RU2178231C1

RU2178231C1 - Electric motor

Info

Publication number: RU2178231C1
Application number: RU2000123837/09A
Authority: RU
Inventors: В.А. Баженов; В.Я. Белозеров; Н.И. Беспалов; Ю.Н. Стародубцев; Г.С. Соловьев; В.В. Баженов; И.Д. Ларионов; В.Н. Тарасов; А.П. Селезнев
Original assignee: Уральский электрохимический комбинат; Научно-производственное предприятие "Гаммамет"
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2002-01-10

Abstract

FIELD: electrical and mechanical engineering. SUBSTANCE: proposed motor designed for operation at rotational frequency not over 1000 Hz has rotor and toroidal-core stator made of magnetically soft alloy strip provided with teeth on end surface which reduces specific magnetic loss in magnetic material of stator; novelty is that solidified adhesive is fitted into turn-to-turn clearance of magnetic core and that alloy structure incorporates minimum 50% of crystals measuring 50 nm. EFFECT: enhanced efficiency of motor. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в машинах и механизмах с частотой вращения преимущественно более 1000 Гц. The invention relates to the field of engineering and is intended for use in machines and mechanisms with a rotation frequency of predominantly more than 1000 Hz.

Известен высокооборотный гистерезисный двигатель гироскопов, имеющий тороидальный статор с обмоткой барабанного типа и ротор, состоящий из отдельных частей, охватывающий обмотку с двух или трех сторон, для лучшего использования обмотки статора. Магнитопровод статора для частоты питания 250 Гц выполняют монолитным, а для более высокой частоты получают либо навивкой из ленты, либо прессованием из ферромагнитного материала [1] . A high-speed hysteretic gyroscope motor is known, having a toroidal stator with a drum-type winding and a rotor consisting of separate parts, covering the winding on two or three sides, for better use of the stator winding. The stator magnetic circuit for a power frequency of 250 Hz is monolithic, and for a higher frequency it is obtained either by winding from a tape or by pressing from a ferromagnetic material [1].

Используемые для магнитопроводов электротехнические стали имеют на частоте более 1000 Гц высокие магнитные потери. Порошковые материалы, например феррит, трудно поддаются механической обработке и хрупки, что снижает надежность изделий. Кроме того, ферриты имеют низкую магнитную индукцию насыщения - не более 0,4 Тл. Electrical steel used for magnetic cores has a high magnetic loss at a frequency of more than 1000 Hz. Powder materials, such as ferrite, are difficult to machine and brittle, which reduces the reliability of the products. In addition, ferrites have a low saturation magnetic induction of not more than 0.4 T.

Наиболее близким по механической сущности является электрический двигатель [2] , выбранный в качестве прототипа, состоящий из статора, выполненного в виде тороидального магнитопровода из ленты магнитомягкого сплава с зубцами на торцевой поверхности с нанесенными поверх него обмотками, и ротора. В качестве ленточного магнитомягкого материала использовали электротехническую сталь. The closest in mechanical essence is an electric motor [2], selected as a prototype, consisting of a stator made in the form of a toroidal magnetic circuit from a tape of soft magnetic alloy with teeth on the end surface with windings applied over it, and a rotor. As tape magnetically soft material used electrical steel.

Недостатком выбранного прототипа являются высокие магнитные потери в магнитопроводе статора, изготовленного из электротехнической стали. Технической задачей является повышение коэффициента полезного действия электрического двигателя за счет снижения удельных магнитных потерь в магнитном материале статора. The disadvantage of the selected prototype is the high magnetic loss in the magnetic circuit of a stator made of electrical steel. The technical task is to increase the efficiency of an electric motor by reducing specific magnetic losses in the magnetic material of the stator.

Эта задача достигается за счет применения в качестве материала магнитопровода статора ленты магнитомягкого сплава, структура которого не менее чем на 50% состоит из кристаллов размером менее 50 нм. Нанокристаллический сплав получается методом закалки расплавленного металла на поверхности быстровращающегося барабана-холодильника. Полученная лента толщиной 0,025 мм имеет аморфную структуру. После намотки тороидального магнитопровода и термической обработки в ленте происходит кристаллизация с формированием кристаллов размером менее 50 нм, предпочтительно 10-15 нм. Очень мелкий размер кристаллов позволяет получить в магнитопроводе после отжига высокую магнитную проницаемость и низкие удельные магнитные потери [3] . This task is achieved through the use of a magnetically soft alloy tape as the material of the stator magnetic circuit, the structure of which is not less than 50% composed of crystals less than 50 nm in size. Nanocrystalline alloy is obtained by quenching of molten metal on the surface of a rapidly rotating drum-cooler. The resulting tape with a thickness of 0.025 mm has an amorphous structure. After winding the toroidal magnetic circuit and heat treatment in the tape, crystallization occurs with the formation of crystals less than 50 nm in size, preferably 10-15 nm. The very small size of the crystals makes it possible to obtain high magnetic permeability and low specific magnetic losses in the magnetic circuit after annealing [3].

Поскольку магнитопровод изготовлен из тонкой ленты нанокристаллического сплава, то для придания прочности магнитопровод пропитывают клеем. После высыхания или полимеризации клей схватывает соседние витки магнитопровода, что позволяет нарезать зубцы на торцевой поверхности магнитопровода. Since the magnetic circuit is made of a thin ribbon of nanocrystalline alloy, to impart strength, the magnetic circuit is impregnated with glue. After drying or polymerization, the adhesive seizes adjacent turns of the magnetic circuit, which allows you to cut the teeth on the end surface of the magnetic circuit.

Сравнение удельных магнитных потерь Р_0,5/1000 при максимальной магнитной индукции 0,5 Тл и частоте 1000 Гц в магнитопроводах из электротехнической стали и нанокристаллического сплава, имеющего состав Fe_72,7Ni_0,8Cu₁Mo_1,5Nb_1,5Si_13,5B₉, приведено в таблице 1.Comparison of specific magnetic losses P _{0.5 / 1000} at a maximum magnetic induction of 0.5 T and a frequency of 1000 Hz in magnetic cores of electrical steel and a nanocrystalline alloy having the composition Fe _72.7 Ni _0.8 Cu ₁ Mo _1.5 Nb _{1, 5} Si _13.5 B ₉ are shown in table 1.

Таким образом, предлагается электрический двигатель, состоящий из статора, имеющего магнитопровод в виде тороида, выполненного из ленты магнитомягкого сплава с зубцами на торцевой поверхности, и ротора, отличающийся тем, что в межвитковом пространстве магнитопровода находится отвердевший клей, а структура сплава не менее чем на 50% состоит из кристаллов размером менее 50 нм. Thus, an electric motor is proposed, consisting of a stator having a magnetic core in the form of a toroid made of a magnetically soft alloy tape with teeth on the end surface, and a rotor, characterized in that in the inter-turn space of the magnetic circuit there is a cured adhesive, and the alloy structure is not less than 50% consists of crystals less than 50 nm in size.

В качестве примера изготовлен трехфазный гистерезисный торцевой электрический двигатель, работающий при частоте 1500 Гц. Линейное напряжение 380 В, средний ток фазы 0,175 А. Ротор электрического двигателя представляет плоский диск из магнитного материала. Ротор закреплен на оси вблизи торцевой поверхности магнитопровода статора с нарезанными на ней зубцами, между которыми нанесены обмотки статора. Магнитопровод статора был изготовлен из анизотропной электротехнической стали марки 3413 толщиной 0,35 мм и из нанокристаллического сплава Fe_72,7Ni_0,8Cu₁Mo_1,5Nb_1,5Si_13,5B₉ с пропиткой лаком КО-915. В таблице 2 представлены результаты испытания двигателей. Из таблицы следует, что применение нанокристаллического сплава позволяет снизить потери в магнитопроводе на 80% и увеличить коэффициент полезного действия двигателя до 70%.As an example, a three-phase hysteresis end-face electric motor is manufactured, operating at a frequency of 1500 Hz. Linear voltage 380 V, average phase current 0.175 A. The rotor of an electric motor is a flat disk of magnetic material. The rotor is fixed on an axis near the end surface of the stator magnetic circuit with teeth cut on it, between which the stator windings are applied. The stator magnetic circuit was made of anisotropic electrical steel grade 3413 with a thickness of 0.35 mm and of a nanocrystalline alloy Fe _72.7 Ni _0.8 Cu ₁ Mo _1.5 Nb _1.5 Si _13.5 B ₉ impregnated with KO-915 varnish. Table 2 presents the test results of the engines. From the table it follows that the use of a nanocrystalline alloy can reduce losses in the magnetic circuit by 80% and increase the efficiency of the engine to 70%.

Источники информации
1. Гидродвигатели. Под ред. И. Н. Орлова. М. : Машиностроение, 1983.Sources of information
1. Hydraulic motors. Ed. I.N. Orlova. M.: Mechanical Engineering, 1983.

2. Б. А. Деликторский, В. Н. Тарасов. Управляемый гистерезисный привод. М. : Энергоатомиздат, 1983, с. 103. 2. B. A. Deliktorsky, V. N. Tarasov. Controlled hysteresis drive. M.: Energoatomizdat, 1983, p. 103.

3. Ю. Н. Стародубцев, В. А. Зеленин, В. Я. Белозеров, В. И. Кейлин. Электротехника. 1997, 7, с. 48. 3. Yu. N. Starodubtsev, V. A. Zelenin, V. Ya. Belozerov, V. I. Keilin. Electrical Engineering 1997, 7, p. 48.

Claims

An electric motor consisting of a stator having a magnetic core in the form of a toroid made of a magnetically soft alloy tape with teeth on the end surface, and a rotor, characterized in that hardened glue is located in the inter-turn space of the magnetic circuit, and the alloy structure consists of at least 50% crystals less than 50 nm in size.