Патент УрФУ: электромашина-гибрид устраняет недостатки классических двигателей

Ученые УрФУ получили патент на электромотор-гибрид, сочетающий магниты и катушки
Ротор есть в любом электродвигателе. Этот узел существует в двух типах: на постоянных магнитах или на катушках возбуждения. У каждого варианта есть достоинства и недостатки. Изобретатели из Екатеринбурга сумели их объединить, сохранив достоинства и убрав недостатки.


Роспатент зарегистрировал изобретение уральских ученых, которое решает проблему традиционных электромоторов.
Авторами патента Ru 2872914 C1 стали четыре сотрудника Уральского федерального университета имени Б. Н. Ельцина.

Электрические двигатели синхронного типа могут иметь ротор на постоянных магнитах или на обмотках возбуждения. Первые развивают высокую мощность на малых и средних оборотах, имеют небольшой вес и мало нагреваются при работе. Однако на высоких скоростях их сложно регулировать: приходится тратить энергию на преодоление электродвижущей силы, создаваемой магнитами, и это снижает КПД двигателя. К тому же, сами магниты стоят дорого.

Машины на обмотках возбуждения на роторе позволяют гибко управлять потоком, но в самом роторе происходят большие потери на электрическое сопротивление, из-за чего ротор сильно нагревается, а изоляция обмоток быстро стареет и перегорает.

Решением проблемы могла бы стать комбинация магнитов и обмоток возбуждения. Однако в прошлом не удавалось эффективно регулировать их взаимодействие.

Как работает патентованный двигатель УрФУ
Сотрудники УрФУ задались целью создать надежную гибридную электрическую машину, сочетающая катушки возбуждения и постоянные магниты, которая эффективно работала бы на низких и на сверхвысоких скоростях и имела умеренную стоимость. Для этого они снизили долю магнитов до менее чем 1/3 от общего числа зубцов ротора.

На рисунках видно, как устроен такой ротор. У него есть два зубца с постоянными магнитами (7), заключенными в магнитные барьеры (8). Между ними с обеих сторон расположено по четному числу зубцов с катушками возбуждения (5). Четное число катушек позволяет чередовать их полярность.






Авторы считают, что такое расположение даст ряд преимуществ. Главная новизна их разработки в том, что группы из четного числа соседних полюсов с катушками оказываются разделены строго одним полюсом с постоянным магнитом. Такое рассредоточение магнитных полюсов позволяет необмотанным зубцам эффективно обдуваться воздухом, охлаждая соседние катушки возбуждения. Расход магнитов снижается, а изоляция магнитов защищает их от паразитных токов и перегрева. Конструкция допускает возможность укрепить внешние элементы бандажом, чтобы повысить его прочность и устойчивость к вибрациям.

Патент делает возможным создание более эффективных, легких и надежных электродвигателей для электромобилей и другого транспорта, а также генераторов для электростанций.