ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в качестве электродвигателя автономных объектов.

Известен индукторный двигатель (патент РФ №2237338 С2, H02K 19/06, H02K 1/06, 27.09.2004), содержащий статор, состоящий из закрепленных в корпусе ферромагнитных шихтованных полюсов, охваченных в радиальном направлении катушками фазной обмотки, при этом крайние полюса статора со стороны каждого торца двигателя объединены магнитопроводами для замыкания рабочего магнитного потока. Ротор двигателя выполнен в виде расположенных поперек оси вращения ряда дисков с установленными на них шихтованными ферромагнитными полюсами. С обеих сторон торцевых поверхностей полюсов ротора через воздушные зазоры размещены полюса статора. Количество дисков ротора определяется требуемой мощностью двигателя и его осевым габаритом. При работе двигателя на катушки каждой фазы поочередно подаются управляемые импульсы тока от автономного коммутатора, в результате чего образуется рабочий магнитный поток, который проходит через полюса ротора, статора, воздушные зазоры, и замыкается на магнитопроводах статора со стороны каждого торца двигателя. Вредные поперечные магнитные силы действуют только между крайними полюсами статора, закрепленными на корпусе двигателя, а между внутренними полюсами ротора и статора эти силы отсутствуют, что обеспечивает достижение указанного выше технического результата.

Недостатками данного двигателя являются высокие массогабаритные показатели и ограниченные функциональные возможности, обусловленные использованием при преобразовании энергии только электромагнитных сил, создаваемых по краям полюсов, и неиспользованием электромагнитных сил, создаваемых центральной частью полюса, а также сложность конструкции.

Известен индукторный двигатель (заявка на выдачу патента РФ №2007148352 С, H02K 19/10, 10.07.2009), содержащий явнополюсный симметричный статор с 2m полюсами, на которых размещены 2m сосредоточенные обмотки, и ферромагнитный ротор с 2(m±1) полюсами, при этом дополнительно ротор имеет цилиндрическую форму, образованную путем клеевого заполнения всех областей ротора, расположенных внутри цилиндрической поверхности с радиусом, равным максимальному радиусу ротора, немагнитным изоляционным материалом, например компаундом.

Недостатками данного двигателя являются высокие массогабаритные показатели и ограниченные функциональные возможности, обусловленные использованием при преобразовании энергии только электромагнитных сил, создаваемых по краям полюсов, и неиспользованием электромагнитных сил, создаваемых центральной частью полюса, а также сложность конструкции.

Известна конструкция трехфазного индукторного двигателя (заявка на патент РФ №96111920 А, H02K 19/10, H02K 19/02, H02K 1/22, H02K 3/18, H02K 1/14, 27.10.1998), содержащая статор с шестью полюсами и размещенными на них фазными обмотками, зубчатый безобмоточный ротор, при этом ротор содержит шесть зубцов.

Недостатками данного двигателя являются высокие массогабаритные показатели и ограниченные функциональные возможности, обусловленные использованием при преобразовании энергии только электромагнитных сил, создаваемых по краям полюсов, и неиспользованием электромагнитных сил, создаваемых центральной частью полюса, а также сложность конструкции.

Известен индукторный двигатель (патент РФ №2068608 C1, H02K 1/12, H02K 19/06, 27.10.1996), состоящий из шихтованного зубчатого ротора и статора, содержащего в пазах шихтованного магнитопровода катушки обмотки. В пазах статора с катушками выполнены ферромагнитные выступы, разделяющие их на две части. В образовавшиеся пазы уложены стороны катушек, намотанных из проводящей шины на узкую сторону. Пазовая часть катушки, прилегающая к стенке паза и к воздушному зазору, подрезана. На стенках пазов статора с катушками и боковых поверхностях выступов выполнены углубления, в которые установлены пазовые клинья.

Недостатками данного двигателя являются высокие массогабаритные показатели и ограниченные функциональные возможности, обусловленные использованием при преобразовании энергии только электромагнитных сил, создаваемых по краям полюсов, и неиспользованием электромагнитных сил, создаваемых центральной частью полюса, а также сложность конструкции.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является вентильно-индукторный реактивный двигатель (патент РФ №2159494 C1, H02K 19/06, H02K 1/06, 12.04.1999), состоящий из корпуса, в котором установлены индуктор и якорь, с возможностью относительного вращения или линейного перемещения, на индукторе и якоре располагаются зубцы и пазы, при этом катушки возбуждения размещаются в пазах индуктора и через управляемые вентильные ключи соединены с источником постоянного напряжения.

Недостатками данного двигателя являются высокие массогабаритные показатели и ограниченные функциональные возможности, обусловленные использованием при преобразовании энергии только электромагнитных сил, создаваемых по краям полюсов, и неиспользованием электромагнитных сил, создаваемых центральной частью полюса, а также сложность конструкции.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей вентильно-индукторного двигателя, благодаря возможности использования электромагнитных сил в центре полюса и введению реверса, упрощение технологии изготовления, благодаря выполнению равного количества зубцов индуктора и якоря, а также достижение максимальных энергетических показателей, благодаря использованию оптимальных геометрических соотношений зубцов якоря и индуктора.

Техническим результатом является повышение надежности, энергоэффективности и выходной мощности вентильно-индукторного двигателя.

Поставленная задача решается и указанный результат достигается тем, что в вентильно-индукторном двигателе, содержащем корпус, в котором установлены с возможностью относительного вращения индуктор и якорь, на индукторе и якоре расположены зубцы и пазы, при этом катушки возбуждения через управляемые вентильные ключи соединены с источником постоянного напряжения, согласно изобретению катушки возбуждения расположены в пазах якоря, при этом количество зубцов якоря равно количеству зубцов индуктора, в торцевой части установлено n правых электромагнитов и n левых электромагнитов, при этом отношение ширины зубца индуктора и якоря к зубцовому делению индуктора находится в промежутке 0,35-0,45, отношение ширины паза индуктора и якоря к зубцовому делению индуктора - в промежутке 0,55-0,65, а высота зубца индуктора и якоря равна 4 высотам воздушного зазора.

Предложенное устройство содержит (см. чертеж) корпус 1, в котором установлены с возможностью относительного вращения индуктор 2 и якорь 3, на индукторе 2 и якоре 3 расположенны зубцы 4 и пазы 5, катушки возбуждения 6, расположенные в пазах 5 якоря 3, через управляемые вентильные ключи 7 соединены с источником напряжения 8, n-правых электромагнитов 9 и n-левых электромагнитов 10, электрически соединенных с источником напряжения 8, установленных в торцевой поверхности якоря 3.

Предложенный вентильно-индукторный двигатель работает следующим образом: зубцы ротора выполнены таким образом, что отношение ширины зубца к зубцовому делению индуктора находится в промежутке 0,35-0,45, отношение ширины паза индуктора и якоря к зубцовому делению индуктора - в промежутке 0,55-0,65, а высота зубца индуктора и якоря равна 4 высотам воздушного зазора При этом зубцовое деление индуктора рассчитывается по формуле:

где z - число зубцов индуктора и якоря;

D - внешний диаметр ротора.

При данном соотношении ширины зубца к зубцовому делению имеют место максимальные силы, при этом для преобразования энергии используются не только края зубцов, но и центр.

При подаче электрического импульса от источника напряжения 8 через управляемые вентильные ключи 7 на n правых электромагнитов 9 n правых электромагнитов 9 втягивают зубцы индуктора 2 вправо, обеспечивая тем самым начальное смещение между зубцами индуктора 2 и якоря 3. При этом на катушки возбуждения 6, якоря 3 также подается импульс тока. При этом ток в катушках возбуждения 6 благодаря малой индуктивности быстро нарастает и создает магнитный поток, замыкающийся через рабочий зазор между индуктором 2 и якорем 3. Так как индуктор 2 и якорь 3 смещены друг относительно друга вправо, возникает сила магнитного тяжения (тяга), стремящаяся установить зубцы индуктора и якоря в согласованное положение. Благодаря тяге возникает правонаправленное вращение якоря 3 относительно индуктора 2. Как только достигается согласованное положение зубцов индуктора 2 и якоря 3, снова подается импульс на n правых электромагнитов 9.

Для обеспечения реверса вентильно-индукторного двигателя подается импульс от источника напряжения 8 через управляемые вентильные ключи 7, n левых электромагнитов 10, n левых электромагнитов 10 втягивают зубцы индуктора 2 влево, обеспечивая тем самым начальное смещение между зубцами индуктора 2 и якоря 3. При этом на катушки возбуждения 6 якоря 3 также подается импульс тока. Так как индуктор 2 и якорь 3 смещены друг относительно друга влево, возникает сила магнитного тяжения (тяга), стремящаяся установить зубцы индуктора и якоря в согласованное положение. Благодаря тяге возникает левонаправленое вращение якоря 3 относительно индуктора 2. Как только достигается согласованное положение зубцов индуктора 2 и якоря 3, снова подается импульс на n левых электромагнитов 10.

Итак, заявляемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности вентильно-индукторного двигателя, благодаря возможности использования электромагнитных сил в центре полюса и введению реверса, упростить технологию изготовления, благодаря выполнению равного количества зубцов индуктора и якоря, а также достигнуть максимальные энергетические показатели, благодаря использованию оптимальных геометрических соотношений зубцов якоря и индуктора.

Таким образом, повышается надежность и энергоэффективность, а также выходная мощности вентильно-индукторного двигателя.