Гибридный электрический двигатель с самовыравнивающимся ротором с постоянными магнитами и короткозамкнутым ротором

Изобретение относится к области электротехники, в частности к гибридным асинхронным двигателям. Технический результат – повышение эффективности двигателя. Гибридный асинхронный двигатель содержит закрепленный статор, независимо вращающийся внешний ротор и внутренний ротор, прикрепленный к валу двигателя. В одном варианте реализации внешний ротор содержит расположенные на расстоянии друг от друга первые стержни и постоянные магниты, а внутренний ротор содержит расположенные на расстоянии друг от друга вторые стержни. В другом варианте реализации внешний ротор содержит расположенные с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга первые стержни без постоянных магнитов, а внутренний ротор содержит постоянные магниты, а также может содержать расположенные с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга вторые стержни. Внешний ротор первоначально ускоряется вследствие взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с первыми стержнями. При ускорении внешнего ротора до синхронных оборотов внутренний ротор ускоряется до перехода к эффективному синхронному режиму работы. Внешний ротор, таким образом, действует в качестве муфты для отсоединения внутреннего ротора от вращающегося магнитного поля статора при пуске и для соединения внутреннего ротора с вращающимся магнитным полем статора при синхронной скорости. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 41 ил.

 

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США №14151333, поданной 09 января 2014, и заявке на патент США №14229673, поданной 28 марта 2014, которые полностью включены в настоящее описание посредством ссылки.

Область техники

[0002] Настоящее изобретение относится к электрическим двигателям, в частности к асинхронному двигателю, имеющему независимо вращающийся ротор с постоянными магнитами, соединенный с индукционным ротором для изменения конфигурации двигателя с асинхронного индукционного режима работы при пуске на синхронный режим работы после пуска для эффективной работы.

Уровень техники

Предпочтительной формой электродвигателей являются бесщеточные асинхронные двигатели переменного тока. Роторы асинхронных двигателей содержат "клетку" (или короткозамкнутый ротор, похожий на "колесо для белки"), вращающуюся внутри статора. "Клетка" содержит стержни, проходящие в осевом направлении и расположенные под углом на расстоянии друг от друга по внешнему периметру ротора. Переменный ток, подаваемый на статор, приводит к вводу вращающегося магнитного поля статора в ротор, и это вращающееся поле индуктивно наводит в стержнях ток. Ток, наводимый в стержнях, создает индуцированное магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем статора для получения крутящего момента и вращения, таким образом, ротора.

[0004] Введение тока в стержни требует отсутствия движения (или вращения) стержней синхронно с вращающимся магнитным полем статора, поскольку для электромагнитной индукции необходимо относительное перемещение (называемое проскальзыванием) между магнитным полем и проводником в этом поле. В результате, ротор должен проскальзывать относительно вращающегося магнитного поля статора для наведения тока в стержнях, чтобы вырабатывать крутящий момент, и поэтому индукционные двигатели называются асинхронными электродвигателями.

[0005] К сожалению, асинхронные двигатели низкой мощности не имеют высокой эффективности при расчетной рабочей скорости и даже имеют меньшую эффективность при меньших нагрузках, поскольку количество энергии, потребляемой статором, остается постоянным при таких меньших нагрузках.

[0006] Один из подходов к повышению эффективности асинхронного электродвигателя состоит в добавлении в конструкцию ротора постоянных магнитов. Пуск электродвигателя сначала происходит как у обычного асинхронного двигателя, но по мере достижения двигателем своей рабочей скорости магнитное поле статора взаимодействует с постоянными магнитами и электродвигатель переходит в синхронный режим. К сожалению, размеры постоянных магнитов ограничены, т.к. если постоянные магниты слишком большие, они мешают пуску электродвигателя. Такое ограничение размера ограничивает полезный эффект, получаемый от использования постоянных магнитов.

[0007] В заявке на патент США №14151333, поданной 09 января 2014, раскрыт электрический двигатель, имеющий внешний статор, внутренний ротор, содержащий стержни, прикрепленные к валу двигателя, и свободновращающийся внешний ротор, содержащий постоянные магниты и стержни, расположенный между внутренним ротором и статором. При пуске вращающееся поле статора ускоряет свободное вращение внешнего ротора, а после ускорения постоянные магниты свободновращающегося внешнего ротора ускоряются, а затем замыкаются с внутренним ротором для достижения эффективной работы постоянных магнитов.

[0008] Конструкция в соответствие с заявкой №14151333 подходит для некоторых конструкций двигателей, но в других конструкциях поверхностные эффекты на поверхности внутреннего ротора ухудшают или препятствуют установлению свзи внутреннего ротора с вращающимися магнитными полями.

Раскрытие сущности изобретения

[0009] Настоящее изобретение направлено на указанные выше и другие нужды посредством обеспечения гибридного асинхронного двигателя, который содержит закрепленный статор, независимо вращающийся внешний ротор и внутренний ротор, прикрепленный к валу двигателя. В одном варианте реализации внешний ротор содержит расположенные на расстоянии друг от друга первые стержни и постоянные магниты, а внутренний ротор содержит расположенные на расстоянии друг от друга вторые стержни. В другом варианте реализации внешний ротор содержит расположенные с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга первые стержни без постоянных магнитов, а внутренний ротор содержит постоянные магниты, а также может содержать расположенные с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга вторые стержни. Внешний ротор первоначально ускоряется вследствие взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с первыми стержнями. При ускорении внешнего ротора до синхронных оборотов в минуту, внутренний ротор ускоряется до перехода к эффективному синхронному режиму работы. Внешний ротор таким образом действует в качестве муфты для отсоединения внутреннего ротора от вращающегося магнитного поля статора при пуске и для соединения внутреннего ротора с вращающимся магнитным полем статора при синхронной скорости.

[0010] В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, обеспечен гибридный асинхронный двигатель, который содержит закрепленный статор, независимо вращающийся гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, прикрепленный к валу двигателя. Гибридный ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой имеет N расположенных с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга постоянных магнитов и N совокупностей множества первых стержней, расположенных с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга между следующими друг за другом постоянными магнитами. Ротор с беличьей клеткой имеет N групп расположенных с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга вторых стержней и щелевые отверстия во внешней поверхности ротора с беличьей клеткой между следующими друг за другом группами вторых стержней. Гибридный ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой первоначально ускоряется вследствие взаимодействия статора с первыми стержнями. Постоянные магниты создают вращающееся магнитное поле в роторе с беличьей клеткой, взаимодействующим со вторыми стержнями, для ускорения ротора с беличьей клеткой. При ускорении гибридного ротора с постоянными магнитами и беличьей клеткой до синхронных оборотов в минуту, поле статора достигает гибридного ротора с постоянными магнитами и беличьей клеткой и взаимодействует с постоянными магнитами для перехода к синхронному режиму работы. Явно выраженные полюса создаются посредством взаимодействия постоянных магнитов с щелевыми отверстиями в роторе с беличьей клеткой для замыкания двух указанных роторов при синхронном вращении.

[0011] В соответствии с другой особенностью настоящего изобретения, обеспечен внутренний ротор с беличьей клеткой, имеющий расположенные с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга проходящие в осевом направлении щелевые отверстия на внешней поверхности внутреннего ротора с беличьей клеткой. Расстояние между щелевыми отверстиями соответствует расстоянию между постоянными магнитами в независимо вращающемся гибридном внешнем роторе с постоянными магнитами и беличьей клеткой. При синхронной скорости щелевые отверстия и постоянные магниты взаимодействуют для образования явно выраженных полюсов, соединяющих вращение внутреннего ротора с беличьей клеткой и гибридного внешнего ротора с постоянными магнитами и беличьей клеткой, устраняя необходимость механического соединения гибридного внешнего ротора с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутреннего ротора с беличьей клеткой.

[0012] В соответствии еще с одной особенностью изобретения, обеспечен двигатель, имеющий усовершенствованную последовательность индукционного пуска и перехода к эффективному синхронному режиму работы. Конструкция первых стержней гибридного внешнего ротора с постоянными магнитами и беличьей клеткой вырабатывает достаточный вращающий момент для преодоления сопротивления внутреннего ротора с беличьей клеткой, созданного постоянными магнитами. В результате, гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой быстро достигает синхронных оборотов в минуту. Когда гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой ускоряется быстрее, чем внутренний ротор с беличьей клеткой, взаимодействие постоянных магнитов и вторых стержней внутреннего ротора с беличьей клеткой создает больший вращающий момент на внутреннем роторе с беличьей клеткой для его ускорения. Когда первый ротор практически достигает синхронных оборотов в минуту, поток статора проникает во вторые стержни внутреннего ротора с беличьей клеткой, прикладывая дополнительный вращающий момент для большего ускорения внутреннего ротора с беличьей клеткой в сторону синхронного вращения.

[0013] В соответствии еще с одной особенностью изобретения, обеспечен двигатель, имеющий гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, соединенные посредством взаимодействия постоянных магнитов в гибридном внешнем роторе с постоянными магнитами и беличьей клеткой и проходящими в осевом направлении щелевыми отверстиями в поверхности внутреннего ротора с беличьей клеткой. Глубина щелевых отверстий может варьироваться в зависимости от назначения двигателя для оптимизации замыкания внутреннего ротора с беличьей клеткой с гибридным внешним ротором с постоянными магнитами и беличьей клеткой.

[0014] В соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения, обеспечен гибридный асинхронный двигатель, который содержит закрепленный статор, независимо вращающийся внешний ротор с беличьей клеткой и внутренний ротор с постоянными магнитами, прикрепленный к валу двигателя. Внешний ротор с беличьей клеткой имеет расположенные с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга первые стержни. Внутренний ротор с постоянными магнитами может содержать группы вторых стержней в промежутках между постоянными магнитами. Внешний ротор с беличьей клеткой первоначально ускоряется вследствие взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с первыми стержнями. При ускорении ротора с беличьей клеткой до синхронных оборотов в минуту, поле статора достигает ротора с беличьей клеткой и взаимодействует с внутренним ротором с постоянными магнитами для ускорения внутреннего ротора с постоянными магнитами для перехода к синхронному режиму работы. Внешний ротор с беличьей клеткой таким образом действует в качестве муфты для отсоединения внутреннего ротора с постоянными магнитами от вращающегося магнитного поля статора при пуске и для соединения внутреннего ротора с постоянными магнитами с вращающимся магнитным полем статора при синхронной скорости. При ускорении внешнего ротора с беличьей клеткой, магнитный поток постоянных магнитов во внутреннем роторе с постоянными магнитами взаимодействует с первыми стержнями во внешнем роторе с беличьей клеткой, вырабатывая вращающий момент и одновременно ускоряя внутренний ротор с постоянными магнитами. При увеличении оборотов в минуту внешнего ротора с беличьей клеткой ближе к оборотам в минуту потока статора, поток статора проникает во внешний ротор с беличьей клеткой и увеличивает поток на внутреннем роторе с постоянными магнитами, добавляя дополнительный вращающий момент внутреннему ротору с постоянными магнитами, для ускорения внутреннего ротора с постоянными магнитами до синхронного режима работы.

Краткое описание чертежей

[0015] Указанные выше и другие особенности, признаки и преимущества настоящего изобретения лучше видны из нижеследующего более подробного их описания, представленного вместе с нижеследующими чертежами, на которых:

[0016] на фиг. 1А показан вид с торца электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0017] на фиг. 1В показан вид сбоку электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0018] на фиг. 2 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0019] на фиг. 3 показан вид в разрезе по линии 3-3 по фиг. 1А электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0020] на фиг. 4 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В корпуса и закрепленного статорного участка электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0021] на фиг. 5 показан вид в разрезе по линии 5-5 по фиг. 4 корпуса и закрепленного статорного участка электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0022] на фиг. 6 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В независимо вращающегося гибридного внешнего ротора с постоянными магнитами и беличьей клеткой электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0023] на фиг. 7 показан вид в разрезе по линии 7-7 по фиг. 6 независимо вращающегося гибридного внешнего ротора с постоянными магнитами и беличьей клеткой электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0024] на фиг. 8 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В внутреннего ротора с беличьей клеткой электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0025] на фиг. 9 показан вид в разрезе по линии 9-9 по фиг. 8 внутреннего ротора с беличьей клеткой электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0026] на фиг. 10 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, показывающий линии магнитного поля при пуске в соответствии с настоящим изобретением;

[0027] на фиг. 11 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, показывающий линии магнитного поля при синхронной скорости, в соответствии с настоящим изобретением;

[0028] на фиг. 12 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В электрического двигателя, имеющего вторые варианты реализации независимо вращающегося гибридного внешнего ротора с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутреннего ротора с беличьей клеткой, неподвижно соединенного с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0029] на фиг. 13 показан вид в разрезе по линии 3-3 по фиг. 1А электрического двигателя, имеющего вторые варианты реализации независимо вращающегося гибридного внешнего ротора с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутреннего ротора с беличьей клеткой, неподвижно соединенного с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0030] на фиг. 14 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В электрического двигателя, имеющего третьи варианты реализации независимо вращающегося гибридного внешнего ротора с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутреннего ротора с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0031] на фиг. 15 показан вид в разрезе по линии 3-3 по фиг. 1А электрического двигателя, имеющего третьи варианты реализации независимо вращающегося гибридного внешнего ротора с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутреннего ротора с беличьей клеткой, неподвижно соединенного с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0032] на фиг. 16 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В второго варианта реализации независимо вращающегося гибридного внешнего ротора с постоянными магнитами и беличьей клеткой в соответствии с настоящим изобретением;

[0033] на фиг. 17 показан вид в разрезе по линии 17-17 по фиг. 16 второго варианта реализации независимо вращающегося гибридного внешнего ротора с постоянными магнитами и беличьей клеткой в соответствии с настоящим изобретением;

[0034] на фиг. 18 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В третьего варианта реализации независимо вращающегося гибридного внешнего ротора с постоянными магнитами и беличьей клеткой в соответствии с настоящим изобретением;

[0035] на фиг. 19 показан вид в разрезе по линии 19-19 по фиг. 18 третьего варианта реализации независимо вращающегося гибридного внешнего ротора с постоянными магнитами и беличьей клеткой в соответствии с настоящим изобретением;

[0036] на фиг. 20 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В второго варианта реализации электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, показывающий линии магнитного поля при пуске в соответствии с настоящим изобретением;

[0037] на фиг. 21 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В второго варианта реализации электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, показывающий линии магнитного поля при синхронной скорости в соответствии с настоящим изобретением;

[0038] на фиг. 22 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В третьего варианта реализации электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, при пуске в соответствии с настоящим изобретением;

[0039] на фиг. 23 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В третьего варианта реализации электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся гибридный внешний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, при синхронной скорости в соответствии с настоящим изобретением;

[0040] на фиг. 24 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В второго варианта реализации электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся внешний ротор с беличьей клеткой и гибридный внутренний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0041] на фиг. 25 показан вид в разрезе по линии 3-3 по фиг. 1А второго варианта реализации электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся внешний ротор с беличьей клеткой и гибридный внутренний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0042] на фиг. 26 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В корпуса и закрепленного статорного участка второго варианта реализации электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся внешний ротор с беличьей клеткой и гибридный внутренний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0043] на фиг. 27 показан вид в разрезе по линии 27-27 по фиг. 26 корпуса и закрепленного статорного участка второго варианта реализации электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся внешний ротор с беличьей клеткой и гибридный внутренний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0044] на фиг. 28 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В независимо вращающегося внешнего ротора с беличьей клеткой второго варианта реализации электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся внешний ротор с беличьей клеткой и гибридный внутренний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0045] на фиг. 29 показан вид в разрезе по линии 29-29 по фиг. 28 независимо вращающегося внешнего ротора с беличьей клеткой второго варианта реализации электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся внешний ротор с беличьей клеткой и гибридный внутренний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0046] на фиг. 30 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В гибридного внутреннего ротора с постоянными магнитами и беличьей клеткой второго варианта реализации электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся внешний ротор с беличьей клеткой и гибридный внутренний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0047] на фиг. 31 показан вид в разрезе по линии 31-31 по фиг. 30 гибридного внутреннего ротора с постоянными магнитами и беличьей клеткой второго варианта реализации электрического двигателя, имеющего независимо вращающийся внешний ротор с беличьей клеткой и гибридный внутренний ротор с постоянными магнитами и беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом двигателя, в соответствии с настоящим изобретением;

[0048] на фиг. 32 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В второго варианта реализации электрического двигателя, показывающий линии магнитного поля при пуске в соответствии с настоящим изобретением;

[0049] на фиг. 33 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В второго варианта реализации электрического двигателя, показывающий линии магнитного поля при синхронной скорости в соответствии с настоящим изобретением;

[0050] на фиг. 34 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В второго варианта реализации электрического двигателя, не имеющего стержней во внутреннем роторе, показывающий линии магнитного поля при пуске в соответствии с настоящим изобретением;

[0051] на фиг. 35 показан вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В второго варианта реализации электрического двигателя, не имеющего стержней во внутреннем роторе, показывающий линии магнитного поля при синхронной скорости в соответствии с настоящим изобретением;

[0052] на фиг. 36А показан первый вариант реализации внутреннего ротора с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением;

[0053] на фиг. 36В показан второй вариант реализации внутреннего ротора с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением;

[0054] на фиг. 36С показан третий вариант реализации внутреннего ротора с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением;

[0055] на фиг. 37А показан четвертый вариант реализации внутреннего ротора с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением;

[0056] на фиг. 37В показан пятый вариант реализации внутреннего ротора с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением;

[0057] Аналогичные ссылочные обозначения обозначают аналогичные компоненты на нескольких видах на чертежах.

Осуществление изобретения

[0058] Приведенное ниже описания является лучшим вариантом выполнения настоящего изобретения, рассматриваемым в настоящее время. Данное описание не должно рассматриваться как ограничивающее, а приведено лишь в целях описания одного или более предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения. Объем настоящего изобретения определен со ссылкой на формулу изобретения.

[0059] Вид с торца электрического двигателя 10, имеющего независимо вращающийся гибридный внешний ротор 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренний ротор 30 с беличьей клеткой, неподвижно соединенный с валом 14 двигателя, в соответствии с настоящим изобретением, показан на фиг. 1А, а вид сбоку электрического двигателя 10 показан на фиг. 1В. Вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В электрического двигателя 10 показан на фиг. 2, а вид в разрезе по линии 3-3 по фиг. 1А электрического двигателя 10 показан на фиг. 3. Электрический двигатель 10 содержит корпус 12, статорный участок 16, неподвижно соединенный с корпусом 12, независимо вращающийся гибридный внешний ротор 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой, перемещающийся на опорных элементах 29 (см. фиг. 7), и внутренний ротор 30 с беличьей клеткой, закрепленный на валу 14 двигателя.

[0060] Вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В корпуса 12 и закрепленного статорного участка 16 электрического двигателя 10 показан на фиг. 4, а вид в разрезе по линии 5-5 по фиг. 4 корпуса 12 и закрепленного статорного участка 16 показан на фиг. 5. Обмотка 18 закрепленного статора расположена в сердечнике 19 статора. Обмотка 18 статора создает вращающееся магнитное поле статора, когда на нее подают сигнал переменного тока. Корпус 12 содержит опорные элементы 13 для поддерживания вала 14.

[0061] Вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В независимо вращающегося гибридного внешнего ротора 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой показан на фиг. 6, а вид в разрезе по линии 7-7 по фиг. 6 независимо вращающегося гибридного внешнего ротора 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой показан на фиг. 7. Гибридный внешний ротор 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой содержит расположенные с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга постоянные магниты 22 и расположенные с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга первые стержни 26, расположенные в первом сердечнике 23 ротора. Гибридный внешний ротор 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой может содержать любое четное количество постоянных магнитов 22, например два, четыре, шесть, восемь и т.д. постоянных магнитов 22. Не содержащие железа промежутки 24 в сердечнике 23 ротора присутствуют на концах каждого постоянного магнита 22, а угловая ширина между последующими магнитами 22 и промежутками 24 представляет собой угловой сегмент S. Промежутки 24 представляют собой воздушные промежутки или из материала, не содержащего железа, для минимизации утечки потока, если бы содержащий железо материал присутствовал на концах магнитов 22, магнитный поток искривлялся бы назад в магниты 22, замыкая большинство линий магнитного потока обратно в магниты 22. Сердечник 23 предпочтительно представляет собой многослойный сердечник 38, а тонкие участки 23а сердечника 23, удерживающие слоистые участки вместе, являются предполагаемыми областями утечки потока. Толщины тонких областей 23а предпочтительно оптимизированы для минимизации утечки при поддержании механической целостности сердечника 23 ротора. Стержни 26 не обязательно, но предпочтительно равномерно расположены с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга и с угловыми интервалами между магнитами 22.

[0062] Торцевые крышки 28 ротора прикреплены к противоположным концам гибридного внешнего ротора 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой и содержат опорные элементы 29, обеспечивающие возможность свободного вращения гибридного внешнего ротора 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой на валу 14 двигателя. Опорные элементы 29 предпочтительно являются опорными элементами с малым трением (например, шарикоподшипниками), но могут просто представлять собой втулки (например, бронзовые втулки или самосмазывающиеся втулки).

[0063] Вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В внутреннего ротора 30 с беличьей клеткой электрического двигателя 10 показан на фиг. 8, а вид в разрезе по линии 9-9 по фиг. 8 внутреннего ротора 30 с беличьей клеткой электрического двигателя 10 показан на фиг. 9. Внутренний ротор 30 с беличьей клеткой закреплен на валу 14 двигателя и соединяет гибридный внешний ротор 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой с валом 14 двигателя. Вторые стержни 36 расположены во втором сердечнике 36 ротора. Стержни не обязательно, но предпочтительно равномерно расположены с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга, но наиболее предпочтительно двусторонне симметричны (т.е. расположены симметричными парами на противоположных сторонах). Равновесие между сопротивлением стержня 26 и насыщением сердечника 23 ротора может быть оптимизировано, а форма, количество и размеры стержней 26 могут иметь большое влияние на производительность, например, на пуск двигателя.

[0064] Расположенные с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга, проходящие в осевом направлении щелевые отверстия 34 образованы в цилиндрической внешней поверхности 36а сердечника 36 ротора. Количество щелевых отверстий 34 и расстояние между ними соответствуют количеству магнитов 22 и расстоянию между ними в гибридном внешнем роторе 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой. Размер, и в частности глубина щелевых отверстий 34 по существу определяет соединение гибридного внешнего ротора 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой с внутренним ротором 30 с беличьей клеткой посредством оказания влияния на явно выраженные полюса 50 (см. фиг. 11). Явно выраженные полюса 50 в свою очередь определяют соединение между гибридным внешним ротором 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутренним ротором 30 с беличьей клеткой, когда двигатель 10 работает при синхронной скорости.

[0065] Вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В электрического двигателя 10 при пуске показан на фиг. 10. Когда питание переменным током подают на статор 16, вращающееся магнитное поле статора индукционно взаимодействует с первыми стержнями 26 в гибридном внешнем роторе 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой для создания тока в первых стержнях 26 и полученных в результате линий 40 магнитного потока. Однако при пуске, взаимодействие вращающегося магнитного поля со стержнями неподвижного ротора вырабатывает частоту ротора, вызывающую поверхностный эффект, и вращающееся магнитное поле статора не проникает глубоко в гибридный внешний ротор 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой и таким образом не достигает участков стержней 26 первого ротора ниже поверхности гибридного внешнего ротора 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой. Вращающееся поле статора затем ускоряет гибридный внешний ротор 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой. Вторые стержни 32 во внутреннем роторе 30 с беличьей клеткой взаимодействуют с магнитами 22 в гибридном внешнем роторе 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой для ускорения внутреннего ротора 30 с беличьей клеткой.

[0066] Щелевые отверстия 34 во внутреннем роторе 30 с беличьей клеткой не выравниваются с магнитами 22 при пуске, так как гибридный внешний ротор 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой ускоряется первым, что приводит к тому, что магниты 22 (и таким образом магнитное поле магнитов) перескакивают явно выраженные полюса 50, но при этом все также индукционно взаимодействует со вторыми стержнями 32 внутреннего ротора 30 с беличьей клеткой до тех пор, пока внутренний ротор 30 с беличьей клеткой не достигнет синхронных оборотов в минуту, где притяжение явно выраженных полюсов 50 и магнитов 22 является достаточным для удержания внутреннего ротора 30 с беличьей клеткой на тех же оборотах в минуту, что и гибридный внешний ротор 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой. Конструкция явно выраженных полюсов 50 определяет соединяющий вращающий момент. Соединяющий вращающий выполнен немного большим, чем номинальный вращающий момент двигателя для удержания внутреннего ротора 30 с беличьей клеткой при тех же оборотах в минуту, что и гибридный внешний ротор 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой, во время нормального режима работы. Данная конструкция также является преимущественной, так как она предотвращает полную остановку двигателя при перегрузке, так как когда нагрузка на вал 14 двигателя, и таким образом на внутренний ротор 30 с беличьей клеткой, превышает расчетный вращающий момент двигателя, внутренний ротор 30 с беличьей клеткой может отклониться от гибридного внешнего ротора 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой, оставляя его при синхронных оборотах в минуту.

[0067] При увеличении оборотов в минуту гибридного внешнего ротора 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой частота ротора уменьшается, при этом вращающееся магнитное поле статора проникает глубже в гибридный внешний ротор 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой и во внутренний ротор 30 с беличьей клеткой, создавая дуэльный эффект короткозамкнутого ротора участка со стержнями на поверхности ротора и большего участка со стержнями глубже в роторе, вырабатывая большее стартовое сопротивление, уменьшающее выбросы тока.

[0068] Вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В электрического двигателя 10 при синхронной скорости показан на фиг. 11. При достижении гибридным внешним ротором 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой синхронной скорости, частота ротора уменьшается, взаимодействие гибридного внешнего ротора 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой с вращающимся магнитным полем статора переходит от индукции к работе постоянного магнита, а магнитный поток 40 и 42 уменьшается и линии 52 потока, проходящие через магниты 22 и во внутренний ротор 30 с беличьей клеткой, растут, что приводит к тому, что гибридный внешний ротор 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой сводится к синхронному режиму работы. Гибридный внешний ротор 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой продолжает влечет внутренний ротор 30 с беличьей клеткой к синхронной скорости, и явно выраженные полюса 50 соединяют внутренний ротор 30 с беличьей клеткой с гибридным внешним ротором 20 с постоянными магнитами и беличьей клеткой для эффективного синхронного режима работы с постоянными магнитами.

[0069] Вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В электрического двигателя 10а, имеющего вторые варианты реализации независимо вращающегося гибридного внешнего ротора 20а с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутреннего ротора 30а с беличьей клеткой, неподвижно соединенного с валом двигателя, показан ан фиг. 12, а вид в разрезе по линии 3-3 по фиг. 1А электрического двигателя 10а показан на фиг. 13. Внутренний ротор 30а с беличьей клеткой не содержит щелевые отверстия 34 внутреннего ротора 30 с беличьей клеткой.

[0070] Вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В электрического двигателя 10b, имеющего третий вариант реализации независимо вращающегося гибридного внешнего ротора 20b с постоянными магнитами и беличьей клеткой и внутреннего ротора 30b с беличьей клеткой, неподвижно соединенного с валом двигателя, показан ан фиг. 14, а вид в разрезе по линии 3-3 по фиг. 1А электрического двигателя 12b показан на фиг. 15. Внутренний ротор 30b с беличьей клеткой не содержит щелевые отверстия 34 внутреннего ротора 30 с беличьей клеткой.

[0071] Вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В второго варианта реализации независимо вращающегося гибридного внешнего ротора 20а с постоянными магнитами и беличьей клеткой показан на фиг. 16, а вид в разрезе по линии 17-17 по фиг. 16 ротора 20а показан на фиг. 17. Гибридный внешний ротор 20а с постоянными магнитами и беличьей клеткой содержит четыре стержня 26 между последующими магнитами 22.

[0072] Вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В третьего варианта реализации независимо вращающегося гибридного внешнего ротора 20b с постоянными магнитами и беличьей клеткой показан на фиг. 18, а вид в разрезе по линии 19-19 по фиг. 18 гибридного внешнего ротора 20b с постоянными магнитами и беличьей клеткой показан на фиг. 19. Гибридный внешний ротор 20b с постоянными магнитами и беличьей клеткой содержит пять стержней 26 между последующими магнитами 22.

[0073] Вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В второго варианта реализации электрического двигателя 10а, показывающий линии 40а и 42а магнитного поля при пуске, показан на фиг. 20, а вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В электрического двигателя 10а, показывающий линии 52а магнитного поля при синхронной скорости, показан на фиг. 21. Линии магнитного поля переходят аналогично переходам, описанным на фиг. 10 и 11.

[0074] Вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В электрического двигателя 10b, показывающий линии 40b и 42b магнитного поля при пуске, показан на фиг. 22, а вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В электрического двигателя 10b, показывающий линии магнитного поля при синхронной скорости, показан на фиг. 23. Линии магнитного поля переходят аналогично переходам, описанным на фиг. 10 и 11.

[0075] Первый вариант реализации изобретения таким образом раскрывает безмуфтовый гибридный двигатель с беличьей клеткой и постоянными магнитами, содержащий:

корпус двигателя;

статор, прикрепленный к корпусу двигателя и выполненный с возможностью получения вращающегося магнитного поля статора;

вал двигателя, соединенный с возможностью вращения с корпусом двигателя и проходящий по меньшей мере от одного конца корпуса двигателя для прикрепления к нагрузке;

гибридный ротор с беличьей клеткой и постоянными магнитами, расположенный соосно с валом двигателя и имеющий первый сердечник ротора, N расположенных с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга постоянных магнитов, встроенных в сердечник ротора, не содержащие железа промежутки в сердечнике ротора, присутствующие на концах каждого постоянного магнита, и первые стержни, встроенные в сердечник ротора, причем гибридный ротор с беличьей клеткой и постоянными магнитами выполнен с возможностью вращения независимо от вала двигателя; и

ротор с беличьей клеткой, расположенный соосно с валом двигателя и имеющий второй сердечник ротора, вторые стержни, встроенные во второй сердечник ротора, и N равномерно расположенных с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга проходящих в осевом направлении щелевых отверстий на поверхности второго сердечника ротора, направленной к гибридному ротору с беличьей клеткой и постоянными магнитами, причем ротор с беличьей клеткой прикреплен с возможностью вращения к валу двигателя.

[0076] Первый вариант реализации может также содержать:

ротор с беличьей клеткой представляет собой внутренний ротор с беличьей клеткой, расположенный в гибридном роторе с беличьей клеткой и постоянными магнитами;

ротор с беличьей клеткой выровнен по оси с гибридным ротором с беличьей клеткой и постоянными магнитами;

при пуске первые стержни гибридного ротора с беличьей клеткой и постоянными магнитами индукционно взаимодействуют с вращающимся магнитным полем статора для приложения вращающего момента к гибридному ротору с беличьей клеткой и постоянными магнитами, а вторые стержни ротора с беличьей клеткой отводят постоянные магниты гибридного ротора с беличьей клеткой и постоянными магнитами для облегчения начального ускорения гибридного ротора с беличьей клеткой и постоянными магнитами;

при ускорении гибридного ротора с беличьей клеткой и постоянными магнитами, постоянные магниты создают вращающееся магнитное поле, индукционно взаимодействующее со вторыми стержнями ротора с беличьей клеткой и ускоряющее его;

когда гибридный ротор с беличьей клеткой и постоянными магнитами и ротор с беличьей клеткой достигают синхронного режима работы:

щелевые отверстия на поверхности ротора с беличьей клеткой взаимодействуют с постоянными магнитами и не содержащими железа промежутками на концах каждого постоянного магнита гибридного ротора с беличьей клеткой и постоянными магнитами для создания явно выраженных полюсов, магнитным образом соединяющих вращение ротора с беличьей клеткой и гибридного ротора с беличьей клеткой и постоянными магнитами; и

вращающееся магнитное поле статора соединяется с постоянными магнитами, проходя через постоянные магниты во внутренний ротор с беличьей клеткой, при синхронном режиме работы с постоянными магнитами;

постоянные магниты содержат четное число постоянных магнитов;

гибридный ротор с беличьей клеткой и постоянными магнитами содержит торцевые крышки, удерживающие опорные элементы, перемещающиеся на валу двигателя;

комбинированные постоянные магниты и промежутки на концах постоянных магнитов в гибридном роторе с беличьей клеткой и постоянными магнитами расположены с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга, соответствующими угловым сегментам S, и первые стержни в гибридном роторе с беличьей клеткой и постоянными магнитами расположены равномерно с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга в угловых сегментах S;

первые стержни в гибридном роторе с беличьей клеткой и постоянными магнитами находятся на одном радиусе; или

внешний гибридный ротор с беличьей клеткой и постоянными магнитами расположен между ротором с беличьей клеткой и статором.

[0077] Первый вариант реализации изобретения также может быть описан как способ работы безмуфтового гибридного двигателя с беличьей клеткой и постоянными магнитами, включающий:

подачу сигнала переменного тока на закрепленный ротор;

создание вращающегося магнитного поля статора, взаимодействующего с ротором, состоящим из двух частей, содержащим:

гибридный внешний ротор с беличьей клеткой и постоянными магнитами, расположенный соосно с валом двигателя и имеющий первый сердечник ротора, N расположенных с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга постоянных магнитов, встроенных в сердечник ротора, не содержащие железа промежутки в сердечнике ротора, присутствующие на концах каждого постоянного магнита, и первые стержни, встроенные в сердечник ротора, причем гибридный ротор с беличьей клеткой и/или постоянными магнитами выполнен с возможностью вращения независимо от вала двигателя; и

внутренний ротор с беличьей клеткой, расположенный соосно с валом двигателя и имеющий второй сердечник ротора, вторые стержни, встроенные во второй сердечник ротора, и N равномерно расположенных с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга проходящих в осевом направлении щелевых отверстий на поверхности второго сердечника ротора, направленной к гибридному ротору с беличьей клеткой и постоянными магнитами, причем ротор с беличьей клеткой прикреплен с возможностью вращения к валу двигателя;

вращающееся магнитное поле статора индукционно взаимодействует с первыми стержнями гибридного ротора с беличьей клеткой и постоянными магнитами для создания вращающегося момента на гибридном роторе с беличьей клеткой и постоянными магнитами;

отведение магнитного поля постоянных магнитов вторыми стержнями, расположенными в роторе с беличьей клеткой, и таким образом уменьшение эффекта предотвращения ускорения гибридного ротора с беличьей клеткой и постоянными магнитами посредством постоянных магнитов;

ускорение гибридного ротора с беличьей клеткой и постоянными магнитами до синхронных оборотов в минуту;

создание вращающегося постоянного магнитного поля постоянного магнита;

вращающееся постоянное магнитное поле индукционно взаимодействует со вторыми стержнями ротора с беличьей клеткой для создания вращающееся момента на роторе с беличьей клеткой;

когда гибридный ротор с беличьей клеткой и постоянными магнитами и ротор с беличьей клеткой достигают синхронных оборотов в минуту, щелевые отверстия на поверхности ротора с беличьей клеткой взаимодействуют с постоянными магнитами и не содержащими железа промежутками на концах каждого постоянного магнита гибридного ротора с беличьей клеткой и постоянными магнитами для создания явно выраженных полюсов, магнитным образом соединяющих вращение ротора с беличьей клеткой и гибридного ротора с беличьей клеткой и постоянными магнитами; и

вращающееся магнитное поле статора соединяется с постоянными магнитами, проходя через постоянные магниты во внутренний ротор с беличьей клеткой, при синхронном режиме работы с постоянными магнитами.

[0078] Вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В второго варианта реализации электрического двигателя 10', имеющего независимо вращающийся внешний ротор 20' с беличьей клеткой и внутренний ротор 30' с постоянными магнитами, неподвижно соединенный с валом двигателя показан на фиг. 24 и вид в разрезе по линии 3-3 по фиг. 1А второго варианта реализации электрического двигателя 10' показан на фиг. 25. Вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В корпуса 12 и закрепленного статорного участка 16 второго варианта реализации электрического двигателя 10' показан на фиг. 26, вид в разрезе по линии 27-27 по фиг. 26 корпуса 12 и закрепленного статорного участка 16 второго варианта реализации электрического двигателя 10' показан на фиг. 27, вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В независимо вращающегося внешнего ротора 20' с беличьей клеткой второго варианта реализации электрического двигателя 10' показан на фиг. 28, вид в разрезе по линии 29-29 по фиг. 28 независимо вращающегося внешнего ротора 20' с беличьей клеткой показан на фиг. 29, вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В внутреннего ротора 30' с беличьей клеткой показан на фиг. 30, и вид в разрезе по линии 31-31 по фиг. 30 внутреннего ротора 30' с беличьей клеткой показан на фиг. 31.

[0079] Внешний ротор 20' с беличьей клеткой содержит первые стержни 26' и небольшие промежутки 27 между стержнями 26', а также поверхность 21 внешнего ротора 20' с беличьей клеткой. Первые стержни 26' изначально взаимодействуют с вращающимся магнитным полем статора для индукционного ускорения внешнего ротора с беличьей клеткой, а позже взаимодействуют с постоянными магнитами. Промежутки 21 могут представлять собой воздушные промежутки или не содержащий железо материал. Если промежутки 21 отсутствуют, железный мост может привести к уменьшению индукционного эффекта посредством создания утечки потока между стержнями 26', выступающими в роли полюсов при переключении полярностей во время пуска, когда частоты ротора являются наиболее большими, снижая ускорение внешнего ротора с беличьей клеткой, однако, некоторая наводка железного моста может быть приемлемой и предполагается, что двигатель в соответствии с настоящим изобретением, имеющий некоторую наводку железного моста, находится в объеме настоящего изобретения.

[0080] Внутренний ротор 30' с постоянными магнитами содержит постоянные магниты 22' и может содержать вторые стержни 32'. Ускорение внешнего ротора с беличьей клеткой создает роторную частоту между внутренним и внешним роторами, индукционное взаимодействие между первыми стержнями 26' и постоянными магнитами 22' ускоряет внутренний ротор 30' до синхронных оборотов в минуту.

[0081] Вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В второго варианта реализации электрического двигателя 10', показывающий линии магнитного поля при пуске, показан на фиг. 32, а вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В второго варианта реализации электрического двигателя 10, показывающий линии магнитного поля при синхронной скорости, показан на фиг. 33. При пуске, когда частоты (например, разница между оборотами в минуту магнитного поля статора и оборотами в минуту ротора) являются наиболее высокими, линии 40' магнитного потока склонны оставаться вблизи поверхности, это называют скин-эффектом или поверхностным эффектом. Электрический двигатель 10' имеет преимущество поверхностного эффекта при пуске, так как вращающийся поток статора взаимодействует с первыми стержнями во внешнем роторе с беличьей клеткой, на который по существу не влияет поток постоянного магнита от потока внутреннего ротора с постоянными магнитами, так как поверхностный эффект уменьшает взаимодействие постоянных магнитов во внутреннем роторе с постоянными магнитами с внешним ротором с беличьей клеткой.

[0082] При близком к синхронному режиму работы частоты ротора низкие, а при синхронном режиме работы частота ротора равна нулю, а линии 52' магнитного потока не подвержены сдвигу и проникают глубоко в металл ротора, обеспечивая глубокопазный эффект. При увеличении оборотов в минуту внешнего ротора с беличьей клеткой, также начинает действовать поверхностный эффект, соединяя первые стержни 26' во внешнем роторе 20' с беличьей клеткой с постоянными магнитами 22' во внутреннем роторе 30' с постоянными магнитами при увеличении частоты между внешним ротором 20' с беличьей клеткой и внутренним ротором 30' с постоянными магнитами, вырабатывая вращающий момент для ускорения внутреннего ротора 30' с постоянными магнитами.

[0083] Вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В второго варианта реализации электрического двигателя 10'', не имеющего стержней во внутреннем роторе, показывающий линии магнитного поля при пуске, показан на фиг. 34, а вид в разрезе по линии 2-2 по фиг. 1В второго варианта реализации электрического двигателя 10'', показывающий линии магнитного поля при синхронной скорости, показан на фиг. 35. Линии 40'' и 52'' магнитного поля схожи с линиями 40' и 52' магнитного поля с той разницей, что отсутствуют линии между первыми стержнями 26' и вторыми стержнями 32', которые теперь отсутствуют. Электрический двигатель 10'' обеспечивает преимущество в виде более простой и менее дорогой конструкции по сравнению с электрическим двигателем 10'.

[0084] Первый вариант реализации внутреннего ротора 30'а с постоянными магнитами показан на фиг. 36А, второй вариант реализации внутреннего ротора 30'b с постоянными магнитами показан на фиг. 36В, и третий вариант реализации внутреннего ротора 30'с с постоянными магнитами показан на фиг. 36С. Внутренний ротор 30'а с постоянными магнитами содержит два постоянных магнита 22', внутренний ротор 30'b с постоянными магнитами содержит четыре постоянных магнита 22', а внутренний ротор 30'с с постоянными магнитами содержит шесть постоянных магнита 22'. Вторые стержни 32' могут находиться между постоянными магнитами 22', а могут и не находиться.

[0085] Четвертый вариант реализации внутреннего ротора 30'd с постоянными магнитами показан на фиг. 37А, и пятый вариант реализации внутреннего ротора 30'е с постоянными магнитами показан на фиг. 37В. Внутренний ротор 30d с постоянными магнитами содержит два постоянных магнита 22'', которые находятся в контакте, и внутренний ротор 30e с постоянными магнитами содержит четыре постоянных магнита 22'', которые находятся в контакте. Постоянные магниты 22'' могут представлять собой дешевые ферритовые магниты.

[0086] Выше описаны некоторые варианты реализации гибридных электрических двигателей, имеющих внутренний ротор, прикрепленный с возможностью вращения к валу двигателя и расположенный соосно с ним, и имеющий второй сердечник ротора, и по меньшей мере один элемент из: вторых электропроводящих стержней беличьей клетки, встроенных во второй сердечник ротора, и N постоянных магнитов, встроенных во второй сердечник ротора, а также внешний ротор, расположенный между статором и внутренним ротором соосно с валом двигателя и выполненный с возможностью вращения независимо от вала двигателя, и имеющий первый сердечник ротора и первые электропроводящие стержни беличьей клетки, встроенные в сердечник ротора, причем постоянные магниты расположены по меньшей мере в одном из внутреннего ротора и внешнего ротора. Специалисту в данной области техники будут очевидны другие варианты реализации, не раскрытые в настоящем описании, с другим количеством магнитов, стержней и щелевых отверстий, но опирающиеся на раскрытые в настоящем описании принципы, и такие варианты реализации находятся в объеме настоящего изобретения.

Промышленная применимость

[0087] Настоящее изобретение является промышленно применимым в области электрических двигателей.

Объем настоящего изобретения

[0088] Хотя раскрытое в настоящем описании изобретение описано при помощи конкретных вариантов реализации и случаев их применения, специалистом может быть выполнено множество их модификаций и изменений без выхода из объема настоящего изобретения, определенного в формуле изобретения.

1. Гибридный двигатель с беличьей клеткой и постоянными магнитами, содержащий:

корпус двигателя;

статор, прикрепленный к корпусу двигателя и выполненный с возможностью получения вращающегося магнитного поля статора;

вал двигателя, соединенный с возможностью вращения с корпусом двигателя и проходящий по меньшей мере от одного конца корпуса двигателя для прикрепления к нагрузке;

постоянные магниты;

внутренний ротор, прикрепленный с возможностью вращения к валу двигателя и расположенный соосно с ним, имеющий второй сердечник ротора и по меньшей мере один элемент из:

- вторых электропроводящих стержней беличьей клетки, встроенных во второй сердечник ротора, и

- N постоянных магнитов, встроенных во второй сердечник ротора, и

внешний ротор, расположенный между статором и внутренним ротором соосно с валом двигателя и выполненный с возможностью вращения независимо от вала двигателя, имеющий первый сердечник ротора и первые электропроводящие стержни беличьей клетки, встроенные в сердечник ротора,

причем постоянные магниты расположены по меньшей мере в одном роторе из внутреннего ротора и внешнего ротора.

2. Двигатель по п. 1, в котором постоянные магниты встроены во второй сердечник ротора.

3. Двигатель по п. 2, в котором вторые электропроводящие стержни беличьей клетки не встроены во второй сердечник ротора.

4. Двигатель по п. 3, в котором постоянные магниты, встроенные во второй сердечник ротора, находятся в непосредственном контакте.

5. Двигатель по п. 4, в котором постоянные магниты, встроенные во второй сердечник ротора, представляют собой ферритовые магниты.

6. Двигатель по п. 2, в котором вторые электропроводящие стержни беличьей клетки встроены во второй сердечник ротора и расположены в промежутках с угловыми интервалами между постоянными магнитами.

7. Двигатель по п. 2, в котором имеются небольшие промежутки между первыми электропроводящими стержнями беличьей клетки и поверхностью внешнего ротора.

8. Двигатель по п. 2, в котором небольшие промежутки представляют собой не содержащие железо промежутки.

9. Гибридный двигатель с беличьей клеткой и постоянными магнитами, содержащий:

корпус двигателя;

статор, прикрепленный к корпусу двигателя и выполненный с возможностью получения вращающегося магнитного поля статора;

вал двигателя, соединенный с возможностью вращения с корпусом двигателя и проходящий по меньшей мере от одного конца корпуса двигателя для прикрепления к нагрузке;

внутренний ротор, прикрепленный с возможностью вращения к валу двигателя и расположенный соосно с ним, имеющий второй сердечник ротора и N постоянных магнитов, встроенных во второй сердечник ротора; и

внешний ротор, расположенный между статором и внутренним ротором соосно с валом двигателя и выполненный с возможностью вращения независимо от вала двигателя, внутреннего ротора и статора, имеющий первый сердечник ротора и первые электропроводящие стержни беличьей клетки, встроенные в сердечник ротора.

10. Двигатель по п. 9, в котором небольшие промежутки имеются между первыми электропроводящими стержнями беличьей клетки и поверхностью внешнего ротора.

11. Гибридный двигатель с беличьей клеткой и постоянными магнитами, содержащий:

корпус двигателя;

статор, прикрепленный к корпусу двигателя и выполненный с возможностью получения вращающегося магнитного поля статора;

вал двигателя, соединенный с возможностью вращения с корпусом двигателя и проходящий по меньшей мере от одного конца корпуса двигателя для прикрепления к нагрузке;

внутренний ротор, прикрепленный с возможностью вращения к валу двигателя и расположенный соосно с ним, имеющий второй сердечник ротора, и содержащий вторые электропроводящие стержни беличьей клетки, встроенные во второй сердечник ротора; и

внешний ротор, расположенный между статором и внутренним ротором соосно с валом двигателя и выполненный с возможностью вращения независимо от вала двигателя, имеющий N постоянных магнитов, встроенных во второй сердечник ротора, первый сердечник ротора и первые электропроводящие стержни беличьей клетки, встроенные в сердечник ротора в промежутки с угловыми интервалами между постоянными магнитами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к гибридному двигателю, работающему при пуске в режиме асинхронного индукционного двигателя, а затем переходящему в синхронный режим.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – улучшение эксплуатационных характеристик.

Настоящее изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в трехфазных асинхронных электрических машинах с возбуждением ротора от постоянных магнитов.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромашиностроению, и может быть использовано при создании ротора из серийно выпускаемого короткозамкнутого ротора.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и позволяет расширить область их применения. .

Изобретение относится к синхронному электродвигателю с постоянными магнитами и пуском от сети, в частности к ротору синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и пуском от сети.

Изобретение относится к электрическим машинам, преимущественно к синхронным , и может быть использовано в тех отраслях народного хозяйства, где необходимо синхронное и синфазное вращение реверсивного группового привода, например в вибрационной сейсморазведке Цель изобретения - повышение удельной мощности и cos p .

Изобретение относится к электрическим машинам, преимущественно к синхронньм.Цель изобретения - повышение надежности втягивания в синхронизм ротора в определенном его фазовом положении.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к гибридному двигателю, работающему при пуске в режиме асинхронного индукционного двигателя, а затем переходящему в синхронный режим.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах управления пуском синхронных двигателей специальной конструкции. .

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в приводе турбомеханизмов и иных машин средней и большой единичной мощности, не требующих регулирования частоты вращения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах управления пуском и синхронизацией синхронных машин, главным образом двигателя специальной конструкции.

Изобретение относится к синхронному электродвигателю с постоянными магнитами и пуском от сети, в частности к ротору синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и пуском от сети.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических двигателях переменного тока общепромышленного исполнения, работающих в длительном режиме с редкими пусками.

Изобретение относится к области электротехники, касается выполнения многофазных электрических машин переменного тока и может быть использовано для турбомеханизмов ступенчатого регулирования скорости.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к двухскоростным многофазным машинам переменного тока, и может быть использовано для привода различных машин и механизмов, требующего двухступенчатого регулирования скорости.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам. .

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – повышение эффективности машины.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к гибридным асинхронным двигателям. Технический результат – повышение эффективности двигателя. Гибридный асинхронный двигатель содержит закрепленный статор, независимо вращающийся внешний ротор и внутренний ротор, прикрепленный к валу двигателя. В одном варианте реализации внешний ротор содержит расположенные на расстоянии друг от друга первые стержни и постоянные магниты, а внутренний ротор содержит расположенные на расстоянии друг от друга вторые стержни. В другом варианте реализации внешний ротор содержит расположенные с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга первые стержни без постоянных магнитов, а внутренний ротор содержит постоянные магниты, а также может содержать расположенные с угловыми интервалами на расстоянии друг от друга вторые стержни. Внешний ротор первоначально ускоряется вследствие взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с первыми стержнями. При ускорении внешнего ротора до синхронных оборотов внутренний ротор ускоряется до перехода к эффективному синхронному режиму работы. Внешний ротор, таким образом, действует в качестве муфты для отсоединения внутреннего ротора от вращающегося магнитного поля статора при пуске и для соединения внутреннего ротора с вращающимся магнитным полем статора при синхронной скорости. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 41 ил.

Наверх