РОТОР ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно роторам электрических машин с несколькими роторами или статорами, и может быть использована в двигателях транспортных средств.
Известен секционированный вентильно-индукторный двигатель с системой воздушного охлаждения (патент на изобретение № RU 2358371 от 09.07.2008), содержащий корпус, в котором на подшипниках установлен вал, замкнутую систему принудительного воздушного охлаждения, конструктивно сопряженную с корпусом, и секции, размещенные в корпусе, при этом каждая секция содержит зафиксированные на валу зубчатые пакеты ротора, станину, в расточке которой закреплены кольцевая обмотка возбуждения и зубчатые пакеты статора с уложенными в их пазах фазными обмотками, а система принудительного воздушного охлаждения - каналы наружного охлаждения, образованные между внутренней поверхностью корпуса и оребренной в аксиальном направлении наружной поверхностью станины каждой секции, каналы внутреннего охлаждения, сообщенные внутрисекционной камерой и попарно выполненные в аксиальном направлении под пазами пакетов статора каждой секции, по меньшей мере, одну межсекционную камеру и замкнутый на корпус воздуховод, в котором размещены вентилятор и воздухоохладитель.
Известен также комбинированный двигатель (патент № CN 103178666 от 26.06.2013). Изобретение раскрывает комбинированный двигатель с переключаемыми реактивными двигателями и двухдисковым двигателем с постоянными магнитами с осевыми магнитными полями. Комбинированный эффективный двигатель отличается тем, что диск левого ротора, средний статор и диск правого ротора образуют двигатели с постоянными магнитами двухдискового типа с осевыми магнитными полями, диск левого ротора, диск правого ротора, левый SRM (статор с переключаемым реактивным двигателем) и правый статор SRM образуют два переключаемых реактивных двигателя, а левый статор SRM и правый статор SRM расположены на торцевых крышках. Статор разделяется на двухдисковые двигатели с постоянными магнитами с осевыми магнитными полями; и каждый двигатель с постоянным магнитом дискового типа и соответствующий коммутируемый реактивный двигатель совместно используют соответствующий диск ротора, зубчатые гнезда на окружностях дисков ротора представляют собой вентиляционные отверстия двигателей постоянного магнита дискового типа для реализации охлаждающих эффектов, а также используются в качестве зубьев ротора. Переключаемые реактивные двигатели, а также зубчатые гнезда и статоры SRM образуют переключаемые реактивные двигатели.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является ротор вентильно-индукторного двигателя с принудительным воздушным охлаждением (патент на полезную модель №89785 от 07.08.2009), ротор содержит зубчатые пакеты ротора, закрепленные на валу, установленном в опорах вращения. Двигатель содержит также корпус с аксиально-оребренной поверхностью, вентилятор, подающий охлаждающий воздух в торец корпуса, и размещенные во внутренней полости корпуса зубчатые пакеты статора с фазными обмотками, кольцевые обмотки возбуждения, при этом в зубчатых пакетах статора выполнены аксиальные каналы внутреннего охлаждения, а оребренная поверхность корпуса, по меньшей мере, частично покрыта приваренными к вершинам ребер стальными листами с созданием каналов наружного охлаждения между ребрами.
Недостатком вышеописанных аналогов является применение в конструкции устройства воздушного охлаждения, реализованного за счет дополнительного устройства нагнетания воздуха, которое является низкоэффективным и энергозатратным и направлено, в большей степени, на охлаждение статоров.
Задачей заявляемой полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков.
Технический результат, на достижение которого направлена настоящая полезная модель, заключается в повышении эффективности охлаждения вентильно-индукторного двигателя.
Для достижения указанного технического результата предлагается ротор вентильно-индукторного двигателя, состоящий из по меньшей мере одного зубчатого пакета ротора, закрепленного на валу, при этом пакет ротора набран из металлических пластин, изготовленных из листового металла, а в центральной части пластин пакета ротора выполнены сквозные отверстия, при этом отверстия в каждой следующей пластине пакета выполнены со смещением относительно отверстий предыдущей пластины таким образом, что каналы в пакетах ротора, образованные отверстиями в пластинах пакетов ротора, направлены вокруг оси ротора.
В предпочтительном варианте исполнения, ротор содержит два пакета ротора, закрепленных на общем валу и смещенных друг относительно друга на 45°. Ротор, в предпочтительном варианте исполнения, может быть использован в конструкции вентильно-индукторного двигателя, содержащего электронную систему управления, два зубчатых статора с фазными обмотками на зубцах, два зубчатых пакета ротора, закрепленных на общем валу и смещенных друг относительно друга на 45°, систему охлаждения, которая включает металлические пластины, размещенные на торцевой поверхности статоров и плотно прилегающие к ней, а также размещенные на пластинах трубы для подачи охлаждающей жидкости, прилегающие к обмоткам зубцов статора. Таким образом, в двигателе организовано воздушное охлаждение, благодаря каналам ротора, обеспечивающим циркуляцию воздуха внутри двигателя, а также эффективный отвод тепла с помощью пластин и водяного охлаждения в трубопроводе, что в комплексе составляет эффективную систему охлаждения, не допускающую перегрев элементов двигателя.
Пакеты ротора и статоры набраны из стальных пластин, изготовленных из листового металла методом лазерной резки или штамповки. Электродвигатель собран с использованием стальных шпилек, на которые последовательно насаживают элементы двигателя. Для обеспечения заданного расстояния между статорами, а также между каждым статором и торцевыми крышками двигателя, используются доборы, которые также выполнены в виде пакетов из металлических пластин, изготовленных из листового металла методом лазерной резки или штамповки.
Сущность полезной модели поясняется изображениями и чертежами.
На фиг. 1 представлена 3D модель двигателя, в конструкции которого использован заявленный ротор с двумя пакетами ротора; на фиг. 2-5 представлены примеры пяти соседних пластин одного из пакетов ротора, где:
1 - пластины системы охлаждения;
2 - трубы системы охлаждения;
3 -вал ротора;
4 - статоры;
5 - пакеты ротора;
6 - каналы охлаждения ротора;
7 - пластины пакетов ротора;
8 - отверстия в пластинах ротора, образующие каналы охлаждения.
Ротор содержит два зубчатых пакета ротора 5, закрепленных на общем валу 3. В центральной части пластин 7 пакетов ротора 5 выполнены сквозные отверстия 8, образующие в пакетах каналы воздушного охлаждения 6, при этом отверстия 8 в каждой следующей пластине 7 пакета выполнены со смещением, предпочтительно на 0,3°, относительно отверстий предыдущей пластины, таким образом, каналы 6, образованные отверстиями 8 в пластинах 7 ротора, направлены вокруг оси ротора и при его вращении обеспечивают вихревое движение воздуха внутри двигателя охлаждая его.
Смещение отверстий может быть от 0,1° до 0,5° в зависимости от толщины листового материала, из которого изготовлены пакеты ротора 5, и необходимой скорости потока воздуха.
Двигатель содержит два трехфазных вентильно-индукторных двигателя, роторы которых используют общий вал 3, а пакеты роторов 5 расположены со смещением на 45º относительно друг друга. Охлаждение двигателя обеспечивает система охлаждения, состоящая из медных труб 2 и медных пластин 1 плотно прикрученных к торцам статоров 4, каналы 6, образованные отверстиями в пластинах пакетов ротора 5, направлены вокруг оси ротора, обеспечивая еще большее охлаждение благодаря циркуляции воздуха внутри двигателя. Электродвигатель собран с использованием стальных шпилек (на фигурах не показаны).
Все элементы двигателя, за исключением вала ротора, изготовлены из листового материала методом лазерной резки или штамповки, что обеспечивает технологичность и простоту производства двигателя.
Двигатель, включающий в своей конструкции заявленный ротор, работает следующим образом.
На фазные обмотки статоров от внешних источников подается напряжение. Магнитные потоки, создаваемые фазными обмотками, замыкаются через пакеты ротора. Принцип действия двигателя основан на магнитном притяжении зубца пакета ротора к ближайшему зубцу статора. Соответствующие токи в фазных обмотках, задаваемые питающими их вентильными преобразователями, и неравенство зубцов статора и ротора обеспечивают плавное вращение вала с регулируемой частотой и требуемым вращающим моментом.
Охлаждение двигателя осуществляется путем подачи охлаждающей жидкости в трубы системы охлаждения, которая подводится к двигателю с помощью внешнего циркуляционного насоса. Охлаждение жидкости производится во внешнем радиаторе. Пластины системы охлаждения осуществляют отвод тепла с торцов статоров благодаря охлаждающей жидкости, циркулирующей по трубам, размещенным на пластинах, кроме того, обеспечивается эффективный отвод тепла с обмоток статора за счет прилегания труб системы охлаждения к обмоткам. Роторы, вращаясь, создают вихревые потоки воздуха благодаря каналам охлаждения в пакетах ротора, направленным вокруг оси ротора.
Анализ патентной и научно-технической литературы не выявил технических решений с подобной совокупностью существенных признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» заявляемой полезной модели.