RU2421373C2 - Электромагнитный движитель в жидких средах с электрической редукцией - Google Patents

Электромагнитный движитель в жидких средах с электрической редукцией Download PDF

Info

Publication number
RU2421373C2
RU2421373C2 RU2009128401/11A RU2009128401A RU2421373C2 RU 2421373 C2 RU2421373 C2 RU 2421373C2 RU 2009128401/11 A RU2009128401/11 A RU 2009128401/11A RU 2009128401 A RU2009128401 A RU 2009128401A RU 2421373 C2 RU2421373 C2 RU 2421373C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
stator
core
electromagnetic
teeth
Prior art date
Application number
RU2009128401/11A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009128401A (ru
Inventor
Фарит Файзович Уразов (RU)
Фарит Файзович Уразов
Андрей Александрович Тарасенко (RU)
Андрей Александрович Тарасенко
Игорь Ростиславович Логойда (RU)
Игорь Ростиславович Логойда
Николай Сергеевич Нещеретный (RU)
Николай Сергеевич Нещеретный
Original Assignee
Фарит Файзович Уразов
Андрей Александрович Тарасенко
Игорь Ростиславович Логойда
Николай Сергеевич Нещеретный
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Фарит Файзович Уразов, Андрей Александрович Тарасенко, Игорь Ростиславович Логойда, Николай Сергеевич Нещеретный filed Critical Фарит Файзович Уразов
Priority to RU2009128401/11A priority Critical patent/RU2421373C2/ru
Publication of RU2009128401A publication Critical patent/RU2009128401A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2421373C2 publication Critical patent/RU2421373C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

Изобретение относится к судовому оборудованию и может быть использовано для пространственного перемещения объектов на поверхности и внутри жидкой среды. Движитель содержит шихтованный ферромагнитный цилиндрический сердечник статора с трехфазной капсулированной обмоткой, вращающуюся часть из магнитомягкого цилиндрического сердечника ротора. Трехфазная капсулированная обмотка имеет витки, концентрически намотанные на зубцы сердечника статора. Во внутренней цилиндрической полости ротора размещены винтовые лопасти без центральной ступицы. Технический результат заключается в повышении экономичности преобразования электроэнергии. 2 ил.

Description

Изобретение относится к основным элементам судового электрооборудования, а именно к судовым движителям, и предназначено для пространственного перемещения водных объектов различного назначения по системе прямого привода в жидкой среде, например, в морской воде, нефтепродуктах и других или по их поверхности.
Известно устройство, предназначенное для перемещений на поверхности или внутри жидкой среды, состоящее из приводного двигателя и винта, осуществляющее поступательное движение за счет преобразования энергии в двигателе и передачи ее лопастному винту. При этом двигатель и винт пространственно разделены и последний находится в жидкой среде. Недостатком такого устройства является наличие вала, соединяющего винт и приводной двигатель, что не только увеличивает массу устройства и количество деталей трения, но и снижает коэффициент полезного действия (КПД). (Справочник по теории корабля. Под редакцией Войткунского Я.И. Том 1. - Л.: Судостроение, 1985, с.432).
Использование электрической редукции, заключающееся в том, что при определенном соотношении числа зубцов сердечника статора с обмоткой, питаемой от источника электроэнергии трехфазного тока, и числа полюсов постоянных магнитов сердечника ротора, когда последний вращается со скоростью, меньшей, чем скорость вращения магнитного поля статора, известно и описано в [3], но без применения принципа системы прямого привода. Последний означает, что передача энергии рабочему органу механизма для совершения полезной работы осуществляется без промежуточных конструктивных элементов - валов, редукторов, трансмиссий.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является устройство:
«Электромагнитный движитель в жидких средах», патент RU 2265550 C1 B63H 1/16, в котором электродвигатель и винт пространственно совмещены, то есть винт конструктивно размещен внутри синхронного двигателя так, что его сердечник ротора расположен по радиальному направлению на периферийной окружности диаметра лопастей винта.
Недостатками прототипа являются:
1. Расположение постоянных магнитов внутри лопастей винта, что технологически существенно усложняет конструкцию к изготовлению;
2. Предопределенность одинаковости числа пар полюсов постоянных магнитов и числа лопастей, и их обязательной четности, что исключает использование относительно рентабельного нечетного числа лопастей винтов;
3. Применение крепления лопастей винта с двух концов, один из которых расположен в центральной ступице не только технологически усложняет исполнение конструкции, но и создает дополнительное бесполезное сопротивление движению жидкости в центре вращения, снижая коэффициент полезного действия винта.
4. Для получения практически приемлемого диапазона частоты вращения лопастей винта при их малом числе и соответственно числа пар полюсов постоянных магнитов требуется обеспечение питания обмотки статора от сети стандартной частоты через преобразователь частоты с большим диапазоном регулирования, а последнее, как известно, приводит к снижению коэффициента полезного действия преобразователя.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности и экономичности преобразования электроэнергии при реализации поступательного движения водного объекта внутри жидкости или по ней.
Технический результат - эффективное преобразование потребляемой энергии за счет переноса постоянных магнитов из лопастей винта на обечайку сердечника ротора, достигается путем изменения конструкции крепления лопастей винта и использования определенного соотношения числа обмотанных зубцов шихтованного сердечника статора и числа полюсов постоянных магнитов, обеспечивающего необходимую величину электрической (электромагнитной) редукции, для получения нужной частоты вращения лопастей движителя.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в электромагнитном движителе в жидких средах с электрической редукцией для пространственного перемещения водного объекта в виде устройства, содержащего шихтованный ферромагнитный цилиндрический (внутри полый) сердечник статора с трехфазной капсулированной обмоткой, жестко закрепленный в объекте движения, когда согласно изобретению витки обмотки концентрически намотаны на зубцы сердечника статора, а вращающуюся часть в виде магнитомягкого цилиндрического ферромагнитного сердечника ротора, во внутренней цилиндрической полости которого размещены винтовые лопасти без центральной ступицы, число которых может быть произвольным, а с наружной стороны в углублениях сердечника ротора расположены полюса постоянных магнитов радиальной намагниченности, причем числа зубцов статора и полюсов ротора находятся в определенном соотношении, обеспечивая электрическую редукцию устройства.
Отличительными признаками заявляемого изобретения от прототипа являются:
1. Постоянные магниты вынесены из лопастей винта на наружную поверхность ферромагнитного не шихтованного сердечника ротора, выполняющего одновременно роли обечайки периферийного крепления лопастей винта, и магнитопровода (спинка сердечника ротора) для замыкания рабочего магнитного потока, проходящего через зазор между неподвижным сердечником статора и вращающимся ротором с винтовыми лопастями.
2. Трехфазная обмотка шихтованного сердечника статора выполнена не барабанного, а кольцевого типа, когда витки каждой фазы по определенной схеме охватывают определенное число зубцов сердечника статора.
3. Неодинаковость числа "полюсов" сердечника статора и числа постоянных магнитов ротора.
4. Лопасти винта крепятся только с одного конца к внутренней стороне сердечника ротора из ферромагнитного не шихтованного кольца или обечайки (ярмо магнитопровода), а с наружной стороны расположены постоянные магниты.
5. Исключена короткозамкнутая стержневая обмотка ротора.
Первый признак в виде вынесения постоянных магнитов из лопастей винта на наружную цилиндрическую поверхность ферромагнитного не шихтованного сердечника ротора с одной стороны совершенствует (упрощает) технологию изготовления, а с другой стороны уменьшает магнитный поток рассеяния и тем повышает коэффициент полезного действия (КПД) двигательной части движителя.
Второй признак в виде использования витков обмотки статора кольцевого, а не барабанного типа на каждом из зубцов сердечника статора приводит к росту намагничивающей силы каждого зубца, и из-за пространственного смещения осей магнитных потоков зубцов и полюсов постоянных магнитов, появлению существенных тангенциальных сил, приводящих к возникновению момента, крутящего ротор с лопастями со скоростью, меньшей скорости вращения магнитного поля статора, то есть электрической (электромагнитной) редукции.
Третий признак в виде неодинаковости числа "пар полюсов", создаваемых обмоткой статора при протекании по ней тока от источника питания электроэнергией движителя и числа пар полюсов постоянных магнитов ротора, обеспечивает необходимую электрическую (электромагнитную) редукцию от частоты вращения магнитного поля обмотки статора к частоте вращения ротора с его ярмом, постоянными магнитами полюсов и лопастями винта движителя.
Четвертый признак в виде крепления лопастей винта с одного конца к внутренней стороне ярма сердечника ротора без центральной ступицы исключает наличие бесполезного сопротивления движению жидкости в центре вращения, улучшает гидродинамику движения жидкости и повышает эффективность действия лопастей винта в создании тяговой силы перемещения объекта в жидкой среде или по ее поверхности. Наряду с этим исключение ступицы крепления дает экономию материалов в расходе на изготовление.
Пятый признак в виде исключения короткозамкнутой обмотки ротора приводит к экономии активных проводниковых материалов в расходе на изготовление и исключению дополнительных электрических потерь двигателя.
В заявляемом электромагнитном движителе в жидких средах с электрической редукцией на основании определенного соотношения числа обмотанных зубцов сердечника статора и числа полюсов постоянных магнитов сердечника ротора известное и описанное в [3] используется по варианту системы прямого привода объясненного выше.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен поперечный разрез предлагаемого электромагнитного движителя, а на фиг.2 - половина продольного разреза. Конструкция движителя соответствует по принципу действия "синхронной" машине с возбуждением от постоянных магнитов, работающей по принципу взаимодействия зубцовых гармоник поля статора и гармоник поля, создаваемых постоянными магнитами [2].
Конструкция электромагнитного движителя в жидких средах с электромагнитной редукцией имеет неподвижную наружную часть (статор), жестко связанную с корпусом перемещаемого объекта и вращающуюся внутреннюю часть (ротор), через полые пространства которого между лопастями винта проходит жидкость, и реакция от жидкости, действующая на винтовые лопасти 5, приводит к поступательному перемещению объекта движения.
Статор по конструкции аналогичен статору трехфазного синхронного электродвигателя, у которого корпусом (станиной) служит направляющее сопло аппарата, не показанное на фиг.1. Сердечник 1 статора, шихтованный из листов холоднокатаной электротехнической стали, имеет штампованные зубцы и пазы. В пазы уложена трехфазная обмотка 2 статора, проводники которой могут быть капсулированы специальным пластиком, устойчивым к воздействию жидкости. Внутри цилиндрического сердечника статора в радиальном направлении от него к центру вращения на расстоянии рабочего "воздушного" зазора расположен ротор.
Ротор представляет собой цилиндр (обечайку) 3 из ферромагнитного магнитомягкого материала, с наружной стороны которого в небольших углублениях расположены постоянные магниты 4 радиальной намагниченности, а с внутренней стороны закреплены винтовые лопасти 5, изготовленные из немагнитных материалов (медь, латунь, бронза) или из углепластика.
Внутри магнитопроводящего сердечника ротора (обечайки) описанные лопасти образуют винт, при вращении которого в жидкости возникают силы реакции, создающие в совокупности тяговую силу для перемещения объекта в жидкости или по ней.
Рабочий "воздушный" зазор между сердечниками статора и ротора образован использованием двух симметричных втулок 6 из керамического материала, показанных на фиг.2 и выполняющих роль наружных и внутренних колец подшипника скольжения.
Предлагаемый электромагнитный движитель в жидких средах с электрической редукцией, поперечный разрез которого изображен на фиг.1, в жидких средах работает следующим образом. При подаче трехфазного напряжения промышленной частоты на обмотку статора 2 от возникающего тока появляется бегущее вдоль окружности движителя магнитное поле. Магнитный поток от этого поля замыкается через сердечники статора 1 и ротора 3, проходя дважды через рабочий воздушный зазор δ. Во встречном направлении по аналогичному контуру замыкается магнитный поток, создаваемый двумя соседними постоянными магнитами радиальной намагниченности. Взаимодействие этих потоков приводит к появлению тангенциальных электромагнитных сил, совокупное действие которых создает электромагнитный момент, вращающий ротор и лопасти винта. Ввиду кривизны поверхностей лопастей винта образуются силы реакции жидкости осевого направления, совокупное действие которых приводит к поступательному перемещению объекта.
Принцип электрической редукции, изложенный в [2] и реализованный в примерах конкретных конструкций [3], определяет частоту вращения ротора (об/мин) через частоту f1 (Гц) напряжения питания обмотки статора, число пар полюсов машины р, число зубцов z1 сердечника статора и число зубцов z2 или полюсов ротора в виде:
Figure 00000001
,
что для примера показанной на фиг.1 и фиг.2 конструкции при стандартной российской частоте f1=50 Гц дает результат:
Figure 00000002
,
то есть с величиной электрической редукции, равной
Figure 00000003
.
При необходимости получения другой величины iэ можно использовать рекомендации [2, 3].
Литература
1. Патент RU 2265550 C1 B63H 1/16. Электромагнитный движитель в жидких средах.
2. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1974, 839 с.
3. www.bavatia-direct.co.za.

Claims (1)

  1. Электромагнитный движитель в жидких средах с электрической редукцией для пространственного перемещения объекта в жидкой среде в виде устройства, содержащий шихтованный ферромагнитный цилиндрический сердечник статора с трехфазной капсулированной обмоткой, жестко закрепленный в объекте движения, и вращающийся сердечник ротора, отличающийся тем, что трехфазная капсулированная обмотка имеет витки, концентрически намотанные на зубцы сердечника статора, жестко закрепленного в объекте движения, и вращающуюся часть из магнитомягкого цилиндрического сердечника ротора, во внутренней цилиндрической полости которого размещены винтовые лопасти без центральной ступицы, число которых может быть произвольным, а с наружной стороны в углублениях расположены полюса постоянных магнитов радиальной намагниченности, причем числа зубцов статора и полюсов ротора находятся в определенном соотношении, обеспечивая электрическую редукцию устройства.
RU2009128401/11A 2009-07-22 2009-07-22 Электромагнитный движитель в жидких средах с электрической редукцией RU2421373C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009128401/11A RU2421373C2 (ru) 2009-07-22 2009-07-22 Электромагнитный движитель в жидких средах с электрической редукцией

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009128401/11A RU2421373C2 (ru) 2009-07-22 2009-07-22 Электромагнитный движитель в жидких средах с электрической редукцией

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009128401A RU2009128401A (ru) 2011-01-27
RU2421373C2 true RU2421373C2 (ru) 2011-06-20

Family

ID=44738257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009128401/11A RU2421373C2 (ru) 2009-07-22 2009-07-22 Электромагнитный движитель в жидких средах с электрической редукцией

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2421373C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2687397C2 (ru) * 2017-05-15 2019-05-13 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Электрический подводный движитель

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2687397C2 (ru) * 2017-05-15 2019-05-13 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Электрический подводный движитель

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009128401A (ru) 2011-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2828962B1 (en) An improved dc electric motor/generator with enhanced permanent magnet flux densities
US6323572B1 (en) Magnet type electric motor and generator
CN211151791U (zh) 定子永磁型环形绕组两自由度电机
CN101345440A (zh) 具有轴径向折叠绕组的永磁电机
RU2337458C1 (ru) Торцевая магнитоэлектрическая машина (варианты)
CN104883027A (zh) 圆筒式直线磁齿轮复合永磁电机
RU2402858C1 (ru) Аксиальный бесконтактный генератор постоянного тока
WO2017062654A1 (en) Method and apparatus for compact axial flux magnetically geared machines
CN106374707B (zh) 电机
CN204681230U (zh) 一种圆筒式直线磁齿轮复合永磁电机
CN101741215B (zh) 一种永磁同步直线电机
WO2012144386A1 (ja) 発電装置
RU2421373C2 (ru) Электромагнитный движитель в жидких средах с электрической редукцией
CN109586433B (zh) 模块化旋转直线磁通切换永磁电机
JP2010045932A (ja) モータ
KR20190018401A (ko) 다중의 회전자 및 고정자로 구성되는 발전기
CN102306996B (zh) 一种圆筒形直线电机
CN212766707U (zh) 船用水下无轴式、无铁芯电动推进器
CN113381581A (zh) 一种永磁电磁副拉/推传动结构的实现方法及其动力装置
CN212392798U (zh) 一种永磁和电磁接续拉/推传动结构的动力装置
TWM475102U (zh) 感應式發電裝置
RU2265550C1 (ru) Электромагнитный движитель в жидких средах
RU2417505C1 (ru) Электродвигатель горнорудной мельницы системы прямого привода
RU179428U1 (ru) Винтолопастной электромагнитный движитель глубоководного применения
CN113381580A (zh) 一种永磁和电磁接续拉/推传动结构的实现方法及其动力装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110723