БЛОГ

Биротативные электромашины

Биротативные электромашины: применения, существующие конструкции, новые разработки.

Биротативные электромашины (БЭ) имеют ряд преимуществ в некоторых областях техники - для вращения винтов (воздушных и водных), а также для выработки электроэнергии, например, в гидро- и ветроэлектростанциях. Также БЭ способны заменить некоторые механические устройства, используемые совместно с обычными электродвигателями - например, дифференциалы. Биротативные электрогенераторы способны вырабатывать электроэнергию, получая механическую энергию от двух различных источников (двигателей) без использования делителей мощности. БЭ способны заменить собой такие элементы трансмиссий, как сцепление и гидротрансформатор, обеспечивая практически неограниченный ресурс.  Однако у них существуют и недостатки. Они сложнее и дороже обычных электромашин, имеют более узкую сферу применения. 

Основное применение БЭ: приводы морских торпед, винтов подводных лодок, летательных аппаратов, беспилотников, ветрогенераторы, железнодорожный транспорт (локомотивы). Только начинает получать развитие использование БЭ в приводах автотранспорта. Также БЭ применяются в нагнетателях воздуха, быстроходных мельницах, сушках, дробилках, смесителях, затирочных машинах.

Конструкция БЭ: вращающийся ротор (как правило, не имеющий обмоток), вращающийся статор с якорными обмотками, щеточный узел для подвода питания на якорные обмотки вращающегося статора и (при необходимости, для некоторых типов электрических мотор-генераторов) - датчик взаимного положения ротора относительно статора.

ПРИМЕРЫ ПЕРВЫХ СЛУЧАЕВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БЭ НА АВТОТРАНСПОРТЕ 

Применение БЭ в качестве электродвигателя с дифференциалом

В одном статоре расположены два одинаковых ротора, связанных между собой не механически, а только общим электромагнитным полем. Оси роторов совпадают, а ведущие валы выходят каждый в свою сторону у левого ротора – в левую, у правого – в правую. Каждый ротор биротативного двигателя приводит во вращение отдельное колесо автомобиля. Электромагнитные моменты на роторах равны по величине и противоположны по направлению, сумма угловых скоростей – величина постоянная.

 

Недостаток - поскольку роторы БЭ вращаются в разные стороны, для вращения колёс                       автомобиля в одну сторону необходимы                   дополнительные узлы.

 

 

 

Биротативный генератор с кольцевыми контактами и щетками для гибридного привода легкового автомобиля по патенту РФ № 2384423 для одной из автомобилестроительных компаний РФ:

     

 

 

 Недостаток - наличие узла подвода питания  якорных обмоток (скользящего контакта "щетка/  контактное кольцо")

 

 

 

 

Одним из наиболее уязвимых с точки зрения надёжности элементов БЭ является щёточный электрический контакт, обеспечивающий электрическую связь с обмотками на роторе. Контакт начинает разрушаться из-за трения. Кроме того, щёточный контакт не работает при повышенной температуре, при сильных вибрациях, при наличии паров металлов. Щёточный контакт значительно снижает максимально допустимые скорости вращения роторов БЭ. Поскольку мощность БЭ пропорциональна скорости вращения роторов, то возможности заметного улучшения массогабаритных показателей контактных БЭ ограничены, особенно с учётом трудностей с охлаждением обмоток статора. Поэтому особую актуальность приобретает создание бесконтактных БЭ, которые имеют высокую надёжность, могут работать при высоких температурах и агрессивных средах и позволяют улучшить массогабаритные показатели за счёт увеличения скорости вращения.

Пример применения бесконтактной биротативной электромашины

Применение бесщеточной (бесконтактной)  биротативной электромашины для транспортного средства (HONDA MOTOR CO., Ltd., силовой модуль, патент Японии 2008-114673):

 

 

 

Недостаток – обязательное наличие вариатора для возможности работы ДВС с постоянной частотой вращения вала

 

 

 

 

 

 

Вариант бесконтактной биротативной электромашины HONDA MOTOR CO., Ltd.

Статор электромашины – традиционной конструкции, с открытыми пазами, в каждом из которых уложены витки одной из трех фаз.

 

 

 Недостатки:

- сложность намотки статора, электрической изоляции фаз обмотки друг от друга и от корпуса, защиты от смазки.

- необходимость внешнего сложного датчика взаимного положения роторов

 

 

 КОНСТРУКЦИИ БИРОТАТИВНЫХ БЕСКОНТАКТНЫХ ЭЛЕКТРОМАШИН РАЗРАБОТКИ ООО "АВИС"


 

 

 

 

 

 

 

 

 

Преимущества бесконтактной электромашины ООО "АВИС":

- Предельная простота конструкции (в том числе и максимальная простота намотки статора)

- Гарантированная изолированность фаз обмотки друг от друга и от корпуса (предельная электробезопасность)

- Максимальная защищенность обмоток от любых воздействий – смазок, пыли и прочее.

 - Простой и надежный встроенный датчик взаимного положения роторов (нет необходимости измерять положение каждого ротора и вычислять их взаимное положение).

Актуальность

Развитие современного промышленного производства, развитие сегментов электро и гибридного автотранспорта, альтернативных источников энергии определяют основные приоритеты на рынке электромашин: повышение качества и надежности, снижение себестоимости и материалоемкости, а также энергопотребления и трудоемкости. Благодаря прогрессу в технологии магнитных материалов и промышленному освоению производства новых сплавов для ПМ значительно расширилась область их применения. Появление высококоэффективных ПМ, выполненных на основе соединений кобальта с редкоземельными материалами (РЗМ) открыло новый этап развития электромашин с ПМ. ПМ на основе сплавов  с высокой магнитной энергией позволяют создавать электромашины, способные конкурировать по габаритным и энергетическим показателям с электромашинами с электромагнитным возбуждением в широком диапазоне мощностей и частот.

Рынок биротативных электромашин для транспорта практически отсутствует. Конструкции приводов ДЛЯ АВТОТРАНСПОРТА с их использованием единичны (Honda, Volkswagen). Внедрение разработок биротативных бесконтактных электромашин "АВИС" дает возможность сформировать и занять нишу биротативных электромашин для транспорта, получить конкурентные премущества на рынке.