Синхронный реактивный электродвигатель

 

Изобретение относится к синхронным реактивным электрическим машинам (СРМ) торцового исполнения. Цель - увеличение быстродействия, энергетических характеристик, массогабаритных показателей и упрощение технологии изготовления торцовых СРМ. Магнитопровод ротора выполнен из П-образных шихтованных пакетов, радиально ориентированные участки которых расположены в пределах активного объема ротора и имеют переменную в аксиальном направлении высоту, изменяющуюся по линейному закону от нуля на внешнем радиусе до максимального значения на внутреннем радиусе активной зоны машины, тангенциально ориентированные участки пакетов имеют постоянную высоту и размещены в области, ограниченной внутренним радиусом активного объема СРМ. 4 ил.

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к синхронным реактивным двигателям (СРД) торцового исполнения, и может быть использовано как в силовых электроприводах, так и в различных системах автоматики.

Известен синхронный реактивный электродвигатель [1] содержащий статор с многофазной обмоткой и явнополюсный ротор, магнитопровод которого выполнен из расположенных вдоль активной поверхности двигателя ферромагнитных пакетов.

Недостатком известного двигателя являются низкие энергетические показатели, обусловленные недостаточно высоким уровнем отношение Gd/Gg магнитных проводимостей по продольной и поперечной осям ротора.

Наиболее близким к предлагаемому является двигатель [2] содержащий статор с m-фазной обмоткой и явнополюсный ротор, магнитопровод которого выполнен из расположенных вдоль активной поверхности двигателя ферромагнитных пакетов, отделенных друг от друга слоями немагнитного материала. Указанные ферромагнитные пакеты состоят из отдельных элементов с прорезями и имеют длину вдоль активной поверхности машины, превышающую длину пакета статора. Наличие прорезей в элементах пакетов приводит к уменьшению магнитной проводимости по поперечной оси при сохранении на достаточно высоком уровне магнитной проводимости по продольной оси, следствием чего является повышенный уровень энергетических характеристик рассматриваемого СРД. Однако известный СРД в торцовом исполнении характеризуется рядом недостатков, основными из которых являются: усложненность технологии изготовления роторов, связанный с необходимостью использования прессового оборудования при штамповочных работах; недостаточно высокие массогабаритные показатели, обусловленные недоиспользованием активных материалов ротора; малое быстродействие за счет повышенного момента инерции ротора; низкие энергетические характеристики вследствие недостаточно высокого отношения Gd/Gg магнитных проводимостей по продольной и поперечной осям ротора.

Цель изобретения улучшение массогабаритных показателей СРД торцового исполнения, увеличение их быстродействия, повышение энергетических характеристик, упрощение технологии изготовления.

Цель достигается тем, что в СРД торцового исполнения, содержащем статор с m-фазной обмоткой и явнополюсный ротор с магнитопроводом, образованным расположенными вдоль активной поверхности двигателя ферромагнитными пакетами, состоящими из отдельных элементов, указанные ферромагнитные пакеты выполнены П-образной формы из элементов, боковые поверхности которых параллельны оси вращения ротора, радиально ориентированные участки пакетов расположены в пределах активной зоны машины и имеют переменную высоту, изменяющуюся по линейному закону от нуля на внешнем радиусе до максимального значения на внутреннем радиусе активной зоны машины, а тангенциально ориентированные участки пакетов имеют постоянную высоту и размещены в области, ограниченной внутренним радиусом активной зоны машины.

На фиг. 1 представлен СРД, продольный разрез; на фиг. 2 магнитопровод ротора СРД; на фиг. 3 П-образный пакет магнитопровода ротора; на фиг. 4 один из возможных способов изготовления П-образных пакетов магнитопровода ротора посредством разрезания рулона, намотанного из ленточной электротехнической стали.

Предлагаемый СРД (фиг. 1 и 2) состоит из статора 1 с m-фазной обмоткой 2 и явнополюсного ротора 3. На немагнитном остове 4 ротора 3 установлены П-образные ферромагнитные пакеты 5, состоящие из отдельных элементов, боковые поверхности которых параллельны оси вращения двигателя. Радиально ориентированные участки 6 П-образных пакетов 5 размещены в пределах активной зоны машины и имеют переменную высоту, а тангенциально ориентированные участки 7 П-образных пакетов 5 расположены за пределами активной зоны машины и имеют постоянную высоту. Каждый из полюсов ротора образован радиальными участками 6 смежных П-образных пакетов, которые образуют ярмовые перемычки между полюсами.

Электродвигатель работает следующим образом.

Питаемая m-фазным переменным током обмотка 2 статора 1 (фиг. 1) создает в зазоре машины бегущее с синхронной скоростью магнитное поле. В пределах ротора магнитный поток замыкается так, как показано на фиг. 2. За счет магнитной несимметрии ротора 3 возникает электромагнитный момент, приводящий ротор 3 во вращение. Величина электромагнитного момента синхронной реактивной машины определяется отношением магнитных проводимостей по продольной и поперечной осям ротора 3.

Заявляемый СРД обладает пониженным моментом инерции и, как результат, повышенным быстродействием вследствие того, что маховые массы ротора 3 смещены к оси вращения. Обусловлено это тем, что ярмовые перемычки полюсов (тангенциальные участки 7 П-образных пакетов 5) размещены вне активной зоны в области, приближенной к валу ротора. Кроме того, переменная высота радиальных участков 6 пакетов 5, возрастающая от нуля на внешнем радиусе до максимального значения на внутреннем радиусе активной зоны ротора, также приводит к снижению момента инерции ротора и улучшению динамических свойств заявляемого двигателя.

С учетом того, что в радиальных участках 6 пакетов 5 магнитопровода ротора 3 магнитный поток направлен вдоль радиуса (фиг. 2) от внешнего диаметра активной зоны ротора 3 к ярмовым перемычкам 7, величина потока, пронизывающего радиальные участки 6 пакетов 5, возрастает от нуля на внешнем диаметре до максимального значения на внутреннем диаметре активной зоны машины. Линейное возрастание высоты радиальных участков 6 П-образных пакетов 5 от нуля на внешнем диаметре до максимального значения на внутреннем диаметре активного объема машины предопределяет близкое к постоянному значению индукции во всех сечениях П-образных пакетов 5. Результатом этого является максимальное использование электротехнической стали в магнитопроводе ротора 3 и улучшение массогабаритных показателей электродвигателя в целом.

Следствием переменной высоты радиальных участков 6 П-образных пакетов 5 является также значительное снижение магнитной проводимости ротора 3 по поперечной оси при сохранении на достаточно высоком уровне магнитной проводимости ротора 3 по продольной оси, что приводит к существенному улучшению энергетических характеристик заявляемого СРД по сравнению с прототипом.

Таким образом выполнение магнитопровода ротора из П-образных пакетов, радиальные участки которых имеют переменную высоту, а тангенциальные участки расположены вне активного объема ротора в области, ограниченной внутренним радиусом активной зоны машины, приводит к существенному повышению быстродействия, улучшению энергетических, массогабаритных показателей синхронных реактивных машин торцового исполнения при одновременном упрощении технологии их изготовления.

Формула изобретения

СИНХРОННЫЙ РЕАКТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ торцевого исполнения, содержащий статор с m -фазной обмоткой и явнополюсной ротор, магнитопровод которого выполнен из расположенных вдоль активной поверхности двигателя ферромагнитных пакетов, состоящих из отдельных элементов, отличающийся тем, что ферромагнитные пакеты выполнены П-образными из элементов, боковые поверхности которых параллельны оси вращения ротора, радиально ориентированные участки пакетов расположены в пределах активного объема ротора и имеют переменную высоту, изменяющуюся по линейному закону от нуля на внешнем радиусе до максимального значения на внутреннем радиусе активной зоны машины, тангенциально ориентированные участки пакетов имеют постоянную высоту и размещены в области, ограниченной внутренним радиусом активного объема двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4