Торпедный дисковый вентильный электродвигатель



Торпедный дисковый вентильный электродвигатель
Торпедный дисковый вентильный электродвигатель

 


Владельцы патента RU 2571139:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)
Федеральное государственное казенное военно-образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" (RU)

Изобретение относится к области боеприпасов. Торпедный дисковый вентильный электродвигатель содержит последовательно сочлененные дисковые вентильные электрические двигательные модули, выполненные в виде неподвижного статора с закрепленными по окружности П-образными сердечниками и роторов с магнитными вставками. Вентильные электрические двигательные модули оснащены торцевыми полостями-теплообменниками и насосом для прокачки забортной воды. Роторы выполнены в виде дисков со сменными магнитными вставками. Размеры и место крепления магнитных вставок определяются толщиной набора съемных П-образных сердечников с обмотками и расстоянием между центрами торцов набора сердечников. Повышается мощность и надежность двигателя, а также снижаются массогабаритные характеристики. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области боеприпасов, а более конкретно к электродвигателям торпед.

Известны торпеды, энергосиловые установки которых построены на основе коллекторного биротативного электродвигателя постоянного тока, где ротор и статор вращаются во встречных направлениях и передают вращающий момент винтам (Ю.И. Стекольников, О.А. Сурганов. Транспортный модуль морского подводного оружия. Исследовательское проектирование. Монография. г. Санкт-Петербург, 2008, стр.134-151).

Основными недостатками известного двигателя являются его низкие удельные характеристики, шумы и вибрация, возникающие при вращении якоря и трения щеток. Электродвигатель торпеды работает на пределе технических возможностей, основные параметры и физические процессы в двигателе являются предельно допустимыми и ограничены таким критерием, как нагрев активных частей до состояния, близкого к тепловому разрушению конструкционных материалов. Коллекторные торпедные электродвигатели по КПД, коммутационным, электромагнитным и тепловым параметрам приблизились к предельно допустимым значениям, и их использование в перспективных торпедах ограничивается возросшими требованиями как по абсолютным, так и по удельным значениям мощностей.

Известны торпеды иностранных государств, энергосиловые установки которых выполнены на основе бесщеточных вентильных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов, в том числе:

- модифицированная итальянская торпеда типа A2444/S mod 3 фирмы Wass. (Дайджест зарубежной прессы. ВМС и кораблестроение №58 стр.62);

- легкая противолодочная торпеда европейского производства MU90 с бесщеточным двигателем и электронной системой управления (Дайджест зарубежной прессы. ВМС и кораблестроение №59 стр.53-58);

- французская электрическая дальноходная торпеда типа F21. Опубликовано 02.02.2011 г. (Сайт http;//www.France republic/com/focus/news/2667731/posts. «Франция пополняет арсенал новыми торпедами»).

Указанные торпедные электродвигатели содержат цилиндрический статор с многофазной обмоткой и цилиндрический ротор с распределенными по окружности магнитными вставками из постоянных магнитов. Для обеспечения работы вентильного торпедного двигателя на обмотки каждой фазы в определенной последовательности подаются импульсы тока от торпедного электронного коммутатора, в результате чего образуется вращающееся магнитное поле, которое проходит через полюса ротора, статора, воздушные зазоры, замыкается на магнитопроводах статора со стороны торцов двигателя и приводит во вращение цилиндрический ротор с магнитными вставками. Синхронный режим работы двигателя обеспечивается датчиком положения ротора, который вырабатывает управляющие сигналы для работы электронного коммутатора в зависимости от угла поворота ротора.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому и принятым в качестве прототипа является электрический двигатель немецкой торпеды типа ДМ 2А4 Seahake Mod 4. (Дайджест зарубежной прессы. ВМС и кораблестроение №67, стр.211-221). Торпеда DM2A4 фирмы Atlas Elektronik содержит высокооборотный вентильный электродвигатель на постоянных магнитах с электронной системой управления. Основным недостатком прототипа является то, что часть конструкционных материалов (электротехническая сталь сердечников и торцевые части обмоток) не принимают активного участия в процессе электромеханического преобразования энергии, а выполняют пассивную роль для замыкания магнитных потоков и электрических токов, что ведет к снижению КПД и возрастанию габаритов торпедного двигателя. Недостатком прототипа является и то, что его конструкция не позволяет наращивать мощность без существенных конструкционных изменений как статора, так и цилиндрического ротора с магнитными вставками. Кроме того, двигатель имеет значительный уровень шума из-за ограниченного количества обмоток статора, что при малых оборотах ротора вызывает шумы вследствие пульсаций электромагнитного момента.

Задачей заявляемого изобретения является уменьшение массогабаритных характеристик торпедного электродвигателя, повышение его мощности и надежности при одновременном снижении шумоизлучения.

Технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в том, что заявляемый торпедный двигатель выполнен в виде последовательно сочлененных вентильных дисковых двигательных модулей. Вал переднего вентильного двигательного модуля с насаженным на него ротором проходит через внутреннюю полость вала заднего модульного двигателя с насаженным на него ротором, обеспечивая возможность работы валов на винты в режиме противовращения. Ротор каждого двигательного модуля выполнен в виде диска со сменными магнитными вставками, а на статоре размещены П-образные сердечники, на которых намотаны силовые обмотки. Размеры, количество и место крепления магнитных вставок на диске-роторе определяются расстоянием между торцевыми поверхностями П-образных сердечников и толщиной их набора. Сердечники закреплены по окружности неподвижного статора попарно торцами друг к другу так, что магнитные вставки на роторе, который установлен в промежутке между сердечниками, совпадают в проекции с торцами каждой пары двух П-образных сердечников. Между торцами сердечников образуется воздушный зазор, в котором находится вращающийся диск-ротор с магнитными вставками.

Наращивание мощности торпедного дискового вентильного электродвигателя осуществляют путем создания пакета из двигательных дисковых модулей, расположенных последовательно в корпусе торпеды, или за счет изменения размеров и количества магнитных вставок на роторе с одновременной заменой П-образных сердечников с обмотками, а также за счет изменения количества витков и толщины провода в обмотках. Наращивание мощности отдельного двигательного модуля осуществляют за счет изменения его габаритов, количества дисков-роторов и количества неподвижных статоров. Число дисков-роторов в модуле устанавливается на единицу меньше количества неподвижных частей. Изменяя размеры и число магнитных вставок на роторе, число П-образных сердечников с обмотками, в широком диапазоне значений меняют величину токов и питающих напряжений, тем самым энергетические характеристики двигателя изменяются без его конструктивной доработки. Для отвода тепла торцевые оконечности каждого двигательного модуля снабжены полостями-теплообменниками, через которые при помощи насоса пропускается охлаждающая забортная вода. Двигательные дисковые модули посредством амортизаторов акустически изолированы от корпуса торпеды и друг от друга.

Заявляемая конструкция торпедного дискового вентильного двигателя обеспечивает сокращение длины магнитных линий и падение магнитного потенциала на пути замыкания магнитного потока и исключает отрицательное влияние лобовых частей обмоток каждого двигательного модуля. Торпедный двигатель приобретает компактную форму, возрастает плотность конструкции, и уменьшаются габариты двигателя при одинаковой мощности. Наличие сменных П-образных сердечников с обмотками и отсутствие лобовых частей снижает потери и позволяет создать типоряд двигателей на различные напряжения и токи, а также позволяет реализовать в одной конструкции 2-фазную, 3-фазную и n-фазную обмотки. При этом повышается надежность двигателя, так как отказ одной обмотки вызывает пропорциональное снижение мощности, но работоспособность двигателя сохраняется. Кроме того, многофазное исполнение статорных обмоток позволяет равномерно распределить токовые нагрузки и снизить требования к силовым ключам электронного коммутатора. Наличие принудительной системы охлаждения забортной водой дает возможность использовать двигатель длительный период времени в форсированном режиме работы.

Таким образом, преимуществом заявляемого торпедного дискового вентильного двигателя является:

- повышение плотности конструкции и снижение габаритов двигателя за счет последовательного расположения дисковых двигательных модулей в корпусе торпеды;

- реализация в одной конструкции двух-, трех- и многофазных силовых обмоток, что при соответствующем расположении магнитных вставок на роторе и группировке П-образных сердечников с обмотками на статоре позволяет создать типоряд электродвигателей различной мощности;

- двигатель устойчив к отказам отдельных элементов, что при отключении одной или даже нескольких силовых обмоток приводит только к пропорциональному снижению выходной мощности и возрастанию пульсаций момента, но двигатель сохраняет работоспособное состояние, а потеря мощности частично может быть скомпенсирована повышением нагрузки на оставшихся обмотках;

- двигатель может работать длительный период времени в форсированном режиме, развивая большие моменты за счет наличия торцевых теплообменников и насоса для прокачки забортной воды;

- снижается акустическая заметность торпеды, так как двигательные модули посредством амортизаторов акустически развязаны от корпуса торпеды и от смежных модулей.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, которые являются иллюстрирующим материалом для частного случая выполнения конструкции торпедного дискового вентильного электродвигателя.

На фиг.1 показан продольный разрез, а на фиг.2 - схема организации биротативного вращения валов торпедного дискового вентильного электродвигателя.

В корпусе торпеды 1 последовательно расположены дисковые вентильные двигатели передний 2 и задний 3, которые посредством амортизаторов 4 и 5 акустически развязаны от корпуса торпеды и между собой. Ротор переднего двигателя 6 насажен на вал 7, который проходит через внутреннюю полость вала 8 заднего двигателя, на котором насажен ротор 9, вращающийся в противоположном направлении. На торцевых поверхностях двигателей расположены полости 10, через которые при помощи насоса 11 прокачивается охлаждающая забортная вода. Посредством канала 12 охлаждающие полости двигателей соединены между собой. На роторах, выполненных в виде диска, закреплены магнитные вставки 13, причем количество, размеры и место крепления магнитных вставок зависят от размеров и расстояния между торцами П-образных сердечников 14, на которых намотаны силовые обмотки 15. Сердечники закреплены по окружности на неподвижном статоре таким образом, что их торцы совпадают с магнитными вставками на роторе. Охлаждающая вода через отверстие 16 поступает за борт.

Работа заявляемого торпедного дискового вентильного двигателя заключается в том, что на статорные обмотки 15 переднего 2 и заднего дисковых вентильных двигателей 3, объединенных в требуемое количество фаз, в определенной последовательности подаются импульсы тока от бортового электронного коммутатора торпеды. В результате заданной последовательности поступления импульсов на фазные статорные обмотки образуется вращающееся магнитное поле, которое приводит во вращение диски-роторы 6 и 9. Процесс подачи импульсов питающего напряжения на силовые обмотки синхронизируется при помощи датчика положения ротора, который вырабатывает управляющие команды для электронного коммутатора в зависимости от угла поворота ротора. При поступлении синфазных импульсов тока валы вращаются в одну сторону и работают на один исполнительный орган.

Для организации встречного вращения валов 7 и 8 и насаженных на них дисков-роторов переднего 6 и заднего дисковых модульных двигателей 9 импульсы тока на силовые обмотки 15 переднего и заднего двигательных модулей подаются в противофазе.

Таким образом, представленные описание и чертежи позволяют сделать заключение о том, что заявляемое изобретение обладает новизной, отличаясь от прототипа такими существенными признаками как наличие последовательно сочлененных дисковых двигательных модулей, оснащенных торцевыми полостями-теплообменниками, причем вал переднего дискового модульного двигателя с насаженным диском-ротором проходит через внутреннюю полость вала заднего дискового модульного двигателя с насаженным диском-ротором. Ротор каждого двигательного модуля выполнен в виде диска со съемными магнитными вставками, а на статоре каждого двигательного модуля по окружности закреплены торцами друг к другу сменные П-образные сердечники с силовыми обмотками, что позволяет выполнить поставленную задачу и сделать вывод о наличии изобретательского уровня и промышленной применимости.

1. Торпедный дисковый вентильный электродвигатель содержащий последовательно сочлененные дисковые вентильные электрические двигательные модули, выполненные в виде неподвижного статора с закрепленными по окружности П-образными сердечниками и роторов с магнитными вставками, отличающийся тем, что вентильные электрические двигательные модули оснащены торцевыми полостями-теплообменниками и насосом для прокачки забортной воды, роторы выполнены в виде дисков со сменными магнитными вставками, размеры и место крепления которых определяются толщиной набора съемных П-образных сердечников с обмотками и расстоянием между центрами торцов набора сердечников.

2. Торпедный дисковый вентильный электродвигатель по п.1 отличающийся тем, что двигательные модули акустически изолированы от корпуса торпеды и друг от друга.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в различных установках с высокоскоростным электрическим приводом рабочего органа, в частности, в условиях вакуума.

Изобретение относится к устройствам для создания подъемной тяги и может быть использовано в летательных аппаратах. Технический результат состоит в расширении сферы применения.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении кпд устройства и обеспечении максимальной рабочей гибкости за счет регулировки и оптимизации положения статора и ротора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, в частности, в гибридных автомобилях и электромобилях, электромеханических, в том числе автоматических системах управления и т.д.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам, и может быть использовано, в частности, в ветроэнергетических установках.

Изобретение относится к электромагнитному устройству, выполненному с возможностью обратимой работы в качестве генератора и электродвигателя. Технический результат - обеспечение возможности регулирования и оптимизации относительно положения статора и ротора в целях получения максимального кпд и максимальной рабочей гибкости системы.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к синхронным электродвигателям с реактивным ротором, и может быть применено в электромеханических системах.

Изобретение относится к области электротехники, а именно - к электрическим машинам постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. .

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения специальных электрических машин, а именно электрических асинхронных герметизированных двигателей, используемых в промышленных установках для работы в химически агрессивных, радиационных и взрывоопасных газообразных и жидких средах, при высоких значениях давления и температуры.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам, и может быть использовано, в частности, в ветроэнергетических установках.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромеханических преобразователях энергии автономных объектов. Технический результат состоит в повышении надежности, энергоэффективности и минимизация тепловыделений, повышении кпд Диэлектрический остов статора выполнен в виде рубашки охлаждения с аксиальными трубками.

Изобретение относится к индукторным сегментным генераторам, а более конкретно к генераторам, содержащим радиальные спицеобразные роторные элементы, т.е. таким, в качестве роторных элементов которого выступает спицованное колесо, например генератором велосипедов, мотоциклов, автомобилей и т.д.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветроэлектрогенераторам сегментного типа. Технический результат заключается в повышении технологичности изготовления ротора.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветроэлектрогенераторам сегментного типа. Технический результат заключается в повышении технологичности изготовления ротора.

Изобретение относится к приводному устройству для высокопроизводительной мельницы. Технический результат заключается в создании электродвигателя для привода мельницы, который может быть легко адаптирован к требованиям по различной выходной мощности.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам с модуляцией полюсов и внутренним ротором. Ротор содержит множество постоянных магнитов, расположенных по окружности вокруг продольной оси; множество аксиальных элементов, направляющих поток, каждый из которых выполнен с возможностью обеспечения, по меньшей мере, двумерного пути для магнитного потока; опорную конструкцию, содержащую внутренний трубчатый опорный элемент, расположенный внутри в радиальном направлении относительно множества постоянных магнитов; и, по меньшей мере, один наружный элемент, направляющий поток, выполненный с возможностью обеспечения пути, по меньшей мере, в радиальном направлении для магнитного потока, сгенерированного одним или более из множества постоянных магнитов.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к генераторам с постоянными магнитами. Однофазный низкооборотный генератор тока содержит ротор с многополюсной системой постоянных магнитов, статор с обмотками, выводы которых подключены к соответствующим им выпрямительным блокам, статор выполнен односекционным, количество полюсов ротора отличается на один от количества обмоток статора, магнитопровод статора выполнен зубцовым, обмотки статора размещены на зубцах магнитопровода и разделены на две половины, причем обмотки статора в каждой половине соединены последовательно с изменением полярности на противоположную каждой последующей относительно полярности предыдущей, а полярность включения последней обмотки статора первой половины с первой обмоткой статора второй половины при их соединении выбирают из условия изменения полярности всех катушек второй половины, включенных с чередованием направления поля, на противоположную, при этом свободный конец соответствующей первой обмотки первой половины и свободный конец соответствующей последней обмотки второй половины являются выводами однофазной цепи генератора.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электродвигателям и к механизмам с его использованием. Электродвигатель содержит статор, при этом статор имеет пазы (5), в которые установлена сконцентрированная обмотка.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к бесколлекторным электрическим машинам, в частности электрогенераторам постоянного тока, и может быть использовано в качестве автономного источника питания.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам постоянного тока, обмотка якоря которых выполнена кольцевого типа, а магнитопровод якоря - из кольцевых пакетов шихтованной стали, замкнутых по наружному диаметру внешним магнитопроводом, снабженных по окружности продольными немагнитными вставками и разделенных между собой кольцевыми немагнитными промежутками.

Изобретение относится к судостроению, а именно к конструкциям силовых установок подводных аппаратов. Силовая установка подводного аппарата содержит высокооборотный электродвигатель переменного тока, который соединен с движителем аппарата через редуктор.
Наверх