ЛИНЕЙНЫЙ ГИБРИДНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно, к области электрических тяговых систем с линейными машинами специального исполнения и может быть использована в тягово-левитационных системах высокоскоростных транспортных средств с магнитным подвесом.
Известен длинностаторный линейный двигатель, предназначенный для применения в тяговой системе транспорта с магнитным подвесом. Двигатель содержит магнитопровод статора, расположенный вдоль путевой структуры, и снабженный пазами для размещения, по крайней мере, двух кабельных обмоток расположенных друг над другом. (Патент US 7567005 В2, МПК B60L 13/03, Н02К 3/28, Н02К 41/03, Н02К 1/00 (2006.01)).
Недостатком такого двигателя является то, что распределенная на всем протяжении пути обмотка обусловливает ухудшенные массогабаритные показатели двигателя.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению, принятому за прототип, является гибридный реактивный индукторный двигатель (Патент на полезную модель RU 162080 U1, МПК Н02К 41/03, Н02К 21/00 (2006.01)) содержащий зубчатый ротор и статор, образованный множеством линейно установленных на немагнитном основании, независимо друг от друга и отделенных немагнитным зазором, магнитных узлов, каждый из которых содержит магнитный сердечник, образующий два полюса, постоянный магнит, а зубцы ротора отделены от полюсов магнитных узлов статора воздушным зазором, причем ротор выполнен с возможностью линейного перемещения относительно полюсов магнитных узлов статора, а магнитный сердечник каждого магнитного узла содержит по два ферромагнитных стержня, между которыми расположен постоянный магнит, связывающий их между собой, образуя Н-образную форму с дополнительной парой полюсов, между которыми располагаются ферромагнитные зубцы вращающегося зубчатого колеса, посаженного на вал вращающегося электрического двигателя, установленного на немагнитном основании статора.
Недостатком двигателя является плохая компоновочная способность, обусловленная наличием магнитных узлов, каждый из которых снабжен вращающемся зубчатым колесом, посаженным на вал вращающегося электрического двигателя, установленного на немагнитном основании статора, что ухудшает массогабаритные показатели линейного гибридного двигателя.
Задачей, решаемой полезной моделью, является улучшения массогабаритных показателей линейного гибридного двигателя.
Технический результат - более компактная конструкция линейного гибридного двигателя.
Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что линейный гибридный двигатель, содержащий зубчатый ротор и статор, образованный множеством линейно установленных на немагнитном основании, и отделенных немагнитным зазором, магнитных сердечников, каждый из которых содержит по два ферромагнитных стержня, между которыми расположен постоянный магнит, связывающий их между собой, образуя Н-образную форму с первой и второй парой полюсов, при этом зубцы ротора отделены от первой пары полюсов магнитных сердечников статора воздушным зазором, причем ротор выполнен с возможностью линейного перемещения относительно первых полюсов магнитных сердечников статора, а между второй парой полюсов располагаются ферромагнитные зубцы вращающегося зубчатого колеса, посаженного на вал вращающегося электрического двигателя, установленного на немагнитном основании статора В отличие от прототипа магнитные сердечники установлены на немагнитном основании статора попарно таким образом, что ферромагнитные зубцы одного вращающегося зубчатого колеса располагаются между вторыми парами полюсов двух магнитных сердечников.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами.
На фигуре 1 изображена конструктивная схема линейного гибридного двигателя. На фигуре 2 показана магнитная система двигателя с разрезом. На фигурах 3, 4 показан магнитный узел двигателя, поясняющий принцип работы.
Гибридный линейный двигатель (фиг. 1) содержит зубчатый ротор 1 и статор 2, образованный множеством линейно установленных на немагнитном основании 3 и отделенных немагнитным зазором магнитных сердечников 4-7. Зубцы ротора 8-13, установленные на немагнитном основании 14, отделены от магнитных сердечников 4-7 статора воздушным зазором. Между попарно установленными магнитными сердечниками (на фигуре 1 магнитные сердечники 4-5 и 6-7) располагаются зубчатые колеса 15, 16, посаженные на валы 17, 18 вращающихся электрических двигателей 19, 20, установленных на немагнитном основании 21. Ротор 1 выполнен с возможностью линейного перемещения относительно статора 2. Каждый магнитный сердечник содержит по два ферромагнитных стержня (фиг. 2, вид А поз 22, 24), между которыми расположен постоянный магнит 23, связывающий их между собой, образуя Н-образную форму с первой парой полюсов 22а, 24а и второй парой полюсов 22b, 24b. Зубцы ротора 8 отделены от полюсов 22а, 24а магнитных сердечников статора воздушным зазором δ. Магнитные сердечники установлены на немагнитном основании статора 3 попарно (на фиг. 2 разрез Б-Б) таким образом, что ферромагнитные зубцы 25-27 вращающегося зубчатого колеса 15 располагаются между вторыми парами полюсов 22b, 24b и 28b, 30b, двух магнитных сердечников. При этом вторые пары полюсов 22b, 24b и 28b, 30b магнитных сердечников имеют сегментообразные вырезы.
Для пояснения принципа работы двигателя на фигурах 3, 4 показан магнитный узел двигателя, образованный магнитными сердечниками 4, 5 и зубчатым колесом 15, при различном взаимном расположении полюсов статора и зубцов ротора.
Гибридный линейный двигатель работает следующим образом. Вращающийся электрический двигатель 19 приводит во вращение зубчатое колесо 15, частота вращения которого синхронизирована со скоростью V линейного перемещения ротора относительно статора в направлении, указанном на чертеже стрелкой. Ферромагнитные зубцы 25-27 зубчатого колеса 15, проходя между парами полюсов 22b, 24b и 28b, 30b магнитных сердечников 4 и 5, поочередно создают дополнительный контур Ф1 замыкания магнитного потока, создаваемого постоянными магнитами 23 и 29. Это приводит к шунтированию рабочего магнитного потока Ф2 двигателя, проходящего через рабочий воздушный зазор δ, и создающий тяговое усилие между первыми полюсами магнитных сердечников статора и зубцами ротора, обеспечивая перемещение ротора относительно статора. Так на фигуре 3 показан случай взаимного расположения полюсов статора и зубцов ротора, когда полюса магнитного сердечника 5 имеют соосное положение с зубцами 10 ротора, а полюса магнитного сердечника 4 располагаются между зубцами ротора 8 и 9. В этом положении ферромагнитный зубец 26 зубчатого колеса 15 (фиг. 3 разрез Б-Б) располагается между полюсами 28b, 30b магнитного сердечника 5 и создает контур замыкания магнитного потока Ф1 (фиг. 3 вид С), шунтирующий рабочий магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом 29. В это же время ферромагнитный зубец не находится между парой полюсов 22b, 24b магнитного сердечника 4 и не шунтирует рабочий магнитный поток Ф2 (фиг. 3 вид А), создаваемый постоянным магнитом 23. В этом положении возникает силовое взаимодействие между полюсами 22а и 24а магнитного сердечника 4 и зубцами 8 ротора, приводящее к перемещению ротора относительно статора до соосного положения магнитного сердечника 4 с зубцами 8 ротора, показанного на фигуре 4. В этом положении ферромагнитный зубец 27 (фиг. 4 разрез Б-Б) располагается между полюсами 22b, 24b магнитного сердечника 4 и создает контур замыкания магнитного потока Ф1 (фиг. 4 вид А), шунтирующий рабочий магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом 23. В это же время ферромагнитный зубец не находится между парой полюсов 28b, 30b магнитного сердечника 5 и не шунтирует рабочий магнитный поток Ф2 (фиг. 4 вид С), создаваемый постоянным магнитом 29. В этом положении возникает силовое взаимодействие между полюсами 28а и 30а магнитного сердечника 5 и зубцами 9 ротора, приводящее к перемещению ротора относительно статора.
Аналогичным образом происходит работа остальных магнитных узлов, образованных парами магнитных сердечников, установленных на немагнитном основании статора, и зубчатыми колесами. Суммарное тяговое усилие двигателя складывается из усилий, создаваемых каждым магнитным узлом.
Таким образом, улучшение массогабаритных показателей линейного гибридного двигателя, по сравнению с прототипом, достигается благодаря попарной установке магнитных сердечников на немагнитном основании статора. Это позволяет осуществить регулирование рабочего магнитного потока двигателя, создаваемого постоянными магнитами двух магнитных сердечников, одним вращающемся зубчатым колесом, посаженным на вал вращающегося электрического двигателя. К тому же плоскость вращения зубчатого колеса может располагаться параллельно плоскости немагнитного основания статора, что позволяет уменьшить габаритные размеры двигателя.
Положительный эффект от использования предлагаемого технического решения проявляется в улучшении потребительских свойств линейного гибридного двигателя.