ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1997 года по МПК H02K23/04 

Изобретение относится к электрическим машинам постоянного тока, предназначено для использования в самых разных областях техники, в механизмах и устройствах, где имеется источник постоянного тока.

Широко известна машина постоянного тока автомобильный генератор, который описан в учебниках водителя автомобиля. Он состоит из статора с обмоткой возбуждения на одной паре главных полюсов ротора, набранного из тонких листов электротехнической стали, суженной в пазах медной обмоткой, коллектора и щеток коллектора.

Данная машина постоянного тока обладает широким диапазоном изменения скорости вращения и нагрузки, проста в обслуживании. Однако автомобильный генератор как электрическая машина постоянного тока обладает и рядом недостатков: малый коэффициент полезного действия, большой потребляемый ток при работе в режиме электродвигателя, возможность работать только при малой и средней мощности.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является электрическая машина постоянного тока (А.С. 122199, опубликовано в "Бюллетене изобретений" N 17 за 1959 г.) с половинным числом дополнительных полюсов и с широким диапазоном изменения скорости вращения. Данная машина постоянного тока состоит из станины статора с одной парой главных полюсов и половинным числом дополнительных полюсов; ротора, набранного из тонких листов электротехнической стали с медной обмоткой, уложенной в пазах ротора, коллектора и щеток коллектора.

В описанной выше электрической машине постоянного тока применена несимметричная обмотка возбуждения для улучшения условий коммутации путем уменьшения влияния насыщения магнитной цепи на поток дополнительного полюса. При работе в режиме двигателя применена последовательная обмотка на главном полюсе, равноименном с дополнительным, для компенсации разности намагничивающих сил шунтовых катушек и увеличения намагничивающей силы дополнительного полюса по мере возрастания тока.

Однако и эта электрическая машина способна работать только в режимах малых и средних мощностей. Это можно объяснить тем, что под воздействием магнитного поля статора в железном сердечнике ротора возникает собственное магнитное поле.

Чтобы двигатель был работоспособен, необходимо создать в роторе магнитное поле несколько большее, чем возникшее под воздействием магнитного поля статора, и несколько смещенное от оси центра магнитных полюсов статора.

Чтобы увеличить мощность электромашины, необходимо увеличить магнитное поле и статора и ротора, но из-за явления магнитного насыщения стали рост потребляемой энергии для увеличения магнитного поля значительно опережает рост мощности самого магнитного поля. Это ведет к увеличению потерь электроэнергии на сопротивление в проводниках и перемагничивания железа, а следовательно, к падению КПД двигателя.

В режимах больших и сверхбольших мощностей эти потери настолько велики, что использовать электромашины постоянного тока в этих режимах крайне неэффективно.

Целью изобретения является увеличение мощности двигателя при неизменном и даже некотором повышении его КПД. Поставленная задача достигается тем, что на статоре электрической машины устанавливается пара сверхпроводящих магнитов большой мощности и разноименной полярности.

Ротор представляет собой вал из немагнитной стали с укрепленной на нем с помощью стеклонитей и эпоксидных смол медной обмоткой. Всякое применение в роторе железа или других магнитных материалов недопустимо. В роторе такой конструкции собственное магнитное поле под действием магнитного поля статора не возникает и достаточно даже небольшого тока в обмотках ротора, чтобы двигатель был работоспособен.

Предлагаемый двигатель строго подчиняется закону Ампера для проводника с током в магнитном поле, причем без ограничений характерных для электромашин с железосодержащим ротором.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Электрическая машина постоянного тока, работающая в режиме электродвигателя, состоит из стального корпуса 1, внутри которого находится станина статора 2 из немагнитной стали, сверхпроводящих магнитов 3, установленных между станиной статора и корпусом, ротора, вал которого 4 изготовлен из немагнитной стали, а медная обмотка 5 крепится к нему с помощью стеклонитей и эпоксидных смол, коллектора 6 и щеток коллектора.

Принцип работы предлагаемой электромашины постоянного тока аналогичен принципу работы известных электрических машин постоянного тока, работающих в режиме электродвигателя.

Учитывая то, что сверхпроводящие магниты практически не потребляют электроэнергии, а ток в обмотках ротора, при которой двигатель способен совершать работу, может быть даже небольших значений, можно предположить, что КПД предлагаемого электродвигателя будет превышать КПД всех ранее известных электромашин постоянного тока, работающих в режиме электродвигателя.

Область использования: электропривод и системы электропитания постоянного тока. Сущность изобретения: электрическая машина постоянного тока содержит станину статора, ротор с обмоткой и валом и коллектор, причем машина снабжена корпусом и сверхпроводящими магнитами, закрепленными между корпусом и станиной, обмотка крепится на валу при помощи стеклонитей и эпоксидной смолы, а станина и вал выполнены из немагнитной стали. Технический результат: улучшение эксплуатационных характеристик. 1 ил.

Электрическая машина постоянного тока, содержащая станину статора, ротор с медной обмоткой и валом и коллектор, отличающаяся тем, что снабжена корпусом и сверхпроводящими магнитами, закрепленными между корпусом и станиной, обмотка крепится на валу при помощи стеклонитей и эпоксидной смолы, а станина и вал выполнены из немагнитной стали.