алюміній і його сплави), SKM200GAR125D - 1шт.). виконані пази, в яких епоксидною смолою фіксуЕлектронна схема системи управління силоються рівномірно окремі вузькі полюси з обмоткавими модулями аналогічна як у відомого прототими. Кількість полюсів статора можлива різна, і в пу, причому у запропонованому пристрої надійне залежності від необхідних параметрів і характерифункціонування забезпечує найпростіший варіант стик двигуна, розраховується для кожного конкресхеми з фазовим регулюванням. тного варіанту його модифікації. Найбільш доцільЗапропонований пристрій працює таким чині конфігурації магнітної системи двійної ном. Після включення електродвигуна до джерела зубчатості: 8/2; 16/4; 30/6; 48/8; 72/12; 120/20, де в постійного струму система управління отримує чисельнику - число полюсів статора, в знаменнику сигнали про фактичне положення ротора від ДПР - число полюсів ротора. Оптимальне число фаз в даний момент часу, і на основі цієї інформації обмоток статора: чотири, п'ять і шість. Сердечники здійснює вплив на відповідні напівпровідникові полюсів збираються із окремих ізольованих штамключі (вентилі), які замикають на короткий проміпованих пластинок із електротехнічної сталі. Обжок часу електричне коло в одній із чотирьох, наймотки статорних полюсів намотуються мідним ізоближчій до полюсів ротора по напряму обертання, льованим дротом на ізоляційні каркаси, в які фазі обмоток статора. В обмотках включеної фази встановлюються феромагнітні сердечники. Окремі починає наростати сила струму і на полюсах одної обмотки полюсів статора з'єднуються в фази пофази утворюється магнітне поле. На цей процес слідовно, паралельно, або змішано. На двох торпрореагують сильнонамагнічені полюси ротора, і цевих поверхнях циліндричного корпуса статора він здійснює поворот на одне полюсне ділення. прикріплюються дві кришки з підшипниковими вузКрім того одночасно в цей період полюси ротора лами, в яких встановлений вал ротора. взаємодіють із полюсами статора наступної фази В рухомому роторі барабанного типу на валу по напряму обертання, обмотки якої перебувають встановлена циліндрична оболонка з ребрами в режимі очікування процесу включення, і електміцності, котра виготовлена із міцної немагнітної ричний струм в них відсутній. сталі. Всередині оболонки рівномірно по колу розПісля повороту на одне полюсне ділення анаміщуються з нахилом сильнонамагнічені полюси, логічно виконується переключення електричних кіл що виготовлені із феромагнетиків для постійних в наступних фазах обмоток статора по заданому магнітів на основі NdFeB. Напрям полярності у всіх напряму обертання, і ротор починає обертатися з полюсів ротора по відношенню до циліндричної певною кутовою швидкістю, котра регулюється поверхні полюсів статора однаковий. зміною напруги живлення. Для фіксації в процесі обертання в кожний Принцип дії запропонованого електродвигуна конкретний період часу взаємоположення полюсів оснований на утворені реактивного магнітодинаміротора і статора, на одній кришці статора розмічного моменту на валу ротора завдяки асиметрії щена третя складова частина двигуна: блок датчимагнітної системи, яка здійснюється сильнонамагків положення ротора (ДПР). Нині для вентильнониченими полюсами ротора і полюсами статора індукторних двигунів застосовуються різні види двох або трьох фаз. При цьому тільки в одній фазі ДПР. Для чотирьохфазного магнітодинамічного статора в кожний короткий проміжок часу електривентильно-реактивного електричного двигуна з чне коло замкнене, і в обмотках цієї фази прохочотирьохполюсним ротором пропонується консдить короткочасний перехідний процес наростання 7 88231 8 сили струму, а потім її спаду. Крім того, на відміну строю в різні галузі економіки дозволить вирішити від прототипу, в запропонованому електродвигуні проблему значного енергозбереження, а при маобертання ротора здійснюється в одному напрямі совому застосуванні, проблему зменшення наванз напрямом переключення фаз обмоток статора, а таження на довкілля. також одночасно всі полюси ротора перебувають в Література процесі безперервної взаємодії з полюсами стато1. Справочник по электрическим машинам. В 2 т. / ра. Тому в пристрої не виникають великого знаПод общ. ред. Копылова И.П. и Клокова Б.К. - М.: чення показники шумності і вібрації. Энергоиздат, 1988. Таким чином на відміну від прототипу даний 2. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. пристрій дозволяє досягнути нового технічного - М.: Высшая школа, 1990. результату, так як він має найвищі енергетичні 3. Ткачук В.І. Електромеханотроніка. - Львів, 2001. показники. Враховуючу обставину, що близько 4. Шинкаренко В.Ф. Основи теорії еволюції елект60% електроенергії споживається електродвигуромеханічних систем. - К.: Наукова думка, 2002. нами різних типів, то впровадження даного при 9 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 88231 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601