Погружной высокоскоростной вентильный электродвигатель

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при проектировании электродвигателей, предназначенных для работы в погруженном состоянии в качестве приводов погружных нефтяных насосов.
Известен электродвигатель для погружных электронасосов (RU №2487273, МПК Н02К 9/193, от 26.10.2011), содержащий статор в виде трубы с запрессованным магнитопроводом, трехфазной обмоткой и размещенным внутри ротором в виде пакетов из листовой электротехнической стали, разделенных между собой как минимум одним промежуточным подшипником и надетых на пустотелый вал, в пазы пакетов ротора вставлены медные стержни, сваренные по торцам с короткозамыкающими медными кольцами, верхний конец статора соединен с головкой, в которой размещен узел упорного подшипника.
Недостатком данного устройства являются высокие потери на вихревые токи за счет применения электромагнитного возбуждения и короткозамкнутого ротора.
Известен синхронный электродвигатель (RU №2047936, МПК 6 Н02К 21/00, от 02.01.1986), содержащий ротор с чередующимися по полярности полюсами и статор с m-фазной обмоткой. Каждая катушка обмотки охватывает один зубец, при этом в каждом пазу расположены две стороны катушек, охватывающих соседние зубцы.
Недостатком данного устройства являются высокие потери, вызванные гармониками при исполнении данной конструкции с большим отношением длины к диаметру, что характерно для погружных электроприводов. Кроме того, недостатком является появление зубцовых пульсаций, которые приводят к снижению вращающего момента электрической машины и неравномерности вращения ротора, что ухудшает эксплуатационные параметры электрической машины.
П
Известна синхронная вращающаяся электрическая машина (RU №2331150, МПК Н02К 21/14 от 10.08.2008), содержащая ротор с постоянными магнитами, статор с Z равномерно расположенными зубцами, на которых размещена обмотка из n катушек в каждой фазе, при этом обмотка выполнена зубцовой и каждая из катушек повторяет форму паза и занимает, по существу, весь объем двух пазов, примыкающих к данному зубцу, при этом отношение ширины паза b к зубцовому делению tz имеет величину приблизительно от 0,3 до 0,35.
Недостатком данного устройства являются высокие потери, вызванные гармониками, а также вихревыми токами в постоянных магнитах и бандаже.
Известен синхронный двигатель для скважинного погружного насоса [Патент CN 102005883A, МПК Н02К 21/14 от 15.11.2010], содержащий ротор с постоянными магнитами, статор, блок передних подшипников, блок задних подшипников, корпус, причем ротор состоит из не менее двух секций постоянных магнитов; при этом постоянные магниты, формирующие полюс в одном направлении, имеют осевой сдвиг на угол от 1 до 10 градусов.
Недостатком данного устройства являются высокие потери в постоянных магнитах и бандажной оболочке, вызванные вихревыми токами. Также недостатком данной конструкции являются высокие массогабаритные параметры из-за применения распределенной обмотки.
ZS
ZS
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является (RU №2484573, МПК Н02К 9/193, от 10.06.2013), вентильный электродвигатель, состоящий из n одинаковых модулей, каждый из которых содержит корпус, статор с фазными обмотками, ротор с постоянными магнитами, которые намагничены в радиальном направлении, и в каждом роторе одна половина магнитов смещена относительно другой половины в окружном направлении на половину зубцового деления t статора, а в смежных модулях одноименные магниты ротора смещены в окружном направлении на величину t/(2n).
Недостатком данного устройства являются высокие потери в постоянных магнитах и бандажной оболочке, вызванные вихревыми токами. Также недостатком является большие габаритные параметры из-за использования распределенной обмотки статора.
Задача полезной модели - увеличение коэффициента полезного действия электрической машины за счет уменьшения потерь в роторе и уменьшение габаритов.
Технический результат - уменьшение потерь на вихревые токи, возникающие в постоянных магнитах и в кольцах бандажа за счет разделения постоянных магнитов на секции в осевом направлении и использования углублений в бандаже.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в погружном высокоскоростном вентильном электродвигателе, содержащем n одинаковых модулей, каждый из которых содержит корпус, статор с фазными обмотками, ротор с постоянными магнитами, согласно полезной модели, обмотка статора выполнена зубцовой, постоянные магниты в каждом модуле ротора разделены на секции, которые сдвинуты относительно соседних на 0,25 зубцового деления статора, при этом каждая секция состоит из m магнитов, которые также смещены между собой на величину 0,25/m зубцового деления статора, между магнитами использована прослойка из неэлектропроводящего материала для уменьшения потерь; также для минимизации вихревых токов в бандаже сделаны концентрические канавки с углублениями не нарушающие допустимую механическую прочность.
Для уменьшения габаритов электродвигателя применена зубцовая обмотка.
Существо полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен общий вид вентильного электродвигателя в осевом разрезе. На фиг. 2 - общий вид вентильного электродвигателя в поперечном разрезе. На фиг. 3 - бандаж. На фиг. 4 - пространственное расположение постоянных магнитов в осевом направлении.
Предложенное устройство (фиг. 1) содержит корпус 1, статор 2 и ротор 3, на котором расположены постоянные магниты 4, наружная поверхность которых охвачена бандажом 5, выполненным из прочного материала. Обмотки 6 статора 2 (фиг. 2) выполнены зубцовыми. Для уменьшения потерь на вихревые токи постоянные магниты 4 разделены на секции (фиг. 4), которые сдвинуты относительно друг друга на 0,25 зубцового деления статора, при этом каждая секция состоит из m магнитов, которые также смещены между собой на величину 0,25/m зубцового деления статора. Для минимизации потерь в бандаже 5 (фиг. 3) на его поверхности сделаны концентрические канавки 7 с глубиной, не нарушающей допустимую механическую прочность.
При работе вентильного электродвигателя с частой вращения 6000 об/мин ротор вращается в магнитном поле, при этом изменяющийся магнитный поток пронизывает постоянные магниты 4 и бандаж 5 (фиг. 2), вследствие этого в них индуцируются вихревые токи, являющиеся причиной потерь в электрической машине. За счет применения шихтованных постоянных магнитов и бандажа с канавками достигается значительное уменьшение вихревых токов.
Таким образом, заявленная полезная модель обеспечивает снижение потерь на вихревые токи, а также уменьшение габаритных размеров в вентильном высокоскоростном электродвигателе.