ИНДУКТОР СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ

Исследуемое техническое решение относится к электрическим машинам, а именно к устройствам для отвода тепла от электрических двигателей и может применяться, например, для охлаждения линейных синхронных двигателей с постоянными магнитами [H02K 9/19, H02K 19/00, H02K 21/00].
Из уровня техники известен СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ [CN205283340 (U), опубл.: 01.06.2016], который включает корпус, вал, расположенный во внутренней полости корпуса, статор включает в себя четное количество постоянных магнитов выполненных в форме ленты, направление постоянных магнитов совпадает с осью корпуса, в верхней части расположен ротор, а вращающийся вал смонтирован на внешних подшипниках, смонтированных в отверстиях в корпусе, отличающийся тем, что синхронный двигатель с постоянными магнитами содержит дополнительно первую охлаждающую трубку, вторую охлаждающую трубку и теплоотводную трубку, изготовленные из нержавеющей стали, в то же время вращающийся вал выполнен из полой трубы, а первая охлаждающая трубка образована из вращающегося вала и проходит через внутреннюю полость второй охлаждающей трубки, два конца первой охлаждающей трубки соответственно соединены с двумя концами теплоотводящей трубки, между соседними постоянными магнитами и второй охлаждающей трубкой через зазор между соседними постоянными магнитами, а теплоотводная трубка расположена с внешней стороны корпуса, несколько излучающих ребер приварены к теплоотводящей трубке, и первая охлаждающая трубка, вторая охлаждающая трубка и теплоотводящая трубка заполнены охлаждающей жидкостью.
Недостатком аналога является низкая надежность, обусловленная выполнением корпуса вала частью системы, для циркуляции охлаждающей жидкости, что требует значительных конструктивных затрат на обеспечение герметичности такой системы, что также увеличивает трудозатраты на внедрение описанного технического решения.
Также известен СТАТОР ДВИГАТЕЛЯ [CN208589816 (U), опубл.: 08.03.2019], отличающийся тем, что он содержит железный сердечник и теплопроводящую изолирующую трубку, смонтированную на железном сердечнике, корпус изолирующей трубки снабжен охлаждающей полостью, корпус изолирующей трубки соединен с охлаждающим компонентом, а охлаждающий компонент включает трубку с головкой и соплом, один конец охлаждающего сопла заходит в головку трубки, а другой конец - в полость охлаждения, между внутренней стенкой головки трубки и внешней стенкой охлаждающего сопла имеется зазор для выпуска жидкости, головка трубки снабжена впускным и выпускным отверстиями для жидкости, впускное отверстие для жидкости сообщается с охлаждающим соплом, выпускное отверстие для жидкости сообщается с выпускным зазором для жидкости, охлаждающая полость также снабжена перегородкой, которая разделяет охлаждающую полость на впускную полость для жидкости и выпускную полость для жидкости, перегородка имеет нижнее отверстие, соединенное с охлаждающим соплом, и верхнее отверстие, соединяющее полость для впуска жидкости и полость для выпуска жидкости, железный сердечник включает в себя множество медных излучающих ребер, расположенных на расстоянии от железного сердечника.
Недостатком аналога является сложная конструкция технического решения, что существенно увеличивает трудоемкость и трудозатраты при изготовлении и эксплуатации двигателя.
Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ СОЗДАНИЯ ДВИЖУЩЕГО МОМЕНТА В КОЛЕСЕ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ГРУЗОПОДЪЁМНОСТЬЮ ОТ 170 ТОНН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ [RU 2667208 C2, опубл.: 17.09.2018], содержащее в подвеске колеса несущий цилиндр, на котором жестко закреплены круговая кассета с первичными элементами-индукторами и три кольца изолированных электрошин, а также размещены: два плотно посаженных роликовых подшипника с радиальными щитами, которые, соответственно, один – с левой, другой - с правой сторон жестко соединены со ступицей колеса, причем щит с внешней стороны ступицы имеет монтажное окно, расположенное против одного из индукторов, закрепленных на кассете соединением типа «ласточкин хвост» со скользящей посадкой, - два плотно посаженных опорношариковых подшипника с осевыми щитами, которые один - с левой, другой - с правой стороны фиксируют положение ступицы по оси несущего цилиндра колеса, а из полости цилиндра подвески через технологические отверстия в цилиндре подвески и несущем цилиндре, а также разрыве между верхними индукторами установлен фиксатор-шток для удержания ступицы в горизонтальном положении при раскреплении радиального щита с монтажным окном со ступицей, через вторые технологические отверстия цилиндра подвески и несущего цилиндра введены провода от источника питания к кольцевым шинам, к которым подсоединены выводы обмоток индукторов, отличающееся тем, что в качестве вторичных элементов на внутренней поверхности ступицы закреплены намагниченные пластины с радиальным направлением магнитного поля, кривизна поверхности которых в каждом секторе соответствует кривизне магнитопроводов индукторов, обеспечивающей равномерность воздушного зазора между поверхностями первичных и вторичных элементов, причем вторичные элементы образуют общий составной цилиндр.
Основной технической проблемой прототипа является сложность отвода выделяемого избыточного тепла от элементов индуктора, что при больших мощностях синхронных двигателей при их работе в составе вентильных преобразователей подводимой энергии приводит к перегреву выше допустимой температуры и снижению показателей надежности.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Технический результат полезной модели заключается в повышении эксплуатационной надежности и мощности синхронного двигателя с постоянными магнитами.
Указанный технический результат достигается за счет того, что индуктор синхронного двигателя с постоянными магнитами, содержащий магнитопровод ротора с постоянными магнитами и индуктор с катушками, образующие в совокупности трехфазный индуктор синхронного двигателя, отличающийся тем, что в индукторе смонтированы тепловые трубки с теплоотводящей жидкостью, торцы упомянутых трубок выполнены выступающими из индуктора, к поверхности индуктора над выступающими торцами тепловых трубок смонтирована теплоотводящая пластина с излучающими тепло ребрами.
В частности, тепловые трубки смонтированы поперек индуктора.
В частности, тепловые трубки выполнены герметичными.
В частности, тепловые трубки выполнены из металла с высокой теплопроводностью.
В частности, внутреннее покрытие тепловых трубок выполнено пористым с возможностью возврата теплоотводящей жидкости в зону испарения под действием капиллярных сил по порам.
В частности, теплоотводящая жидкость выполнена с низкой температурой кипения.
В частности, теплоотводящая пластина выполнена из металла с высокой теплопроводностью.
В частности, между теплоотводящей пластиной и тепловыми трубками нанесен теплоотводящий состав.
Краткое описание чертежей.
На фиг.1 показан вид сбоку индуктора синхронного двигателя с постоянными магнитами в разрезе.
На фиг.2 показан вид сверху сегмента индуктора синхронного двигателя с постоянными магнитами.
На фигурах обозначено: 1 – тепловые трубки, 2 – теплоотвод, 3 – индуктор, 4 – блок воздушного охлаждения, 5 – зубцы, 6 – воздушный зазор, 7 – постоянные магниты, 8 – магнитопровод ротора.
Осуществление полезной модели.
Синхронный двигатель с постоянными магнитами содержит магнитопровод ротора 8 со смонтированными на нем постоянными магнитами 7 и индуктором 3, образующие в совокупности трехфазный индуктор синхронного двигателя.
Фазы индуктора 3 образованы катушками, размещенными в разных параллельных плоскостях, причем пазы, образованные между зубцами 5 в которых размещены, охватывающие зубцы 5, проводники катушки одной фазы, чередуются с пазами, в которых размещены проводники катушки другой фазы, и секции обмотки разных фаз чередуются по высоте.
Для образования переменно полярного возбуждения (N, S, N, S, N..., S) по отношению к катушкам индуктора 3 постоянные магниты 7 установлены в соответствии с его полюсами.
В индукторе 3 выполнены отверстия, в которые смонтированы тепловые трубки 1, выполненные в виде герметично закрытых трубок из теплопроводящего металла, например, меди, при этом торцы тепловых трубок 1 выступают наружу. Внутреннее покрытие тепловых трубок 1 выполнено пористым. Внутри упомянутых трубок 1 закачена легкокипящая жидкость.
На выступающие торцы тепловых трубок 1 смонтирован теплоотвод 2, опирающийся своей поверхностью на поверхность индуктора 3, при этом теплоотвод 2 смонтирован на теплоотводящий состав, выполненный в виде, например, термопасты. Теплоотвод 2 выполнен в виде металлической пластины, на поверхности которой ортогонально смонтированы теплоотводящие ребра.
Принцип работы синхронного двигателя основан на взаимодействии бегущего магнитного поля, созданного током, протекающим в обмотках индуктора 3 и постоянного магнитного поля магнитопровода ротора 8.
Магнитное поле магнитопровода ротора 8, взаимодействуя с синхронным переменным током, протекающим в обмотках индуктора 3, создает движущий, крутящий момент подвижного магнитопровода ротора 8 относительно неподвижного индуктора 3.
Перенос тепла от нагреваемых проходящим током индуктора 3 осуществляют за счёт передачи его легкокипящей жидкости внутри тепловых трубок 1. Упомянутая жидкость на горячем конце тепловых трубок 1 испаряется, поглощая теплоту испарения, и поступает к торцам тепловых трубок 1, к которым смонтирован теплоотвод 2. Тепло от тепловых трубок передается теплоотводу 2 и через поверхности теплоотводящих ребер рассеивается в окружающем пространстве.
При передаче тепла легкокипящая жидкость конденсируется на упомянутых торцах тепловых трубок 1 и возвращается в зону испарения под действием капиллярных сил по порам внутренней поверхности тепловых трубок 1. Процесс испарения и конденсации жидкости внутри тепловых трубок 1 осуществляется непрерывно при работе синхронного двигателя.
Технический результат полезной модели - повышение эксплуатационной надежности и мощности синхронного двигателя с постоянными магнитами обеспечивается за счет эффективного снижения температуры двигателя и поддержания ее ниже предельно допустимых значений путем отвода избыточной тепловой энергии от нагреваемого проходящими токами индуктора 3 легкокипящей жидкостью, циркулирующей от зоны нагрева к зоне охлаждения внутри тепловых трубок 1 с последующей передачей указанной тепловой энергии теплоотводу 2 и рассеянием ее теплоотводящими ребрами. Указанный способ охлаждения, реализованный в индукторе синхронного двигателя с постоянными магнитами, позволяет таким образом повысить его электрическую мощность при неизменных массогабаритных показателях.