ИНДУКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 1997 года по МПК H02K19/24 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к индукторным электрическим машинам с зубчатым статором и зубчатым ротором, применяемым в промышленных и бытовых установках в качестве двигателей, генераторов, а также муфт с электромагнитным редуцированием числа оборотов.

Известна индукторная электрическая машина, работающая на принципе электромагнитной редукции и содержащая статор с явно выраженными полюсами, на которых выполнены радиальные зубцы, ротор при этом зубчатый. На статоре размещены обмотка возбуждения, катушки которой охватывают каждый зубчатый полюс статора, формируя магнитный поток противоположного знака в соседнем зубчатом полюсе, и многофазная обмотка переменного тока [1] Размещение двух обмоток в одних и тех же пазах статора делает конструкцию электрической машины малотехнологичной и существенно снижает использование активного объема, увеличивая массогабаритные показатели.

Также известна индукторная электрическая машина, являющаяся прототипом и содержащая явнополюсный зубчатый магнитопровод с обмотками и цилиндрический зубчатый ротор, состоящий из вала и активной части рациального магнитопровода. Обмотки выполнены из катушек, каждая катушка размещена на одном из полюсов магнитопровода, внутри которого коаксиально размещен ротор [2] Фазы обмоток образованы из катушек, которые размещены на полюсах магнитопровода со сдвигом на двойное полюсное давление, и последовательно включенного с ними диода. В каждой фазе обмотки прототипа поочередно протекает постоянный пульсирующий ток, создающий однонаправленное в полюсе пульсирующее магнитное поле притягивающее зубцы ротора и обеспечивающее электромагнитный момент.

Работа индукторных машин основана на модуляции магнитного потока зубцовой зоной магнитопроводов, подвижных относительно друг друга. Высокие энергетические показатели /КПД, коэффициент мощности, потребляемая мощность и пр. / обеспечиваются при определенном соотношении величины зазора ширины зуба и паза магнитопроводов. С увеличением числа зубцов величину зазора необходимо уменьшать. В машинах малой мощности величина зазора очень мала и трудно выдержать ее равномерность. Неравномерный зазор приводит к значительным вибрациям, шуму, неравномерному движению ротора в двигателях и муфтах, искажению и пульсации выходного напряжения по амплитуде и фазе в генераторах.

Однако из анализа уровня техники видно, что, используя основной принцип действия прототипа создание однонаправленного пульсирующего магнитного потока катушками полюсов, можно достичь высоких энергетических показателей и качества выходных характеристик, обеспечивая требуемую величину и равномерность воздушного зазора.

Этого можно достичь в предложенной индукторной электрической машине, содержащей цилиндрический зубчатый ротор, состоящий из вала и активной части, явнополюсный с числом полюсов Z_o зубчатый магнитопровод с обмотками, каждая катушка которых размещена на одном из его полюсов, при этом явнополюсный магнитопровод с катушками и ротор размещены коаксиально. Указанный магнитопровод с обмотками снабжен цилиндром, являющимся корпусом индукторной электрической машины и расположенным по внутренней расточке. Цилиндр выполнен тонкостенным из магнитного материала с геометрией, подобной геометрии явнополюсного магнитопровода в месте контакта по всей толщине тонкостенного цилиндра в пределах длины активной части цилиндрического зубчатого ротора и явнополюсного магнитопровода. Цилиндр может быть выполнен магнитным и из магнитотвердого гистерезисного или магнитодиэлектрического материала.

На фиг.1 изображена конструктивная схема двигателя с корпусом внутри расточки статора, а на фиг.2 ротор внутри цилиндрической расточки корпуса при сквозной конструкции, при которой диаметры расточки и подшипников одинаковы.

Индукторная электрическая машина /фиг.1/ имеет обмотки, состоящие из катушек 1, каждая из которых размещена на одном из полюсов 2 зубчатого магнитопровода 3, выполненного из листов электротехнической стали. Цилиндрический зубчатый ротор 4 состоит из вала 5, активной части 6, выполненной из листов электротехнической стали, и подшипников 7. Подшипники 7 соединяют вращающуюся часть /ротор/ с корпусом 8 /фиг.1 и 2/. Корпус 8 представляет собой тонкостенный цилиндр из магнитопроводящего материала, например стали марок Ст^oCСт 40. Для машин малой мощности для обеспечения очень малых зазоров практикуется выполнение сквозной конструкции /фиг.2/, когда диаметр активной части 6 ротора наружный диаметр подшипников 7 отличаются лишь на величину малого рабочего зазора между корпусом 8 и ротором 4. Длина активной части ротора 6 и цилиндрического явнополюсного магнитопровода 3 выполнены одинаковой величины /возможны варианты одна длина больше другой/.

Тонкостенный цилиндр 8 из намагничивающегося материала в пределах длины активной части цилиндрического зубчатого ротора 6 и явнополюсного магнитопровода 3 имеет геометрию, подобную геометрии явнополюсного магнитопровода 3 в месте контакта по всей толщине цилиндра 8. Это означает выполнение в тонкостенном цилиндре 8 окон 9 с длиной, совпадающей с длиной магнитопроводов 3 и 6, по ширине совпадающей с расстояниями между полюсами 2 /и зубцами на полюсах, если они имеют место в нашем случае не указаны на фигурах / явнополюсного магнитопровода 3.

Магнитный материал тонкостенного цилиндра 3 может быть выбран и других марок: гистерезисный, магнитотвердый, магнитодиэлектрик, в зависимости от дополнительных требований к показателям качества индукторной электрической машины.

Индукторная электрическая машина, относящаяся к классу синхронных машин, работает следующим образом. При подключении катушек 1, объединенных в фазы, поочередно к источнику питания в них возникает пульсирующий постоянный ток, создающий пульсирующий однонаправленный магнитный поток полюсов 2. Магнитный поток в воздушном зазоре будет иметь пространственное распределение, идентичное варианту без магнитного цилиндра 8 между магнитопроводами 3 и 6. Таким образом, предложенная конструкция полого цилиндра 8 обеспечивает работоспособность индукторной электрической машины.

Дополнительное подмагничивание материала цилиндра 8 в зоне полюсов 2 магнитопровода 3 благоприятно сказывается на энергетических показателях индукторной машины, работающей в режиме недовозбуждения, повышая ее коэффициент мощности и коэффициент полезного действия. Главное преимущество, приобретаемое индукторное машинное при таком исполнении, это значительное снижение массы конструктивных материалов, возможность обеспечения более мало и более равномерного зазора, особенно при сквозной конструкции /фиг.2/.

Эффект подмагничивания можно усилить применив в качестве материала тонкостенного цилиндра 8 гистерезисный материал или магнитотвердый материал. В последнем случае поле полюсов 2, не создает размагничевающего поля для постоянных магнитов, так как поле полюсов 2 хотя и пульсирующее, но однонаправленное.

Применение магнитодиэлектриков в качестве материала тонкостенного цилиндра 8 позволяет обеспечить дополнительный уровень изоляции между медью катушек 1 полюсов 2 и корпусом 8, что не маловажно для обеспечения требуемого класса электробезопасности электрооборудовния.

Следует обратить внимание на менее жесткие требования соосности внешнего и внутреннего диаметров тонкостенного цилиндра 8 в зоне явнополюсного магнитопровода 3, что упрощает технологию изготовления корпуса 8.

Таким образом, выполнение корпуса встроенного в расточку явнополюсного магнитопровода с обмотками в виде магнитного тонкостенного цилиндра с окнами между зубцами явнополюсного магнитопровода с обмотками позволяет обеспечить индукторным электрическим машинам конструктивные преимущества: малый требуемый зазор и его разномерность, меньший габарит и массу при достижении высоких энергетических показателей.

Изобретение относится к области электротехники и ксается выполнения индукторных электрических мешин, которые могут быть использованы в качестве двигателей, генераторов или электромагнитных муфт. Сущность изобретения состоит в том, что электрическая мешина содержит обмотку из катушек 1, размещенных на явновыраженных зубчатых полюсах 2 магнитопровода 3. Во внутренней расточке магитопровода 3 установлен корпус 8 в виде цилиндра, каоксиально которому расположен зубчатый ротор 4. Цилиндр 8 выполнен тонкостенным из магнитного материала и с геометрией, подобной геометрии явнополюсного магнитопроволда 8 в месте контакта по всей толщине тонкостенного цилиндра 8 в пределах активной части 6 зубчатого ротора 4 и явнополюсного магнитопровода 3. Данная индукторная электрическая машина обладает улучшенными массогабаритными показателями при достаточно высоких энергетических показателях. 3 з. п.ф-лы, 2 ил.

1. Индукторная электрическая машина, содержащая цилиндрический зубчатый ротор, состоящий из вала и активной части, явнополюсный с числом полюсов Z₀ зубчатый магнитопровод с обмотками, каждая катушка которых размещена на одном из его полюсов, при этом явнополюсный магнитопровод с катушками и ротор размещены коаксиально, отличающаяся тем, что указанный магнитопровод с обмотками снабжен цилиндром, являющимся корпусом индукторной электрической машины и расположенным во внутренней расточке, причем цилиндр выполнен тонкостенным из магнитного материала с геометрией, подобной геометрии явнополюсного магнитопровода в месте контакта по всей толщине тонкостенного цилиндра в пределах длины активной части цилиндрического зубчатого ротора и явнополюсного магнитопровода. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что тонкостенный цилиндр, расположенный внутри явнополюсного магнитопровода с обмотками, выполнен из магнитотвердого материала. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что тонкостенный цилиндр, расположенный внутри явнополюсного магнитопровода с обмотками, выполнен из гистерезисного магнитного материала. 4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что тонкостенный цилиндр, расположенный внутри явнополюсного магнитопровода с обмотками, выполнен из магнитодиэлектрического материала.