Магнитоэлектрический двигатель

(51)5 Н 02 ИСА ИЗОБ Т И ВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ ические м и. Л,; Эне Изоб ится к электричео к электрическим ием от постоянных ние отно м, а име возб ж е ретени ассы и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР. 1979, с. 221.В.А. и др, Электрнными магнитам0-402,ОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИ ским машина нндвигателям с у д нмагнитов.Целью изоб я является уменьшение удельной м 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 Я(проз, из которого изготовлены постоянные магниты индуктора, представленная в относительных единицах Ь=В/Вг и Ь=Н/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(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 в соответствии с соотношением, приведенным в описании изобретения, 7 ил.- графики зависимости удельного объема иудельного момента инерции индуктора отего числа пар полюсов, построенные дляоптимального значения относительной длины Яопт (Магнитоэлектрический двигатель содержит статор 1, беспазовый магнитопровод 2, многофазную якорную обмотку 3, С)0 выполненную из катушек 4, ротор-индуктор 5, выполненный из постоянных тангенциально намагниченных магнитов 6 и магнитовмягких полюсов 7, магниты б прилегают кполюсам 7 своими полюсами 8 с одноименной намагниченностью. ззшеЪДлина ротора-индуктора 4 Ер в отношении к его наружному диаметру Ор выполнена по соотношениюгде в - число фаз обмотки якоря;ц - число пазов на полюс и фазу;Р - число пар полюсов.Работа магнитоэлектрического двигателя осуществляется следующим образом. 5При включении многофазной якорнойобмотки 3 на напряжение сети образуетсявращающееся магнитное поле, которое посредством пускового средства (не показано)втягивает ротор 5 в синхронный режим работы, В синхронном режиме возникает взаимодействие вращающегося поля обмотки3 и поля постоянных магнитов б, в результате которого образуется вращающий момент. При пропускании по обмотке 3 15постоянного тока создается момент при неподвижном роторе 5.М= КобРИ/з Ф 34 О7 г Кз(1)где Км - обмоточный коэффициент; 20Р - число пар полюсов;.Юз - число витков фазы обмотки 3;Ф - магнитный поток ротора-индуктора 4 на пару полюсов;О - напряжение питания; 25Кз - сопротивление фазы обмотки 3.Из выражения (1) видно, что при выполнении условия 9/з ФХ =сопэт, Кз=сопэт,обеспечивающего неизменность пусковогомомента ЭД, можно уменьшить размеры и 30момент инерции ротора 5, если одновременно уменьшить магнитный поток и пропорционально увеличить число витков фазыобмотки 3,Возможность увеличения числа витков 35при сохранении неизменным сопротивления фазы обмотки 3 поясняется с помощьюфиг. 3, 4,На фиг. 3 видно, что при равных площадях полюсов индуктора 5 периметр катушки 404 обмотки 3, соответствующий квадратнойформе полюсов, меньше периметра катушки 4 при прямоугольной форме полюсов 7,Следовательно, используя один и тот жепровод при выполнении катушки 4 в форме 45квадрата, можно добиться увеличения числавитков фазы, сохраняя неизменным сопротивление секции обмотки 3,Однако при одинаковой площади полюсов 7 квадратной и прямоугольной формы 50полюсная дуга квадратного полюса 7 больше, чем полюсная дуга прямоугольного полюса 7, что требует увеличения диаметраиндуктора 5 для размещения заданного числа полюсов 7 квалрагной формы. Это не 55позволяет. достигнуть наилучшего быстродействия двигателя. О 1 видно, что при неизменном числе пао и люсов Р существует .оптимальное соотн 1 в 1: ме 1:жду длиной 1.ри шириной тр полюса 7 индуктора 5, а следовательно, и оптимальная длина М 0 пт, обеспечивающая при прочих равных условиях наименьшую массу и момент инерции ротора 5.В выражении (1) параметры И/з, ФГи Кз выразим через основные конструктивные параметры магнитоэлектрического двигателя.Так как сопротивление фазы определяется выражением;(2) где рудельное сопротивление обмоточного провода;а - средняя длина витка катушки;эм - площадь поперечного сечения обмоточного провода, то число витков фазыПв - ;.1 -Йв (3Р юОпределяют среднюю длину витков, используя чертеж катушки 4 изображенный на фиг. 3, 4, Средний виток катушки 4 имеет ширину, равную полюсному делению.ж О.2 РШирина одной стороны катушки 4 ты т - . - И - т к О гпц 2 Ргпц(4) Средняя длина витка катушки 4 с учетомвыражения для т,1=2 Ь++2 т+2 тк = - 2 рА+Й(1 + - )1(5)Ор г 1п 3 ц Подставляя значение 1 щ в выражениедля 9/э получим: эм Рз р, О (2 Р + 1+1 1 (б) Ф 2 Ьм Вг Ом Г(7) 0 Магнитный поток ротора 5 определяется выражениемФ=Р фгВ 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 выражением30 ора двигаого э овоНс ЬВ агнита ощадьлярном 4 юса в надиусу роправлении, перпендиктора;сп = тн/ коэфф циент полюсной ду 1 р= 1174,8 момент инерцел 50 воздуш 55 ысоты магнит где Ьм - относительная индукция в нейтральном сечении магнита 6, Ом=)м Ь - площадь поперечного сечения постоянных магнитов 6.йм - 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 описывающих соответственно кривую размагничивания и луч проводимости воздушного зазора, Решая эту систему уравнений,получают(8) где Лу = - - относительная проводиЛ мость воздушного зазора двигателя; ЛА 0 гР а.О 10 - проводимость воэдуштеля на пару полюсов;Вг Ом ВНс ЬВдимость постоянного мО = ел.ееТ1 р ибольшая ширина полюса д - длина воздушного зазора двигатвдоль его радиуса;лОЬВ 7 - %н =(1 - %) ) - дл2 Рмагнита по оси намагничивания;дд = -ц. - ковффициент длиныного зазора;Кь -- коэффициент впмОр(фиг. 2). Подставляя значениями/В и Фусоответственно иэ формул (6) и (71 с учетом (8) в выражение (1) для пускового момента магнитоэлектрической машины, после преоб раэований получим выражение дляопределения диаметра ротора 5 двигателя; 10 8КобКь эм В Р 0т ( 1 ( 2 Р д Кн В, 10 л ц 1. Лэа,(1 - й,) Нс(9) 15 Так как объем цилиндрического сплошного ротора 5 магнитоэлектрического двигателя и его момент инерции определяются соответственно выражениями: Чрк.р25где у - плотность материала ротора 5, то сучетом выражения(9) будем иметь еЧр -х2048 г, э, з, Д 6 ( 2 РА+ле(1+ - )ж2 Ре Б кн В, 10 1 л( В "йщ 1+,Кебы, (1-а) Н, ) ный объем ротора 5, зависящий от конструктивных особенностей индуктора и свойствматериала постоянных магнитов 6,+зЧР Ч(Нелл).)й - Уделеный ротора для у= 8000 кг/м едования функции Чр =1(Р, А минимум получим оптимальтносительно длины ротора 5 обеспечивающее минимальный объем и момент инерции ротора при прочих равныхусловиях, а следовательно и максимальноебыстродействие.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=Л1Йпт = - (1+ )по изобретению обесп Чпечивает по сравнениюс 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 одноимен ных полюсов магнитов к магнитомягким полюсам, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения удельной массы и повышения быстродействия, длина ротора - индукторар и его диаметр Ор выполнены в соответ ствии с соотношением( Ф ) 15 где в - число фаз якорной обмотки; о - число пазов на полюс и фазу; Р - число пар полюсов ротора-индуктора.Редактор М, ВасильеваЗаказ 3120ВНИИПИ 1 и;узг,в оставитель В. Трегубовехред М.Моргентал Корректор М, Максимишин Тираж Подписноенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 3035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5