БЕСКОНТАКТНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТИПА Российский патент 1999 года по МПК H02K21/12 H02K29/00 H02K19/10 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к бесконтактным электрическим машинам, и может быть использовано в автономном электрооборудовании в качестве источника постоянного или переменного тока (вентильные генераторы (ВГ) постоянного или переменного тока), а также в качестве электромеханической части вентильных двигателей (БД) постоянного или переменного тока.

Известны вентильные машины (ВМ) бесконтактного исполнения [1, 2], достоинством которых являются улучшенные рабочие характеристики за счет определенного соотношения числа зубцов статора (z) и полюсов ротора (2p). Прототипом данного изделия служит бесколлекторный двигатель постоянного тока [2], к основным недостаткам которого относится сужение его функциональных возможностей (использование его только в режиме бесконтактного двигателя постоянного тока. Предлагаемое решение лишено указанных недостатков. Целью изобретения является повышение функциональных возможностей бесконтактной электрической машины за счет использования ее в режимах как генератора, так и двигателя при повышении удельных энергетических показателей ВМ, а именно увеличение удельного момента (ω_уд= M_н/G_дв) и снижение удельных потерь (P_уд= ΔP_Σ/M_н), что приведет в свою очередь к увеличению добротности BM d = M²/ΔP_ΣG_дв), влияющей на энергетические и динамические возможности ВМ (как в режиме двигателя, так и генератора постоянного или переменного тока).

Применение данной бесконтактной электрической машины (БЭМ) не только в режимах бесконтактного двигателя постоянного тока (БДПТ) [2], но и как бесконтактного генератора (постоянного или переменного тока) в автономных системах электроснабжения значительно расширяет сферу применения бесконтактных машин данного класса. Так, ВГ с большим числом полюсов (2p) и числом фаз (m) могут формировать напряжения питания с малыми пульсациями. Это же относится к БД постоянного и переменного тока с малыми пульсациями действующего момента на валу машины.

Кроме того, предлагаемая бесконтактная электрическая машина имеет улучшенные условия теплоохлаждения обмоток якоря за счет того, что каждая катушка имеет хороший тепловой контакт с корпусом машины (имеет малое тепловое сопротивление), а также имеет малые удельные омические (основные греющие) потери за счет лучшего использования меди обмоток якоря (уменьшение длины среднего витка за счет уменьшения длины вылета лобовых частей обмоток), а также лучшее использование машины по удельной жесткости машины (коэффициенту демпфирования что приводит к улучшению динамических параметров машины (уменьшению времени разгона в режиме двигателя), а также к увеличению жесткости нагрузочной характеристики (в режиме генератора), что упрощает схемную реализацию регуляторов напряжения в контуре управления выходным напряжением при изменении нагрузки на генератор.

Наиболее рациональным методом решения проблемы (улучшения рабочих характеристик ВМ) является электромагнитное редуцирование, достигаемое путем использования не только первой, но и более высоких гармонических составляющих кривой основного поля.

Бесконтактная электрическая машина (БЭМ) состоит из магнитопроводящего статора, выполненного с K-равномерно расположенными катушками обмотки якоря (при зубцовом варианте z = k), число которых кратно числу фаз (m) и ротора с 2p- чередующимися полюсами, отделенными от статора рабочим зазором, отличается тем, что обмотка статора намотана таким образом, что число катушек (К) отличается от числа полюсов ротора (2p) на величину /l/, где l - минимально возможное положительное число (K - 2p = /l/).

Каждая катушка статора представляет явновыраженный полюс (независимо от исполнения статора - зубцовый или беззубцовый вариант), а каждая фаза состоит из l - катушечных групп с чередующейся полярностью катушек (или за счет намотки катушек, или за счет подсоединения выводных концов катушек). Катушки одной фазы сдвинуты между собой на угол α_m, причем α_m= π/m при m четном, m = 2 l;
при m =(2l+1), где l=1,2...

Описанные выше элементы конструкции БЭМ, характерными чертами которой является определенное соотношение катушек (K) и числа полюсов (2p), связанных определенным образом, и обмотка статора с определенным образом намотанными и подключенными катушками при фиксированном числе K и 2p, позволяют выполнить обмотки, различные по числу фаз, что также расширяет функциональные возможности БЭМ этого типа.

Кроме улучшения удельных показателей (по моменту, потерям, массе активных материалов) данная БЭМ улучшает надежностные характеристики машины за счет разнесения проводников различных фаз между собой, а также уменьшается статический момент на валу машины за счет уменьшения реактивного момента (как за счет отказа от зубцов, так и за счет рационального выбора K и 2p).

Предлагаемая БЭМ может быть реализована в следующих конструктивных вариантах, представленных на фиг. 1 (а - з).

На фиг. 1 (а - з) обозначены статор 1, на зубцах 2 которого намотана m - фазная обмотка 3 и отделенный воздушным зазором 4 ротор 5 с зубцами 6, образующими 2p-полюсную систему. На фиг. 2 представлена схема двухфазной, а на фиг. 3 - схема трехфазной машины. Примеры, приведенные на фиг. 2, 3, демонстрируют одно из преимуществ данного изобретения, когда при неизменных параметрах статора и ротора (z = const, 2p = const) можно выполнить БЭМ с различным числом фаз (m).

Источники информации:
1 Патент RU N 2091969, H 02 K 29/00, 27.09.97.

2 Заявка WO 91/18440, H 02 K 21/14.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автономных системах электрооборудования в качестве источника переменного или постоянного тока (вентильные генераторы постоянного или переменного тока) или в качестве электромеханической части бесконтактного двигателя постоянного или переменного тока. Сущность изобретения: электрическая машина содержит статор 1, на Z -зубцах 2 которого намотана m - фазная обмотка 3, ротор 5 с 2p чередующимися полюсами. Согласно изобретению число зубцов статора Z кратно числу фаз m, а число Z и число полюсов ротора 2p выбираются такими, чтобы разница между ними была ± l, где l - минимальное целое число. При этом m - фазная обмотка, каждая фаза которой состоит из l катушечных групп, намотана так, что направления намотки на зубцах статора внутри каждой катушечной группы чередуются и что на зубцах одной фазы, сдвинутых на 180^o/l, направление было согласным при нечетном l и встречным при четном l, а сдвиг между фазами α_m= π/m при m = 2l; α_m= [3-(-1)^m/2•π/m при m = (2l+1), где l = 1,2.... Технический результат от использования данного изобретения состоит в возможности создания бесконтактных электрических машин с различным числом фаз m, с улучшенными удельными показателями по моменту, потерям, массе активных материалов, а также повышенной надежности за счет разнесения проводников различных фаз между собой. Кроме того, уменьшается статический момент на валу машины. 3 ил.

Бесконтактная электрическая машина, содержащая статор с z равномерно расположенными зубцами, на которых размещена m-фазная обмотка, и ротор с 2p чередующимися полюсами, отличающаяся тем, что число зубцов статора z, кратное числу фаз m, и число полюсов ротора 2p выбираются такими, чтобы разница между ними была ±l, где l - минимальное целое число, а m-фазная обмотка, представляющая обмотку, каждая фаза которой состоит из l-катушечных групп намотана так, чтобы направления намотки на зубцах статора чередовались внутри каждой катушечной группы и чтобы на зубцах одной фазы, сдвинутых на 180^o/l, направление было согласным при нечетном l и встречным при четном l, а сдвиг между фазами α_m определяется как
α_m= π/m при m = 2l;
при m =(2l + 1),
где l = 1, 2 ...