Малошумний вентильно-індукторний двигун

Пропозиція відноситься до електричних машин і може бути застосована при конструюванні та виготовленні вентильно-індукторних двигунів з обмоткою кільцевої збудження, розміщеної на статорі.

Технічний результат корисної моделі - зниження рівня шумів, що видаються вентильно-індукторним двигуном, що обертається, в області акустичних частот.

Двигун містить станину 1 з торцевими щитами 2, в яких на опорах обертання 3 встановлений вал 4. Станіна 1 і щити 2 утворюють корпус, в порожнині якого на станині 1 вздовж валу 4 співвісно закріплені дві пари зубчастих пакетів 5 статора. Між пакетами кожної 5 пари розміщені кільцеві обмотки 6 збудження. Фазні обмотки 7, число яких кратно шести охоплюють однойменні зубці 8 пакетів 5 статора. На валу 4 навпроти зубчастих пакетів 5 статора закріплені зі зсувом відносно один одного дві пари зубчастих пакетів 9 ротора з зубцями 10. Число зубців 8 пакетів 5 статора кратно шести, а число зубців 10 пакетів 9 ротора кратно двом, більше шести і не дорівнює числу зубців пакетів статора. 1 з.п.ф., 2 іл.

Відомі вентильно-індукторні двигуни, що містять корпус у вигляді станини з торцевими щитами, в яких на опорах обертання встановлений вал щонайменше одну пару зубчастих пакетів статора, співвісно закріплених на станині вздовж осі валу, між якими розміщена кільцева обмотка збудження, фазні обмотки , що охоплюють зубці пакетів статора, та зубчасті пакети ротора, закріплені на валу навпроти зубчастих пакетів статора [UA 2277284 МПК Н02К 19/10, 2006]. Фазні обмотки утворюють кілька трифазнихгруп, що живляться вентильними перетворювачами. У відомому двигуні число зубців пакетів статора кратно шести, а число зубців пакетів ротора є простим числом, починаючи з п'яти (5, 7, 11, 13, 17).

Вентильно-індукторні двигуни мають перед двигунами інших типів (асинхронними, синхронними) ряд переваг, описаних, зокрема, у зазначеному патенті.

Основним недоліком відомих вентильно-індукторних двигунів, що перешкоджає їх широкому поширенню, є високий рівень вібрації і шуму, що видається двигуном, що обертається, в найбільш чутливій для людського вуха частотній області - 300÷3000 гц.

Завдання корисної моделі – усунути зазначений недолік.

Розкриття істоти корисної моделі

Технічний результат, що досягається при використанні корисної моделі - зниження рівня вібрації і шуму, що видається вентильно-індукторним двигуном, що обертається, в частотній області чутності людського вуха.

Предметом корисної моделі є вентильно-індукторний двигун, що містить станину з торцевими щитами, в яких на опорах обертання встановлений вал щонайменше одну пару зубчастих пакетів статора, співвісно закріплених на станині вздовж осі валу, між якими розміщена кільцева обмотка збудження, фазні обмотки , що охоплюють зубці пакетів статора, і зубчасті пакети ротора, закріплені на валу навпроти зубчастих пакетів статора, при цьому число зубців пакетів статора кратно шести, а число зубців пакетів ротора кратно двом, більше шести і не дорівнює числу зубців пакетів статора.

На відміну від відомого пристрою в запропонованому двигуні число зубців пакетів ротора парне. Як показав порівняльний машинний імітаційний експеримент, у якому досліджувалися радіальні зусилля, що виникають накорпусах вентильно-індукторних двигунів з різним числом зубців на пакетах ротора, наведена сукупність ознак дозволяє багаторазово знизити рівень акустичного шуму від вентильно-індукторних двигунів, що обертаються. тим самим, покращити екологічну обстановку у місцях їхньої роботи.

Корисна модель має розвиток, що уточнює кількість зубців пакетів статора та ротора для окремого випадку.

Здійснення корисної моделі з урахуванням її розвитку

На фіг.1 і фіг.2 показаний приклад здійснення пропонованого вентильно-індукторного двигуна з урахуванням розвитку корисної моделі. На фіг.1 представлено осьовий переріз двигуна, на фіг.2 - радіальний переріз корпусу двигуна з встановленими в ньому пакетами ротора та статора (обмотки умовно не показані).

Двигун (див. фіг.1) містить станину 1 з торцевими щитами 2, в яких на опорах обертання 3 встановлений вал 4 з немагнітного матеріалу, наприклад, нержавіючої сталі. Станина 1 і щити 2 утворюють корпус, порожнини якого на станині 1 вздовж валу 4 співвісно закріплені дві пари зубчастих пакетів 5 статора. Між пакетами кожної 5 пари розміщені кільцеві обмотки 6 збудження. Фазні обмотки 7, число яких кратно трьом, складаються з двох котушок, кожна з яких охоплює однойменні зубці 8 пакетів 5 статора (див. фіг.2). У цьому число зубців пакетів статора кратно шести. Котушки однієї фазної обмотки зсунуті відносно одна одну на 180 електричних градусів.

Навпроти зубчастих пакетів 5 статора на валу 4 закріплені зі зрушенням щодо один одного дві пари зубчастих пакетів 9 ротора з зубцями 10. Число зубців 8 кожного пакета 5 статора дорівнює двадцяти чотирьох, а число зубців 10 кожного пакета 9 ротора дорівнює десяти.

Кріплення пакетів 9 ротора виконано за допомогою втулки 11магнітом'якого матеріалу, що забезпечує магнітний зв'язок між пакетами 9 ротора. Пакети 5 статора та пакети 9 ротора шихтовані з листів електротехнічної сталі.

Пристрій працює наступним чином.

Обмотки 6 збудження та фазні обмотки 7 запитуються від зовнішніх джерел: обмотки збудження 6 - постійним струмом від збудника, а фазні обмотки 7 - напругою регульованої частоти від трифазних вентильних перетворювачів. Магнітні потоки, створювані розміщеними на статорі фазними обмотками 7 і обмотками 6 збудження, замикаються через пакети 9 ротора. Принцип дії двигуна заснований на магнітному тяжінні зубця пакета ротора до найближчого зубця пакета статора.

Трифазні струми у фазних обмотках 7, що задаються живильними їх вентильними перетворювачами, при нерівності числа зубців 8 в пакетах 5 статора і числа зубців 10 в пакетах 9 ротора забезпечують обертання вала 4 з частотою і обертальним моментом, значення яких регулюються системою управління вентильними.

Через неминучу на практиці несиметрію кругового повітряного зазору між поверхнями зубців 8 статора і зубців 10 ротора (викликаної, наприклад, неспіввісністю статора і ротора) електромагнітні сили, що радіально діють на корпус двигуна, при обертанні валу 4 не залишаються постійними, а мають змінну складову . Змінні силові дії викликають вібрації корпусу та інших елементів конструкції, що є джерелами шуму. Частота змінної складової залежить від частоти обертання валу та числа зубців пакетів статора та ротора, а її рівень від ступеня несиметрії магнітного зазору між пакетами статора та ротора.

Експериментальні дослідження двигуна з роторами, що мають різну кількість зубців при однакових ступенях несиметріїмагнітного зазору (10, 20, 30, 40 і 50%), проводилися на двигуні, статор якого має двадцять чотири зубці. Дослідження показали, що не тільки частота, а й рівень змінних силових впливів залежить від числа зубців ротора та за інших рівних умов істотно менше для роторів з парним числом зубців. При цьому ККД двигуна знижується незначно в порівнянні з оптимальним щодо ККД випадком, коли число зубців ротора дорівнює простому числу. Наприклад, для роторів із десятьма та чотирнадцятьма зубцями зниження ККД не перевищує 0,5%. Для вентильно-індукторних двигунів з робочим діапазоном частот обертання 750-1500 об/хв, характерним, наприклад, для приводів насосів мережевих теплопостачання, найбільше зниження шуму дає використання ротора з десятьма зубцями.

1. Вентильно-індукторний двигун, що містить станину з торцевими щитами, в яких на опорах обертання встановлено його вал щонайменше одну пару зубчастих пакетів статора, співвісно закріплених на станині вздовж осі валу, між якими розміщена кільцева обмотка збудження, фазні обмотки, охоплюють зубці пакетів статора, і зубчасті пакети ротора, закріплені на валу навпроти зубчастих пакетів статора, при цьому число зубців пакетів статора кратно шести, а число зубців пакетів ротора кратно двом, більше шести і не дорівнює числу зубців пакетів статора.

2. Вентильно-індукторний двигун за п.1, в якому число зубців пакетів статора дорівнює двадцяти чотирьох, а число зубців пакетів ротора - десяти або чотирнадцяти.