ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 1997 года по МПК H02K16/02 H02K1/02 H02K1/16 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к электрическим машинам торцового типа.

Известна электрическая машина торцового типа, содержащая статор с многослойной печатной обмоткой, в окнах которой размещены зубцы ферромагнитного сердечника, при этом магнитопровод выполнен составным из кольца с зубцами на одной из торцовых поверхностей ярма, имеющего радиальные, обращенные к зубцам кольца прорези на торце, в которых закреплены зубцы, при этом часть зубцов расположена на торцовой поверхности ярма, обращенной к зубцам кольца (см. авт. свид. СССР N 558352, H 02 K 1/06, 1975). Однако в известной машине недостаточная прочность статора.

Известна электрическая машина торцового типа, статор которой содержит прессованные из ферромагнитного материала кольцо с зубцами и ярмо с прорезями и зубцами, которые выполнены армированными ферромагнитной лентой в виде кольца с числом зубцов, равным числу зубцов магнитопровода, а между кольцом и ярмом размещена многослойная дисковая печатная обмотка (см. авт. свид. СССР N 936226, H 02 K 1/06, 1980). Недостатком описанной машины являются повышенные потери мощности в сердечнике статора, что снижает коэффициент полезного действия машины в целом.

Известна электрическая машина, содержащая массивный ротор в виде магнитопровода, прессованного из порошковой шихты, полувалов и короткозамыкающих колец, при этом ротор снабжен размещенной на наружном слое магнитопровода короткозамкнутой обмоткой из электропроводного материала, выполненной в виде шестигранников, соединенных между собой перемычками, образующими ряды, сдвинутые друг относительно друга, причем выводы от указанных рядов обмотки присоединены к короткозамыкающим кольцам (см. авт. свид. СССР N 1023534, H 02 K 1/28, 1980). Проводя анализ конструктивных особенностей описанной машины, можно сделать вывод о невысокой механической прочности вращающегося рототора.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой электрической машине торцевого типа является электрическая машина по патенту ПНР N 143759, содержащая магнитопровод статора с обмоткой возбуждения и магнитопроводы ротора, состоящего из двух сердечников, при этом магнитопровод статора выполнен в виде тороида с витками ленты, имеющими пазы, в которых расположена обмотка возбуждения, а плоскость ленты параллельна оси вращения ротора, состоящего из двух тороидальных сердечников, где каждый из витков обмотки лежит в плоскости, перпендикулярной оси вращения, а каждый виток обмотки возбуждения лежит в плоскости, проходящей через ось вращения, причем ротор может быть короткозамкнутым или иметь постоянные магниты. Описанная электрическая машина принята за прототип при составлении настоящей заявки.

Недостатками прототипа являются значительные расходы ферромагнитных материалов, обусловленные наличием в конструкции машины ярма статора при двух ярмах ротора. Кроме того, в качестве материала магнитопровода статора, а его ярмо выполнено цельным, неэффективно применять порошковые прессованные материалы, так как они в сравнении с электротехническими сталями имеют более низкие характеристики, что при относительно большом об'еме магнитопровода статора делает неэкономичным их применение.

Цель изобретения улучшение технико-экономических показателей электрической машины путем снижения массы и объема магнитопровода статора.

Поставленная цель достигается тем, что в электрической машине, содержащей магнитопровод статора в обмоткой возбуждения и магнитопроводы ротора, состоящего из двух сердечников, магнитопровод статора выполнен в виде отдельных активных магнитных элементов из прессованного ферромагнитного материала, образующих зубцовую зону, при этом в промежутках между магнитными элементами уложена обмотка с витками, расположенными параллельно плоскости вращения ротора.

Заявляемая электрическая машина торцового типа характеризуется наличием следующих существенных отличительных признаков: а/ магнитопровод статора выполнен в виде отдельных активных магнитных элементов; б/ элементы выполнены из прессованного ферромагнитного материала; в/ элементы образуют зубцовую зону; г/ в промежутках между элементами уложена обмотка возбуждения; д/ витки обмотки возбуждения расположены параллельно плоскости вращения ротора.

Признаки "а, в, г, д" отсутствуют в аналогах, прототипе, приведенных выше, и известных технических решениях, обнаруженных в результате исследований по патентной и научно-технической литературе, что позволяет сделать вывод о наличии новизны заявляемой машины, а из накопленного опыта в области электромашиностроения не следует явным образом предлагаемая конструкция машины, значит она соответствует критерию изобретения "Изобретательский уровень". Работа предлагаемой электрической машины теоретически обоснована, т.е. она работоспособна, технологична в изготовлении и неприхотлива в эксплуатации. Из сказанного выше следует, что предлагаемая электрическая машина торцового типа соответствует требованиям патентноспособности и может быть признана изобретением.

Отсутствие ярма в магнитопроводе статора уменьшает расход ферромагнитного материала, что улучшает массо габаритные показатели, а снижение магнитных потерь за счет уменьшения объема магнитопровода статора, где при большой частоте изменения магнитного потока возникают большие потери на гистерезис и вихревые токи, улучшает энергетические показатели, в частности коэффициент полезного действия. Переменный магнитный поток замыкается по активным магнитным элементам, образующим тубцовую зону, и магнитопроводам роторов, расположенных по обеим сторонам зубцовой зоны статора. Частота изменения магнитного потока в магнитопроводах роторов небольшая в случае работы электрической машины как асинхронной, следовательно, магнитные потери мощности здесь будут минимальными. Магнитные потери в магнитопроводах ротора будут отсутствовать, если электрическая машина будет выполнена как синхронная, так как ротор будет вращаться с частотой вращения магнитного поля и относительного перемещения магнитного потока в магнитопроводах ротора не будет. Это делает возможным выполнение магнитопроводов ротора из конструкционной стали, а также из порошкового материала, причем расположение постоянных магнитов на роторе дает возможность использовать электрическую машину в качестве синхронной, а наличие явно выраженных полюсов на роторе превращает ее в синхронную реактивную.

Сущность заявленного поясняется чертежами, где на: фиг.1 представлен продольный разрез электрической машины торцового типа; фиг.2 разрез по А-А на фиг.1; фиг.3 схема формирования сосредоточенной обмотки статора на примере двухполюсной машины однофазного исполнения; фиг.4 схема распределенной обмотки статора на примере четырехполюсной машины однофазного исполнения.

Электрическая машина торцового типа (фиг.1, 2) содержит неподвижный статор 1, состоящий из магнитопровода, выполненного в виде отдельных активных магнитных элементов 2, образующих зубцовую зону, и обмотки возбуждения 3, расположенной в промежутках между активными магнитными элементами 2. Витки обмотки 3 выполнены из медной или алюминиевой проволоки и расположены параллельно плоскости вращения ротора 4. Обмотка возбуждения 3 может быть выполнена либо сосредоточенной, либо распределенной, однофазной, либо трехфазной. Крепление обмотки 3 и активных магнитных элементов 2 осуществляется при помощи эпоксидного компаунда 5. Статор 1 зафиксирован на втулке 6 стопорным кольцом 7. Ротор 4, состоящий из вала 15 и сердечников 10, установлен во втулке 6 статора 1 посредством подшипника качения 6, который, в свою очередь, зафиксирован на валу ротора 15 стопорным кольцом 9. Ротор 4 выполнен из немагнитного материала, например из нержавеющей стали, что исключает возможность замыкания магнитного потока через него. На роторе 4 по обеим сторонам статора 1 закреплены сердечники 10, выполняющие функции магнитопровода ротора. Ротор 4 может иметь короткозамкнутую обмотку, сердечники 10 могут быть покрыты медью, иметь явно выраженные полюса или постоянные магниты. Статор 1 в сборе с ротором 4 заключены в корпус, состоящий из двух частей 11 и 12, стянутых между собой винтами или болтами 13 с гайками 14.

Схема сосредоточенной обмотки статора двухполюсной машины однофазного исполнения (фиг.3) состоит из сосредоточенных катушек 1 главной обмотки и из сосредоточенных катушек 2 вспомогательной обмотки. Последовательно в цепь вспомогательной обмотки включен фазосдвигающий конденсатор 3.

Схема распределенной обмотки статора четырехполюсной машины однофазного исполнения при числе зубцовых элементов 8 (фиг.4) состоит из главной распределенной обмотки 1 и вспомогательной распределенной обмотки 2, в которую последовательно включен фазосдвигающий конденсатор 3. Секции обмоток выполнены с полным шагом, равным двум.

Электрическая машина торцового типа работает следующим образом.

При подключении обмотки возбуждения 3 к источнику переменного напряжения создается вращающийся магнитный поток, который замыкается через отдельные активные элементы 2 статора 1 и магнитопроводы (сердечники 10) ротора 4. Вращающийся магнитный поток пересекает ответную активную часть ротора 4 (например стержни короткозамкнутых обмоток) и наводит в них электродвижущую силу, под действием корой в активной части ротора 4 (например стержнях короткозамкнутых обмоток) возникают токи. Взаимодействие током ротора 4 и вращающегося магнитного потока статора 1 создает вращающий электромагнитный момент, под действием которого сердечники 10, а вместе с ними и ротор 4 приходят в движение.

Использование: изобретение относится к электромашиностроению, в частности к электрическим машинам торцевого типа. Сущность: в электрической машине торцового типа, содержащей магнитопровод статора с обмоткой возбуждения и магнитопровод ротора, состоящий из двух сердечников, магнитопровод статора выполнен в виде отдельных активных магнитных элементов из прессованного ферромагнитного материала, образующих зубцовую зону, при этом в промежуток между магнитными элементами уложена обмотка с витками, расположенными параллельно плоскости вращения ротора. В результате улучшаются технико-экономические показатели электрической машины путем снижения массы и объема магнитопровода статора. 4 ил.

Электрическая машина торцового типа, содержащая магнитопровод статора с обмоткой возбуждения и магнитопровод ротора, состоящий из двух сердечников, отличающаяся тем, что упомянутый магнитопровод статора выполнен в виде отдельных активных магнитных элементов из прессованного ферромагнитного материала, образующих зубцовую зону, при этом в промежутках между магнитными элементами уложена обмотка с витками, расположенными параллельно плоскости вращения ротора.