Обращенный двигатель


Обращенный асинхронный электродвигатель

 

Использование: электротехника, конструкции асинхронных электродвигателей, работающих в импульсном режиме. Сущность изобретения: обращенный асинхронный электродвигатель содержит неподвижный зубчатый якорь с первичными обмотками, предназначенными для импульсного электропитания, и охватывающий его полый ротор, выполненный с возможностью вращения и жесткого соединения нагрузкой. Между якорем и полым ротором расположен с возможностью вращения ротор - магнитопровод из магнитомягкого материала, на внешней образующей поверхности которого уложены вторичные короткозамкнутые обмотки. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к конструкции асинхронных двигателей, работающих в импульсном режиме, которые могут найти применение в различных областях техники в качестве движителей.

Известна асинхронная муфта, содержащая свободно вращающийся статор с обмоткой возбуждения и два вращающихся ротора, несущий и ведомый, на которых выполнены чередующиеся между собой различной ширины зубцы, которые снабжены короткозамкнутыми витками, охватывающими каждый зубец.

При вращении роторов друг относительно друга со скольжением в те периоды, когда узкие зубцы находятся напротив широких зубцов, последние выполняют функцию якоря. В них возникают вихревые токи, взаимодействующие с магнитным потоком через зубец, и таким образом создается асинхронный вращающий момент (см. а.с. СССР N 851678).

Наиболее близко к заявленному относится обращенный асинхронный двигатель, содержащий внутренний магнитопровод, в пазы которого уложена первичная обмотка, и расположенный неподвижно по отношению к нему внешний магнитопровод, который запрессован в корпус, закрытый с торцов передним и задним щитами.

Внутренний магнитопровод жестко крепится к заднему щиту двигателя с помощью полой втулки, внутри которой свободно проходит вал, на котором закреплен ротор в виде полого немагнитного стакана, выполняющего функцию короткозамкнутой вторичной обмотки. Стакан ротора охватывает внутренний магнитопровод и отделен воздушными зазорами от внутреннего и внешнего магнитопроводов, т.е. установлен с возможностью свободного вращения.

При подаче напряжения на обмотку внутреннего магнитопровода создается вращающееся магнитное поле, которое наводит в немагнитном стакане ротора ЭДС и токи, взаимодействующие с вращающимся полем, создавая вращающий момент. Полый немагнитный стакан проходит во вращение.

Магнитный поток замыкается следующим образом. Из внутреннего магнитопровода через воздушные зазоры и стенку немагнитного стакана он входит во внешний магнитопровод и через стенку последнего через воздушные зазоры и стакан возвращается во внутренний магнитопровод [1] Недостатком известного обращенного асинхронного двигателя является то, что при постоянстве электрической мощности на входе величина вращающего момента в электродвигателе под влиянием нагрузки не изменяется.

Это объясняется тем, что известный двигатель, содержащий статор и якорь, представляет собой трансформатор с воздушным зазором, в котором происходит преобразование электрической энергии в механическую, т.е. создается вращающий момент на выходе двигателя, который совпадает (сливается) с входным моментом нагрузки, и преобразование параметров вращающего момента двигателя под влиянием нагрузки при постоянстве электрической мощности на входе становится невозможным.

Целью изобретения является обеспечение условий для изменения параметров вращающего момента в обращенном асинхронном электродвигателе под влиянием нагрузки при постоянстве электрической мощности на входе.

Цель достигается тем, что в известном обращенном асинхронном двигателе, содержащем неподвижный зубчатый якорь с первичными обмотками импульсного электропитания и вращающийся полый ротор, жестко соединенный с нагрузкой, между якорем и полым ротором дополнительно установлен свободно вращающийся ротор-магнитопровод из магнитомягкого материала, на внешней образующей поверхности которого уложены вторичные короткозамкнутые обмотки.

Такая конструкция позволяет изменять параметры вращающего момента двигателя под влиянием нагрузки, не изменяя электрическую мощность на входе, за счет того, что вращающие моменты двигателя и нагрузки разделены между собой с помощью свободно вращающегося ротора-магнитопровода из магнитомягкого материала, на внешней поверхности которого уложены вторичные короткозамкнутые обмотки, обеспечивающие сцепление ротора-магнитопровода с вращающимся полым ротором. Иными словами, двигатель стал двухконтурным.

Таким образом, коэффициент передачи, т.е. величина, определяющая степень изменения параметров вращающего момента двигателя, обеспечивается не только величиной электромагнитного сцепления вращающегося ротора-магнитопровода с вращающимся полым ротором, но также и их относительной скоростью, которая зависит от величины нагрузки.

Возможность плавного изменения коэффициента передачи обеспечивается асинхронным моментом между вращающимся ротором-магнитопроводом и вращающимся полым ротором.

На фиг. 1 представлен обращенный асинхронный двигатель, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 диаграмма образования импульса тока самоиндукции во вторичной короткозамкнутой обмотке ротора-магнитопровода; на фиг. 4 диаграмма последовательности импульсов тока самоиндукции во вторичной короткозамкнутой обмотке ротора-магнитопровода.

Обращенный асинхронный двигатель (фиг.1 и 2) содержит неподвижный якорь 1, жестко соединенный с полой осью 2, через отверстие 3 которой выведены концы первичной обмотки 4 импульсного питания якоря 1. Коаксиально якорю 1 с воздушным зазором по отношению к нему установлен ротор-магнитопровод 5 из магнитомягкого материала. На внешней образующей поверхности (фиг.2) ротора-магнитопровода 5 выполнены зубцы 6, каждый из которых охватывается короткозамкнутыми обмотками 7. Ротор-магнитопровод 5 жестко соединен с фланцами 8, которые свободно вращаются на подшипниках 9, установленных на неподвижной оси 2.

Коаксиально ротору-магнитопроводу 5 (фиг.1 и 2), с зазором по отношению к нему, установлен полый ротор 10, жестко соединенный с нагрузкой 11 (например, с внутренним ободом колеса транспортного средства), при этом ротор 10 (фиг. 1) с двух сторон закрыт крышками 12 и 13, которые свободно вращаются в подшипниках 14, установленных на неподвижной оси 2.

Обращенный асинхронный двигатель работает следующим образом.

На концы первичных обмоток 4 импульсного питания, которые выведены через отверстие 3 полой оси 2, подают напряжение питания U1, U2, U3. (фиг.3 и 4), импульсы которого сдвинуты по фазе на величину Ф. Так как обмотки 4 импульсного питания смещены друг относительно друга по образующей поверхности неподвижного якоря 1, то при подаче питания на обмотки 4 возникает вращающееся магнитное поле, которое увлекает во вращение ротор-магнитопровод 5, выполненный из магнитомягкого материала. Вращающийся ротор-магнитопровод 5 выходит в номинальный режим асинхронного двигателя и свободно вращается вокруг оси 2 неподвижного якоря 1 на подшипниках 9, установленных во фланцах 8, жестко соединенных с торцами ротора-магнитопровода 5.

При подаче напряжения питания U1 в роторе-магнитопроводе 5 возникает изменяющийся магнитный поток, под действием которого в короткозамкнутых обмотках 7, которые охватывают зубцы 6, выполненные на внешней образующей поверхности ротора-магнитопровода 5, возникает ток заряда D, который растет по амплитуде и достигает значения Imax (фиг.1 и 3). В момент, когда ток D достигает значения Imax, с другой обмотки импульсного питания снимается напряжение питания U2, что приводит к созданию в роторе-магнитопроводе 5 падающего магнитного потока, который вызывает во вторичных короткозамкнутых обмотках 7 ток Е, противоположный по полярности току разряда D1 (фиг.3). Токи Е и D складываются и дают результирующий ток F, характеризующийся большой крутизной.

ЭДС самоиндукции формирует импульс тока самоиндукции Iсам длительностью t тем большей амплитуды, чем больше крутизна результирующего тока F или чем больше разность энергий А + С, введенных в короткозамкнутую обмотку 7, и выделенной энергии В (площади А, В и С, показанные на фиг.3, пропорциональны энергии обмотки 7 с током в первом приближении).

Таким образом, введенная в короткозамкнутую обмотку 7 энергия полностью выделяется в виде импульса тока Iсам (фиг.3 и 4), который переходит в магнитную индукцию на зубцах 6, повторяющую форму тока самоиндукции Iсам.

Фазовый сдвиг Ф между импульсами напряжения питания U1, U2, U3. выбирается так, что задний фронт предыдущего импульса приходится на максимум (Imax.) тока заряда D, т.е. длительность фазового сдвига Ф определяется постоянной времени индуктивности первичной обмотки 4 импульсного питания (фиг. 2), которая равна или меньше индуктивности вторичной короткозамкнутой обмотки 7. Это условие достигается тем, что необходимое число вторичных обмоток 7 последовательно включается в короткозамкнутую группу. При вращении ротора-магнитопровода 5 магнитная индукция на зубцах 6 совершает работу в течение времени t (фиг.3).

За время t ротор-магнитопровод 5 испытывает близкое к ударному торможение благодаря импульсному электромагнитному сцеплению ротора-магнитопровода 5 с полым ротором 10.

При этом уменьшение вращающего момента ротора-магнитопровода 5 расходуется на ускорение ротора 10, который свободно вращается вокруг оси 2 неподвижного якоря 1, в подшипниках 14, установленных в крышках 12 и 13, закрывающих двигатель и соединенных со статором 10, который жестко соединен с нагрузкой 11 (фиг.1 и 2). Ускоряющийся ротор 10 снижает относительную скорость ротор статор до наступления равновесия между способностью ротора-магнитопровода 5 выполнить работу и нагрузкой 11 (прекращается ускорение статора 10).

При увеличении нагрузки 11 относительная скорость ротор статор растет и увеличивается усилие в роторе 10, при уменьшении нагрузки относительная скорость ротор 5 полый ротор 10 уменьшается и уменьшается усилие в роторе 10. Таким образом, использование асинхронного момента между вращающимся ротором-магнитопроводом 5 и вращающимся ротором 10 позволяет изменять параметры вращающего момента ротора 10 под влиянием нагрузки 11 при постоянстве электрической мощности на входе.

ОБРАЩЕННЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий неподвижный зубчатый якорь с неподвижными обмотками, предназначенными для импульсного электропитания, и охватывающий его полый ротор, выполненный с возможностью вращения и жесткого соединения с нагрузкой отличающийся тем, что между якорем и полым ротором дополнительно расположен с возможностью вращения ротор-магнитопровод из магнитомягкого материала, на внешней образующей поверхности которого уложены вторичные короткозамкнутые обмотки.

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

www.findpatent.ru

обращенный вентильный двигатель - патент РФ 2467454

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматизированном электроприводе и системах автоматики. Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в повышении энергетических и динамических характеристик обращенных вентильных двигателей (ОВД). Указанный технический результат достигается тем, что в предложенном обращенном вентильном двигателе, состоящем из статора с m-фазной обмоткой и ротора, состоящего из внешней втулки и постоянных магнитов, согласно изобретению, статор расположен внутри двигателя, а ротор состоит из внешней втулки, на внутренней поверхности которой размещена магнитная система, состоящая из 12-ти предварительно намагниченных и раскроенных сегментов, причем угол намагничивания каждого сегмента определяют по формуле НС=90°(N-1), где N - порядковый номер сегмента в обойме, число пар полюсов магнитного поля ротора соответствует числу пар полюсов обмотки статора. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области электромеханики и может быть использовано в автоматизированном электроприводе и системах автоматики.

Известен обращенный вентильный электродвигатель ДБУ-100 (48 В, 150 об/мин, 6.5 А, 3.2 Нм), выпускаемый электротехническим заводом "Миассэлектроаппарат". Двигатель ДБУ-100 используется в приводах медицинского оборудования [http://www.miasselektroapparat.ru/catalogue/uncontrol-dc/uncontrol-dc_31.html]. Недостатком является то, что размещение постоянных магнитов на внутренней поверхности внешней втулки приводит к появлению значительных по величине магнитных потоков рассеяния, что приводит к уменьшению электромагнитного момента двигателя.

Известен вентильный двигатель, выбранный за прототип [монография Овчинникова И.Е. «Вентильные электрические двигатели и привод на их основе»: Курс лекций. СПб.: КОРОНА-Век, 2006. - 336 с.]. Вентильный двигатель (ВД) состоит из статора с m-фазной обмоткой и ротора, магнитная система которого выполнена из 4-х сегментов - постоянных магнитов, намагниченных в радиальном направлении.

Недостаток этой схемы возбуждения состоит в том, что размещение постоянных магнитов на внутренней поверхности внешней втулки приводит к появлению значительных по величине магнитных потоков рассеяния. Искажение распределения пускового момента за счет пульсаций магнитной проводимости зубцового слоя статора ведет к нестабильности работы ВД и увеличивает статическую и динамическую ошибки ВД.

Задачей изобретения является повышение энергетических и динамических характеристик ОВД.

Предложен обращенный вентильный двигатель (ОВД), состоящий из внутреннего статора с m-фазной обмоткой и ротора, состоящего из внешней втулки, на внутренней поверхности которой размещена магнитная система, состоящая из 12 предварительно намагниченных и раскроенных сегментов, причем угол намагничивания каждого сегмента определяется по формуле HC=90°(N-1), где N - порядковый номер сегмента в обойме, число пар полюсов магнитного поля ротора соответствует числу пар полюсов обмотки статора.

Ротор двигателя может состоять из двух равных частей в продольном направлении, смещенных друг относительно друга в поперечной плоскости на половину зубцового деления статора.

В заявляемой конструкции обращенного вентильного двигателя магнитное поле возбуждения формируют из предварительно намагниченных и раскроенных сегментов постоянных магнитов. Основным элементом в предлагаемом двигателе является специальная магнитная система, которая позволяет уменьшить магнитные потоки рассеяния и получить магнитное поле внутри ротора. Количество сегментов постоянных магнитов определяет число пар полюсов магнитного поля ротора, которое должно соответствовать числу пар полюсов обмотки статора. Выбор угла намагничивания каждого сегмента позволяет сформировать необходимое магнитное поле внутри ротора. Выполнение ротора специальным образом и смещение его частей приводит к компенсации влияния зубцовых гармоник.

Совокупность этих отличительных признаков приводит к повышению стабильности работы ОВД и улучшению энергетических и динамических характеристик - увеличение пускового момента и устранению зубцовых пульсаций электромагнитного момента.

На фиг.1 приведен эскиз поперечного сечения обращенного вентильного двигателя. 1 - внешняя втулка, 2 - магнитная система, 3 - внутренний статор с трехфазной обмоткой. Магнитная система составлена из 12 сегментов, угол намагничивания каждого сегмента зависит от местоположения сегмента во втулке, который определяют в соответствии с формулой HC=90°(N-1), где N=1, 2, 3 12 - порядковый номер сегмента в обойме. Угол отсчитывают от вертикальной оси по часовой стрелке. Ось лежит в плоскости магнита (фиг.2). Схема раскроя постоянных магнитов приведена на фиг.3. На каждом сегменте указано направление намагничивания исходного цилиндра постоянного магнита. В зависимости от места каждого сегмента в обойме различают конфигурации раскроя отдельных сегментов [Патент RU № 2305357]. Изготовленные сегменты постоянных магнитов устанавливают на внешней втулке и фиксируют термостойким клеем. Необходимый внутренний диаметр обеспечивают расточкой внутреннего диаметра после сборки сегментов на внешней втулке. Благодаря определенному порядку направления намагничивания последовательно сформированных сегментов формируют магнитное поле внутри ротора.

Ротор изготовлен из двух равных частей в продольном направлении и развернутых друг относительно друга в поперечной плоскости на половину зубцового деления статора для компенсации влияния зубцовых гармоник в ОВД. Кривые распределения пускового момента для любого конструктивного исполнения ВД и способа возбуждения содержат зубцовую гармонику (в данном случае это 12-я гармоника), наличие которой определяется изменением магнитной проводимости зубцов статора. На фиг.4 приведена конструкция ротора по п.2.

Вентильный двигатель работает следующим образом. В результате взаимодействия магнитного потока ротора, созданного магнитной системой, с потоком статора, созданным токами в проводниках обмотки статора, получаем электромагнитный момент. На фиг.5 приведены кривые распределения пускового момента в ВД по прототипу (1-я кривая) и в ОВД с возбуждением по предложенной схеме (2-я кривая) для режима работы двигателя при длительности открытого состояния транзисторов вентильного коммутатора =120 эл.град. и плотности тока в обмотках статора J=10 А/мм2. На фиг.6 приведен график распределения пускового момента в ВД с компенсацией зубцовых гармоник.

Приведенные результаты подтверждают эффективность предложенных решений: увеличивается значение пускового момента в обращенном ВД почти в 2 раза для рассмотренного примера, компенсируется действие зубцовых гармоник обмотки статора, устраняются пульсации в кривой распределения электромагнитного момента по расточке статора/ротора, т.е. повышаются энергетические и динамические характеристики ОВД.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Обращенный вентильный двигатель, состоящий из статора с m-фазной обмоткой и ротора, магнитная система которого выполнена из постоянных магнитов, расположенных на втулке ротора, отличающийся тем, что статор с m-фазной обмоткой расположен внутри двигателя, ротор состоит из внешней втулки, на внутренней поверхности которой размещена магнитная система, состоящая из 12-ти предварительно намагниченных и раскроенных сегментов, причем угол намагничивания каждого сегмента определяют по формуле:HC=90°(N-1),где N - порядковый номер сегмента в обойме, число пар полюсов магнитного поля ротора соответствует числу пар полюсов обмотки статора.

2. Вентильный двигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор состоит из двух равных частей в продольном направлении, смещенных относительно друг друга в поперечной плоскости на половину зубцового деления статора.

www.freepatent.ru

Обращенный вентильный двигатель

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматизированном электроприводе и системах автоматики. Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в повышении энергетических и динамических характеристик обращенных вентильных двигателей (ОВД). Указанный технический результат достигается тем, что в предложенном обращенном вентильном двигателе, состоящем из статора с m-фазной обмоткой и ротора, состоящего из внешней втулки и постоянных магнитов, согласно изобретению, статор расположен внутри двигателя, а ротор состоит из внешней втулки, на внутренней поверхности которой размещена магнитная система, состоящая из 12-ти предварительно намагниченных и раскроенных сегментов, причем угол намагничивания каждого сегмента определяют по формуле αНС=90°(N-1), где N - порядковый номер сегмента в обойме, число пар полюсов магнитного поля ротора соответствует числу пар полюсов обмотки статора. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области электромеханики и может быть использовано в автоматизированном электроприводе и системах автоматики.

Известен обращенный вентильный электродвигатель ДБУ-100 (48 В, 150 об/мин, 6.5 А, 3.2 Нм), выпускаемый электротехническим заводом "Миассэлектроаппарат". Двигатель ДБУ-100 используется в приводах медицинского оборудования [http://www.miasselektroapparat.ru/catalogue/uncontrol-dc/uncontrol-dc_31.html]. Недостатком является то, что размещение постоянных магнитов на внутренней поверхности внешней втулки приводит к появлению значительных по величине магнитных потоков рассеяния, что приводит к уменьшению электромагнитного момента двигателя.

Известен вентильный двигатель, выбранный за прототип [монография Овчинникова И.Е. «Вентильные электрические двигатели и привод на их основе»: Курс лекций. СПб.: КОРОНА-Век, 2006. - 336 с.]. Вентильный двигатель (ВД) состоит из статора с m-фазной обмоткой и ротора, магнитная система которого выполнена из 4-х сегментов - постоянных магнитов, намагниченных в радиальном направлении.

Недостаток этой схемы возбуждения состоит в том, что размещение постоянных магнитов на внутренней поверхности внешней втулки приводит к появлению значительных по величине магнитных потоков рассеяния. Искажение распределения пускового момента за счет пульсаций магнитной проводимости зубцового слоя статора ведет к нестабильности работы ВД и увеличивает статическую и динамическую ошибки ВД.

Задачей изобретения является повышение энергетических и динамических характеристик ОВД.

Предложен обращенный вентильный двигатель (ОВД), состоящий из внутреннего статора с m-фазной обмоткой и ротора, состоящего из внешней втулки, на внутренней поверхности которой размещена магнитная система, состоящая из 12 предварительно намагниченных и раскроенных сегментов, причем угол намагничивания каждого сегмента определяется по формуле αHC=90°(N-1), где N - порядковый номер сегмента в обойме, число пар полюсов магнитного поля ротора соответствует числу пар полюсов обмотки статора.

Ротор двигателя может состоять из двух равных частей в продольном направлении, смещенных друг относительно друга в поперечной плоскости на половину зубцового деления статора.

В заявляемой конструкции обращенного вентильного двигателя магнитное поле возбуждения формируют из предварительно намагниченных и раскроенных сегментов постоянных магнитов. Основным элементом в предлагаемом двигателе является специальная магнитная система, которая позволяет уменьшить магнитные потоки рассеяния и получить магнитное поле внутри ротора. Количество сегментов постоянных магнитов определяет число пар полюсов магнитного поля ротора, которое должно соответствовать числу пар полюсов обмотки статора. Выбор угла намагничивания каждого сегмента позволяет сформировать необходимое магнитное поле внутри ротора. Выполнение ротора специальным образом и смещение его частей приводит к компенсации влияния зубцовых гармоник.

Совокупность этих отличительных признаков приводит к повышению стабильности работы ОВД и улучшению энергетических и динамических характеристик - увеличение пускового момента и устранению зубцовых пульсаций электромагнитного момента.

На фиг.1 приведен эскиз поперечного сечения обращенного вентильного двигателя. 1 - внешняя втулка, 2 - магнитная система, 3 - внутренний статор с трехфазной обмоткой. Магнитная система составлена из 12 сегментов, угол намагничивания каждого сегмента зависит от местоположения сегмента во втулке, который определяют в соответствии с формулой αHC=90°(N-1), где N=1, 2, 3…12 - порядковый номер сегмента в обойме. Угол отсчитывают от вертикальной оси по часовой стрелке. Ось лежит в плоскости магнита (фиг.2). Схема раскроя постоянных магнитов приведена на фиг.3. На каждом сегменте указано направление намагничивания исходного цилиндра постоянного магнита. В зависимости от места каждого сегмента в обойме различают конфигурации раскроя отдельных сегментов [Патент RU №2305357]. Изготовленные сегменты постоянных магнитов устанавливают на внешней втулке и фиксируют термостойким клеем. Необходимый внутренний диаметр обеспечивают расточкой внутреннего диаметра после сборки сегментов на внешней втулке. Благодаря определенному порядку направления намагничивания последовательно сформированных сегментов формируют магнитное поле внутри ротора.

Ротор изготовлен из двух равных частей в продольном направлении и развернутых друг относительно друга в поперечной плоскости на половину зубцового деления статора для компенсации влияния зубцовых гармоник в ОВД. Кривые распределения пускового момента для любого конструктивного исполнения ВД и способа возбуждения содержат зубцовую гармонику (в данном случае это 12-я гармоника), наличие которой определяется изменением магнитной проводимости зубцов статора. На фиг.4 приведена конструкция ротора по п.2.

Вентильный двигатель работает следующим образом. В результате взаимодействия магнитного потока ротора, созданного магнитной системой, с потоком статора, созданным токами в проводниках обмотки статора, получаем электромагнитный момент. На фиг.5 приведены кривые распределения пускового момента в ВД по прототипу (1-я кривая) и в ОВД с возбуждением по предложенной схеме (2-я кривая) для режима работы двигателя при длительности открытого состояния транзисторов вентильного коммутатора λ=120 эл.град. и плотности тока в обмотках статора J=10 А/мм2. На фиг.6 приведен график распределения пускового момента в ВД с компенсацией зубцовых гармоник.

Приведенные результаты подтверждают эффективность предложенных решений: увеличивается значение пускового момента в обращенном ВД почти в 2 раза для рассмотренного примера, компенсируется действие зубцовых гармоник обмотки статора, устраняются пульсации в кривой распределения электромагнитного момента по расточке статора/ротора, т.е. повышаются энергетические и динамические характеристики ОВД.

1. Обращенный вентильный двигатель, состоящий из статора с m-фазной обмоткой и ротора, магнитная система которого выполнена из постоянных магнитов, расположенных на втулке ротора, отличающийся тем, что статор с m-фазной обмоткой расположен внутри двигателя, ротор состоит из внешней втулки, на внутренней поверхности которой размещена магнитная система, состоящая из 12-ти предварительно намагниченных и раскроенных сегментов, причем угол намагничивания каждого сегмента определяют по формуле:αHC=90°(N-1),где N - порядковый номер сегмента в обойме, число пар полюсов магнитного поля ротора соответствует числу пар полюсов обмотки статора.

2. Вентильный двигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор состоит из двух равных частей в продольном направлении, смещенных относительно друг друга в поперечной плоскости на половину зубцового деления статора.

www.findpatent.ru

обращенный асинхронный электродвигатель - патент РФ 2038678

Использование: электротехника, конструкции асинхронных электродвигателей, работающих в импульсном режиме. Сущность изобретения: обращенный асинхронный электродвигатель содержит неподвижный зубчатый якорь с первичными обмотками, предназначенными для импульсного электропитания, и охватывающий его полый ротор, выполненный с возможностью вращения и жесткого соединения нагрузкой. Между якорем и полым ротором расположен с возможностью вращения ротор - магнитопровод из магнитомягкого материала, на внешней образующей поверхности которого уложены вторичные короткозамкнутые обмотки. 4 ил. Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к конструкции асинхронных двигателей, работающих в импульсном режиме, которые могут найти применение в различных областях техники в качестве движителей. Известна асинхронная муфта, содержащая свободно вращающийся статор с обмоткой возбуждения и два вращающихся ротора, несущий и ведомый, на которых выполнены чередующиеся между собой различной ширины зубцы, которые снабжены короткозамкнутыми витками, охватывающими каждый зубец. При вращении роторов друг относительно друга со скольжением в те периоды, когда узкие зубцы находятся напротив широких зубцов, последние выполняют функцию якоря. В них возникают вихревые токи, взаимодействующие с магнитным потоком через зубец, и таким образом создается асинхронный вращающий момент (см. а.с. СССР N 851678). Наиболее близко к заявленному относится обращенный асинхронный двигатель, содержащий внутренний магнитопровод, в пазы которого уложена первичная обмотка, и расположенный неподвижно по отношению к нему внешний магнитопровод, который запрессован в корпус, закрытый с торцов передним и задним щитами. Внутренний магнитопровод жестко крепится к заднему щиту двигателя с помощью полой втулки, внутри которой свободно проходит вал, на котором закреплен ротор в виде полого немагнитного стакана, выполняющего функцию короткозамкнутой вторичной обмотки. Стакан ротора охватывает внутренний магнитопровод и отделен воздушными зазорами от внутреннего и внешнего магнитопроводов, т.е. установлен с возможностью свободного вращения. При подаче напряжения на обмотку внутреннего магнитопровода создается вращающееся магнитное поле, которое наводит в немагнитном стакане ротора ЭДС и токи, взаимодействующие с вращающимся полем, создавая вращающий момент. Полый немагнитный стакан проходит во вращение. Магнитный поток замыкается следующим образом. Из внутреннего магнитопровода через воздушные зазоры и стенку немагнитного стакана он входит во внешний магнитопровод и через стенку последнего через воздушные зазоры и стакан возвращается во внутренний магнитопровод [1] Недостатком известного обращенного асинхронного двигателя является то, что при постоянстве электрической мощности на входе величина вращающего момента в электродвигателе под влиянием нагрузки не изменяется. Это объясняется тем, что известный двигатель, содержащий статор и якорь, представляет собой трансформатор с воздушным зазором, в котором происходит преобразование электрической энергии в механическую, т.е. создается вращающий момент на выходе двигателя, который совпадает (сливается) с входным моментом нагрузки, и преобразование параметров вращающего момента двигателя под влиянием нагрузки при постоянстве электрической мощности на входе становится невозможным. Целью изобретения является обеспечение условий для изменения параметров вращающего момента в обращенном асинхронном электродвигателе под влиянием нагрузки при постоянстве электрической мощности на входе. Цель достигается тем, что в известном обращенном асинхронном двигателе, содержащем неподвижный зубчатый якорь с первичными обмотками импульсного электропитания и вращающийся полый ротор, жестко соединенный с нагрузкой, между якорем и полым ротором дополнительно установлен свободно вращающийся ротор-магнитопровод из магнитомягкого материала, на внешней образующей поверхности которого уложены вторичные короткозамкнутые обмотки. Такая конструкция позволяет изменять параметры вращающего момента двигателя под влиянием нагрузки, не изменяя электрическую мощность на входе, за счет того, что вращающие моменты двигателя и нагрузки разделены между собой с помощью свободно вращающегося ротора-магнитопровода из магнитомягкого материала, на внешней поверхности которого уложены вторичные короткозамкнутые обмотки, обеспечивающие сцепление ротора-магнитопровода с вращающимся полым ротором. Иными словами, двигатель стал двухконтурным. Таким образом, коэффициент передачи, т.е. величина, определяющая степень изменения параметров вращающего момента двигателя, обеспечивается не только величиной электромагнитного сцепления вращающегося ротора-магнитопровода с вращающимся полым ротором, но также и их относительной скоростью, которая зависит от величины нагрузки. Возможность плавного изменения коэффициента передачи обеспечивается асинхронным моментом между вращающимся ротором-магнитопроводом и вращающимся полым ротором. На фиг. 1 представлен обращенный асинхронный двигатель, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 диаграмма образования импульса тока самоиндукции во вторичной короткозамкнутой обмотке ротора-магнитопровода; на фиг. 4 диаграмма последовательности импульсов тока самоиндукции во вторичной короткозамкнутой обмотке ротора-магнитопровода. Обращенный асинхронный двигатель (фиг.1 и 2) содержит неподвижный якорь 1, жестко соединенный с полой осью 2, через отверстие 3 которой выведены концы первичной обмотки 4 импульсного питания якоря 1. Коаксиально якорю 1 с воздушным зазором по отношению к нему установлен ротор-магнитопровод 5 из магнитомягкого материала. На внешней образующей поверхности (фиг.2) ротора-магнитопровода 5 выполнены зубцы 6, каждый из которых охватывается короткозамкнутыми обмотками 7. Ротор-магнитопровод 5 жестко соединен с фланцами 8, которые свободно вращаются на подшипниках 9, установленных на неподвижной оси 2. Коаксиально ротору-магнитопроводу 5 (фиг.1 и 2), с зазором по отношению к нему, установлен полый ротор 10, жестко соединенный с нагрузкой 11 (например, с внутренним ободом колеса транспортного средства), при этом ротор 10 (фиг. 1) с двух сторон закрыт крышками 12 и 13, которые свободно вращаются в подшипниках 14, установленных на неподвижной оси 2. Обращенный асинхронный двигатель работает следующим образом. На концы первичных обмоток 4 импульсного питания, которые выведены через отверстие 3 полой оси 2, подают напряжение питания U1, U2, U3. (фиг.3 и 4), импульсы которого сдвинуты по фазе на величину Ф. Так как обмотки 4 импульсного питания смещены друг относительно друга по образующей поверхности неподвижного якоря 1, то при подаче питания на обмотки 4 возникает вращающееся магнитное поле, которое увлекает во вращение ротор-магнитопровод 5, выполненный из магнитомягкого материала. Вращающийся ротор-магнитопровод 5 выходит в номинальный режим асинхронного двигателя и свободно вращается вокруг оси 2 неподвижного якоря 1 на подшипниках 9, установленных во фланцах 8, жестко соединенных с торцами ротора-магнитопровода 5. При подаче напряжения питания U1 в роторе-магнитопроводе 5 возникает изменяющийся магнитный поток, под действием которого в короткозамкнутых обмотках 7, которые охватывают зубцы 6, выполненные на внешней образующей поверхности ротора-магнитопровода 5, возникает ток заряда D, который растет по амплитуде и достигает значения Imax (фиг.1 и 3). В момент, когда ток D достигает значения Imax, с другой обмотки импульсного питания снимается напряжение питания U2, что приводит к созданию в роторе-магнитопроводе 5 падающего магнитного потока, который вызывает во вторичных короткозамкнутых обмотках 7 ток Е, противоположный по полярности току разряда D1 (фиг.3). Токи Е и D складываются и дают результирующий ток F, характеризующийся большой крутизной. ЭДС самоиндукции формирует импульс тока самоиндукции Iсам длительностью t тем большей амплитуды, чем больше крутизна результирующего тока F или чем больше разность энергий А + С, введенных в короткозамкнутую обмотку 7, и выделенной энергии В (площади А, В и С, показанные на фиг.3, пропорциональны энергии обмотки 7 с током в первом приближении). Таким образом, введенная в короткозамкнутую обмотку 7 энергия полностью выделяется в виде импульса тока Iсам (фиг.3 и 4), который переходит в магнитную индукцию на зубцах 6, повторяющую форму тока самоиндукции Iсам. Фазовый сдвиг Ф между импульсами напряжения питания U1, U2, U3. выбирается так, что задний фронт предыдущего импульса приходится на максимум (Imax.) тока заряда D, т.е. длительность фазового сдвига Ф определяется постоянной времени индуктивности первичной обмотки 4 импульсного питания (фиг. 2), которая равна или меньше индуктивности вторичной короткозамкнутой обмотки 7. Это условие достигается тем, что необходимое число вторичных обмоток 7 последовательно включается в короткозамкнутую группу. При вращении ротора-магнитопровода 5 магнитная индукция на зубцах 6 совершает работу в течение времени t (фиг.3). За время t ротор-магнитопровод 5 испытывает близкое к ударному торможение благодаря импульсному электромагнитному сцеплению ротора-магнитопровода 5 с полым ротором 10. При этом уменьшение вращающего момента ротора-магнитопровода 5 расходуется на ускорение ротора 10, который свободно вращается вокруг оси 2 неподвижного якоря 1, в подшипниках 14, установленных в крышках 12 и 13, закрывающих двигатель и соединенных со статором 10, который жестко соединен с нагрузкой 11 (фиг.1 и 2). Ускоряющийся ротор 10 снижает относительную скорость ротор статор до наступления равновесия между способностью ротора-магнитопровода 5 выполнить работу и нагрузкой 11 (прекращается ускорение статора 10). При увеличении нагрузки 11 относительная скорость ротор статор растет и увеличивается усилие в роторе 10, при уменьшении нагрузки относительная скорость ротор 5 полый ротор 10 уменьшается и уменьшается усилие в роторе 10. Таким образом, использование асинхронного момента между вращающимся ротором-магнитопроводом 5 и вращающимся ротором 10 позволяет изменять параметры вращающего момента ротора 10 под влиянием нагрузки 11 при постоянстве электрической мощности на входе.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОБРАЩЕННЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий неподвижный зубчатый якорь с неподвижными обмотками, предназначенными для импульсного электропитания, и охватывающий его полый ротор, выполненный с возможностью вращения и жесткого соединения с нагрузкой отличающийся тем, что между якорем и полым ротором дополнительно расположен с возможностью вращения ротор-магнитопровод из магнитомягкого материала, на внешней образующей поверхности которого уложены вторичные короткозамкнутые обмотки.

www.freepatent.ru

Обращенный асинхронный двигатель

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к асинхронным машинам, исиользуемым в качестве исполнительных адемеитов в системах автоматики. Изобретение нозволяет повысить удельный момент. Двигатель состоит из внешнего магнитоировода 10, (нихтованного зубчатого внутренип о ма1 нито11роводи 1 с обмоткой 3, кото)ый охватыв;;ет ротор в виде по,того немагнитного стакана 7. Внутренний магнитоировяд 1 Hbiiio.iiici из двух частей; ярма, Н1их ова 1но1-о в осевом нанравлении, и зубцов 2, Н1ихтованных в тангенциальном нанравлении и имеющих длину с превышением длины ярма на удвоенную высоту зубцов 2, Внешний магнитоировод 10 ашхтован в осевом направлении. F.ro длина равна длине зубцов 2 цри сохранении величины нлошади ноцеречн1)г() сечения. 4 ил. А i (Л со со со (X) 4 Фиг.2

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 02 К 17(02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ б

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3766956, 24-07 (22) 09.07.84 (46) 23.0!).87. В ю.k . .¹ 35 (72) H. H.."!свин, k!. Г. Поршин, и A. В. Якушков (53) 621.313.333.2 (088.8) (54) ОЬРА!(!! .ННЫИ АСИНХРОННЫЙ

ДBP,) А 1 г;Л) (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к асинхронным машиным, используемым в качестве исполнительны i элсмсигов «системах автоматики. Изобретение kl()«kkoëÿåò повысить удельный момсklT

„„SU„„1339784,.1вигытель состоит из внешнего магнитопроволы 10, шихтовынного зхбчатого внутреннего магнитоироводы 1 с обмоткой 3. который охватывает ротор в виде полого нсмсп нитного стаканы 7. Внутрешшй магнитопровол 1 «ыцолисн из двух частей; ярма, и их:ованного «осевом направлении, и зубцов 2, ши;тованных в тангенциальном направлении и имеющих длину с превышением длины ярма на удвоенную высоту зубцов 2.

Внешний магнитопровод 1О шихтован в осевом направлении. Его длина равна длине зубцов 2 при сохранении величины площади попсрсчн и о сечения. 4 ил.

1339784

Формула изобретения

50!

Изобретение относится к электротехнике, в частности к асинхронным машинам, используемым в качестве исполнительных элементов в системах автоматики.

Цель изобретения — увеличение удельного момента.

На фиг. 1 представлен обращенный асинхронный двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 один из элементов двигателя — - шихтованное кольцо; на фиг. 4 — зубец внутреннего магнитопровода.

Обращенный асинхронный двигатель содержит статор, состоящий из шихтованного внутреннего магнитопровода 1, являющегося ярмом с приставными зубцами 2, листы стали которых параллельны плоскости, проходящей через ось вращения и центр зубца 2. Последние выполнены с закруглениями на торцах и длиннее пакета внутреннего магнитопровода 1 на удвоенную их высоту. Зубцы 2 удерживаются в продольных прорезях на внутреннем м агни топроводе

1 с помощью магнитного клея, например на базе эпоксидной смолы с ферромагнитным наполнителем. Одновременно прослойка этого клея, обладающего высоким электрическим сопротивлением, предотвращает электрическое замыкание листов внутреннего магнитопровода 1 идущими в другом направлении листами зубцов 2. В образовавшиеся между последними 2 пазы уложена первичная обмотка 3. Внутренний магнитопровод 1 с обмоткой 3 с помощью втулки

4 крепится к заднему щиту 5 двигателя.

Внутри втулки 4 свободно проходит вал 6, на котором закреплен ротор в виде полого немагнитного стакана 7, играющий роль короткозамкнутой вторичной обмотки. Стакан 7 ротора охватывает внутренний магнитопровод 1 с воздушным зазором, т.е. с возможностью свободного вращения в подшипниках 8 и 9.

Воздушным зазором от стакана 7 отделен шихтованный внешний м агнитопровод

10, толщина пакета которого равна длине зубцов 2 внутреннего магнитопровода 1, имеющего толщину пакета на две высоты зубца 2 меньше, чем длина зубцов 2. Пакет внешнего магнитопровода 10 запрессован в корпус 11, который по торцам закрывается передним 12 и задним 5 щитами. Для лучшего прохождения магнитного потока через воздушный зазор зубцы 2 заканчиваются шихтованными наконечниками 13, которые выполняются путем надевания с последующим обжатием шихтованного кольца 14 на зубцы 2 так, что в мелкие шлицы !5 попадают зубцы 2 внутреннего магнитопровода l, закрепленные с помощью магнитного клея.

Внутренний магнитопровод 1 с обмоткой 3 и

5 !

О !

2 закрепленным кольцом 14 напрессовывается на втулку 4 щита 5 и пропитывается компаундом. После полимеризации производится обмотка и шлифовка кольца 14 по внешней поверхности до вскрытия глубоких шлицев 16. Образуется концентрическая с осью вращения цилиндрическая поверхность и создаются наконечники 13 на каждом из зубцов 2.

Обращенный асинхронный двигатель работает следующим образом.

При подаче многофазного напряжения на первичную обмотку 3 создается вращающееся магнитное поле, которое наводит в немагнитном стакане 7 ротора ЭДС и токи, взаимодействующие с вращающимся полем вращающий момент. Полый немагнитный стакан 7 приходит во вращение. Путь замыкания магнитного потока следующий.

Из внутреннего магнитопровода 1 поток выходит в зубцы 2 и расходится в осевом направлении двигателя, сужаясь в дуговом (фиг. 4) . Затем поток каждого зубца 2 попадает в наконечники 13 и уже при меньшей индукции проходит воздушные зазоры и стенку немагнитного стакана 7, входит во внешний магнитопровод 10, Поток проходит по спинке последнего и через зазоры, стакан 7 и зубцы 2 возвращается во внутренний магнитопровод 1. Поскольку зубцы

2 длиннее, чем толщина пакета внутреннего магнитопровода 1, при сохранении величины площади поперечного сечения зубцов 2 неизменной удается уменьшить их ширину, т.е. на соответствующую величину увеличить ширину и площадь поперечного сечения паза.

В паз большей площади оказывается возможным заложить более мощную первичную обмотку 3. Одновременно с увеличением ширины паза уменьшаются потоки пазового рассеяния, что обуславливает возможность дополнительного увеличения развиваемого момента.

Обращенный асинхронный двигатель, содержащий внешний магнитопровод, шихтованный зубчатый внутренний магнитопровод с обмоткой и охватывающий его полый ротор, отличающийся тем, что, с целью увеличения удельного момента, внутренний магнитопровод выполнен из двух частей, ярма, шихтованного в осевом направлении, и зубцов, шихтованных в тангенциальном направлении и имеющих длину с превышением длины ярма на удвоенную высоту зубцов, внешний магнитопровод шихтован в осевом направлении и имеет длину, равную длине зубцов при сохранении величины площади поперечного сечения.

1339784

Длина будда

Закругление .АМ

Толщина пакета ило3ые линии магнитного патака фиг.4Составитель В. Журавлев

Редактор И. Горная Техред И. Верес Корректор М..демчик

Заказ 4239/50 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4, 5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

   

www.findpatent.ru

Обращенный асинхронный электродвигатель | Банк патентов

Использование: электротехника, конструкции асинхронных электродвигателей, работающих в импульсном режиме. Сущность изобретения: обращенный асинхронный электродвигатель содержит неподвижный зубчатый якорь с первичными обмотками, предназначенными для импульсного электропитания, и охватывающий его полый ротор, выполненный с возможностью вращения и жесткого соединения нагрузкой. Между якорем и полым ротором расположен с возможностью вращения ротор - магнитопровод из магнитомягкого материала, на внешней образующей поверхности которого уложены вторичные короткозамкнутые обмотки. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к конструкции асинхронных двигателей, работающих в импульсном режиме, которые могут найти применение в различных областях техники в качестве движителей. Известна асинхронная муфта, содержащая свободно вращающийся статор с обмоткой возбуждения и два вращающихся ротора, несущий и ведомый, на которых выполнены чередующиеся между собой различной ширины зубцы, которые снабжены короткозамкнутыми витками, охватывающими каждый зубец. При вращении роторов друг относительно друга со скольжением в те периоды, когда узкие зубцы находятся напротив широких зубцов, последние выполняют функцию якоря. В них возникают вихревые токи, взаимодействующие с магнитным потоком через зубец, и таким образом создается асинхронный вращающий момент (см. а.с. СССР N 851678). Наиболее близко к заявленному относится обращенный асинхронный двигатель, содержащий внутренний магнитопровод, в пазы которого уложена первичная обмотка, и расположенный неподвижно по отношению к нему внешний магнитопровод, который запрессован в корпус, закрытый с торцов передним и задним щитами. Внутренний магнитопровод жестко крепится к заднему щиту двигателя с помощью полой втулки, внутри которой свободно проходит вал, на котором закреплен ротор в виде полого немагнитного стакана, выполняющего функцию короткозамкнутой вторичной обмотки. Стакан ротора охватывает внутренний магнитопровод и отделен воздушными зазорами от внутреннего и внешнего магнитопроводов, т.е. установлен с возможностью свободного вращения. При подаче напряжения на обмотку внутреннего магнитопровода создается вращающееся магнитное поле, которое наводит в немагнитном стакане ротора ЭДС и токи, взаимодействующие с вращающимся полем, создавая вращающий момент. Полый немагнитный стакан проходит во вращение. Магнитный поток замыкается следующим образом. Из внутреннего магнитопровода через воздушные зазоры и стенку немагнитного стакана он входит во внешний магнитопровод и через стенку последнего через воздушные зазоры и стакан возвращается во внутренний магнитопровод [1]Недостатком известного обращенного асинхронного двигателя является то, что при постоянстве электрической мощности на входе величина вращающего момента в электродвигателе под влиянием нагрузки не изменяется. Это объясняется тем, что известный двигатель, содержащий статор и якорь, представляет собой трансформатор с воздушным зазором, в котором происходит преобразование электрической энергии в механическую, т.е. создается вращающий момент на выходе двигателя, который совпадает (сливается) с входным моментом нагрузки, и преобразование параметров вращающего момента двигателя под влиянием нагрузки при постоянстве электрической мощности на входе становится невозможным. Целью изобретения является обеспечение условий для изменения параметров вращающего момента в обращенном асинхронном электродвигателе под влиянием нагрузки при постоянстве электрической мощности на входе. Цель достигается тем, что в известном обращенном асинхронном двигателе, содержащем неподвижный зубчатый якорь с первичными обмотками импульсного электропитания и вращающийся полый ротор, жестко соединенный с нагрузкой, между якорем и полым ротором дополнительно установлен свободно вращающийся ротор-магнитопровод из магнитомягкого материала, на внешней образующей поверхности которого уложены вторичные короткозамкнутые обмотки. Такая конструкция позволяет изменять параметры вращающего момента двигателя под влиянием нагрузки, не изменяя электрическую мощность на входе, за счет того, что вращающие моменты двигателя и нагрузки разделены между собой с помощью свободно вращающегося ротора-магнитопровода из магнитомягкого материала, на внешней поверхности которого уложены вторичные короткозамкнутые обмотки, обеспечивающие сцепление ротора-магнитопровода с вращающимся полым ротором. Иными словами, двигатель стал двухконтурным. Таким образом, коэффициент передачи, т.е. величина, определяющая степень изменения параметров вращающего момента двигателя, обеспечивается не только величиной электромагнитного сцепления вращающегося ротора-магнитопровода с вращающимся полым ротором, но также и их относительной скоростью, которая зависит от величины нагрузки. Возможность плавного изменения коэффициента передачи обеспечивается асинхронным моментом между вращающимся ротором-магнитопроводом и вращающимся полым ротором. На фиг. 1 представлен обращенный асинхронный двигатель, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 диаграмма образования импульса тока самоиндукции во вторичной короткозамкнутой обмотке ротора-магнитопровода; на фиг. 4 диаграмма последовательности импульсов тока самоиндукции во вторичной короткозамкнутой обмотке ротора-магнитопровода. Обращенный асинхронный двигатель (фиг.1 и 2) содержит неподвижный якорь 1, жестко соединенный с полой осью 2, через отверстие 3 которой выведены концы первичной обмотки 4 импульсного питания якоря 1. Коаксиально якорю 1 с воздушным зазором по отношению к нему установлен ротор-магнитопровод 5 из магнитомягкого материала. На внешней образующей поверхности (фиг.2) ротора-магнитопровода 5 выполнены зубцы 6, каждый из которых охватывается короткозамкнутыми обмотками 7. Ротор-магнитопровод 5 жестко соединен с фланцами 8, которые свободно вращаются на подшипниках 9, установленных на неподвижной оси 2. Коаксиально ротору-магнитопроводу 5 (фиг.1 и 2), с зазором по отношению к нему, установлен полый ротор 10, жестко соединенный с нагрузкой 11 (например, с внутренним ободом колеса транспортного средства), при этом ротор 10 (фиг. 1) с двух сторон закрыт крышками 12 и 13, которые свободно вращаются в подшипниках 14, установленных на неподвижной оси 2. Обращенный асинхронный двигатель работает следующим образом. На концы первичных обмоток 4 импульсного питания, которые выведены через отверстие 3 полой оси 2, подают напряжение питания U1, U2, U3. (фиг.3 и 4), импульсы которого сдвинуты по фазе на величину Δ Ф. Так как обмотки 4 импульсного питания смещены друг относительно друга по образующей поверхности неподвижного якоря 1, то при подаче питания на обмотки 4 возникает вращающееся магнитное поле, которое увлекает во вращение ротор-магнитопровод 5, выполненный из магнитомягкого материала. Вращающийся ротор-магнитопровод 5 выходит в номинальный режим асинхронного двигателя и свободно вращается вокруг оси 2 неподвижного якоря 1 на подшипниках 9, установленных во фланцах 8, жестко соединенных с торцами ротора-магнитопровода 5. При подаче напряжения питания U1 в роторе-магнитопроводе 5 возникает изменяющийся магнитный поток, под действием которого в короткозамкнутых обмотках 7, которые охватывают зубцы 6, выполненные на внешней образующей поверхности ротора-магнитопровода 5, возникает ток заряда D, который растет по амплитуде и достигает значения Imax (фиг.1 и 3). В момент, когда ток D достигает значения Imax, с другой обмотки импульсного питания снимается напряжение питания U2, что приводит к созданию в роторе-магнитопроводе 5 падающего магнитного потока, который вызывает во вторичных короткозамкнутых обмотках 7 ток Е, противоположный по полярности току разряда D1 (фиг.3). Токи Е и D складываются и дают результирующий ток F, характеризующийся большой крутизной. ЭДС самоиндукции формирует импульс тока самоиндукции Iсам длительностью Δ t тем большей амплитуды, чем больше крутизна результирующего тока F или чем больше разность энергий А + С, введенных в короткозамкнутую обмотку 7, и выделенной энергии В (площади А, В и С, показанные на фиг.3, пропорциональны энергии обмотки 7 с током в первом приближении). Таким образом, введенная в короткозамкнутую обмотку 7 энергия полностью выделяется в виде импульса тока Iсам (фиг.3 и 4), который переходит в магнитную индукцию на зубцах 6, повторяющую форму тока самоиндукции Iсам. Фазовый сдвиг Δ Ф между импульсами напряжения питания U1, U2, U3. выбирается так, что задний фронт предыдущего импульса приходится на максимум (Imax.) тока заряда D, т.е. длительность фазового сдвига Δ Ф определяется постоянной времени индуктивности первичной обмотки 4 импульсного питания (фиг. 2), которая равна или меньше индуктивности вторичной короткозамкнутой обмотки 7. Это условие достигается тем, что необходимое число вторичных обмоток 7 последовательно включается в короткозамкнутую группу. При вращении ротора-магнитопровода 5 магнитная индукция на зубцах 6 совершает работу в течение времени Δ t (фиг.3). За время Δ t ротор-магнитопровод 5 испытывает близкое к ударному торможение благодаря импульсному электромагнитному сцеплению ротора-магнитопровода 5 с полым ротором 10. При этом уменьшение вращающего момента ротора-магнитопровода 5 расходуется на ускорение ротора 10, который свободно вращается вокруг оси 2 неподвижного якоря 1, в подшипниках 14, установленных в крышках 12 и 13, закрывающих двигатель и соединенных со статором 10, который жестко соединен с нагрузкой 11 (фиг.1 и 2). Ускоряющийся ротор 10 снижает относительную скорость ротор статор до наступления равновесия между способностью ротора-магнитопровода 5 выполнить работу и нагрузкой 11 (прекращается ускорение статора 10). При увеличении нагрузки 11 относительная скорость ротор статор растет и увеличивается усилие в роторе 10, при уменьшении нагрузки относительная скорость ротор 5 полый ротор 10 уменьшается и уменьшается усилие в роторе 10. Таким образом, использование асинхронного момента между вращающимся ротором-магнитопроводом 5 и вращающимся ротором 10 позволяет изменять параметры вращающего момента ротора 10 под влиянием нагрузки 11 при постоянстве электрической мощности на входе.

Формула изобретения

ОБРАЩЕННЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий неподвижный зубчатый якорь с неподвижными обмотками, предназначенными для импульсного электропитания, и охватывающий его полый ротор, выполненный с возможностью вращения и жесткого соединения с нагрузкой отличающийся тем, что между якорем и полым ротором дополнительно расположен с возможностью вращения ротор-магнитопровод из магнитомягкого материала, на внешней образующей поверхности которого уложены вторичные короткозамкнутые обмотки.

bankpatentov.ru

Двигатель внутреннего сгорания устройство составные компоненты

Как известно, движущей силой большинства автомобилей является двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Устройство его достаточно сложно даже для профессионала, не говоря уже о новичках. Но, покупая машину, всегда приходится обращать внимание на характеристики двигателя. Зачастую люди попросту теряются, не зная, какой автомобиль или какую его версию выбрать. Данная статья поможет вам освоиться в такой сложной технической сфере, как двигатели внутреннего сгорания.

Прежде всего, поговорим о технических характеристиках двигателей.

Основными внешними характеристиками являются:

Количество цилиндров

В современных автомобилях варьируется от 2 до 16. Этот показатель является достаточно серьезным. Так, два двигателя с одинаковым объемом и мощностью, могут сильно различаться по другим параметрам.

Расположение цилиндров

Различают два типа расположения: рядное, когда все цилиндры расположены последовательно друг за другом, и V-образное, когда на одном коленвале цилиндры расположены с обоих сторон. В этом случае большую роль играет угол развала цилиндров.

Так, большой угол развала понижает центр тяжести, облегчает охлаждение и маслоподачу, но в то же время снижает динамические характеристики и увеличивает инерционность, малый угол позволяет достичь уменьшения веса и инерционности, но способствует более быстрому перегреву.

Радикальной разновидностью такого двигателя является оппозитный двигатель с углом развала в 180°. В этом случае все его преимущества и недостатки выражаются в своем максимальном проявлении. Еще одна разновидность V-образного двигателя – W-образный. Он представляет из себя два V-образных двигателя, синхронизированных и включенных в общую систему привода. V-образные двигатели также называют двурядными, а W-образные – четырехрядными.

Существует также уникальный тип двигателя – рядно-V-образный, являющийся синтезом этих двух разновидностей. В этом случае цилиндры расположены последовательно, но с отклонением по обе стороны, что способствует лучшему охлаждению.

В целом же можно заметить, что различие между двумя основными типами двигателей заключается в их массе и габаритах. Но наиболее важным является то, что наименьший уровень шума и вибраций достигается только тогда, когда в нем в одном ряду расположено четное количество цилиндров.

Объем камер сгорания

Зачастую в литературе встречается выражение «объем двигателя», аналогичное данному. Объем напрямую влияет абсолютно на все остальные характеристики ДВС. Следует заметить, что в большинстве случаев увеличение объема ведет к увеличению как расхода топлива, так и мощностных характеристик. Уменьшение же объема – наоборот.

Материал двигателя

Современные двигатели в основном изготовлены из трех типов материалов – чугун или другие ферросплавы дает наибольшую прочность, но является наиболее тяжелым. Алюминий и его сплавы – малый вес и средняя прочность. Магниевые сплавы – наименьший вес и высокая прочность, однако цена просто огромна.

Однако, эти характеристики, по сути, отражают лишь ресурсные и шумовибрационные качества двигателей.

Для владельцев авто обычно более важными являются выходные характеристики:

Мощность

Максимальный уровень отдачи. Измеряется в лошадиных силах (л. с.) или киловаттах (кВт). Определяет скорость автомобиля и время его разгона до определенной скорости.

Крутящий момент

Максимальное тяговое усилие, создаваемое двигателем. Измеряется в Ньютон-метрах (Н·м). Косвенно влияет на скорость и разгон и прямо – на эластичность двигателя – способность ускоряться на низких оборотах.

Максимально допустимое число оборотов коленвала в минуту (об/мин)

Показывает, сколько оборотов коленвала в минуту сможет выдержать двигатель без потери в ресурсной прочности. Обычно большое число оборотов указывает на более резкий и динамичный характер авто.

Эти характеристики имеют наибольшее значение при покупке автомобиля.

Но, кроме того, не менее важны расходные характеристики:

Расход топлива

В большинстве стран измеряется в литрах на 100 километров. Обычно разделяется на расход в городском, загородном и смешанном циклах.

Тип топлива

Марка потребляемого бензина или дизельного топлива (ДТ). В современных автомобилях возможно использование любых марок топлива, но при снижении октанового числа падают как ресурсная прочность, так и мощность, а при повышении сверх нормы – повышается мощность, но снижается ресурс. Также при повышении октанового числа увеличивается теплоотдача, что может привести к раннему перегреву. Пример марок топлива: А-76, А-92, АИ-98, А-95Евро, ДТ, ДТ Евро, ДТ Супер.

Расход масла

Как и для топлива, измеряется в литрах, но на 1000 км. Максимальный показатель для исправной машины – 1л/1000км.

Марка потребляемого масла

Обычно используется цифровое обозначение вида ххWхх. Первое число – густота масла, второе – его вязкость. Например – 0W40 и 5W40 – синтетические масла, 10W40 – полусинтетическое масло, 15W40 и 20W40 – минеральные масла. Второе число также может изменяться. Более густые и вязкие масла улучшают прочность и надежность двигателя, менее густые – улучшают динамические выходные характеристики.

Внимание! Масла с обозначением типа 70W90 или 95W100 являются трансмиссионными и ни в коем случае не подлежат использованию в двигателе. Использование таких масел гарантированно приведет к неисправности двигателя!

Ресурсная прочность – как часто двигатель нуждается в техническом обслуживании

Обычно изменяется в пределах 5000—30000 километров пробега. Также к ресурсной прочности относится предельный пробег двигателя, который примерно позволяет определить срок его службы и гарантийный пробег, после которого прекращаются гарантийные обязательства.

Вот, пожалуй и все характеристики, которые интересуют среднестатистического владельца.

Однако, для двигателя также выделяется широкий ряд сложных технических спецификаций:

Тип топливной системы

Существуют две основные разновидности – бензиновые и дизельные двигатели. Бензиновые двигатели обычно имеют большую мощность, в то время как дизельные отличаются более низким расходом и большим крутящим моментом.

Тип бензиновой системы впуска

Современные автомобили оснащаются исключительно электронной системой впрыска (инжекции) топлива. Такая система позволяет добиться большего коэффициента полезного действия (КПД). Однако ранее автомобили в большинстве оснащались карбюраторной системой впуска топлива. В отличии от инжектора, карбюратор не распыляет топливо в камере сгорания, а вбрасывает в нее струю, что негативно влияет на КПД, расход топлива и удобство управления.

Обычно карбюратор устанавливается на двигатель в одном экземпляре, многокарбюраторные двигатели – прерогатива тюнинговых и спортивных моделей.

Тип бензиновой системы впрыска

Если говорить о впрыске бензина, то тут выделяют две большие группы двигателей – с одноточечным и многоточечным впрыском. В современных двигателях одноточечная система практически не используется, так как падение мощности намного больше, чем снижение расхода топлива.

Многоточечный впрыск, в свою очередь, также делится на распределенный впрыск и прямой впрыск. При распределенном впрыске в камере сгорания создается равномерная смесь. Эта система обеспечивает стабильность работы в любых режимах и неприхотливость. Прямой, или непосредственный впрыск, как это ни парадоксально, повышает одновременно мощность и ресурсную прочность, а также снижает расход топлива. Но недостатки этой системы – большая стоимость, требовательность к качеству топлива и нестабильная работа на малых оборотах и при холодном старте.

Обе системы имеют достоинства и недостатки, поэтому одно из последних новшеств – комбинированный или двойной впрыск. Устройство этой системы просто – в двигателе применены обе эти системы раздельно и при изменении режимов работы электроника переключается между ними.

Тип дизельной системы впрыска

Несмотря на простоту дизельного двигателя, система его впрыска сложнее, чем у бензинового. В общем, применяются те же системы впрыска, но они построены по другому принципу.

Существуют следующие разновидности этих систем: система с топливным насосом высокого давления (ТНВД), насос-форсунками, общей топливной рампой Common Rail и аккумуляторной рампой Common Rail.

ТНВД – наиболее примитивная система дизельного впрыска. Она обеспечивает достаточно скромные характеристики, поэтому сама по себе эта система почти не используется.

Система с насос-форсунками – также малоиспользуемый вариант. В этом случае каждая форсунка впрыска является еще и насосом, подающим топливо в камеру сгорания. Характеристики в этом случае получше, но стабильной работы двигателя все равно добиться сложно.

Общая топливная рампа высокого давления Common Rail является синтезом этих двух систем. В ней используется ТНВД, подающий топливо в рампу, где оно сжимается и под высоким давлением впрыскивается в камеру сгорания. Данная система является лучшей на сегодняшний день, так как она обеспечивает высокие мощностные характеристики и низкий расход топлива.

Аккумуляторно-возвратная рампа Common Rail второго поколения является продолжением данной идеи. В ней сжатие в рампе происходит за счет накопления топлива, а излишки возвращаются обратно в ТНВД, что уменьшает насосные потери мощности и расход топлива.

Тип форсунок впрыска – механические или пьезотронные

Различий в характеристиках двигателя они не создают, но пьезотронные форсунки создают более плавный рабочий цикл и, кроме того, их легче настраивать.

Количество клапанов на впуске/выпуске Варьируется от 2 до 5 на цилиндр. Большее число клапанов обеспечивает более плавную работу и большую мощность, при этом незначительно увеличивая расход топлива.

Наличие компрессора

По этому параметру двигатели делятся на атмосферные, компрессорные и турбонаддувные.

Атмосферные двигатели – не имеющие компрессора. Все компрессоры работают по одному и тому же принципу – сжатия впускной смеси.

Различие между механическими компрессорами и турбонаддувом заключается в типе их привода. Если механический компрессор приводится непосредственно от коленвала двигателя, что создает определенные потери в мощности и увеличивает расход топлива, то турбонаддув включает в себя крыльчатку турбины, которая раскручивается от давления выхлопных газов. Такая схема надежнее и не дает потерь, но обеспечивает меньший прирост крутящего момента, особенно на малых оборотах.

Встречаются отдельные двигатели, на которых установлены несколько компрессоров – либо последовательно, что улучшает стабильность работы, либо параллельно, что повышает характеристики в пиковых режимах работы.

Система газораспределения

Состоит из механизма газораспределения, распределительных валов и привода. Количество распределительных валов может изменяться, но наиболее распространенная схема – по 1 распредвалу на каждые 8 клапанов.

Привод газораспределительного механизма (ГРМ) бывает двух типов – цепь и ремень. Ремень более прост, однако требует регулярной замены. Цепь же по определению более надежна, но более шумна (издает характерный металлический лязг) и дорога.

Механизм газораспределения

Кроме простейшего статического механизма выделяют динамические – с изменяемой высотой подъема клапанов или изменяемыми фазами газораспределения.

Первая система позволяет переключаться между двумя режимами движения – например, между экономичным и скоростным. Система изменения фаз газораспределения обеспечивает более ровную работу во всем диапазоне рабочих оборотов коленвала двигателя.

Существует также большое множество других особенностей и спецификаций двигателей, но они оказывают меньшее влияние на их характеристики.

Надеемся, что данная статья поможет вам лучше ориентироваться в сложном мире техники….

avto74.com


Смотрите также