Вентильно-индукторные двигатели с концентраторами магнитного поля

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройств автоматических систем. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в уменьшении коэффициента возврата энергии, снижении мощности потерь в вентильно-индукторных двигателях и увеличении их крутящего момента. Вентильно-индукторные двигатели предлагаемой конструкции содержат явнополюсный симметричный статор с сосредоточенными обмотками, выполненный из ферромагнитного материала, и двухполюсный симметричный ротор, выполненный из ферромагнитного материала, без обмоток и без постоянных магнитов. Пазы ротора в вентильно-индукторном двигателе заполнены материалом, обладающим диамагнетическими свойствами, а соседние полуобмотки статора отделены друг от друга при помощи Т-образных клиньев, выполненных из материалов, обладающих диамагнетическими свойствами. При таком конструктивном выполнении в вентильно-индукторном двигателе магнитные потоки рассеивания практически отсутствуют из-за того, что пути замыкания этих потоков преграждаются конструктивными элементами, обладающими диамагнетическими свойствами и являющимися по своей сути магнитными изоляторами. Уменьшение магнитных потоков рассеивания приводит к уменьшению коэффициента возврата энергии, уменьшению потерь и увеличению крутящего момента двигателя. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем.

Известен реактивный электродвигатель, содержащий статор с распределенной многофазной обмоткой и явнополюсный ротор с объемными высокотемпературными сверхпроводящими вставками, обладающими свойствами диамагнетиков и играющими роль концентраторов магнитного поля ротора [Ковалев Л.К., Илюшин К.В., Ковалев К.Л., Ларионов С.А. Исследование реактивного электродвигателя с объемными ВТСП элементами в роторе // Электричество, 2002, №5 - с.72-79].

Основными недостатками этого двигателя являются сложная конструкция ротора и большие лобовые части обмоток статора.

Из известных технических решений наиболее близкими по достигаемому результату к предлагаемому изобретению являются реверсивные вентильно-индукторные двигатели, содержащие явнополюсный статор, выполненный из ферромагнитного материала, с сосредоточенными обмотками и явнополюсный пассивный безобмоточный ротор, выполненный из ферромагнитного материала (Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М., Издательство МЭИ, 2003. - с.6-8, рис.2, 4, 5).

Такие двигатели имеют невысокое соотношение азимутальной и нормальной составляющих пондеромоторных сил и большой коэффициент возврата энергии (Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М., Издательство МЭИ, 2003. - с.30). Эти показатели во многом обуславливаются большими потоками рассеивания магнитного поля в пазах статора и ротора. Следовательно, недостатками известных вентильно-индукторных двигателей являются недостаточно высокий крутящий момент, большая мощность омических потерь в обмотках, обусловленных большим коэффициентом возврата энергии, и большая мощность потерь в магнитопроводе, обусловленная наличием потоков рассеивания.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение крутящего момента и снижение мощности потерь в вентильно-индукторных двигателях.

Поставленная цель достигается тем, что в известных вентильно-индукторных двигателях, содержащих явнополюсный статор, выполненный из ферромагнитного материала, с полюсами, на которых размещены сосредоточенные обмотки, и явнополюсный ротор, выполненный из ферромагнитного материала, без обмоток и без постоянных магнитов, пазы ротора заполнены материалом, обладающим диамагнетическими свойствами, а соседние полуобмотки статора отделены друг от друга при помощи Т-образных клиньев, выполненных из материалов, обладающих диамагнетическими свойствами.

Диамагнетики имеют χ_m<0 и малое абсолютное значение, равное (0,1÷10)·10⁶, где: χ_m - магнитная восприимчивость вещества; идеальными диамагнетиками являются сверхпроводящие материалы (Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - М: Наука, 1968. - С.468-470), поэтому в такой конструкции происходит концентрация магнитного поля в зазоре, в области перекрытия полюсов ротора и статора. При этом уменьшаются потоки рассеивания, это приводит к уменьшению коэффициента возврата энергии, уменьшению потерь и увеличению крутящего момента двигателя.

По сравнению с наиболее близкими аналогичными техническими решениями предлагаемые устройства имеют следующие новые признаки:

1. пазы ротора, выполненного из ферромагнитного материала, заполнены материалом, обладающим диамагнетическими свойствами;

2. соседние полуобмотки статора отделены друг от друга при помощи Т-образных клиньев, выполненных из материалов, обладающих диамагнетическими свойствами.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «новизна».

При реализации предлагаемого изобретения уменьшается коэффициент возврата энергии, уменьшаются потери и увеличивается крутящий момент двигателя.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».

По отличительным признакам проведен поиск известных технических решений в области электротехники, автоматики и электропривода.

Вентильно-индукторных двигателей, содержащих явнополюсный статор, выполненный из ферромагнитного материала, с полюсами, на которых размещены сосредоточенные обмотки, и явнополюсный ротор, выполненный из ферромагнитного материала, без обмоток и без постоянных магнитов, пазы которого заполнены материалом, обладающим диамагнетическими свойствами, а соседние полуобмотки статора отделены друг от друга при помощи Т-образных клиньев, выполненных из материалов, обладающих диамагнетическими свойствами, не обнаружено.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показан традиционный трехфазный вентильно-индукторный двигатель с удвоенным числом пар полюсов.

На фиг.1 обозначено: 1 - статор; 2 - ротор; 3 - обмотка; 4 - магнитные силовые линии.

На фиг.2 показан трехфазный вентильно-индукторный двигатель с удвоенным числом пар полюсов и концентраторами магнитного поля.

На фиг.2 обозначено: 1 - статор; 2 - ротор; 3 - обмотка; 4 - магнитные силовые линии; 5 - пазы ротора, выполненные из ферромагнитного материала, заполненные материалом, обладающим диамагнетическими свойствами; 6 - Т-образные клинья, выполненные из материалов, обладающих диамагнетическими свойствами.

Положительный эффект, в предлагаемом техническом решении объясняется при сравнении замыкания магнитных силовых линий фиг.1 и фиг.2.

Из фиг.1 видно, что части магнитного потока замыкаются через пазы ротора и статора, эти части магнитного потока являются потоками рассеивания и увеличивают коэффициент возврата энергии, увеличивают потери и уменьшают крутящий момент вентильно - индукторного двигателя.

В вентильно-индукторном двигателе с концентраторами магнитного поля, показанном на фиг.2, пазы ротора которого заполнены материалом, обладающим диамагнетическими свойствами, а соседние полуобмотки статора отделены друг от друга при помощи Т-образных клиньев, выполненных из материалов, обладающих диамагнетическими свойствами, магнитные потоки рассеивания практически отсутствуют из за того, что пути замыкания этих потоков преграждаются конструктивными элементами, выполненными из материала, обладающего диамагнетическими свойствами, и являющимися по своей сути магнитными изоляторами. Это позволяет уменьшить коэффициент возврата энергии, уменьшить потери и увеличить крутящий момент двигателя.

Следовательно, при реализации предлагаемого изобретения улучшаются энергетические характеристики двигателя.

Таким образом, использование в известных вентильно-индукторных двигателях, содержащих явнополюсный статор, выполненный из ферромагнитного материала, на полюсах которого размещены сосредоточенные обмотки, и явнополюсный ротор, выполненный из ферромагнитного материала, без обмоток и без постоянных магнитов, ротора, пазы которого заполнены материалом, обладающим диамагнетическими свойствами, и статора, соседние полуобмотки которого отделены друг от друга при помощи Т-образных клиньев, выполненных из материалов, обладающих диамагнетическими свойствами, позволит улучшить технические характеристики оборудования, оснащенного электроприводами с такими вентильно-индукторными двигателями.

Вентильно-индукторный двигатель, содержащий явнополюсный статор, выполненный из ферромагнитного материала, на полюсах которого размещены сосредоточенные обмотки, и явнополюсный ротор, выполненный из ферромагнитного материала, без обмоток и без постоянных магнитов, отличающийся тем, что пазы ротора заполнены материалом, обладающим диамагнетическими свойствами, а соседние полуобмотки статора отделены друг от друга при помощи Т-образных клиньев, выполненных из материалов, обладающих диамагнетическими свойствами.