Синхронный электродвигатель

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве исполнительного двигателя с большим вращающим моментом. Технический результат - создание синхронного электродвигателя с более технологичной конструкцией, допускающей большие скорости вращения и работу на подвижном основании. Синхронный электродвигатель содержит корпус (1) и подшипниковые щиты (2, 3), на которых установлены кольца (4, 5) пакета статора. На кольце (4) установлены клиновидные зубцы (6) с катушками (7). Диски статора (8) установлены на втулке (9) статора, а диски (10) ротора - на втулке (11) ротора, закрепленной на валу (12), опирающемся на подшипники (13, 14). Диски статора и ротора имеют чередующиеся ферромагнитные и немагнитные клинообразные элементы, количества которых связаны равенством zp=zc±2р. Выполнение ротора в виде дисков позволило улучшить технологичность и увеличить скорость вращения электродвигателя, а также надежность при работе на подвижном основании. 10 ил.

 

Изобретение относится к электрическим машинам, а конкретно к синхронным электродвигателям с реактивным ротором, и может быть использовано в качестве исполнительного двигателя с большим вращающим моментом.

Известен синхронный электродвигатель с магнитной редукцией, содержащий корпус, вал, зубчатый статор с трехфазной обмоткой и зубчатый ротор (патент №2076433, Н02K 19/06, опубл. 2003.07.10, Бюл. №19) - [1].

Недостатком данного двигателя являются низкие массогабаритные показатели, поскольку взаимодействие между статором и ротором происходит на одной цилиндрической поверхности в рабочем зазоре.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является синхронный электродвигатель, содержащий корпус, пакет статора с зубцами zc и с многофазной обмоткой, магнитопровод ротора с зубцами zp=zc±2p на валу с подшипниками, чередующиеся коаксиальные полые цилиндры ротора и статора, состоящие из ферромагнитных и немагнитных элементов, расположенных вдоль оси вращения, причем цилиндры ротора механически связаны с магнитопроводом ротора, а цилиндры статора - с корпусом, при этом зубцы полюсов и ферромагнитные элементы цилиндров статора, а также зубцы магнитопровода и ферромагнитные элементы цилиндров ротора имеют свои одинаковые угловые положения (Афанасьев А.Ю., Давыдов Н.В. Синхронный электродвигатель. Патент РФ №2321140, МПК7 Н02K 19/06, Н02K 19/00, опубл. 2008.03.27, Бюл. №9) - [2].

Его недостатком является наличие тонкостенных полых цилиндров с консольным креплением, что усложняет технологию изготовления, ограничивает скорость вращения и снижает надежность при работе на подвижном основании.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении технологичности синхронного электродвигателя, в увеличении его скорости вращения и повышении надежности при работе на подвижном основании.

Технический результат достигается тем, что в электродвигатель, содержащий корпус, вал с подшипниками, пакет статора с зубцами и с многофазной обмоткой, введены чередующиеся диски ротора и статора, состоящие из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов, пакет статора выполнен в виде двух колец из ленты электротехнической стали путем навивки, расположенных по торцам электродвигателя, накладные зубцы с катушками установлены на торцевой поверхности кольца пакета статора, на поверхности зубцов и на другом кольце имеются клиновидные выступы, при этом выступы зубцов и ферромагнитные элементы дисков статора, а также ферромагнитные элементы дисков ротора имеют свои одинаковые угловые размеры и положения, причем количества ферромагнитных элементов на диске статора zc и на диске ротора zp связаны равенством zp=zc±2р.

Сущность заявленного изобретения поясняется на Фиг.1 - Фиг.10, где:

Фиг.1 - продольное сечение синхронного электродвигателя с одной обмоткой;

Фиг.2 - продольное сечение синхронного электродвигателя с двумя обмотками;

Фиг.3 - зубцы с выступами и катушками;

Фиг.4 - диск статора;

Фиг.5 - диск ротора;

Фиг.6-9 - графики магнитной индукции по зубцам и взаимного положения секторов статора и ротора;

Фиг.10 - форма листов шихтованного ферромагнитного элемента.

Здесь 1 - корпус; 2, 3 - подшипниковые щиты; 4, 5 - кольца пакета статора; 6 - зубец; 7 - катушка; 8 - диски статора; 9 - втулка статора; 10 - диски ротора; 11 - втулка ротора; 12 - вал; 13, 14 - подшипники.

Корпус 1 жестко связан с подшипниковыми щитами 2, 3. На них установлены кольца 4, 5 пакета статора. На кольце 4 имеются шесть зубцов 6 с катушками 7.

Диски 8 статора закреплены на втулке 9 статора, установленной на корпусе 1. Диски 10 ротора установлены на втулке 11 ротора. Вал 12 опирается на подшипники 13, 14, установленные в подшипниковых щитах 2, 3.

Кольца 4, 5 и зубцы 6 выполнены лентой из электротехнической стали методом навивки. Диски 8 статора и диски 10 ротора имеют чередующиеся элементы в виде секторов из магнитомягкого и немагнитного материалов. Магнитные элементы выполнены шихтованными из электротехнической стали. Количество магнитных элементов дисков статора и ротора, приходящихся на один полюс, отличаются на единицу. На фиг.3, 4 показан случай, когда р=1, количество ферромагнитных элементов у диска статора zc=24, у диска ротора zp=26.

Диски 8 статора имеют ферромагнитные элементы, расположенные равномерно и образующие шесть групп по числу зубцов статора (на фиг.3 показаны светлым цветом), и немагнитные элементы (на фиг.3 показаны темным цветом).

Диски 10 ротора имеют ферромагнитные элементы, расположенные равномерно (на фиг.4 показаны светлым цветом), и немагнитные элементы (на фиг.4 показаны темным цветом).

Зубцы 6 имеют вид секторов из электротехнической стали и содержат коронки (показаны на фиг.3 слева). Они установлены на магнитопроводе 4 статора. Катушки, расположенные диаметрально, соединены последовательно согласно и образуют три фазы обмотки статора: А, В и С. На фиг.3 буквами X, Y, Z обозначены зубцы с катушками, создающими магнитные потоки, направленные противоположно потокам зубцов А, В, С. Например, если зубец А создает полюс N, то зубец X - полюс S. Число пар полюсов здесь р=1.

Синхронный электродвигатель работает следующим образом. При подаче на фазы А-С обмотки статора трехфазной системы напряжений получается вращающееся магнитное поле. При этом ротор поворачивается в положение, при котором восемь ферромагнитных элементов ротора располагаются вблизи выступов на зубцах статора и соответствующих ферромагнитных элементов дисков статора в зоне максимума модуля магнитной индукции.

Если напряжения питания имеют угловую частоту ωс, то угловая скорость ротора определяется выражением

ωр=2ωс/zp.

Наличие нескольких дисков статора и ротора вызывает многократную деформацию магнитного поля в зоне дисков, что увеличивает развиваемый момент и позволяет улучшить массогабаритные показатели.

На торцевой поверхности магнитопровода статора, обращенной к активной зоне, имеются ферромагнитные выступы в виде секторов, повторяющие по форме и количеству ферромагнитные элементы дисков статора, что увеличивает развиваемый момент.

На фиг.6 показаны графики распределения магнитной индукции В(α) по зубцам в момент времени, когда фазы токов iA, iB, iC имеют значения:

φA=-15°; φB=-135°; φC=105°.

Показана первая пространственная гармоника магнитной индукции. Штрихпунктирными линиями показаны места максимального модуля магнитной индукции. В этих местах ферромагнитные сектора статора и ротора расположены напротив друг друга.

На фиг.7 показаны графики распределения магнитной индукции В(α) по зубцам в момент времени, когда фазы токов iA, iB, iC имеют значения:

φA=0°; φB=-120°; φC=120°.

Видно, что первая пространственная гармоника магнитной индукции сместилась влево на 15°. При этом ротор повернется на угол

Δ α = 2 z p 15 ° = 30 ° z p .

На фиг.8 показаны графики распределения магнитной индукции B(α) по зубцам в момент времени, когда фазы токов iA, iB, iC имеют значения:

φA=15°; φB=-105°; φC=135°.

Видно, что первая пространственная гармоника магнитной индукции сместилась влево на 30°. При этом ротор повернется на угол

Δ α = 2 z p 30 ° = 60 ° z p .

На фиг.9 показаны графики распределения магнитной индукции B(α) по зубцам в момент времени, когда фазы токов iA, iB, iC имеют значения:

φA=30°; φB=-90°; φC=150°.

Видно, что первая пространственная гармоника магнитной индукции сместилась влево на 45°. При этом ротор повернется на угол

Δ α = 2 z p 45 ° = 90 ° z p .

При изменении фаз всех токов на угол 180° положение максимумов модуля магнитной индукции повторится, а ротор повернется на зубцовый шаг

α z = 2 z p 180 ° = 360 ° z p .

У синхронного электродвигателя по фиг.2 имеются две обмотки, расположенные на двух кольцах 4, 5 пакета статора, что облегчает охлаждение и делает симметричным магнитное поле в рабочей зоне.

Выполнение ротора в виде дисков допускает большие угловые скорости и работу на подвижном основании, а также упрощает технологию изготовления.

Магнитные секторы статора и ротора выполнены из электротехнической стали шихтованными для уменьшения потерь в стали на вихревые токи и гистерезис, поскольку в процессе работы магнитная индукция в секторах изменяется. На фиг.10 показана форма листов шихтованного ферромагнитного элемента, выполняемого из электротехнической стали.

Таким образом, в результате введения чередующихся дисков ротора и статора, состоящих из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов, выполнения пакета статора в виде двух колец с накладными зубцами с катушками, выполнения на поверхности зубцов и на втором кольце клиновидных выступов, при этом клиновидные зубцы полюсов и ферромагнитные элементы дисков статора, а также ферромагнитные элементы дисков ротора имеют свои одинаковые угловые размеры и положения, получен синхронный электродвигатель с технологичной конструкцией, допускающей большие скорости вращения и надежную работу на подвижном основании.

Синхронный электродвигатель, содержащий корпус, вал с подшипниками, пакет статора с зубцами и с многофазной обмоткой, отличающийся тем, что введены чередующиеся диски ротора и статора, состоящие из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов, пакет статора выполнен в виде двух колец из ленты электротехнической стали путем навивки, расположенных по торцам электродвигателя, накладные зубцы с катушками установлены на торцевой поверхности кольца пакета статора, на поверхности зубцов и на другом кольце имеются клиновидные выступы, при этом клиновидные выступы зубцов и ферромагнитные элементы дисков статора, а также ферромагнитные элементы дисков ротора имеют свои одинаковые угловые размеры и положения, причем количества ферромагнитных элементов на диске статора zc и на диске ротора zp связаны равенством zp=zc±2р.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем.

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

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

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к бесконтактным синхронным генераторам индукторного типа, работающим преимущественно на выпрямительную нагрузку, применяемым, например, в генераторных установках автотракторной техники.

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к бесконтактным синхронным генераторам индукторного типа, работающим преимущественно на выпрямительную нагрузку, применяемым, например, в генераторных установках автотракторной техники.

Изобретение относится к области электротехники к электрическим машинам с магнитами на статоре и может быть использовано в электрических приводах машин и механизмов, а также в генераторах электрической энергии.

Изобретение относится к области электротехники и электромеханики, касается особенностей конструктивного выполнения индукторных машин и может быть использовано, в частности и особенно, в специальном электромашиностроении, ориентированном на изготовление электрических машин для систем электроснабжения и электропривода автономных объектов.

Изобретение относится к электромеханике, а точнее к электрическим машинам с магнитами на статоре, и может быть использовано в электрических приводах машин и механизмов, а также в генераторах электрической энергии.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается особенностей конструктивного выполнения однофазных двигателей переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, в частности к бесконтактным синхронным генераторам для систем электроснабжения и/или двигателям с внешнезамкнутым потоком возбуждения.

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в качестве электродвигателя автономных объектов. Техническим результатом является повышение надежности, энергоэффективности и выходной мощности вентильно-индукторного двигателя. Вентильно-индукторный двигатель содержит корпус, в котором установлены с возможностью относительного вращения индуктор и якорь. На индукторе и якоре расположены зубцы и пазы. Катушки возбуждения, расположенные в пазах якоря, через управляемые вентильные ключи соединены с источником постоянного напряжения. Количество зубцов якоря равно количеству зубцов индуктора. Дополнительно в торцевой части установлено n правых электромагнитов и n левых электромагнитов. При этом отношение ширины зубца индуктора и якоря к зубцовому делению индуктора находится в промежутке 0,35-0,45, отношение ширины паза индуктора и якоря к зубцовому делению индуктора - в промежутке 0,55-0,65, а высота зубца индуктора и якоря равна 4 высотам воздушного зазора. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в безредукторных электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем. Технический результат заключается в уменьшении числа выводов двигателя, уменьшении суммарной мощности силовых полупроводниковых приборов инвертора. Низкоскоростной вентильно-индукторный двигатель содержит явнополюсный статор и ротор. Статор имеет 8 сосредоточенных полюсов с обмотками. Ротор имеет 10 полюсов без обмоток. При этом статор двигателя оснащен концентрическими двухфазными обмотками. Обмотки каждой из двух фаз охватывают одновременно три полюса и один полюс статора, причем число витков, охватывающих три полюса статора, относится к числу витков, охватывающих один полюс статора, примерно как 1/0,4. Обмотки управляются двухфазным током синусоидальной формы. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в высокоскоростных реверсивных электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем. Технический результат: уменьшение числа выводов двигателя, уменьшение потерь в двигателе и инверторе. Высокоскоростной вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками статора содержит статор с восемью полюсами и ротор с двумя полюсами. Ротор оснащен четырьмя когтеобразными выступами. Статор оснащен двухфазной концентрической обмоткой. Обмотки каждой из двух фаз охватывают одновременно три полюса и один полюс статора, расположенный в середине трех полюсов. Управление двигателем производится двухфазным током синусоидальной формы. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем. Технический результат заключается в уменьшении числа выводов двигателя, уменьшении суммарной мощности силовых полупроводниковых приборов инвертора, увеличении коэффициента полезного действия двигателя и инвертора. Вентильно-индукторный двигатель содержит явнополюсный статор, имеющий 8 сосредоточенных полюсов с обмотками, и ротор, имеющий 6 полюсов без обмоток. Угловая ширина полюсов статора и угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 22,5 градуса. Угловая ширина полюсов ротора и угловая ширина межполюсного расстояния ротора равна 30 градусов. Статор двигателя оснащен концентрическими двухфазными обмотками, причем обмотки каждой из двух фаз охватывают одновременно три полюса и один полюс статора. Число витков, охватывающих три полюса статора, относится к числу витков, охватывающих один полюс статора, примерно как 1/0,4. Обмотки управляются двухфазным током синусоидальной формы. 4 ил.

Изобретение относится к области электромашиностроения, а точнее к торцевым электродвигателям синхронного или асинхронного типа, а точнее к их роторам. Изобретение направлено на совершенствование технологии изготовления роторов, в частности на сокращение расходов на обмоточные работы с сохранением основных электромагнитных характеристик. Это достигается тем, что замыкающий магнитопровод выполнен в виде болтов с утопленными головками, обращенными к статору, установленных в проводящем диске, а с противоположной стороны диска на болтах закреплены ферромагнитные пластины. К технико-экономическим преимуществам ротора следует отнести его высокую технологичность. При этом возможный повышенный нагрев болтов 2 в их несинхронном исполнении с лихвой компенсируется теплоотводом на диск 1 через головки болтов 2 и на шихтованные пластины 5. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводных и генераторных установках. Техническим результатом является повышение эффективности электромеханического преобразования энергии в вентильно-индукторной электрической машине за счет снижения магнитных потерь в магнитопроводе. Вентильно-индукторная электрическая машина содержит на статоре активные зубцовые фрагменты с катушками, при этом шаг зубцовых фрагментов равен шагу зубцового деления ротора. Электрическая машина содержит фрагменты (1) зубца статора, ярмо (2) зубца, границу (3) зубцов статора по кольцевому магнитопроводу, катушки (4) статорной обмотки одного зубца, зубец (5) ротора, ярмо (6) ротора, вал (7); β - зубцовое деление ротора, (А-В-С) - принадлежность зубцов к соответствующим фазам. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к синхронным электродвигателям, и может быть использовано в качестве исполнительного двигателя с большим вращающим моментом. Технический результат заключается в создании синхронного электродвигателя с более технологичной конструкцией и улучшенными энергетическими показателями. Синхронный электродвигатель содержит корпус 1 и подшипниковые щиты 2, 3, на которых установлены кольца 4, 5 пакета статора. На кольце 4 установлены зубцы 6 с катушками 7. Диски статора 8 установлены на втулке 9 статора, а диски 10 ротора - на втулке 11 ротора, закрепленной на валу 12, опирающемся на подшипники 13, 14. Число элементов на диске статора zc и намагниченных секторов на диске ротора zp связаны равенством zp=zc±2p, где p - число пар полюсов статора. 7 ил.

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к синхронным двигателям с возбуждением от постоянных магнитов, и может быть использовано в качестве компактного агрегата "двигатель-редуктор" в механических системах с большим ресурсом работы при ударных нагрузках, например в качестве мотора-колеса экологически чистых автомобилей. Технический результат заключается в создании синхронного электродвигателя с более технологичной конструкцией и улучшенными энергетическими показателями. Синхронный электродвигатель с магнитной редукцией содержит корпус 1 и подшипниковые щиты 2, 3. На них установлены кольца 4, 5 пакета статора. На кольце 4 имеются шесть зубцов 6 с коронками и с катушками 7, а на кольце 5 имеются клиновидные выступы 21. Четыре постоянных магнита 8 установлены на втулке 9 ротора быстрого вращения. Диски 10 статора закреплены на втулке 11 статора. Диски 12 ротора медленного вращения установлены на втулке 13. Вал 14 быстрого вращения опирается на подшипники 16, 18, а вал 15 медленного вращения опирается на подшипники 17, 19. Подшипники 16, 17 установлены в подшипниковых щитах 2, 3, а подшипники 18, 19 во втулке 20 подшипников, связанной с диском 10 статора. 8 ил.
Наверх