Конструктивное исполнение роторов приводных синхронных двигателей.

Работа предложенного Электромашинного умножителя электрической мощности целиком основана на зависимости (2) из Описания изобретения. Зависимость (2) при определенных условиях справедлива для магнитных цепей с обмоткой возбуждения, в которых подвижный якорь (или вращающийся ротор) притягивается к электромагниту (или увлекается вращающимся магнитным полем статора), но при этом якорь (или ротор) не является магнитоактивным, т.е. не обладает собственным магнитным потоком. Кроме того, отсутствие магнитной активности якоря (или ротора) служит гарантом не искаженности первичного магнитного потока через обмотку возбуждения и способствует стабильности комплексного электрического сопротивления электромагнита (или статора синхронного двигателя) в заданных режимах работы.

В противоположность этому, в электродвигателях постоянного тока - ротор магнитоактивен. Имеются также и другие причины, по которым применение этих двигателей в качестве привода генератора в Электромашинном умножителе электрической мощности недопустимо. Во время работы асинхронного двигателя в обмотке ротора возникает электрический ток, и вторичный магнитный поток от ротора взаимодействует с первичным магнитным потоком статора. Кроме того, обороты асинхронного двигателя не постоянны и зависят от многих факторов. Поэтому асинхронные двигатели также не могут быть использованы в Электромашинном умножителе электрической мощности.

Любой синхронный двигатель имеет постоянные обороты и полную синхронизацию вращения магнитного поля статора и вращения ротора. Статор синхронного двигателя всегда многофазный и наиболее распространенный трехфазный, что отражено в Описании изобретения. Полюсы ротора в синхронных электрических машинах могут быть трех типов:

(а) магнитоактивный полюс ротора со своей обмоткой возбуждения постоянным током;

(б) магнитоактивный полюс, образованный постоянным магнитом (из магнитотвердого материала);

(в) не активный геометрически выделенный полюс магнитопроводящего ротора (из магнитомягкого материала).

Синхронная электрическая машина с магнитоактивным ротором на некоторых режимах работы может стать генератором, т.е. в обмотках статора может наводиться собственная ЭДС. Подобные явления должны быть исключены, чтобы можно было свободно пользоваться зависимостью (2) из Описания изобретения. Отсюда однозначно следует невозможность применения полюсов (а) и полюсов (б) ротора, и концептуальное решение о единственности применения полюсов (в) ротора каждого синхронного двигателя в Электромашинном умножителе электрической мощности.

Требуется выполнение ротора приводной синхронной машины в виде массивного магнитопровода с большим поперечным сечением и всегда нулевым личным магнитным потоком. Но зато, для увлечения вращающимся статорным магнитным полем – такой магнитопровод должен иметь явно выраженные (в геометрическом смысле) полюсы ротора. При скорости вращения поля статора n=3000 об./мин. используется ротор с одной парой полюсов, см. вариант ротора на фиг.3. Подобный ротор не только следует за вращающимся магнитным полем статора, не воздействуя на него, но и что особенно важно, имея специфические магнитные свойства, отвечает за подчинение крутящего момента двигателя именно зависимости (3) из Описания изобретения.

Таким образом, указанное выполнение ротора привода Электромашинного умножителя электрической мощности является необходимым условием работоспособности заявленного устройства и обоснованно включено в отличительную часть первого пункта Формулы изобретения. Туда же по праву может входить очевидное требование совпадения величины смещения полюсов статора и ротора у всех синхронных двигателей привода генератора. Только в этом случае ко всем двигателям применима одинаковая зависимость (3) и одинаковое их комплексное электрическое сопротивление, о чем сказано в Описании изобретения.

На уровне деталей, когда есть выбор в равнозначных вариантах - конструктивное исполнение массивного магнитопровода ротора с явно выраженными полюсами не имеет принципиального значения и может быть вынесено в зависимый (второй) пункт Формулы изобретения или вообще не оговариваться. Примеры возможных магнитопроводов ротора синхронного двигателя заявленного устройства:

+ литой магнитопровод из магнитомягкого материала с высоким удельным электрическим сопротивлением для борьбы с вихревыми токами (ферритный материал);

+ шихтованный магнитопровод, в котором магнитомягкий сплав (электротехническая сталь) находится в виде тонких листов, покрытых лаком, уложенных друг на друга и спрессованных по толщине, с целью борьбы с вихревыми токами.

По названию ротора и из контекста Описания изобретения однозначно следует, что материал магнитопровода ротора по определению может быть и на практике должен быть только ферромагнитным и магнитомягким (узко гистерезисным), а не магнитотвердым. Это защищает от перехода ротора в качество полюсов (б) и заодно уменьшает паразитные потери при перемагничивании, пусть даже локальном. Последнее неразрывно связано и с мерами по предотвращению вихревых токов в роторе, которые кроме того угрожают сделать ротор магнитоактивным (по типу асинхронного двигателя или в качестве полюсов (а) ротора) и не соответствующим своему наименованию и назначению. Такое “перерождение” роторов заведомо недопустимо для синхронных двигателей Электромашинного умножителя электрической мощности. Здесь положительную роль играет также то, что при сохранении полной синхронизации вращения ротора – так называемое скольжение в двигателе равно нулю, и масштабные вихревые токи в роторе не наводятся и не текут даже при наличии короткозамкнутого контура ротора.

Явно выраженные полюсы магнитопровода ротора синхронного двигателя могут быть окружены воздушными обтекателями, придающими ротору цилиндрическую форму идеального тела вращения вокруг оси вала двигателя. Тогда воздушный зазор между обтекателями и статором совпадет с воздушным зазором между полюсами магнитопровода ротора и статором. Данные обтекатели полезны, т.к. уменьшают силы аэродинамического сопротивления при вращении роторов, но в целом несущественно влияют на работу Электромашинного умножителя электрической мощности, поэтому упоминаются в зависимом (втором) пункте Формулы изобретения. В случае размещения воздушных обтекателей на роторе, они должны быть изготовлены из немагнитного и диэлектрического материала. Последнее требование предотвращает образование короткозамкнутого витка на роторе и служит дополнительной гарантией отсутствия вихревых токов в роторе каждого синхронного двигателя.