Электрический двигатель

 

Изобретение относится к области электротехники и машиностроения и предназначено для использования в машинах и механизмах с частотой вращения преимущественно не более 1000 Гц. Предлагается электрический двигатель, состоящий из статора, имеющего магнитопровод в виде тороида, выполненного из ленты магнитомягкого сплава, с зубцами на торцевой поверхности и ротора, отличающийся тем, что в межвитковом пространстве магнитопровода находится отвердевший клей, структура сплава не менее чем на 50% состоит из кристаллов размером менее 50 нм. Технический результат от использования данного изобретения состоит в повышении коэффициента полезного действия электрического двигателя за счет снижения удельных магнитных потерь в магнитном материале статора. 2 табл.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в машинах и механизмах с частотой вращения преимущественно более 1000 Гц.

Известен высокооборотный гистерезисный двигатель гироскопов, имеющий тороидальный статор с обмоткой барабанного типа и ротор, состоящий из отдельных частей, охватывающий обмотку с двух или трех сторон, для лучшего использования обмотки статора. Магнитопровод статора для частоты питания 250 Гц выполняют монолитным, а для более высокой частоты получают либо навивкой из ленты, либо прессованием из ферромагнитного материала [1] .

Используемые для магнитопроводов электротехнические стали имеют на частоте более 1000 Гц высокие магнитные потери. Порошковые материалы, например феррит, трудно поддаются механической обработке и хрупки, что снижает надежность изделий. Кроме того, ферриты имеют низкую магнитную индукцию насыщения - не более 0,4 Тл.

Наиболее близким по механической сущности является электрический двигатель [2] , выбранный в качестве прототипа, состоящий из статора, выполненного в виде тороидального магнитопровода из ленты магнитомягкого сплава с зубцами на торцевой поверхности с нанесенными поверх него обмотками, и ротора. В качестве ленточного магнитомягкого материала использовали электротехническую сталь.

Недостатком выбранного прототипа являются высокие магнитные потери в магнитопроводе статора, изготовленного из электротехнической стали. Технической задачей является повышение коэффициента полезного действия электрического двигателя за счет снижения удельных магнитных потерь в магнитном материале статора.

Эта задача достигается за счет применения в качестве материала магнитопровода статора ленты магнитомягкого сплава, структура которого не менее чем на 50% состоит из кристаллов размером менее 50 нм. Нанокристаллический сплав получается методом закалки расплавленного металла на поверхности быстровращающегося барабана-холодильника. Полученная лента толщиной 0,025 мм имеет аморфную структуру. После намотки тороидального магнитопровода и термической обработки в ленте происходит кристаллизация с формированием кристаллов размером менее 50 нм, предпочтительно 10-15 нм. Очень мелкий размер кристаллов позволяет получить в магнитопроводе после отжига высокую магнитную проницаемость и низкие удельные магнитные потери [3] .

Поскольку магнитопровод изготовлен из тонкой ленты нанокристаллического сплава, то для придания прочности магнитопровод пропитывают клеем. После высыхания или полимеризации клей схватывает соседние витки магнитопровода, что позволяет нарезать зубцы на торцевой поверхности магнитопровода.

Сравнение удельных магнитных потерь Р_0,5/1000 при максимальной магнитной индукции 0,5 Тл и частоте 1000 Гц в магнитопроводах из электротехнической стали и нанокристаллического сплава, имеющего состав Fe_72,7Ni_0,8Cu₁Mo_1,5Nb_1,5Si_13,5B₉, приведено в таблице 1.

Таким образом, предлагается электрический двигатель, состоящий из статора, имеющего магнитопровод в виде тороида, выполненного из ленты магнитомягкого сплава с зубцами на торцевой поверхности, и ротора, отличающийся тем, что в межвитковом пространстве магнитопровода находится отвердевший клей, а структура сплава не менее чем на 50% состоит из кристаллов размером менее 50 нм.

В качестве примера изготовлен трехфазный гистерезисный торцевой электрический двигатель, работающий при частоте 1500 Гц. Линейное напряжение 380 В, средний ток фазы 0,175 А. Ротор электрического двигателя представляет плоский диск из магнитного материала. Ротор закреплен на оси вблизи торцевой поверхности магнитопровода статора с нарезанными на ней зубцами, между которыми нанесены обмотки статора. Магнитопровод статора был изготовлен из анизотропной электротехнической стали марки 3413 толщиной 0,35 мм и из нанокристаллического сплава Fe_72,7Ni_0,8Cu₁Mo_1,5Nb_1,5Si_13,5B₉ с пропиткой лаком КО-915. В таблице 2 представлены результаты испытания двигателей. Из таблицы следует, что применение нанокристаллического сплава позволяет снизить потери в магнитопроводе на 80% и увеличить коэффициент полезного действия двигателя до 70%.

Источники информации 1. Гидродвигатели. Под ред. И. Н. Орлова. М. : Машиностроение, 1983.

2. Б. А. Деликторский, В. Н. Тарасов. Управляемый гистерезисный привод. М. : Энергоатомиздат, 1983, с. 103.

3. Ю. Н. Стародубцев, В. А. Зеленин, В. Я. Белозеров, В. И. Кейлин. Электротехника. 1997, 7, с. 48.

Формула изобретения

Электрический двигатель, состоящий из статора, имеющего магнитопровод в виде тороида, выполненного из ленты магнитомягкого сплава с зубцами на торцевой поверхности, и ротора, отличающийся тем, что в межвитковом пространстве магнитопровода находится отвердевший клей, а структура сплава не менее чем на 50% состоит из кристаллов размером менее 50 нм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2