МАЛОШУМНЫЙ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Область техники
Предложение относится к электрическим машинам и может быть применено при конструировании и изготовлении вентильно-индукторных двигателей с кольцевой обмоткой возбуждения, размещенной на статоре.
Уровень техники
Известны вентильно-индукторные двигатели, содержащие корпус в виде станины с торцевыми щитами, в которых на опорах вращения установлен вал, по меньшей мере, одну пару зубчатых пакетов статора, соосно закрепленных на станине вдоль оси вала, между которыми размещена кольцевая обмотка возбуждения, фазные обмотки, охватывающие зубцы пакетов статора, и зубчатые пакеты ротора, закрепленные на валу напротив зубчатых пакетов статора [RU 2277284 МПК Н02К 19/10, 2006]. Фазные обмотки образуют несколько трехфазных групп, питаемых вентильными преобразователями. В известном двигателе число зубцов пакетов статора кратно шести, а число зубцов пакетов ротора является простым числом, начиная с пяти (5, 7, 11, 13, 17..).
Вентильно-индукторные двигатели имеют перед двигателями других типов (асинхронными, синхронными) ряд преимуществ, описанных, в частности, в указанном патенте.
Основным недостатком известных вентильно-индукторных двигателей, препятствующим их широкому распространению, является высокий уровень вибрации и шума, издаваемого вращающимся двигателем в наиболее чувствительной для человеческого уха частотной области - 300÷3000 гц.
Задача полезной модели - устранить указанный недостаток.
Раскрытие существа полезной модели
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели - снижение уровня вибрации и шума, издаваемого вращающимся вентильно-индукторным двигателем в частотной области слышимости человеческого уха.
Предметом полезной модели является вентильно-индукторный двигатель, содержащий станину с торцевыми щитами, в которых на опорах вращения установлен вал, по меньшей мере, одну пару зубчатых пакетов статора, соосно закрепленных на станине вдоль оси вала, между которыми размещена кольцевая обмотка возбуждения, фазные обмотки, охватывающие зубцы пакетов статора, и зубчатые пакеты ротора, закрепленные на валу напротив зубчатых пакетов статора, при этом число зубцов пакетов статора кратно шести, а число зубцов пакетов ротора кратно двум, больше шести и не равно числу зубцов пакетов статора.
В отличие от известного устройства в предлагаемом двигателе число зубцов пакетов ротора четное. Как показал сравнительный машинный имитационный эксперимент, в котором исследовались радиальные усилия, возникающие на корпусах вентильно-индукторных двигателей с различным числом зубцов на пакетах ротора, приведенная совокупность признаков позволяет многократно снизить уровень акустического шума от вращающихся вентильно-индукторных двигателей и. тем самым, улучшить экологическую обстановку в местах их работы.
Полезная модель имеет развитие, уточняющее число зубцов пакетов статора и ротора для частного случая.
Осуществление полезной модели с учетом ее развития
На фиг.1 и фиг.2 показан пример осуществления предлагаемого вентильно-индукторного двигателя с учетом развития полезной модели. На фиг.1 представлено осевое сечение двигателя, на фиг.2 - радиальное сечение корпуса двигателя с установленными в нем пакетами ротора и статора (обмотки условно не показаны).
Двигатель (см. фиг.1) содержит станину 1 с торцевыми щитами 2, в которых на опорах 3 вращения установлен вал 4 из немагнитного материала, например, нержавеющей стали. Станина 1 и щиты 2 образуют корпус, в полости которого на станине 1 вдоль вала 4 соосно закреплены две пары зубчатых пакетов 5 статора. Между пакетами 5 каждой пары размещены кольцевые обмотки 6 возбуждения. Фазные обмотки 7, число которых кратно трем, состоят из двух катушек, каждая из которых охватывает одноименные зубцы 8 (см. фиг.2) пакетов 5 статора. При этом число зубцов пакетов статора кратно шести. Катушки одной фазной обмотки сдвинуты относительно друг друга на 180 электрических градусов.
Напротив зубчатых пакетов 5 статора на валу 4 закреплены со сдвигом относительно друг друга две пары зубчатых пакетов 9 ротора с зубцами 10. Число зубцов 8 каждого пакета 5 статора равно двадцати четырем, а число зубцов 10 каждого пакета 9 ротора равно десяти.
Крепление пакетов 9 ротора выполнено с помощью втулки 11 из магнитомягкого материала, обеспечивающей магнитную связь между пакетами 9 ротора. Пакеты 5 статора и пакеты 9 ротора шихтованы из листов электротехнической стали.
Устройство работает следующим образом.
Обмотки 6 возбуждения и фазные обмотки 7 запитываются от внешних источников: обмотки возбуждения 6 - постоянным током от возбудителя, а фазные обмотки 7 - напряжениями регулируемой частоты от трехфазных вентильных преобразователей. Магнитные потоки, создаваемые размещенными на статоре фазными обмотками 7 и обмотками 6 возбуждения, замыкаются через пакеты 9 ротора. Принцип действия двигателя основан на магнитном притяжении зубца пакета ротора к ближайшему зубцу пакета статора.
Трехфазные токи в фазных обмотках 7, задаваемые питающими их вентильными преобразователями, при неравенстве числа зубцов 8 в пакетах 5 статора и числа зубцов 10 в пакетах 9 ротора обеспечивают вращение вала 4 с частотой и вращающим моментом, значения которых регулируются системой управления вентильными преобразователями.
Из-за неизбежной на практике несимметрии кругового воздушного зазора между поверхностями зубцов 8 статора и зубцов 10 ротора (вызванной, например, несоосностью статора и ротора) электромагнитные силы, радиально действующие на корпус двигателя, при вращении вала 4 не остаются постоянными, а имеют переменную составляющую. Переменные силовые воздействия вызывают вибрации корпуса и других элементов конструкции, являющиеся источниками шума. Частота переменной составляющей зависит от частоты вращения вала и числа зубцов пакетов статора и ротора, а ее уровень от степени несимметрии магнитного зазора между пакетами статора и ротора.
Экспериментальные исследования двигателя с роторами, имеющими различное число зубцов при одинаковых степенях несимметрии магнитного зазора (в 10, 20, 30, 40 и 50%), проводились на двигателе, статор которого имеет двадцать четыре зубца. Исследования показали, что не только частота, но и уровень переменных силовых воздействий зависит от числа зубцов ротора и при прочих равных условиях существенно меньше для роторов с четным числом зубцов. При этом КПД двигателя снижается незначительно по сравнению с оптимальным в отношении КПД случаем, когда число зубцов ротора равно простому числу. Например, для роторов с десятью и четырнадцатью зубцами снижение КПД не превышает 0,5%. Для вентильно-индукторных двигателей с рабочим диапазоном частот вращения 750-1500 об/мин, характерным, например, для приводов сетевых насосов теплоснабжения, наибольшее снижение шума дает использование ротора с десятью зубцами.