[1]Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в электромеханических преобразователях энергии автономных объектов.
[2]Известен сердечник из аморфного железа [патент US №5903082 А, H02K 1/12, H02K 21/12, H02K 37/12, Н02Р9/18, H02K 21/24, H02K 1/14, H02K 1/02, H02K 1/04, H02K 29/10, H02K 1/18, 11.05.1999], содержащий отдельно сформированные аморфное ярмо и аморфные полюса, которые совместно установлены в корпусе из диэлектрика, образовывая при этом сердечник статора электромеханического преобразователя энергии.
[3]Недостатками данного аналога являются сложность его изготовления и низкие магнитные свойства, обусловленные значительными нарушениями геометрии магнитопровода статора из аморфного железа при сборке отдельных полюсов и ярма, а также низкий теплоотвод потерь энергии от магнитопровода статора из аморфного железа.
[4]Известен статор электрической машины, например электродвигателя электрического транспортного средства [патент DE 102012207508 А1, H02K 1/06, H02K 1/12, H02K 15/02, 7.11.2013], содержащий П-образные сердечники, которые ламинированы из нескольких листов электротехнической стали. Из n П-образных сердечников набирается магнитопровод.
[5]Недостатками данного магнитопровода статора являются сложность его изготовления и установки в корпусе электрической машины, а также значительные аэродинамические потери энергии на трение ротора с воздухом.
[6]Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является магнитопровод статора из аморфного железа [патент US 6960860 B1, H02K 1/14, H02K 1/12, H02K 15/02, 01.10.2005], содержащий ротор, n подковообразных сердечников, набранных из ленты аморфного железа и образующих пазы и зубцы магнитопровода статора, обмотку, уложенную в пазах магнитопровода статора.
[7]Недостатками ближайшего аналога является его низкая эффективность и низкие удельные показатели в составе электромеханических преобразователей энергии с внешним жидкостным охлаждением поверхности статора через рубашку охлаждения, обусловленные повышенными габаритными размерами из-за низкой индукции насыщения ленты аморфного железа, а также значительными потерями энергии на трение ротора с воздухом, обусловленными негладкой внутренней поверхностью расточки статора.
[8]Задача изобретения - расширение функциональных возможностей, уменьшение массогабаритных показателей при неизменной мощности, а именно внешнего диаметра гибридного магнитопровода статора электромеханических преобразователей энергии, усиление межполюсного замыкания магнитного потока благодаря установке полого цилиндра на внешней стороне n подковообразных сердечников, набранных из ленты аморфного железа, и благодаря тому, что полый цилиндр выполнен из магнитомягкого материала, магнитная индукция насыщения которого выше, чем у материала n подковообразных сердечников, а также за счет интеграции системы охлаждения в гибридный магнитопровод статора электромеханических преобразователей энергии.
[9]Техническим результатом является повышение надежности, механической прочности, энергоэффективности и минимизация тепловыделений электромеханических преобразователей энергии, повышение КПД электромеханических преобразователей энергии на 1-2%, а также повышенная линейная токовая нагрузка электромеханических преобразователей энергии с внешним жидкостным охлаждением поверхности статора.
[10]Поставленная задача решается и указанный результат достигается тем, что в гибридном магнитопроводе статора электромеханических преобразователей энергии, содержащем ротор, n подковообразных сердечников, набранных из ленты аморфного железа и образующих пазы и зубцы гибридного магнитопровода статора электромеханических преобразователей энергии, обмотку, уложенную в пазах статора, согласно изобретению n подковообразных сердечников размещены таким образом, что между ними образуются аксиальные отверстия охлаждения для аксиальных трубок охлаждения, а по внешней стороне n подковообразных сердечников расположен полый цилиндр из магнитомягкого материала с магнитной индукцией насыщения выше более чем в 1,5 раз, чем у аморфного железа, при этом имеется возможность межполюсного замыкания магнитного потока.
[11]Существо изобретения поясняется чертежом, на котором изображен поперечный разрез гибридного магнитопровода статора электромеханических преобразователей энергии.
[12]Гибридный магнитопровод статора электромеханических преобразователей энергии содержит ротор 1, n подковообразных сердечников 2, набранных из ленты аморфного железа, которые образуют пазы 3 и зубцы 4 гибридного магнитопровода статора электромеханических преобразователей энергии, установленных в полый цилиндр из магнитомягкого материала 5. Также устройство содержит обмотку 6, уложенную в пазах 3 гибридного магнитопровода статора электромеханических преобразователей энергии, аксиальные трубки 7, установленные в пространстве между n подковообразными сердечниками 2 и полым цилиндром из магнитомягкого материала 5.
[13]Гибридный магнитопровод статора электромеханических преобразователей энергии работает следующим образом: при вращении ротора 1, по n подковообразным сердечникам 2, набранным из ленты аморфного железа и образующим пазы 3 и зубцы 4, протекает магнитный поток возбуждения. Также магнитный поток проходит по полому цилиндру из магнитомягкого материала 5, магнитная индукция насыщения которого больше индукции насыщения n подковообразных сердечников, набранных из ленты аморфного железа. Это делается для того, чтобы усилить межполюсное замыкание магнитного потока и тем самым уменьшить внешний диаметр гибридного магнитопровода статора электромеханических преобразователей энергии. При прохождении магнитного потока возбуждения по n подковообразным сердечникам 2 и полому цилиндру 5 по закону электромагнитной индукции в обмотке 6 наводится электродвижущая сила, величина которой зависит от числа витков обмотки, частоты вращения ротора 1 и магнитного потока возбуждения. При подключении нагрузки в обмотках 6 начинает протекать ток, при этом создаются тепловые потери в обмотках 6, обусловленные током в обмотках 6 и их активным сопротивлением, а также потери на вихревые токи, обусловленные частотой вращения ротора, размерами обмотки и ее удельным сопротивлением, тепловые потери в гибридном магнитопроводе статора электромеханических преобразователей энергии, обусловленные величиной магнитного потока возбуждения, массой гибридного магнитопровода статора электромеханических преобразователей энергии и удельными потерями материала гибридного магнитопровода статора электромеханических преобразователей энергии, потери энергии на трение ротора 1 с воздухом, обусловленные частотой вращения ротора 1, его геометрическими размерами, температурой воздуха и давлением в зазоре между ротором 1 и гибридным магнитопроводом статора электромеханических преобразователей энергии. Отвод всех вышеперечисленных потерь обеспечивается по законам теплопереноса при протекании хладагента по аксиальным трубкам 7, установленным в пространстве между подковообразными сердечниками 2. При этом, благодаря тому что аксиальные трубки 7 установлены в пространстве между подковообразными сердечниками 2 и полым цилиндром 5, достигается интеграция системы охлаждения в гибридном магнитопроводе статора электромеханических преобразователей энергии. Иными словами, аксиальные трубки 7 находятся в том месте, где концентрируются тепловые потоки от n подковообразных стержней 2 и полого цилиндра 5. За счет этого охлаждение гибридного магнитопровода статора электромеханических преобразователей энергии охлаждается интенсивней ближайшего аналога, т.е. достигается минимизация тепловых потерь в гибридном магнитопроводе статора электромеханических преобразователей энергии.
[14]Итак, заявленное изобретение позволит расширить функциональные возможности, уменьшить массогабаритные показатели при неизменной мощности, усилить межполюсное замыкание магнитного потока, минимизировать тепловые потери в гибридном магнитопроводе статора электромеханических преобразователей энергии.
[15]Также заявленное изобретение позволит повысить надежность, механическую прочность, энергоэффективность и КПД электромеханических преобразователей энергии на 1-2%, а также повысить линейную токовую нагрузку электромеханических преобразователей энергии с внешним жидкостным охлаждением поверхности статора.
