RU181397U1

RU181397U1 - Бесконтактная электрическая машина

Info

Publication number: RU181397U1
Application number: RU2017137668U
Authority: RU
Inventors: Виктор Иванович Таратухин; Рудольф Кириллович Евсеев; Денис Александрович Корабельников; Роман Евгеньевич Александров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "СПБ Инвертор"
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2018-07-12

Abstract

Бесконтактная электрическая машина относится к электротехнике и может быть использована в электроприводе в качестве электродвигателя или генератора постоянного или переменного тока, в частности для привода в стиральной машине. Бесконтактная электрическая машина содержит статор с Z равномерно расположенными зубцами, на которых размещена m фазная обмотка и ротор с 2р чередующимися полюсами. Число зубцов Z статора кратно числу фаз m. Новым по сравнению с ближайшим аналогом является выполнение ротора внешним с радиальным намагничиванием, а соотношение между максимально возможным диаметром Dи активной длиной Lстатора бесконтактной электрической машины определяется как:D/L=6-0.03Zi;L- активная длина статора (мм);D- максимально допустимый диаметр бесконтактной электрической машины (D=36 мм - 200 мм);Z- число зубцов статора (Z=12 - 36).Технический результат состоит в обеспечении работы бесконтактной электрической машины в широком диапазоне скоростей от 112 об/мин до 7200 об/мин, с возможностью встраивания ее в заданный определенный объем, сохраняя КПД на уровне 80%.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в электроприводе в качестве электродвигателя или генератора постоянного или переменного тока, в частности для привода в стиральной машине.

Известна бесконтактная электрическая машина магнитоэлектрического типа (Патент РФ №2143777, Н02К 1/06, оп. 27.12.1999), содержащая статор с Z равномерно расположенными зубцами, на которых размещена m-фазная обмотка и ротор с 2р чередующимися полюсами. Число зубцов статора Z кратно числу фаз m и число полюсов ротора 2р выбираются такими, чтобы разница между ними была ±1, где 1 - минимальное целое число, a m - фазная обмотка, каждая фаза которой состоит из 1-катушечных групп, намотана так, чтобы направление намотки на зубцах статора чередовались внутри каждой катушечной группы, и чтобы на зубцах одной фазы, сдвинутых на 180°/1, направление было бы согласным при нечетном 1 и встречным при четном 1, а сдвиг между фазами α_m определяется как:

при m=2⋅1;

при m=(2⋅1+1), где 1=1, 2, 3, …

Известна бесконтактная электрическая машина магнитоэлектрического типа (Патент РФ №2190292, Н02К 29/00, 1/16 оп. 27.09.2002), содержащая статор с Z равномерно расположенными зубцами, на которых размещена m фазная обмотка и ротор с 2р чередующимися полюсами.

Число зубцов статора Z, кратное числу фаз m и числу полюсов ротора 2р, выбирается как 2р=Z±1, при 1 - минимальное целое число. При этом его отношение между активной длиной L и его активным диаметром D и числом равномерно расположенных зубцов статора Z определяется как:

при Z=2p±1;

Z - число зубцов статора;

1 - минимальное целое число;

р - число пар полюсов.

Известна бесконтактная электрическая машина (Патент РФ №31070, Н02К 29/00 от 10.07.2003), содержащая статор с Z равномерно расположенными зубцами, на которых размещена m фазная обмотка и ротор с 2р чередующимися полюсами, причем число зубцов статора Z кратно числу фаз m. При этом соотношение между активной длиной ротора L_a и его активным диаметром D_a определяется как:

при

;

Z - число зубцов статора;

р - число пар полюсов ротора.

Наиболее близким аналогом является бесконтактная электрическая машина (Патент РФ №105543, Н02К 29/00 от 10.06.2011).

Бесконтактная электрическая машина содержит статор с Z равномерно расположенными зубцами, на которых размещена m фазная обмотка и ротор с 2р чередующимися полюсами, причем число зубцов статора Z кратно числу фаз m. Ротор выполнен с осевым намагничиванием, а соотношения между активной длиной статора L_a и ее максимально возможным диаметром D_m бесконтактной электрической машины определяется как:

L_a/D_m=0.5-0.01⋅Zi;

L_a - активная длина статора (мм);

D_m - максимально допустимый диаметр бесконтактной электрической машины (D_m=50 мм - 150 мм);

Z_i - число зубцов статора (Zi=2 - 36).

Технической проблемой явилось отсутствие известности бесконтактной электрической машины, обеспечивающей необходимый диапазон изменения скорости D_ω=(ω_max/ω_min>40 и момента двигателя D_м=M_max/M_min>20, при достижении высокого КПД во всем диапазоне как скоростей, так и момента.

Задачей полезной модели является создание бесконтактной электрической машины с рациональным соотношением между максимально возможным диаметром D_m и активной длиной L_a статора бесконтактной электрической машины при получении значений, приемлемых при заданных условиях и позволяющих встраивать бесконтактные электрические машины в определенный (заданный) объем узлов.

Технический результат состоит в обеспечении работы бесконтактной электрической машины в широком диапазоне скоростей от 112 об/мин до 7200 об/мин, с возможностью встраивания ее в заданный определенный объем, сохраняя КПД на уровне 80%.

Указанный технический результат достигается новой совокупностью существенных признаков, а именно: бесконтактная электрическая машина содержит статор с Z равномерно расположенными зубцами, на которых размещена m фазная обмотка и ротор с 2р чередующимися полюсами. Число зубцов Z статора кратно числу фаз m. Новым по сравнению с ближайшим аналогом является выполнение ротора внешним с радиальным намагничиванием, а соотношение между максимально возможным диаметром D_m и активной длиной L_a статора бесконтактной электрической машины определяется как:

D_m/L_a=6-0.03Zi;

L_a - активная длина статора (мм);

D_m - максимально допустимый диаметр бесконтактной электрической машины (D_m=36 мм - 200 мм);

Z_i - число зубцов статора (Zi=12 - 36).

Новые параметры, обеспечивающие заданные характеристики, были получены экспериментально, с использованием известной расчетной формулы [см. Сборник научных трудов ВНИИЭМ «Бесконтактные регулируемые электрические машины», Ленинград 1991 г., стр 119-132]:

, где

K1 - удельный момент (К1=Мд/Ga_Σ)

K2 - удельные потери (К2=ΔР_Σ/Мд).

Коэффициент оптимизации K_опт определен как соотношение:

при условии

;

где:

М_max - максимальный момент на валу бесконтактной электрической машине при заданном D_m;

ΔР_Σ - потери в бесконтактной электрической машине при заданном D_m;

Ga_Σ - суммарная активная масса бесконтактной электрической машины;

zi - число зубцов бесконтактной электрической машины;

qi - число зубцов статора, приходящихся на полюс ротора и фазу статора;

pi - число пар полюсов бесконтактной электрической машины;

m - число фаз статора (m=3).

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на фиг. 1 которого показаны основные конструктивные элементы статора бесконтактной электрической машины, на фиг. 2 - основные конструктивные элементы ротора бесконтактной электрической машины, а на фиг. 3 - поперечное сечение (А-А) бесконтактной электрической машины.

На фиг. 1 показаны следующие обозначения:

1. Статор.

2. Зубцы статора.

3. Обмотка статора.

D_a - активный диаметр статора электрической машины (мм);

На фиг. 2 показаны обозначения:

4. Ротор.

5. Магниты ротора.

6. Магнитопровод ротора.

D_m - максимально допустимый диаметр бесконтактной электрической машины (D_m=36 мм…200 мм);

На фиг. 3 показаны обозначения:

1. Статор.

3. Обмотка статора.

4. Ротор.

5. Магниты ротора.

6. Магнитопровод ротора.

L_a - активная длина статора электрической машины (примерно равная длине электрической машины) (мм).

Пример конкретного исполнения бесконтактной электрической машины приведен применительно к работе стиральных машин в режиме стирки и в режиме отжима.

Бесконтактная электрическая машина состоит из статора 1 и ротора 4. Статор имеет Z зубцов 2, на которых размещена m фазная обмотка 3, примыкающая через радиальный зазор к внутренней части ротора 4 с 2р магнитами, намагниченными радиально и магнитопровода 6 ротора 4. При этом кинематическая связь бесконтактной электрической машины и барабана стиральной машины осуществляется непосредственно клиноременной передачей с выбранным коэффициентом передачи K_п=4,5, что обеспечило необходимый КПД стиральной машины в обоих режимах (режим стирка, режим отжима) η_ст, η_отж≥80%.

Для получения оптимальных соотношений максимально заданного допустимого диаметра бесконтактной электрической машины D_m=170 мм и активной длины статора L_a=32 мм, при числе зубцов статора zi=18 был получен K_опт, примерно равный 0,8 Нм²/Вт⋅кг.

Учитывая условия qi и выбора критерия оптимизации K_опт получили опытно-промышленный образец бесконтактной электрической машины, удовлетворяющий поставленной задаче: получение КПД≥0,8, веса<4 кг, максимального момента = 12 Нм при минимальной скорости (n_min)=112 об/мин, числа зубцов статора (zi)=18 и числа пар полюсов (pi)=10.

Изготовлены опытные образцы новой бесконтактной электрической машины, примененной для стиральной машины, при этом КПД увеличилось на 15÷18%, шумы не превышают 70 Дб, вибрация уменьшилась в 1,5 раза, а активный объем бесконтактной электрической машины уменьшился в 2,5 раза.

Claims

Бесконтактная электрическая машина, содержащая статор с Z равномерно расположенными зубцами, на которых размещена m фазная обмотка, и ротор с 2р чередующимися полюсами, причем число зубцов Z статора кратно числу фаз m, отличающаяся тем, что ротор выполнен внешним с радиальным намагничиванием, а соотношение между максимально возможным диаметром D_m и активной длиной L_a статора бесконтактной электрической машины определяется как:
D_m/L_a=6-0.03Zi;
L_a - активная длина статора (мм);
D_m - максимально допустимый диаметр бесконтактной электрической машины (D_m=36 мм-200 мм);
Z_i - число зубцов статора (Z_i=12-36).