ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2003 года по МПК H02K16/00 H02K1/06 H02K23/00 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам.

Известна электрическая машина (патент 2131637, Россия, 6 Н 02 К 16/02, 19/40, 23/00 от 04.02.98 г.), взятая за прототип, содержащая шихтованный статор, скрепляемый при помощи шпилек и нажимных шайб, выполненный в виде кольцевого сердечника с зубцами на внешней и внутренней поверхностях, несущий распределенную кольцево-барабанную секционную обмотку якоря, закрепленный через общую шайбу на стойках и размещенный между однополярными полюсами внешнего и внутреннего индукторов, установленных на внешнем и внутреннем ободах ротора, при этом внутренний индуктор смещен относительно внешнего индуктора и нижняя сторона каждой секции обмотки якоря смещена относительно верхней стороны этой же секции на угол 0,01-90 эл. гр. в одном направлении.

Недостатком электрической машины является сложность в одновременном обеспечении двух радиальных достаточно малых воздушных зазоров, которые определяются четырьмя поверхностями большого диаметра, что требует применения специальной оснастки и оборудования, кроме этого, применение шпилек для скрепления шихтованного пакета статора и крепления его к стойкам также усложняет обеспечение требуемых воздушных зазоров, а с увеличением мощности электрической машины и соответствующего скручивающего момента размеры шпилек и их количество увеличивается.

Перечисленные недостатки ведут к увеличению воздушных зазоров, потоков рассеяния и, в целом, ухудшают энергетические характеристики электрической машины. Кроме того, имеется асимметрия магнитных путей для внешнего и внутреннего магнитных потоков, что ухудшает перегрузочные способности машины.

Задача изобретения - улучшение энергетических характеристик, массогабаритных показателей и технологичности электрической машины.

Технический результат изобретения - повышение технологичности, более полная и простая реализация преимуществ при выполнении кольцево-барабанной или торцевых обмоток якоря с требуемыми соединениями и смещениями обмоток и индукторов, получение оптимальных воздушных зазоров, уменьшение потоков рассеяния и обеспечение симметрии магнитных путей и магнитных потоков.

Поставленная задача решается следующим образом.

Предложена электрическая машина, содержащая шихтованный статор, выполненный в виде кольцевого сердечника, несущий распределенную кольцево-барабанную или торцевые пазовые или беспазовые обмотки якоря, закрепленный на стойках и расположенный между однополярными полюсами двух индукторов, при этом выполнено смещение индукторов относительно друг друга и нижней стороны каждой секции обмотки якоря относительно ее верхней стороны на угол 0,01-90 эл. гр. в одном направлении, в которой для повышения энергетических, массогабаритных и технологических показателей зубцы статора или полюса для явнополюсной электрической машины с обмотками или активная часть беспазовых обмоток любого типа выполнены на торцевых плоскостях статора, полюса индукторов, а в случае неявнополюсного исполнения и сами индукторы, имеют возможность осевого перемещения и фиксации в требуемом положении, шихтовка статора, применимая для любого типа электрических машин, выполнена спиральной навивкой ленты или сворачиванием в кольцо пакета лент электротехнической стали, а направление навивки спирали совпадает с направлением вращения индукторов или магнитного поля для электродвигателей, статор крепится к стойкам спицами, распирающими его в радиальных направлениях, индукторы расположены под нижней и над верхней торцевыми плоскостями статора, а для горизонтальной оси вращения - слева и справа от торцевых плоскостей статора.

Известно, что технологически и конструктивно обеспечить плоскостность и параллельность плоскостей проще, чем округлость, радиальное биение и соосность больших диаметров, поэтому выполнение зубцов на торцевых плоскостях статора с осевой шихтовкой, крепление статора радиальными спицами с одновременной возможностью осевого перемещения индукторов и их полюсов позволяет обеспечить предельно малые воздушные зазоры, равномерно и симметрично распределить магнитные потоки по цилиндрическому телу, а не по круговому сектору с нарушением магнитных путей отверстиями под шпильки, обеспечить естественный скос пазов при изготовлении и скос по магнитопроводу в случае спиральной навивки.

Все перечисленное в целом улучшает энергетические характеристики, упрощает конструкцию, повышает технологичность изготовления и позволяет решить поставленную техническую задачу.

На фиг.1 показана конструкция предлагаемой электрической машины; на фиг. 2 - схема электрической машины в развернутом виде; на фиг.3 - конструкция статора в разрезе; на фиг. 4 - конструкция электрической машины с двумя статорами; на фиг. 5 - схема электрической машины с двумя статорами в развернутом виде; на фиг.6 - конструкция электрической машины с двумя торцевыми обмотками на статоре.

Электрическая машина фиг.1 содержит кольцевой якорь 1, шихтовка которого выполнена спиральной навивкой ленты или сворачиванием в кольцо пакета лент электротехнической стали с зубцами на плоскостях Б и Д, который крепится в распор спицами 2 к стойкам 3, индукторы верхний 4 и нижний 5 смещены относительно друг друга и нижняя сторона секции обмотки якоря смещена относительно верхней стороны этой же секции на угол 90 эл. гр.

Индукторы 4 и 5 установлены на одном валу 6, который крепится в подшипниках. Полюса 7 индукторов 4 и 5 для обеспечения возможности осевого перемещения, в данном случае, выполнены с резьбой. Потоки возбуждения создаются обмотками возбуждения или постоянными магнитами. Ось вращения вала вертикальная или горизонтальная.

На фиг.4 показана конструктивная схема двухполюсной электрической машины с однотипными статорами 1 и индукторами 18 с постоянными магнитами 16, установленными на валу электрической машины, при этом между статорами 1 с кольцево-барабанной обмоткой на валу электрической машины вместе с индукторами 18 установлен индуктор 20 с постоянными магнитами 21 или обмотками возбуждения, магнитная цепь которых замыкается через статоры 1.

На фиг.6 показана конструктивная схема двухполюсной электрической машины с торцевыми обмотками на статоре 22 и индукторами 18 с постоянными магнитами 16.

Принцип действия электрической машины в режиме генератора заключается в следующем.

На фиг. 2 показана схема электрической машины для числа полюсов 2р=2 в развернутом виде в режиме генератора.

При вращении вала 6 в направлении стрелки с частотой вращения n и при возбуждении в полюсах N1, S1 верхнего индуктора 4 и в полюсах N2, S2 нижнего индуктора 5 магнитных потоков соответственно Ф1 и Ф2 в сторонах секций 9, 9'; 12, 12'; 11, 11'; 8, 8'; 13, 13'; 10, 10', составляющих фазы АХ, ВУ И CZ, индуктируются периодически изменяющиеся ЭДС, показанные на чертеже одной точкой и крестиком, сдвинутые в пространстве на 120 эл. гр.

В варианте фиг.4 принцип работы электрической машины поясняет фиг.5, где показана схема электрической машины для числа полюсов 2р=2 в развернутом виде с кольцево-барабанными обмотками на однотипных статорах 1, замыкающими индукторами 18 с постоянными магнитами или обмотками возбуждения и средним индуктором 20 с постоянными магнитами или обмотками возбуждения.

При вращении вала электрической машины, в режиме генератора, с частотой вращения n и при возбуждении в полюсах N, S магнитных потоков Ф3, Ф4, Ф5, в якорных обмотках статоров 1 индуцируются периодически изменяющиеся ЭДС.

В варианте фиг.6 принцип работы электрической машины аналогичен принципу работы электрической машины фиг. 1 с той лишь разницей, что на статоре 22 вместо кольцево-барабанной обмотки выполнены две торцевые якорные обмотки, которые соответствующими соединениями, по принципу работы, превращаются в аналог кольцево-барабанной обмотки или работают как две раздельные якорные обмотки двух электрических машин с совмещенным статором.

Таким образом, предлагаемая электрическая машина имеет лучшие энергетические, конструктивные и технологические характеристики за счет перехода от радиальных воздушных зазоров к воздушным зазорам плоскостей, ленточной осевой шихтовки статора, крепления его спицами в распор и возможности осевой подрегулировки полюсов индукторов. Кроме этого, предлагаемая электрическая машина имеет пониженный момент трогания за счет симметричности магнитных полей и магнитных путей.

Наибольший эффект от данного технического решения достигается при использовании его в тихоходных ветроэлектрогенераторах, гидроэлектрогенераторах, дизельэлектрогенераторах, высокомоментных электродвигателях. При этом вопрос увеличения мощности решается просто путем последовательной установки на один вал однотипных якорей и индукторов.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам. Технический результат изобретения, заключающийся в улучшении технологичности и энергетических характеристик электрической машины, достигается путем того, что в электрической машине, содержащей шихтованный статор, выполненный в виде кольцевого сердечника с зубцами, закрепленный на стойках, несущий обмотку якоря и расположенный между однополярными полюсами индукторов, установленных на роторе, при этом выполнено смещение индукторов относительно друг друга и нижней стороны каждой секции обмотки якоря относительно ее верхней стороны на угол 0,01-90 эл. град. в одном направлении, а зубцы или полюса для явнополюсной электрической машины с якорными обмотками или активная часть беспазовых обмоток любого типа выполнены на торцевых плоскостях статора. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Электрическая машина, содержащая шихтованный статор, выполненный в виде кольцевого сердечника с зубцами, закрепленный на стойках, несущий обмотку якоря и расположенный между однополярными полюсами индукторов, установленных на роторе, при этом выполнено смещение индукторов относительно друг друга и нижней стороны каждой секции обмотки якоря относительно ее верхней стороны на угол 0,01-90 эл.град. в одном направлении, отличающаяся тем, что зубцы или полюса для явнополюсной электрической машины с якорными обмотками или активная часть беспазовых обмоток любого типа выполнены на торцевых плоскостях статора. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что шихтовка статора, применяемая для любого типа электрических машин, выполнена спиральной навивкой ленты или сворачиванием в кольцо пакета лент электротехнической стали, а направление навивки спирали совпадает с направлением вращения индукторов или магнитного поля для электродвигателей. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что статор крепится к стойкам спицами, распирающими его в радиальных направлениях. 4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что индукторы выполнены с возможностью осевого перемещения каждого полюса или всего индуктора.