ИНДУКЦИОННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2004 года по МПК H02K19/20 H02P9/36 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в двигателестроении для питания переменным и постоянным током потребителей различной мощности.

Известен индукционный электродвигатель, содержащий статор с обмотками с различным числом пар полюсов и два независимых друг от друга соосных ротора, один из которых основной, а другой дополнительный и снабжен вентилятором, причем обмотки статора выполнены с изменяемым числом пар полюсов (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР 1617545, кл. Н 02 К 17/02, 1988).

Такая конструкция обеспечивает повышенные энергетические показатели, однако имеет достаточно низкую ремонтопригодность и сравнительно пониженную надежность вследствие значительных трудозатрат на монтажно-демонтажные работы.

Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранная в качестве прототипа индукционная электрическая машина, содержащая статор с кольцевой обмоткой и клеммами для подключения к источнику питания и нагрузке и размещенный на валу ротор с короткозамкнутыми основной и дополнительными индукционными обмотками возбуждения, разъединенными кольцевой проставкой из изоляционного материала (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР 1700699, кл. Н 02 К 17/02, 1989).

К недостаткам данной машины следует отнести ограниченную область применения, поскольку она предназначена лишь для питания потребителей строго фиксированной мощности и не обеспечивает электропитание нестандартного электрооборудования.

Сущность заявляемого изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого предлагаемым изобретением технического результата, который выражается в повышении эффективности за счет расширения области применения и повышения удобства эксплуатации.

Заявленная совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи к достигаемому результату.

Новизна предложенной индукционной электрической машины усматривается в том, что она снабжена выпрямителем, регулятором и стабилизатором переменного напряжения, обмотка статора состоит из, по меньшей мере, двух секций, причем регулятор напряжения подключен к выпрямителю, одной из секций обмотки статора, смежной индукционной обмотке ротора и источнику питания, а стабилизатор переменного напряжения подключен к индукционной обмотке ротора. Кроме того, стабилизатор переменного напряжения дополнительно подключен к нулевому выводу секции обмотки статора, статор снабжен клеммами для подключения дополнительной нагрузки, а сами нагрузки подключены с возможностью подсоединения в последовательном, параллельном и независимом режимах.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники.

Предложенное устройство является промышленно применимым существующими техническими средствами и соответствует критерию "изобретательский уровень", т. к. оно явным образом не следует из уровня техники, при этом из последнего не выявлено каких-либо преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение указанного технического результата.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.

Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.

На фиг. 1 представлена индукционная электрическая машина, механическая часть, на фиг.2 - электрическая схема.

Индукционная электрическая машина с двумя возбудительными системами включает следующие составные части: вал 1 генератора, на котором смонтирован приводной шкив 2 клиноременной передачи, вентилятор 3, переднюю крышку 4 со стороны привода, в которой расположен опорный подшипник 5, индуктор 6 с основной обмоткой возбуждения (со стороны привода), статор 7 с основной секцией обмотки возбуждения (со стороны привода), диамагнитную проставку 8 из изоляционного материала, промежуточное кольцо 9 с выводами от обмотки возбуждения статора 7, статор 11 с обмоткой возбуждения (со стороны контактных колец), заднюю крышку 12 корпуса с подшипником 13, внутри которой размещены токосъемный щеточный узел 14, токосъемные контактные кольца 15 и выпрямитель в виде выпрямительного моста 16, а также выводы от обмотки возбуждения статора 11, токосъемного щеточного узла 14 и выпрямительного моста 16, причем выводы от обмоток статоров 7 и 11 и индукторов 6 и 10, а также токосъемного щеточного узла 14 и выпрямительного моста 16 условно не показаны.

Статоры 7 и 11 представляют собой пакеты из пластин электротехнической стали. Электрически оба статора развязаны относительно друг друга с помощью промежуточного кольца 9, выполненного из диамагнитного материала, например, алюминия.

Ротор состоит из вала 1, обоих индукторов 6 и 10 с обмотками возбуждения, токосъемных контактных колец 15 и диамагнитной прокладки 8 и установлен в опорных подшипниках 5 и 13.

В свою очередь оба индуктора 6 и 10 состоят из катушек возбуждения, намотанных на стальную втулку и размещенных между четырьмя клювообразными частями магнитопровода (по одной катушке и двух клювообразных магнитопроводов для каждого индуктора). Для исключения взаимного магнитного влияния обоих индукторов друг на друга между ними на валу 1 генератора установлена диамагнитная прокладка 8, например, из алюминивого сплава.

С помощью стяжных элементов передняя 4 и задняя 12 крышки, статоры 7 и 11 и промежуточное кольцо 9 образуют корпус. Крышки имеют вентиляционные отверстия для охлаждения выпрямительного моста 16, а также обоих статоров 7 и 11 и индукторов 6 и 10.

Электрическая схема подключения включает основную возбудительную систему G1 (со стороны привода) и вспомогательную возбудительную систему G2 (со стороны контактных колец 15), а также источник питания в виде аккумуляторной батареи G3, к которой подключены диод VD1 стартового возбуждения вспомогательной возбудительной системы, выпрямительный мост VD2-VD7, регулятор напряжения РН, стабилизатор переменного напряжения СПН, трехфазные обмотки статора ОС, соединенные по схеме "звезда" с нулевым выводом, обмотки возбуждения индукторов ОИ и нагрузки Н1 и Н2.

Работа индукционной электрической машины осуществляется следующим образом.

Ротор через клиноременную передачу приводится во вращение от привода, например, двигателя внутреннего сгорания (не показан). В обмотке возбуждения индуктора ОИ вспомогательной возбудительной системы G2 генератора, подключенной к аккумуляторной батарее G3 и параллельно в цепи: "плюс аккумуляторной батареи-диод VD1-"нуль" провода трехфазной обмотки статора вспомогательной возбудительной системы С2-одна из обмоток трехфазной обмотки статора ОС вспомогательной системы G2- один из трех диодов выпрямительного моста VD2-VD7-"минус" выпрямительного моста-" минус" аккумуляторной батареи" начинает протекать постоянный ток. Цепь, параллельная аккумуляторной батарее G3, служит для стартового питания обмотки возбуждения индуктора ОИ вспомогательной системы возбуждения G2 при разряженной аккумуляторной батарее G3.

При прохождении постоянного тока через обмотку возбуждения индуктора ОИ вспомогательной возбудительной системы G2 вокруг обмотки создается магнитный поток, пронизывающий втулку, клювообразные части магнитопровода индуктора, воздушный зазор и зубцы статора вспомогательной возбудительной системы G2. При вращении под каждым статором попеременно проходят "северный", а значит и "южный" полюсы индуктора. При этом величина магнитного потока, пронизывающего зубцы статора, изменяется по величине и направлению, вследствие чего в обмотке статора индуктируется переменная электродвижущая сила (ЭДС). Переменный ток, протекающий по обмотке статора, преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямительного моста VD2-VD7. Полученный постоянный ток протекает по цепи: "плюс выпрямительного моста VD2-VD7-регулятор напряжения РН-плюс аккумуляторной батареи-обмотка возбуждения индуктора ОИ вспомогательной возбудительной системы G2-минус аккумуляторной батареи-минус выпрямительного моста VD2-VD7", при этом производится подзарядка аккумуляторной батареи G3 и питание обмотки возбуждения индуктора ОИ вспомогательной возбудительной системы G2.

Переменный ток, протекающий по обмотке статора вспомогательной возбудительной системы G2, через клеммы подается в стабилизатор переменного напряжения СПН, который предназначен для стабилизации переменного напряжения в зависимости от числа оборотов вала привода, в данном случае ДВС, а также для подачи на обмотку возбуждения индуктора ОИ основной возбудительной системы G1 как постоянного, так и модулированного постоянного тока и через клемму, соединенную с "нулевым" выводом трехфазной обмотки статора ОС основной возбудительной системы G1 для выравнивания перекоса фаз трехфазного переменного напряжения.

Трехфазное переменное напряжение вырабатывается основной возбудительной системой G1 по тому же принципу, что и вспомогательной системой возбуждения G2. Стабилизированное трехфазное переменное напряжение через клеммы подается на нагрузку H1 большой мощности для питания нестандартного электрооборудования с мощностью потребления 3 кВт и выше при использовании более мощных генераторов. Через клеммы может быть также подключена и дополнительная нагрузка Н2 малой мощности, например, бортовая электросистема питания автомобиля с мощностью потребления до 1 кВт.

При подаче на обмотку возбуждения индуктора ОИ основной возбудительной системы G1 постоянного тока на клеммах основной нагрузки H1 получают трехфазное переменное напряжение синусоидальной формы, при модулированном постоянном токе - регулируемое по амплитуде импульсное трехфазное переменное напряжение и возможность регулирования внешней вольт-амперной характеристики основной возбудительной системы G1 генератора, что предпочтительно применять, например, для сварочных технологических процессов.

Предложенная индукционная электрическая машина обеспечивает стабилизированную отдачу мощности в широком диапазоне вращения ротора от 1000 до 8000 об/мин, а также обеспечивает надежное электропитание нестандартного, главным образом, сварочного электрооборудования.

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в двигателестроении для питания переменным и постоянным током потребителей различной мощности. Техническим результатом является повышение эффективности за счет расширения области применения и повышения удобства в эксплуатации. Индукционная электрическая машина снабжена выпрямителем, регулятором и стабилизатором переменного напряжения. Обмотка статора состоит из, по меньшей мере, двух секций, причем регулятор напряжения подключен к выпрямителю одной из секций обмотки статора, смежной индукционной обмотке ротора и источнику питания. Стабилизатор переменного напряжения подключен к индукционной обмотке ротора и к нулевому выводу секции обмотки статора. Статор снабжен клеммами для подключения дополнительной нагрузки, при этом нагрузки подключены с возможностью подсоединения в последовательном, параллельном и независимом режимах. 2 ил.

Индукционная электрическая машина, содержащая статор с кольцевой обмоткой и клеммами для подключения к источнику питания и нагрузке и размещенный на валу ротор с индукционными обмотками возбуждения, разъединенными диамагнитной кольцевой проставкой, отличающаяся тем, что она снабжена выпрямителем, регулятором напряжения и стабилизатором переменного напряжения, при этом статор выполнен, по крайней мере, с двумя секциями основной и вспомогательной возбудительных систем, регулятор напряжения подключен к выпрямителю и источнику питания, секция обмотки статора вспомогательной возбудительной системы подключена к выпрямителю таким образом, что постоянный ток протекает по цепи плюс выпрямителя - регулятор напряжения - плюс источника питания - обмотка возбуждения индуктора вспомогательной возбудительной системы - минус источника питания - минус выпрямителя, а стабилизатор переменного напряжения подключен к секции обмотки статора вспомогательной возбудительной системы и к обмотке возбуждения индуктора основной возбудительной системы.