Магнитоэлектрический двигатель

Магнитоэлектрический двигатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к электрическим машинам с возбуждением от постоянных магнитов. Целью изобретения является уменьшение удельной массы и повышение быстродействия Двигатель содержит статор 1, беспазовый магнитопровод 2, многофазную якорную обмотку 3. Ротор-индуктор 5 выполнен из тангенциально намагниченных магнитов 6 и магнитомягких полюсов. Длина ротора-индуктора 5 и его диаметр выполнены в соответствии с соотношением , приведенным в описании изобретения. 7 ил.

СОН)З СОПЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ (ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>s Н 02 К 1/06, 26/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,, Л вЂ” — -—

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4694488/07 (22) 23.05,89 (46) 15,09,91, Бюл. N 34 (72) В.В. Омельченко, Ю,M. Беленький, А.Г, Соловьев и А.А. Исачкин (53) 621,313.323(088.8) (56) Овчинников И.Е., Лебедев Н.И.

Бесконтактные двигатели постоянного тока. Л.: Наука. 1979, с. 221.

Балагуров В.А. и др. Электрические машины с постоянными магнитами. Л,; Энергия, 1964, с. 400 — 402. (54) МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к электрическим двигателям с возбуждением от постоянных магнитов.

Целью изобретения является уменьшение удельной массы и повышение быстродействия.

На фиг. 1, 2 представлен продольный и поперечный разрезы магнитоэлектрического двигателя; на фиг. 3, 4 — катушки якорной обмотки для двух вариантов двигателя с полюсами прямоугольной формы и с полюсами квадратной формы; на фиг. 5 — кривая размагничивания материала SmSos. из которого изготовлены постоянные магниты индуктора, представленная в относительных единицах Ь=В/Вг и h=-H/Нс (В и Н соответственно текущие значения индукции и напряженности поля, Нс — коэрцитивная сила.

Вг — остаточная индукция), которую можно приближенно считать линейной; на фиг. 6, 7

„„SU „„1677805 А1 (57) Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к электрическим машинам с возбуждением от постоянных магнитов. Целью изобретения является уменьшение удельной массы и повышение быстродействия, Двигатель содержит статор 1, беспазовый магнитопровод 2, многофазную якорную обмотку 3. Ротор-индуктор

5 выполнен из тангенциально намагниченных магнитов 6 и магнитомягких полюсов.

Длина ротора-индуктора 5 и его диаметр выполнены B соответствии с соотношением, приведенным в описании изобретения, 7 ил. — графики зависимости удельного объема и удельного момента инерции индуктора от его числа пар полюсов, построенные для оптимального значения относительной длины i4 .

Магнитоэлектрический двигатель содержит статор 1, беспазовый магнитопровод 2, многофазную якорную обмотку 3, выполненную из катушек 4, ротор-индуктор

5, выполненный из постоянных тангенциально намагниченных магнитов 6 и магнитом мягких 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 Ор выполне. на по соотношению

1677805 где в — число фаз обмотки якоря; ц — число пазов на полюс и фазу;

Р— число пар полюсов.

Работа магнитоэлектрического двигателя осуществляется следующим образом. 5

При включении многофазной якорной обмотки 3 на напряжение сети образуется вращающееся магнитное поле, которое посредством пускового средства (не показано) втягивает ротор 5 в синхронный режим ра- 10 боты, В синхронном режиме возникает взаимодействие вращающегося поля обмотки

3 и поля постоянных магнитов 6, в результате которого образуется вращающий момент. При пропускании по обмотке 3 15 постоянного тока создается момент при неподвижном роторе 5. . M= Коб Р И4 Ф

4 U

К Rg (1) где Км — обмоточный коэффициент; 20

P — число пар полюсов;.

W> — число витков фазы обмотки 3;

Ф вЂ” магнитный поток ротора-индуктора 4 на пару полюсов;

U — напряжение питания; 25 4 — сопротивление фазы обмотки 3.

Из выражения (1) видно, что при выполнении условия М4 Ф =const, Rs=const, обеспечивающего неизменность пускового момента ЭД, можно уменьшить размеры и 30 момент инерции ротора 5, если одновременно уменьшить магнитный поток и пропорционально увеличить число витков фазы обмотки 3.

Возможность увеличения числа витков 35 при сохранении неизменным сопротивления фазы обмотки 3 поясняется с помощью фиг. 3, 4.

На фиг. 3 видно, что при равных площадях полюсов индуктора 5 периметр катушки 40

4 обмотки 3, соответствующий квадратной форме полюсов, меньше периметра катушки 4 при прямоугольной форме полюсов 7.

Следовательно, используя один и тот же провод при выполнении катушки 4 в форме 45 квадрата, можно добиться увеличения числа витков фазы, сохраняя неизменным сопротивление секции обмотки 3, Однако при одинаковой площади полюсов 7 квадратной и прямоугольной формы 50 полюсная дуга квадратного полюса 7 больше, чем полюсная дуга прямоугольного полюса 7, что требует увеличения диаметра индуктора 5 для размещения заданного числа полюсов 7 квалрагной формы. Это не 55 позволяет. достигнуть наилучшего быстродействия двигателя. О i видно, что при неизменном числе поо и::люсов Р существует . оптимальное соотн ш I > 1n 1:жду длиной Lp и шириной тр полюса 7 индуктора 5, а следовательно, и оптимальная длина ilpm, обеспечивающая при прочих равных условиях наименьшую массу и момент инерции ротора 5.

В выражении (1) параметры И4, ФС и Е4 выразим через основные конструктивные параметры магнитоэлектрического двигателя.

Так как сопротивление фазы определяется выражением: (2) где оудельное сопротивление обмоточного провода;

lw — средняя длина витка катушки;

s — площадь поперечного сечения обмоточного провода, то число витков фазы

Ws —;-1 — Rs (3)

Р w

Определяют среднюю длину витков, используя чертеж катушки 4 изображенный на фиг. 3, 4, Средний виток катушки 4 имеет ширину, равную полюсному делению. д-О.

= Л

2Р

Ширина одной стороны катушки 4 т,» т к D

mq 2Pmq (4) Средняя длина витка катушки 4 с учетом выражения для т, 1 =2 Q+

+ 2 т + 2 r„= — (2 р А + ж (1 + — )) (5)

Dp г 1

m q

Подставляя значение 1щ в выражение для Ws получим:

Rs эм Р р Dp(2P +л 1+1 mq ) Ф 2 Ьц Br Ом

h (7) О

Магнитный поток ротора 5 определяется выражением

Ф=Р Ф„", В индукторе 5 установленные рядом тангенциально намагниченные постоянные магниты 6 создают встречно направленные поля. Складываясь в межполюсном пространстве, заполненном магнитомягким материалом, они создают в воздушном зазоре двигателя общий магнитный поток полюса

7, определяемый выражением

1677805 где bM — относительная индукция в нейтральном сечении магнита 6, QM=h Ь— площадь поперечного сечения постоянных магнитов 6.

hM — высота постоянного магнита 6 вдоль радиуса индуктора 5, о- коэффициент рассеяния магнитного потока индуктора 5.

Пренебрегая насыщением магнитной цепи индукцию в нейтральном сечении магнита (координаты точки пересечения кривой размагничивания и луча, соответствующего относительной проводимости воздушного зазора на фиг. 5), можно найти путем решения системы уравнений

Ь=1 — h;

Ь= Ь-Л * описывающих соответстве(»но кривую размагничивания и луч проводимости воздушного зазора. Решая эту систему уравнений, получают

+ 2 Р д . К., 10 (1- )Н, (8) где Лу = - — относительная проводи»» h$ мость воздушного зазора двигателя;

M4 ° О d ° а, 1 О ° 10 7 (2ΠР— проводимость воздушного зазора двигателя на пару полюсов;

8 О.

A» — . " — " провоН 4» Н Ь» димость постоянного магнита;

О =а(1 т ° (р — площадь полюса в направлении, перпендикулярном радиусу ротора; ап = т „„lт- коэффициент полюсной дуги;

t» — наибольшая ширина полюса (фиг. 2); д — длина воздушного зазора двигателя вдоль его радиуса; лО

Ь - т. — и4 = (1 — а() ) — - — дЛИНа

2Р магнита по оси намагничивания; д д = -ц- — ковффициент длины воздушного зазора;

Kh — — коэффициент высоты магнита

hM

Dp (фиг. 2).

Подставляя значения Ф4 и Фусоответственно из формул (6) и (71 с учетом (8) в выражение (1) для пускового момента магнитоэлектрической машины, после преоб5 раэований получим выражение для определения диаметра ротора 5 двигателя: о

10 8 Коб Кн sM Br P U т

1)(+2Рдкьв,10 лэа„(1 — а,) Н, (9) 15 Так как объем цилиндрического сплошного ротора 5 магнитоэлектрического двигателя и его момент инерции определяются соответственно выражениями:

20 э — Л (10) Чр р

25 где у — плотность материала ротора 5, то с учетом выражения(9) будем иметь

Чр = "д Чр, =(")

raeVp — г. э . э 6

2048Л Коб Pr К1 P х, (С2 РА+д(1+ — )1*

2 Ре Б кь в, 1о 1 л(1 у удел ее 1+ руеа„(1-а„) Н, ) 40 ный объем ротора 5, зависящий от конструктивных особенностей индуктора и свойств материала постоянных магнитов 6, +э

45 1р= 1174,8 Чр (V /2) - удельный момент инерции ротора для у= 8000 кг/м (13)

Путем исследования функции Vp =f(P, А) и Ip=f(P,. Q на минимум получим оптималь50 ное значение относительно длины ротора 5

55 обеспечивающее минимальный объем и Момент инерции ротора при прочих равных условиях, а следовательно и максимальное быстродействие.

1677805

Фиг.Z

При любых других значениях 1, отличных от оптимальных, значение удельного обьема и удельного момента инерции ротора 5 будут больше, а динамические характеристики двигателя будут хуже.

Таким образом, выполнение магнитоэлектрического двигателя с оптимальной относительной длиной ротора

=л

Й п = — (1 + )по изобретению обесmq печивает по сравнению с прототипом наименьшую его массу и момент инерции, а следовательно, наилучшие динамические показатели, в частности быстродействия.

Формула изобретения

Магнитозлектрический двигатель, содержащий статор с беспазовым магнитопроводом и многофазной якорной обмоткой, расположенный внутри статора, ротор-индуктор с постоянными магнитами, размещенными между магнитомЛгкими полюсами, намагниченными тангенциально и размещенными с прилеганием одноимен5 ных полюсов магнитов к магнитомягким полюсам, отличающийся тем, что, с целью уменьшения удельной массы и повышения быстродействия, длина ротора — индуктора

Lp и его диаметр Dp выполнены в соответ10 ствии с соотношением (+ ) о

15 где m — число фаз якорной обмотки;

q — число пазов на полюс и фазу;

P — число пар полюсов ротора-индуктора.

1677805

01 234 567ВЯ Ю

@uz. 7

Составитель В. Трегубов

Редактор М, Ваильева Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M. Максимишинец

Заказ 3120 Тираж Подписное

ВНИИПИ (и:, зги, е

И! И (и,:у, ри. iве,.нного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

f,îè:«; i. <"ща гжельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101