RU198145U1

RU198145U1 - Беспазовый вентильный двигатель

Info

Publication number: RU198145U1
Application number: RU2020109455U
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Афанасьев; Алексей Николаевич Матюнин
Original assignee: Акционерное общество "Чебоксарский электроаппаратный завод"
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2020-06-22

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к вентильным электродвигателям и может быть использована в различных электроприводах. Сущность полезной модели состоит в том, что в беспазовом вентильном двигателе, содержащем полый цилиндрический статор с m-фазными обмотками и ротор с постоянными магнитами, эффективный провод обмотки состоит из двух типов проводников, при этом проводники первого типа выполнены из медного обмоточного провода, а проводники второго типа выполнены из магнитомягкого железного обмоточного провода, при этом количество проводников, выполненных из магнитомягкого железного обмоточного провода, составляет не более 40% от общего числа элементарных проводников.Технический результат - улучшение эксплуатационных показателей и, в частности, достижение высокого КПД, упрощение конструкции машины в целом, а также обеспечение плавной скорости вращения ротора вентильного двигателя, обеспечение низкоуровневых виброшумовых характеристик электропривода на базе предлагаемого вентильного двигателя.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к вентильным электродвигателям и может быть использована в различных электроприводах.

В Советском Союзе в 80-х годах выпускались опытные партии, в частности на заводе «Динамо», асинхронных двигателей с двухслойным ротором [1], которые имели пониженные пусковые токи, в 1,5-2 раза большие пусковые моменты по сравнению с обычными двигателями и ограниченные виброакустические поля. Наружный слой у роторов этих двигателей изготовлялся из железномедных и никелемедных сплавов. Такие сплавы имеют удовлетворительную или хорошую способность к механической обработке, значения удельных электрических сопротивлений и относительных магнитных проницаемостей соответственно в интервалах: ρ=(0,6-12)⋅10^-7 Ом⋅м, μ_r=(2-180). У медных проводов имеем: μ_r=1, ρ=0,175⋅10^-7 Ом⋅м.

Известны магнитоэлектрические вентильные двигатели (ВД), превосходящие по величине момента на единицу массы все другие типы электродвигателей [2].

Недостатком таких устройств является наличие зубцов на статоре, что приводит к отрицательным последствиям: образованию реактивного момента (момента «залипания»), обусловленного неравномерностью воздушного зазора, повышенным магнитным потерям в стали зубцов статора и к появлению вихревых токов в массиве магнитов.

Первый нежелательный фактор вызывает неравномерность вращения ротора, особенно на низких скоростях, повышенную вибрацию и шум электродвигателя.

Второй фактор, вызывая нагрев статорного сердечника, снижает допустимый уровень тока статора по условиям нагревостойкости изоляции проводников обмотки.

Третий фактор, связанный с нагревом магнитов, приводит к их размагничиванию и, следовательно, уменьшению перегрузочной способности двигателя.

Известен беспазовый цилиндрический статор электрической машины, содержащий шихтованное ярмо и распределенный активный слой, образованный активными пакетами обмоточных модулей в виде перемежающихся между собой продольных пластин из электротехнической стали и проводников обмотки, которые размещены на нижнем и верхнем пространственных уровнях. Между шихтованным ярмом и распределенным активным слоем введена прослойка из клеевой армированной ферромагнитной массы, а распределенный активный слой выполнен из разных обмоточных модулей, часть из которых выполнена с более плотным размещением проводников на верхнем уровне этого слоя за счет использования межмодульного пространства [3].

Недостатком данного изобретения является конструктивная сложность изготовления статора, заключающаяся в модульном строении статора, а также технологическая сложность изготовления, заключающаяся в заполнении клеевой ферромагнитной массой технологического зазора между ярмом статора и обмоточными модулями.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению и взятой за прототип является бесконтактная синхронная машина, содержащая полый цилиндрический статор с m-фазными обмотками и наружную, относительно статора, часть полого цилиндрического ротора с постоянными магнитами. Причем магниты расположены со стороны внутренней цилиндрической поверхности этой части ротора и образуют магнитную систему с радиальным зазором над m-фазными обмотками статора. Статор представляет собой неферромагнитный цилиндр, сформированный из медных обмоток беспазовой конструкции, залитых специальным составом с высокой теплопроводностью [4].

Недостатком данного устройства является наличие двойного воздушного зазора, что приводит к снижению магнитной индукции в воздушном зазоре, а также к ухудшению отвода тепла от обмотки статора.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение эксплуатационных показателей и, в частности, достижение высокого КПД, упрощение конструкции машины в целом, а также обеспечение плавной скорости вращения ротора вентильного двигателя, обеспечение низкоуровневых виброшумовых характеристик электропривода на базе предлагаемого вентильного двигателя за счет использования обмотки статора, эффективный провод которой состоит из двух типов проводников, при этом проводники первого типа выполнены из медного обмоточного провода, а проводники второго типа выполнены из магнитомягкого железного обмоточного провода, при этом количество проводников, выполненных из магнитомягкого железного обмоточного провода, составляет не более 40% от общего числа элементарных проводников.

Из статьи [5] известны закономерности изменения эквивалентной относительной магнитной проницаемости μ_r и удельного сопротивления ρ комбинированного провода с железной частью при различном содержании железа в проводе. Зависимость значения μ_r от процентного содержания железа в проводе представлена для двух конструкций провода: с железной внешней оболочкой и с железным внутренним сердечником. Наиболее оптимальным будет комбинированный провод с содержанием железа 40%. Эквивалентная относительная магнитная проницаемость может быть найдена по формуле [5]:

Альтернативой комбинированному проводу обмотки [5], имеющему сердечник и оболочку, состоящие из различных материалов, а именно из железа и меди, может являться комбинированный провод обмотки, состоящий из элементарных проводников двух типов: выполненных из медного обмоточного провода и из магнитомягкого железного обмоточного провода. При этом по аналогии с результатами исследования обмотки из комбинированного провода, выполненного с сердечником и оболочкой из различных материалов [5], предлагается беспазовый вентильный двигатель с обмоткой статора, эффективный провод которой состоит из элементарных проводников, не более 40% из которых выполнены из магнитомягкого железного обмоточного провода, а оставшиеся элементарные проводники выполнены из медного обмоточного провода. Это позволит повысить магнитную проницаемость слоя обмотки при небольшом увеличении электрического сопротивления эффективного провода обмотки. Применение комбинированного провода обмотки, состоящей из элементарных проводников двух типов: выполненных из медного обмоточного провода и из магнитомягкого железного обмоточного провода, - по сравнению с комбинированным проводом, имеющем сердечник и оболочку, состоящих из различных материалов, позволит использовать обмоточные провода, изготовленные по более простой технологии, что позволит уменьшить стоимость изготовления беспазового вентильного двигателя с комбинированной обмоткой.

На фиг. 1 изображены зависимости электромагнитного момента на валу беспазового вентильного электродвигателя от частоты вращения ротора для двигателей с обычным проводом обмотки (кривая 1) и с комбинированным проводом обмотки (кривая 2). Беспазовые вентильные двигатели с комбинированным проводом могут развивать электромагнитный момент, более чем в два раза превышающий момент беспазового вентильного двигателя с обычным проводом [5, 6]. Следовательно, момент беспазовых вентильных двигателей с комбинированным проводом может быть не меньше момента пазовых вентильных двигателей.

Применение в беспазовом вентильном двигателе для обмотки статора комбинированного провода, состоящего из двух типов проводников, а именно из медного обмоточного провода и железного обмоточного провода, позволит повысить магнитную проницаемость слоя обмотки, увеличить магнитную индукцию в рабочем зазоре и, тем самым, позволит улучшить эксплуатационные показатели вентильного двигателя в беспазовом исполнении.

Источники информации

1. Могильников B.C., Олейников A.M., Стрельников А.Н. Асинхронные двигатели с двухслойным ротором. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 120 с.

2. Ильинский Н.Ф. Перспективы развития регулируемого электропривода // Электричество. - №2. - 2003. - С. 3-7.

3. Патент РФ №2206168, кл. Н02К 1/12, 2001 г.

4. Патент РФ №2374743, кл. Н02К 21/12, 2008 г.

5. М. Sanada, Т. Ogawa, S. Morimoto, and Y. Takeda. Thrust Improvement of Linear Electromagnetic Actuator using Compound Wire with Copper and Iron, Proc. of 2005 International Power Electronics Conference Niigata, pp. 431-434 (2005).

6. M. Sanada, S. Morimoto. Efficiency Improvement in High Speed Operation using Slot-less Configuration for Permanent Magnet Synchronous Motor. IEEE PES 2007 General Meeting 24-28 June 2007, pp. 3-27.

Claims

Беспазовый вентильный двигатель, содержащий полый цилиндрический статор с m-фазными обмотками и ротор с постоянными магнитами, отличающийся тем, что эффективный провод обмотки состоит из двух типов проводников, при этом проводники первого типа выполнены из медного обмоточного провода, а проводники второго типа выполнены из магнитомягкого железного обмоточного провода, при этом количество проводников, выполненных из магнитомягкого железного обмоточного провода, составляет не более 40% от общего числа элементарных проводников.