ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК H02K33/00 H02K35/00 F02B71/04 

Предложение относится к устройствам преобразования электрической энергии в механическую. Машина может быть использована, например, в качестве генератора передвижной электростанции.

Применению существующей электрической машины возвратно-поступательного движения препятствует большое сопротивление силовой обмотки машины переменному току, сравнительно с роторными электрическими машинами. Это обстоятельство ограничивает номинальную мощность машины возвратно- поступательного движения значениями, достаточными лишь для привода маломощных механизмов, например, таких, как ударники, вибраторы, помпы. Использование такой машины для выработки электроэнергии в практически значимых объемах нецелесообразно (Патент Франции N 2262434, H 02 K 33/16, 1975).

Известен электрический двигатель привода ударника, содержащий источник постоянного магнитного поля, статорный магнитопровод и магнитопроводный индуктор, взаимодействующий при движении вдоль ряда пазов с током витков распределенной в пазах статорного магнитопровода однофазной силовой обмотки.

Силовая обмотка этой известной машины имеет большое сопротивление переменному току. Увеличение сопротивления вызвано тем, что в отличие от синхронных роторных электрических машин, в машинах поступательного движения магнитное поле переменного тока занимает тот же магнитопроводный объем, что и постоянное магнитное поле возбуждения. Поэтому если не принять специальных мер к компенсации магнитного поля силового тока, то электрическое сопротивление силовой обмотки будет недопустимо высоким.

Технический результат заключается в устранении этого недостатка, а также предотвращении ударов индуктора о магнитопровод.

Существо предложения заключается в том, что магнитопровод электрической машины имеет части, в которых наводятся токи Фуко, магнитное поле которых компенсирует поле переменного силового тока, а также наличием зон интенсивного торможения индуктора. Конструктивные признаки электрической машины, обеспечивающие указанные эффекты, будут определены в дальнейшем. Технический результат достигается тем, что в электрической машине возвратно-поступательного движения, содержащей источник постоянного магнитного поля, статорный магнитопровод и индуктор взаимодействующий при движении с распределенной в пазах статорного магнитопровода однофазной силовой обмоткой, согласно изобретению статорный магнитопровод выполнен в виде продольных платформ из листов, одной внутренней и двух наружных, равноудаленных от нее, и двух монолитных поперечных платформ, источник постоянного магнитного поля выполнен в виде двух половин, магнитные потоки которых направлены встречно в продольных платформах, индуктор выполнен из двух стержней, установленных в воздушных промежутках между платформами и снабженных штоком, установленным на опорных плоскостях, соединенных с корпусом.

Половины источника постоянного магнитного поля могут быть выполнены в виде катушечных обмоток, расположенных на внутренних промежуточных между продольной и поперечными платформами стержнях.

На чертеже представлен схематический чертеж патентуемой электрической машины /вариант выполнения/. Статорная часть магнитопровода состоит из двух продольных наружных платформ 1, 2 и равноудаленной от них продольной внутренней платформы 3. Продольные платформы 1, 2, 3 набраны из магнитомягких листов и соединяются по краям двумя монолитными магнито- и электропроводными поперечными платформами 4, 5. Между продольными и поперечными платформами размещены призматические стержни 6-11, также магнито- и электропроводные.

В равномерных воздушных промежутках между продольными внешними 1, 2 и внутренней 3 платформами симметрично размещены половины 12, 13 индуктора, выполненные магнитопроводными. Каждая половина выполнена в форме призматического стержня.

На чертеже источник постоянного магнитного поля состоит из двух катушечных обмоток 14, 15, ток в которых создает магнитные потоки, направленные встречно в продольных платформах 1, 2, 3 и проходящих через половины 12, 13 индуктора. Катушечные обмотки 14, 15 источника постоянного магнитного поля расположены вне воздушных промежутков с тем, чтобы обеспечить возможность большего беспрепятственного хода половин 12, 13 индуктора. Катушечные обмотки 14, 15 источника постоянного магнитного поля установлены на внутренних промежуточных между поперечными и продольной платформами стержнях.

Однофазные силовые обмотки 16, 17 распределены в пазах не только продольной внутренней платформы 3, но и продольных внешних платформах 1, 2 статорного магнитопровода, хотя обмотка 17 продольных наружных платформ 1, 2 имеет несколько большую длину лобовых частей, чем однофазная силовая обмотка 16 внутренней продольной платформы 3, размещение однофазных силовых обмоток 16, 17 не только на внутренней 3, но и на наружных продольных платформах 1, 2 удваивает число их витков и поэтому удельный расход материала магнитопровода, т. е. вес на единицу мощности, у предлагаемой электрической машины будет в два раза меньше, чем у роторных машин. Лобовые части однофазных силовых обмоток 16, 17 не пересекаются, как в роторных машинах, и поэтому они короче и удельный расход электроприводного материала также меньше. Однофазные силовые обмотки 16, 17 соединены последовательно или параллельно, их магнитные потоки суммируются. Их лобовые части не показаны.

Магнитная система предлагаемой электрической машины возвратно-поступательного движения униполярна /однополярна/ в том смысле, что направление силовых линий постоянного магнитного поля не изменяется относительно однофазных силовых обмоток 16, 17 при изменении направления движения половин индуктора. Катушечные обмотки 14, 15, создающие постоянное магнитное поле возбуждения, подключены к источнику постоянного напряжения.

Половины 12, 13 индуктора снабжены штоком 18, установленным на опорных плоскостях, соединенных с корпусом.

Рассмотрим действие предлагаемой электрической машины в двигательном режиме. Катушечные обмотки 14, 15 источника постоянного магнитного поля подключены к источнику постоянного напряжения, а силовые однофазные обмотки 16, 17 - к источнику переменного напряжения. К штоку 18 приложена сила статического сопротивления.

Результирующая сила, действующая на подвижную часть магнитопровода, равняется разности электромагнитной силы f_e и силы инерции f_j:
f = f_e-f_j, (1)
f_j = -mdv/dt, (2)
где m - движущаяся масса;
dv/dt - изменение скорости /"ускорение"/.

После пуска шток 18 будет колебаться с частотой сети. Некоторое время размах колебаний возрастает, приближаясь к установившемуся значению. Как это имеет место и в роторных машинах, установившееся синусоидальное значение ЭДС будет близко по фазе к значению переменного напряжения питания однофазных силовых обмоток 16, 17. Если питающая сеть достаточно мощная, то установившийся ток в однофазных силовых обмотках 16, 17 будет также синусоидален.

Поскольку сила обусловлена током, то ее значение будет изменяться синусоидально, а значит синусоидальной будет и скорость движения штока 18. Размах колебаний штока можно изменять напряжением питания силовых обмоток 16, 17 и тем самым регулировать скорость возвратно-поступательного движения штока.

Устранение ударов индукторов о статорный магнитопровод обеспечивается резкими тормозными силами, действующими на индукторы при их вхождении в воздушные промежутки за пазами. Уменьшение электрического сопротивления однофазных силовых обмоток может быть обеспечено не только путем компенсации токами Фуко переменного магнитного поля силового тока, но также путем демпфирования этого поля при насыщении статорного магнитопровода. Выполнение поперечных монолитными обеспечивает как компенсацию, так и демпфирование переменного магнитного поля.

Патентуемая электрическая машина найдет применение в качестве однофазного генератора автономной электростанции с поршневым двигателем, преимущественно для освещения и отопления, а также при фиксированном размахе колебаний штока, для однофазного ротационного синхронного двигателя с кривошипно-шатунным или другим преобразователем механизмом вида движения.

Использование: в качестве генератора передвижной электростанции. Технический результат заключается в компенсации магнитного поля силового тока. Статорный магнитопровод выполнен в виде продольных платформ из листов, одной внутренней и двух наружных, равно удаленных от нее. Продольные платформы соединены по краям двумя монолитными и электропроводными поперечными платформами. Индуктор выполнен в виде двух стержней, установленных в воздушных промежутках между платформами. Источник постоянного магнитного поля выполнен в виде двух половин. Их магнитные потоки направлены встречно в продольных платформах. Части индуктора снабжены штоком. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Электрическая машина возвратно-поступательного движения, содержащая источник постоянного магнитного поля, статорный магнитопровод и индуктор, взаимодействующий при движении с распределенной в пазах статорного магнитопровода однофазной силовой обмоткой, отличающаяся тем, что статорный магнитопровод выполнен в виде продольных платформ из листов, одной внутренней и двух наружных, равноудаленных от нее, и двух монолитных поперечных платформ, источник постоянного магнитного поля выполнен в виде двух половин, магнитные потоки которых направлены встречно в продольных платформах, индуктор выполнен из двух стержней, установленных в воздушных промежутках между платформами и снабженных штоком, установленным на опорных плоскостях, соединенных с корпусом. 2. Электрическая машина возвратно-поступательного движения по п.1, отличающаяся тем, что половины источника постоянного магнитного поля выполнены в виде катушечных обмоток, расположенных на внутренних промежуточных между продольной и поперечными платформами стержнях.