ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 1995 года по МПК H02K19/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, у которых все токонесущие элементы выполнены неподвижными.

Аналогом является, например, синхронная машина с когтеобразными полюсами и ее модификация бесконтактный сельсин, используемый и как синхронная машина при питании его обмоток возбуждения постоянным током.

Наиболее близка к предлагаемой машине индукторная машина, содержащая зубчатые магнитопроводы статора и ротора с обмотками якоря и индуктора, размещенными на статоре, кольцевые сердечники магнитопровода по числу фаз обмотки якоря, распределенные в аксиальном направлении машины.

У индукторной машины многофазная обмотка размещается в пазах статорного пакета, а поток проходит по зубцам, чередующимся с этими пазами. Выполнение таких обмоток весьма трудоемко, а их надежность невысока.

Целью изобретения является упрощение конструкции.

Это достигается тем, что электрическая машина содержит зубчатые магнитопроводы статора и ротора с обмотками якоря и индуктора, размещенными на статоре, кольцевые сердечники магнитопровода по числу фаз обмотки якоря, распределенные в аксиальном направлении машины, а обмотки якоря и индуктора выполнены кольцевыми и размещены концентрически относительно друг друга, сердечники магнитопровода выполнены из магнитопроводящих колец и продольных замыкающих полос, причем кольцевые обмотки размещены между двумя соседними магнитопроводящими кольцами, а продольные замыкающие полосы на внутренней и наружной поверхности этих колец соответственно ротора и статора, причем кольцевые сердечники магнитопровода статора или ротора размещены со сдвигом в тангенциальном направлении на угол радиан относительно друг друга, где m число фаз.

На фиг.1 и 2 показаны соответственно продольный разрез и поперечный (по кольцевому пакету) трехфазной машины с неподвижными кольцевыми пакетами с внутренними полюсами (зубцами) и катушками, подвижным внутренним ротором с пакетами полосок-полюсов и неподвижными внешними пакетами полосок, занимающими наибольшую технологически возможную часть внутренней поверхности корпуса (например, у внешнего магнитопровода бесконтактного сельсина), причем кольцевые пакеты плотно, как тороиды у бесконтактных сельсинов вставлены в кольцо, образуемое внешними пакетами. Число рабочих зазоров у каждой секции якоря 2 (как у обычных машин). На фиг.3 и 4 показаны разрезы одной секции продольной и поперечной по тороиду с шестью рабочими зазорами существенно более использованной по массогабаритным показателям но несколько менее технологичной в изготовлении.

Электрическая машина содержит кольцевую катушку возбуждения (обмотку) 1, кольцевую катушку (обмотку) якоря 2, кольцевой зубчатый магнитопровод 3, подшипник 4, продольные замыкающие полосы ротора 5, продольные замыкающие полосы статора 6, подвижные зубцы-полюсы 7, неподвижные зубцы-полюсы 8, вал машины 9, подшипниковые щиты 10.

Работа машины основана на совместном воздействии на ротор машины суммы моментов, возникающих при взаимодействии подвижных 7 и неподвижных 8 полюсов при наличии токов в обмотках 1 и 2.

В трехфазной машине (m 3) минимальное количество секций три, сдвиг между осями системы полюсов (например, расположенных на тороидах) от первой секции соответственно у второй секции и у третьей секции.

Самые высокие массогабаритные показатели можно достичь, если выполнить машину по фиг. 3 и 4 при значительных диаметрах, характерных для низкоскоростных двигателей.

В статоре с продольными замыкающими пакетами полосок вставлены в соответствующей обойме катушки 1 и 2 и справа и слева в каждой секции установлены с минимальными зазорами относительно пакетов вдоль поверхности системы неподвижных тороидов. После этого в машину вводится ротор, на пакетах замыкающих полосок 6 которого жестко насажена одна, например, правая, система подвижных тороидов. Затем с противоположной стороны плотно насаживается на пакеты замыкающих полосок 6 ротора вторая сторона системы подвижных тороидов.

Предлагаемая машина может работать не только в качестве синхронного двигателя и синхронного генератора, но и бесконтактного сверхмногополюсного сельсина, если, например, обмотку 1 питать однофазным током во всех секциях однофазной обмотки возбуждения сельсина, а обмотки 2 в трех или четырех секциях использовать как обмотку синхронизации сельсина.

При этом возможно и выполнение полностью бесконтактного дифференциального сельсина, если, например, систему m обмоток 1 подсоединить к m-фазной обмотке синхронизации одного сельсина-датчика, а систему m обмоток 2 к m-фазной обмотке синхронизации второго датчика. При использовании машины в качестве синхронной можно ограничиться только одной системой m обмоток 1 (или 2), подключив ее к m-фазному источнику однополупроводного тока.

Предлагаемая машина может быть использована в качестве двигателя двойного питания.

Возможно использование машины и как преобразователя частоты, можно получать частоту Δω при питании машины токами с частотой ω₁ и вращения ее оси с частотой ω₂, можно получить машину аналогично асинхронной машине с фазным ротором, но с полностью неподвижными токонесущими элементами обмотками если одну систему обмотки питать от многофазной сети, а другую замкнуть накоротко, либо через систему реостатов.

Предлагаемая электрическая машина может работать в режиме "автосинхронной" (чаще называемой "машиной постоянного тока"), если питать ее фазные обмотки системой меняющихся по частоте токов, управляемых от датчиков положения, фиксирующих данное мгновенное взаимное положение осей подвижных и неподвижных полюсов.

Использование: электродвигатели переменного тока на низкие частоты вращения. Сущность изобретения: электрическая машина содержит сердечники магнитопровода из магнитопроводящих колец и продольных замыкающих полос, между двумя соседними кольцами размещены кольцевые обмотки якоря и индуктора, причем кольцевые сердечники магнитопровода статора или ротора размещены со сдвигом в тангенциальном направлении относительно друг друга. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, содержащая зубчатые магнитопроводы статора и ротора с обмотками якоря и индуктора, размещенными на статоре, кольцевые сердечники магнитопровода по числу фаз обмотки якоря, распределенные в аксиальном направлении машины, отличающаяся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления и повышения энергетических показателей, обмотки якоря и индуктора выполнены кольцевыми и размещены концентрически относительно друг друга, сердечники магнитопровода выполнены из магнитопроводящих колец и продольных замыкающих полос, причем кольцевые обмотки размещены между двумя соседними магнитопроводящими кольцами, а продольные замыкающие полосы размещены на внутренней и наружной поверхностях этих колец соответственно ротора и статора, причем кольцевые сердечники магнитопровода статора или ротора размещены со сдвигом в тангенциальном направлении на угол 2π/m рад относительно друг друга, где m число фаз. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что часть объема кольцевых катушек размещена в полости ротора. 3. Машина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что на кольцевых сердечниках магнитопровода ротора размещены постоянные магниты. 4. Машина по пп. 1 3, отличающаяся тем, что магнитопроводящие кольца статора и ротора подразделены по меньшей мере на две части в радиальном направлении и установлены таким образом, что части магнитопроводящих колец статора и ротора чередуются в радиальном направлении.