SU1677805A1 - Магнитоэлектрический двигатель - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электрическим машинам, а именно к электрическим машинам с возбуждением от посто нных магнитов. Целью изобретени   вл етс  уменьшение удельной массы и повышение быстродействи  Двигатель содержит статор 1, беспазовый магнитопровод 2, многофазную  корную обмотку 3. Ротор-индуктор 5 выполнен из тангенциально намагниченных магнитов 6 и магнитом гких полюсов. Длина ротора-индуктора 5 и его диаметр выполнены в соответствии с соотношением , приведенным в описании изобретени . 7 ил.

Description

со С

Изобретение относитс  к электрическим машинам, а именно к электрическим двигател м с возбуждением от посто нных магнитов.

Целью изобретени   вл етс  уменьшение удельной массы и повышение быстродействи .

На фиг. 1, 2 представлен продольный и поперечный разрезы магнитоэлектрического двигател ; на фиг. 3, 4 - катушки  корной обмотки дл  двух вариантов двигател  с полюсами пр моугольной формы и с полюсами квадратной формы; на фиг. 5 - крива  размагничивани  материала SmSos, из которого изготовлены посто нные магниты индуктора , представленна  в относительных единицах и (В и Н соответственно текущие значени  индукции и напр женности пол , Нс - коэрцитивна  сила. Вг - остаточна  индукци ), которую можно приближенно считать линейной; на фиг. 6, 7

- графики зависимости удельного объема и удельного момента инерции индуктора от его числа пар полюсов, построенные дл  оптимального значени  относительной длины Аопт.

Магнитоэлектрический двигатель содержит статор 1, беспазовый магнитопро- вод 2, многофазную  корную обмотку 3, выполненную из катушек 4, ротор-индуктор 5, выполненный из посто нных тангенциально намагниченных магнитов 6 и магнитом гких полюсов 7, магниты 6 прилегают к полюсам 7 своими полюсами 8 с одноименной намагниченностью.

Длина ротора-индуктора 4 Lp в отношении к его наружному диаметру Dp выполнена по соотношению

о

XI XI

со

о

СЛ

Члт (1 +ГДР m - число фаз обмотки  кор ;

q - число пазов на полюс и фазу;

Р - число пар полюсов.

Работа магнитоэлектрического двигател  осуществл етс  следующим образом.

При включении многофазной  корной обмотки 3 на напр жение сети образуетс  вращающеес  магнитное поле, которое посредством пускового средства (не показано) вт гивает ротор 5 в синхронный режим работы . В синхронном режиме возникает взаимодействие вращающегос  пол  обмотки 3 и пол  посто нных магнитов 6, в результате которого образуетс  вращающий момент . При пропускании по обмотке 3 посто нного тока создаетс  момент при неподвижном роторе 5.

М Коб

Р -WslV-ir. Ks

где Коб - обмоточный коэффициент;

Р - число пар полюсов;

Ws - число витков фазы обмотки 3;

Ф магнитный поток ротора-индуктора 4 на пару полюсов;

U - напр жение питани ;

Rs сопротивление фазы обмотки 3.

Из выражени  (1) видно, что при выполнении услови  Ws Ф.Г const, Rs const, обеспечивающего неизменность пускового момента ЭД, можно уменьшить размеры и момент инерции ротора 5, если одновременно уменьшить магнитный поток и пропорционально увеличить число витков фазы обмотки 3.

Возможность увеличени  числа витков при сохранении неизменным сопротивлени  фазы обмотки 3 по сн етс  с помощью фиг. 3, 4.

На фиг. 3 видно, что при равных площад х полюсов индуктора 5 периметр катушки 4 обмотки 3, соответствующий квадратной форме полюсов, меньше периметра катушки 4 при пр моугольной форме полюсов 7. Следовательно, использу  один и тот же провод при выполнении катушки 4 в форме квадрата, можно добитьс  увеличени  числа витков фазы, сохран   неизменным сопротивление секции обмотки 3,

Однако при одинаковой площади полюсов 7 квадратной и пр моугольной формы полюсна  дуга квадратного полюса 7 больше , чем полюсна  пр моугольного полюса 7, что требует увеличени  диаметра индуктора 5 дл  размещени  заданного числа полюсов 7 квадратной формы. Это не позвол ет достигнуть наилучшего быстродействи  двигател  Оксидно, что при неизменном числе пас п- югов Р существует оптимальное сос  нот- НИР длиной

10

15

20

25

и шириной Гр полюса 7 индуктора 5, а следовательно , и оптимальна  длина Аопт, обеспечивающа  при прочих равных услови х наименьшую массу и момент инерции ротора 5.

В выражении (1) параметры Ws, Фг и Rs выразим через основные конструктивные параметры магнитоэлектрического двигател .

Так как сопротивление фазы определ етс  выражением:

,(2)

где /эудельное сопротивление обмоточного провода;

Iw - средн   длина витка катушки;

SM - площадь поперечного сечени  обмоточного провода, то число витков фазы

SM

(3)

/o-Tvv

Определ ют среднюю длину витков, использу  чертеж катушки 4 изображенный на фиг. 3, 4. Средний виток катушки 4 имеет ширину, равную полюсному делению.

к- Dp

Т 2Р

Ширина одной стороны катушки 4

Тк

т л Рр m q 2 Р m q

(4)

Средн   длина витка катушки 4 с учетом выражени  дл  гк

35

U + + 2т + 2тк 2рА+ (1+1)(5)

4Q Подставл   значение Iw в выражение дл  Ws получим:

Ws

Rs SM Р

/ -Ор 2РА+л:(1 +1/mq)

(6)

Магнитный поток ротора 5 определ етс  выражением

ф р фгВ индукторе 5 установленные р дом тангенциально намагниченные посто нные магниты 6 создают встречно направленные пол . Складыва сь в межполюсном пространстве , заполненном магнитом гким материалом , они создают в воздушном зазоре двигател  общий магнитный поток полюса 7, определ емый выражением

Ьм Вг Ом

а

(7)

5 1677805б

где Ьм - относительна  индукци  в нейт-Подставл   значени  Ws и Ф соответ- ральном сечении магнита 6, U -ственно из формул (6) и (7) с учетом (8) в площадь поперечного сечени  посто нныхвыражение (1) дл  пускового момента маг- магнитов 6.нитоэлектрической машины, после преоб- hM - высота посто нного магнита 65 разований получим выражение дл  вдоль радиуса индуктора 5,определени  диаметра ротора 5 двигател :

а- коэффициент рассе ни  магнитного

потока индуктора 5.Dp

Пренебрега  насыщением магнитнойж р и МпГор; 4цепи индукцию в нейтральном сечении маг-10 8 К б Кн s В Р2 U I

нита (координаты точки пересечени  кривой2I 1Гл

размагничивани  и луча, соответствующего х ( 1 4--) Г1 4- - h r 1

относительной проводимости воздушногоmcl L л3«п(1-«п)Нс-1

зазора на фиг. 5), можно найти путем реше-(9)

ки  системы уравнений15 Так как объем цилиндрического сплошного ротора 5 магнитоэлектрического двига (Ь 1 - h ;тел  и его момент инерции определ ютс 

Ь h - Лг соответственно выражени ми: д

описывающих соответственно кривую раз- 0 Vp - А Dp , (10)

магничивани  и луч проводимости воздуш-

ного зазора. Реша  эту систему уравнений,$

получают, 2 V2/A2 , (11)

цп

д.25

Ьм s- т где плотность материала ротора 5, то с

1 + Af 2 Р д Кн Вг 10учетом выражени (Э) будем иметь

Л3 On (1 -On) Не„ / Мп 3 w

о

35

- проводимость воздушного зазора двига-г РА+ Г 1 + VI

тел  на пару полюсов; L m Q J

д Br.QM Br-hM Lp nooBQг 2Р2.КЬ.Вг-107-|1з -УДель -нГЧ -нГи -Па°- 1+ onCi-oo) Л

димость посто нного магнита;40

Q$ On г Lp - площадь полюса в на-ный Объем ротора 5, завис щий от конструкправлении , перпендикул рном радиусу ро-тивных особенностей индуктора и свойств

т°Ра материала посто нных магнитов б,

On Тпн/ - коэффициент полюсной ду-

ги; 45|J 1174.8 Vp3 V(v;/A) -удельный

Гпн - наибольша  ширина полюсамомент инерции ротора дл  у 8000кг/м3

(фиг. 2);(13) ,

д- длина воздушного зазора двигател Путем исследовани  функции Vp f(P, A)

вдоль его радиуса;и (P. AJ на минимум получим оптимальLM- т- г и (1 - Оп) - длина ное значение относительно длины ротора 5

магнита по оси намагничивани ;, 1 ч

- дt п + )

д - -рг- коэффициент длины воздуш- Jg-

М5Dp r

ного зазора;55

коэффициент высоты магнитаобеспечивающее минимальный объем и MO- DPмент инерции ротора при прочих равных (фиг. 2).услови х, а следовательно и максимальное

быстродействие.

35

При любых других значени х Я , отличных от оптимальных, значение удельного объема и удельного момента инерции ротора 5 будут больше, а динамические характеристики двигател  будут хуже.

Таким образом, выполнение магнитоэлектрического двигател  с оптимальной относительной длиной ротора

 

1

Claims (1)

1. Aorrr--р(1 +)по изобретению обеспечивает по сравнению с прототипом наименьшую его массу и момент инерции, а следовательно, наилучшие динамические показатели, в частности быстродействи . Формула изобретени  Магнитоэлектрический двигатель, содержащий статор с беспазовым магнито- проводом и многофазной  корной обмоткой, расположенный внутри статоФиг .1

   ра, ротор-индуктор с посто нными магнитами , размещенными между магнитомЯгкими полюсами, намагниченными тангенциально и размещенными с прилеганием одноименных полюсов магнитов к магнитом гким полюсам , отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  удельной массы и повышени  быстродействи , длина ротора - индуктора Lp и его диаметр Dp выполнены в соответствии с соотношением

   5

   1

   Я(1 + -1-)

   vm n

   m q

   где m - число фаз  корной обмотки;

   q - число пазов на полюс и фазу;

   Р - число пар полюсов ротора-индуктора .

   Фиг.1

   01/3.3

   Фиг А

   фиг. 5

   „ 1.//7г/ VP, 1U

   123456189 10

   Фиг. 6

   п кг-м 4Пзи

   Jn -10

   ./

   2,0 1,6

   V

   I

   1,г

   w

   0,8

   о,в

   w

   0,2