МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ БЕСКОНТАКТНАЯ МАШИНА С АКСИАЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ Российский патент 2011 года по МПК H02K21/12 H02K19/10 H02K19/16 H02K29/00 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и высокочастотным генераторам, касается конструктивного исполнения бесконтактных синхронных магнитоэлектрических машин с аксиальным возбуждением и может быть использовано при широком диапазоне частот вращения вала машины (от единиц оборотов в минуту до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту) в системах автоматики, в автономных системах электрооборудования, в военной, космической технике, на авиационном и автомобильном транспорте, в качестве тяговых управляемых и неуправляемых электроприводов, ветрогенераторов, многофазных синхронных электрических двигателей, многофазных высокочастотных синхронных электрических генераторов переменного тока и многофазных генераторов преобразователей частоты (включая трехфазные системы), а также при выпрямлении выходного переменного напряжения и тока генераторов при помощи полупроводниковых выпрямительных устройств и с возможностью применения сглаживающих фильтров для уменьшения пульсаций выходных параметров - в качестве источников питания постоянным (выпрямленным) током.

Известны генераторы переменного тока с постоянными магнитами (В.А.Балагуров, Ф.Ф.Галтеев. Электрические генераторы с постоянными магнитами. - М.: Энергоатомиздат, 1988. Стр.23÷46), имеющие магнитные системы с вращающимися и неподвижными магнитами. По конструктивному выполнению роторы машин с постоянными магнитами можно разделить на следующие группы:

- с цилиндрическим магнитом в виде кольца, намагниченным в радиальном направлении;

- типа «звездочка» с явно выраженными полюсами без полюсных башмаков и с полюсными башмаками;

- типа «звездочка» с призматическими магнитами и полюсными башмаками;

- коллекторные с призматическими магнитами и тангенциальным намагничиванием;

- когтеобразные с цилиндрическими постоянными магнитами, намагниченными в аксиальном направлении.

К магнитным системам с вращающимися магнитами относится также система торцевого типа. Магнитные системы бесконтактных генераторов с неподвижными постоянными магнитами выполняются следующих видов: с внешнезамкнутым магнитопроводом, индукторного и коммутаторного типов. Кроме этого известны магнитные системы и конструкции генераторов переменного тока комбинированного возбуждения, в которых магнитный рабочий поток создается совместным действием постоянных магнитов и электромагнитных обмоток возбуждения при протекании по ним постоянного электрического тока. Недостатки указанных магнитных систем и конструкций генераторов переменного тока описаны на страницах 25, 26-30, 33, 36, 40, 43, 44, 46 указанного источника.

Известен однофазный бесконтактный магнитоэлектрический генератор (Патент RU, 2393615 C1, МПК H02K 21/12, H02K 21/26, H02K 21/02, автор Чернухин В.М.), содержащий статор с шихтованным сердечником якоря с явно выраженными полюсами и катушечной однофазной обмоткой якоря, катушки которой размещены на соответствующих явно выраженных полюсах якоря по одной на каждом полюсе, катушки однофазной обмотки якоря соединены между собой согласно в магнитном отношении, и безобмоточный ротор с индуктором с нечетными и четными сердечниками и с одинаковым числом явно выраженных полюсов на каждом сердечнике, сердечники индуктора выполнены в виде пакетов, набранных из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, число сердечников индуктора не менее двух, активная длина крайних сердечников индуктора в аксиальном направлении одинакова, четные сердечники индуктора смещены относительно нечетных сердечников индуктора в тангенциальном направлении на половину полюсного деления сердечника индуктора, сердечники индуктора напрессованы на соответствующие втулки, являющиеся магнитопроводами индуктора, выполненные из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью и насаженные на немагнитную втулку, толщина которой в радиальном направлении значительно больше величины воздушного зазора между статором и ротором, между магнитопроводами индуктора расположены кольцевые слои аксиально намагниченных в одном направлении сегментарных постоянных магнитов, постоянные магниты прилегают к магнитопроводам индуктора в аксиальном направлении и расположены таким образом, чтобы к втулкам с нечетными сердечниками индуктора прилегали постоянные магниты полюсами одной полярности, а к втулкам с четными сердечниками индуктора прилегали постоянные магниты полюсами другой полярности, число кольцевых слоев сегментарных постоянных магнитов на один меньше числа сердечников индуктора, число явно выраженных полюсов якоря определяется равенством: Z_1P=2·k, число явно выраженных полюсов каждого сердечника индуктора определяется равенством: Z_2P=k, где k=2, 3, 4, 5, … - целое положительное число, начиная с двух, ширина полюсной дуги явно выраженных полюсов якоря в угловом измерении определяется выражением b_1P=(0,76÷1,0)·t_1P, ширина полюсной дуги явно выраженных полюсов каждого сердечника индуктора в угловом измерении определяется выражением: b_2P=(0,38÷0,5)·t_2P, при этом t_1P=360°/Z_1P представляет собой полюсное деление явно выраженных полюсов якоря в угловом измерении, t_2P=360°/Z_2P представляет собой полюсное деление явно выраженных полюсов каждого сердечника индуктора в угловом измерении. Недостатком аналога является ограниченность применения, так как он может использоваться только в качестве необратимой электрической машины - генератора - и генерировать только однофазный переменный электрический ток, а при выпрямлении переменного напряжения и тока при помощи полупроводниковых устройств неизбежны значительные пульсации выпрямленного электрического тока, для уменьшения которых дополнительно используют сглаживающие фильтры.

Известна принятая за прототип бесконтактная индукторная вентильная электрическая машина с электромагнитным возбуждением (Патент RU, 2277284 C2, МПК H02K 19/10, H02K 29/00, авторы: Демьяненко А.В.; Жердев И.А.; Козаченко В.Ф.; Русаков A.M.; Остриров В.Н.), содержащая корпус с установленными в нем шихтованными из листов электротехнической стали пакетами статора, число которых кратно двум, с пазами в них для укладки фазных обмоток, фазные обмотки, уложенные в пазы пакетов статора так, что их витки в пазовых частях обмотки параллельны продольной оси машины и один виток охватывает все зубцы пакетов статора, находящиеся против друг друга, обмотку возбуждения с продольной осью, параллельной продольной оси машины, расположенную на статоре между пакетами статора, металлический немагнитный вал с втулкой из магнитомягкого металла на нем, на которой установлены зубчатые пакеты ротора, шихтованные из пластин магнитомягкой стали, число которых равно числу пакетов статора, две крышки с подшипниками, общее число фазных обмоток больше трех и их число кратно трем, причем каждые три фазные обмотки имеют свою независимую нулевую точку и между соседними фазами различных триад имеется угол фазового сдвига, при том что отношение числа зубцов статора Z_ст к числу зубцов ротора Z_p выражается дробью, в которой число зубцов ротора является простым числом, начиная с пяти 5, 7, 11, 13, 17, … Недостатком прототипа является выполнение числа пакетов статора только кратным двум, фазных обмоток больше трех и только кратных трем, а числа зубцов ротора является только простыми числами, начиная с пяти. Это снижает возможные конструктивные исполнения данного технического устройства и возможности его использования.

Целью настоящего изобретения является создание конструкции многофазной бесконтактной магнитоэлектрической машины с аксиальным возбуждением от постоянных магнитов, расположенных на статоре, с высокими энергетическими показателями при широком диапазоне частот вращения вала (от единиц оборотов в минуту до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту).

Задачей настоящего изобретения является установление связи, необходимой для работоспособности машины и получения наилучших энергетических показателей, между числом явно выраженных полюсов якоря, числом фаз m-фазной катушечной обмотки якоря, числом явно выраженных полюсов якоря в фазе и числом полюсных выступов каждого магнитопровода ротора, а также разработка алгоритма построения схемы соединений m-фазной катушечной обмотки якоря магнитоэлектрической бесконтактной машины с аксиальным возбуждением.

Техническим результатом настоящего изобретения является получение высоконадежной, технологичной и высокоремонтопригодной конструкции многофазной магнитоэлектрической бесконтактной машины с аксиальным возбуждением с высокими энергетическими показателями и эксплуатационными характеристиками при широком диапазоне частот вращения вала и с различным соотношением активной длины и диаметра расточки статора машины.

Отличительной особенностью данного изобретения от большинства используемых электрических машин является конструктивное исполнение статора, на котором расположены сердечники якоря с явно выраженными полюсами и сосредоточенной на них многофазной катушечной обмоткой якоря, и активная часть индуктора в виде кольцевых слоев сегментарных постоянных магнитов и безобмоточного неактивного ротора, что позволяет выполнить машину бесконтактной и с возможностью работы при очень высоких частотах вращения вала.

С целью достижения задачи и технического результата изобретения магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением содержит статор с нечетными и четными сердечниками якоря, закрепленными в немагнитном корпусе, число сердечников якоря - не менее двух, каждый сердечник якоря имеет шихтованный пакет из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью с одинаковым числом равномерно распределенных по окружности явно выраженных полюсов якоря, четные сердечники якоря расположены относительно нечетных в аксиальном направлении без смещения в тангенциальном направлении, на явно выраженных полюсах якоря сосредоточена катушечная многофазная обмотка якоря, каждая катушка которой охватывает по одному из находящихся друг против друга в аксиальном направлении явно выраженному полюсу якоря каждого сердечника якоря, между сердечниками якоря расположены кольцевые слои сегментарных постоянных магнитов, в кольцевых слоях постоянные магниты прилегают в аксиальном направлении к нечетным сердечникам якоря полюсами одной магнитной полярности, а к четным сердечникам - другой, число кольцевых слоев сегментарных постоянных магнитов на один меньше числа сердечников якоря, и безобмоточный ротор с немагнитным валом и насаженной на него магнитомягкой втулкой, на которой соосно расположены нечетные и четные с полюсными выступами магнитопроводы ротора, выполненные шихтованными пакетами из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, число магнитопроводов ротора равно числу сердечников якоря, нечетные и четные магнитопроводы ротора позиционированы относительно соответствующих нечетных и четных сердечников якоря и имеют равную им активную длину в аксиальном направлении, активная длина крайних магнитопроводов ротора в аксиальном направлении одинакова, при наличии магнитопроводов ротора более двух, активная длина магнитопроводов ротора в аксиальном направлении, находящихся между крайними магнитопроводами, в два раза больше активной длины крайних магнитопроводов ротора, четные магнитопроводы ротора смещены относительно нечетных магнитопроводов в тангенциальном направлении на половину полюсного деления магнитопровода ротора.

В соответствии с настоящим изобретением для работоспособности магнитоэлектрической бесконтактной машины с аксиальным возбуждением и получения наилучших энергетических показателей при максимальном удельном моменте на валу между числом явно выраженных полюсов якоря Z_1P, числом фаз m-фазной катушечной обмотки якоря m=3, 4, 5, 6, …, числом явно выраженных полюсов якоря в фазе Z_1m и числом полюсных выступов каждого магнитопровода ротора Z_2P установлена связь, которая выражается равенствами (1) и (2):

причем при m=3, 5, 7, 9, … - число явно выраженных полюсов якоря в фазе Z_1m=1, 2, 3, 4, …, при m=4, 6, 8, 10, … - число явно выраженных полюсов якоря в фазе Z_1m=2, 4, 6, 8,.…, ширина полюсной дуги явно выраженных полюсов якоря в угловом измерении лежит в пределах b_1P=(2/3÷1,0)·t_1P, ширина полюсной дуги полюсных выступов каждого магнитопровода ротора в угловом измерении лежит в пределах b_2P=(1/3÷1/2)·t_2P, при этом t_1P и t_2P представляют собой полюсные деления якоря и каждого магнитопровода ротора соответственно.

Алгоритм построения схемы соединений обмотки якоря прост: катушки в фазе могут быть соединены между собой последовательно параллельно либо смешанно, но в магнитном отношении при нечетном числе фаз должны быть соединены встречно, а при четном числе фаз - согласно по порядку, начиная с той катушки фазы, которой принадлежит начало фазы, начала фаз обмотки якоря при нечетном числе фаз могут принадлежать любым катушкам в соответствующей фазе, а при четном числе фаз - катушкам в соответствующих фазах, сосредоточенным на первых согласно нумерации полюсов Z_1P/Z_1m явно выраженных полюсах якоря, фазы обмотки якоря могут быть соединены между собой «в звезду» либо «в многоугольник».

Сущность изобретения поясняется фигурами чертежей:

фиг.1 - общий вид с продольным разрезом магнитоэлектрической бесконтактной машины с аксиальным возбуждением с четырьмя кольцевыми слоями сегментарных постоянных магнитов;

фиг.2 - поперечный разрез магнитоэлектрической бесконтактной машины с аксиальным возбуждением;

фиг.3 - пример реализации схемы соединений катушек 3-фазной обмотки якоря, фазы которой соединены «в звезду»;

фиг.4 - пример реализации схемы соединений катушек 3-фазной обмотки якоря в режиме работы машины генератором при использовании ее в качестве источника питания постоянным (выпрямленным) электрическим током. В качестве сглаживающего фильтра на фигуре показан конденсатор. На фиг.2÷4 буквой и цифрой обозначены катушки многофазной обмотки якоря, расположенные на соответствующих явно выраженных полюсах якоря. Например, В3 - это катушка фазы «В», расположенная на третьем полюсе якоря. Нумерация полюсов осуществлена в направлении движения против часовой стрелки.

В настоящем изобретении возможны различные исполнения многофазной магнитоэлектрической бесконтактной машины с аксиальным возбуждением:

- с внешним статором и внутренним ротором;

- с внутренним статором и внешним ротором.

Рассмотрим конструкцию исполнения многофазной магнитоэлектрической бесконтактной машины с аксиальным возбуждением с внешним статором и внутренним ротором (фиг.1, фиг.2). Нечетные 11 и четные 2 сердечники якоря могут быть выполнены либо просто перемагничиваемыми с высокой частотой шихтованными пакетами из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, либо шихтованными пакетами, запрессованными в магнитомягкие втулки для уменьшения магнитного сопротивления прохождению постоянного магнитного потока индуктора, замыкающегося униполярно через эти сердечники. Сердечники якоря закреплены в металлическом корпусе 1, выполненном из немагнитного материала, например нержавеющей стали, титана либо сплавов алюминия, с целью недопущения замыкания постоянного магнитного потока индуктора накоротко, минуя рабочий воздушный зазор. Шихтованные пакеты сердечников якоря имеют явно выраженные полюса 3 якоря, на которых сосредоточена катушечная многофазная обмотка якоря. Каждая катушка 4 обмотки охватывает по одному из находящихся друг против друга в аксиальном направлении явно выраженному полюсу 3 каждого сердечника якоря. Катушки 4 обмотки якоря выполняются из обмоточного медного провода или обмоточной медной шины. Между сердечниками якоря расположены кольцевые слои 10 сегментарных постоянных магнитов, в которых постоянные магниты прилегают в аксиальном направлении к нечетным 11 сердечникам якоря полюсами одной магнитной полярности, а к четным 2 сердечникам - другой. При использовании машин с малыми внешними диаметрами статоров возможно применение в кольцевых слоях 10 цельных кольцеобразных постоянных магнитов. Число кольцевых слоев 10 сегментарных постоянных магнитов на один меньше числа сердечников якоря. Ротор машины с целью недопущения «подшипниковых» токов, отрицательно влияющих на работу и срок службы подшипников 12, имеет немагнитный вал 5, выполненный, например, из немагнитной стали или из титана, на котором насажена магнитомягкая втулка 6, изготавливаемая из материала с высокой магнитной проницаемостью, например из стали 10. На втулке 6 соосно расположены нечетные 7 и четные 8 с полюсными выступами 9 магнитопроводы ротора, выполненные шихтованными пакетами из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, число магнитопроводов ротора равно числу сердечников якоря, нечетные 7 и четные 8 магнитопроводы ротора при помощи вала 5, подшипников 12 и подшипниковых щитов 13 позиционированы относительно соответствующих нечетных 11 и четных 2 сердечников якоря и имеют равную им активную длину в аксиальном направлении, активная длина крайних магнитопроводов ротора в аксиальном направлении одинакова, при наличии магнитопроводов ротора более двух, активная длина магнитопроводов ротора в аксиальном направлении, находящихся между крайними магнитопроводами, в два раза больше активной длины крайних магнитопроводов ротора, четные 8 магнитопроводы ротора смещены относительно нечетных 7 магнитопроводов ротора в тангенциальном направлении на половину полюсного деления магнитопровода ротора.

Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением может работать в режиме неуправляемого и управляемого синхронного двигателя, в режиме управляемого шагового двигателя, в режиме управляемого двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, а также в качестве синхронного m-фазного генератора переменного напряжения. Кроме того, при выпрямлении выходного переменного напряжения и электрического тока магнитоэлектрической бесконтактной машины в режиме ее работы генератором при помощи полупроводниковых выпрямительных устройств и с возможностью применения сглаживающих фильтров для уменьшения пульсаций выходных электрических параметров она может использоваться в качестве источника питания постоянным (выпрямленным) электрическим током. В этом случае выходные концы обмотки якоря подсоединяются к входу полупроводникового выпрямительного устройства (фиг.4).

Рассмотрим двигательный режим (фиг.1÷3). Возбуждение индуктора создается кольцевыми слоями 10 сегментарных постоянных магнитов, расположенными на статоре между сердечниками якоря и образующими постоянное магнитное поле индуктора с постоянной во времени МДС индуктора и постоянным униполярным магнитным потоком, замыкающимся через ярма и явно выраженные полюса 3 нечетных 11 и четных 2 сердечников якоря, рабочий воздушный зазор, полюсные выступы 9 и ярма нечетных 7 и четных 8 магнитопроводов ротора и магнитомягкую втулку 6 ротора. При подаче на m-фазную обмотку якоря переменного напряжения от m-фазного источника питания и под действием этого напряжения по обмотке якоря будет протекать переменный электрический ток, создавая при этом переменное вращающееся магнитное поле якоря с переменной во времени МДС якоря и переменным во времени магнитным потоком якоря. Вследствие взаимодействия переменного магнитного поля якоря с постоянным магнитным полем индуктора к ротору приложен однонаправленный в течение всего времени работы магнитоэлектрического двигателя вращающий момент. Согласно изобретению за один период изменения магнитного поля якоря ротор перемещается на одно полюсное деление магнитопровода ротора. Следует отметить, что в данной конструкции ротор вращается в направлении, обратном направлению вращения магнитного поля якоря.

Рассмотрим генераторный режим (фиг.1÷4). Возбуждение индуктора создается кольцевыми слоями 10 сегментарных постоянных магнитов, расположенными на статоре между сердечниками якоря и образующими постоянное магнитное поле индуктора с постоянной во времени МДС индуктора и постоянным униполярным магнитным потоком, замыкающимся через ярма и явно выраженные полюса 3 нечетных 11 и четных 2 сердечников якоря, рабочий воздушный зазор, полюсные выступы 9 и ярма нечетных 7 и четных 8 магнитопроводов ротора и магнитомягкую втулку 6 ротора. При вращении ротора сторонним источником момента магнитный поток индуктора будет сохранять свое направление в магнитомягкой втулке 6 ротора, пульсируя в явно выраженных полюсах 3 нечетных 11 и четных 2 сердечников якоря из-за полюсных выступов 9 нечетных 7 и четных 8 магнитопроводов ротора. Этот переменный (пульсирующий) магнитный поток будет наводить в катушках 4 обмотки якоря переменную во времени ЭДС. Следует отметить, что при наличии в фазе более одной катушки 4 величина наводимой в каждой катушке фазы обмотки якоря переменной ЭДС в любой момент времени будет одинакова, а переменная ЭДС фазы обмотки якоря будет равна алгебраической сумме индуктированных ЭДС в каждой катушке 4 фазы вследствие соединений катушек в фазе исходя из алгоритма построения схемы соединений обмотки якоря. Если внешняя цепь - цепь нагрузки замкнута, то в многофазной обмотке якоря будет протекать переменный электрический ток, электрическая мощность будет отдаваться потребителю. Частота f (Гц) переменной ЭДС многофазной обмотки якоря связана с частотой вращения n (об/мин) ротора и определяется равенством: f=n·Z_2P/60.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и высокочастотным генераторам, касается конструктивного исполнения бесконтактных синхронных магнитоэлектрических машин с аксиальным возбуждением и может быть использовано при широком диапазоне частот вращения вала машины (от единиц оборотов в минуту до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту) в системах автоматики, в автономных системах электрооборудования, в военной, космической технике, на авиационном и автомобильном транспорте, в качестве тяговых управляемых и неуправляемых электроприводов, ветрогенераторов, многофазных синхронных электрических двигателей, многофазных высокочастотных синхронных электрических генераторов переменного тока и многофазных генераторов преобразователей частоты (включая трехфазные системы), а также при выпрямлении выходного переменного напряжения и тока генераторов при помощи полупроводниковых выпрямительных устройств и с возможностью применения сглаживающих фильтров для уменьшения пульсаций выходных параметров - в качестве источников питания постоянным (выпрямленным) током. Статор предлагаемой магнитоэлектрической бесконтактной машины с аксиальным возбуждением содержит нечетные и четные сердечники якоря. Каждый сердечник якоря имеет шихтованный пакет из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью с явно выраженными полюсами якоря. Сердечники якоря, число которых не менее двух, закреплены в немагнитном корпусе. На явно выраженных полюсах якоря сосредоточена катушечная многофазная обмотка якоря, каждая катушка которой охватывает по одному из находящихся друг против друга в аксиальном направлении явно выраженному полюсу якоря каждого сердечника якоря. Между сердечниками якоря расположены кольцевые слои сегментарных постоянных магнитов. В кольцевых слоях постоянные магниты прилегают в аксиальном направлении к нечетным сердечникам якоря полюсами одной магнитной полярности, а к четным сердечникам - другой. Число кольцевых слоев сегментарных постоянных магнитов на один меньше числа сердечников якоря. Безобмоточный ротор содержит немагнитный вал с насаженной на него магнитомягкой втулкой, на которой соосно расположены нечетные и четные с полюсными выступами магнитопроводы ротора, выполненные шихтованными пакетами из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью. Число магнитопроводов ротора равно числу сердечников якоря. Нечетные и четные магнитопроводы ротора позиционированы относительно соответствующих нечетных и четных сердечников якоря и имеют равную им активную длину в аксиальном направлении. Четные магнитопроводы ротора смещены относительно нечетных магнитопроводов в тангенциальном направлении на половину полюсного деления магнитопровода ротора. При этом выполняются определенные соотношения между числом явно выраженных полюсов якоря, числом фаз многофазной катушечной обмотки якоря, числом явно выраженных полюсов якоря в фазе и числом полюсных выступов каждого магнитопровода ротора. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в получении высоконадежной, технологичной и высокоремонтопригодной конструкции многофазной магнитоэлектрической бесконтактной машины с аксиальным возбуждением с высокими энергетическими показателями и эксплуатационными характеристиками при широком диапазоне частот вращения вала и с различным соотношением активной длины и диаметра расточки статора машины. 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением, содержащая статор с закрепленными в корпусе шихтованными из листов электротехнической стали пакетами и ротор с металлическим немагнитным валом и втулкой из магнитомягкого материала с установленными шихтованными пакетами ротора на ней, число которых равно числу пакетов статора, отличающаяся тем, что корпус выполнен немагнитным, в нем закреплены нечетные и четные сердечники якоря, число сердечников якоря - не менее двух, каждый сердечник якоря имеет шихтованный пакет из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью с одинаковым числом равномерно распределенных по окружности явно выраженных полюсов якоря, четные сердечники якоря расположены относительно нечетных в аксиальном направлении без смещения в тангенциальном направлении, на явно выраженных полюсах якоря сосредоточена катушечная многофазная обмотка якоря, каждая катушка которой охватывает по одному из находящихся напротив друг друга в аксиальном направлении явно выраженному полюсу якоря каждого сердечника якоря, между сердечниками якоря расположены кольцевые слои сегментарных постоянных магнитов, в кольцевых слоях постоянные магниты прилегают в аксиальном направлении к нечетным сердечникам якоря полюсами одной магнитной полярности, а к четным сердечникам - другой, число кольцевых слоев сегментарных постоянных магнитов на один меньше числа сердечников якоря, на магнитомягкой втулке, насаженной на немагнитный вал безобмоточного ротора, соосно расположены нечетные и четные с полюсными выступами магнитопроводы ротора, выполненные шихтованными пакетами из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, нечетные и четные магнитопроводы ротора позиционированы относительно соответствующих нечетных и четных сердечников якоря и имеют равную им активную длину в аксиальном направлении, активная длина крайних магнитопроводов ротора в аксиальном направлении одинакова, при наличии магнитопроводов ротора более двух активная длина магнитопроводов ротора в аксиальном направлении, находящихся между крайними магнитопроводами, в два раза больше активной длины крайних магнитопроводов ротора, четные магнитопроводы ротора смещены относительно нечетных магнитопроводов в тангенциальном направлении на половину полюсного деления магнитопровода ротора, между числом явно выраженных полюсов якоря Z_1P, числом фаз m-фазной катушечной обмотки якоря m=3, 4, 5, 6, …, числом явно выраженных полюсов якоря в фазе Z_1m и числом полюсных выступов каждого магнитопровода ротора Z_2P установлена связь, которая выражается равенствами (1) и (2):


причем при m=3, 5, 7, 9, … - число явно выраженных полюсов якоря в фазе Z_1m=1, 2, 3, 4, …, при m=4, 6, 8, 10, … - число явно выраженных полюсов якоря в фазе Z_1m=2, 4, 6, 8, …, ширина полюсной дуги явно выраженных полюсов якоря в угловом измерении лежит в пределах b_1P=(2/3÷1,0)·t_1P, ширина полюсной дуги полюсных выступов каждого магнитопровода ротора в угловом измерении лежит в пределах b_2P=(1/3÷1/2)·t_2P, при этом t_1P и t_2P представляют собой полюсные деления якоря и каждого магнитопровода ротора соответственно.

2. Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена с внешним статором и внутренним ротором.

3. Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена с внутренним статором и внешним ротором.

4. Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением по п.1, отличающаяся тем, что сердечники якоря выполнены шихтованными пакетами из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью.

5. Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением по п.1, отличающаяся тем, что сердечники якоря выполнены шихтованными пакетами из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, запрессованными в магнитомягкие втулки.

6. Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением по п.1, отличающаяся тем, что для машин с малыми внешними диаметрами статоров постоянные магниты в кольцевых слоях выполнены цельными кольцеобразными.

7. Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением по п.1, отличающаяся тем, что катушки в фазе обмотки якоря при нечетном числе фаз соединены встречно в магнитном отношении.

8. Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением по п.1, отличающаяся тем, что катушки в фазе обмотки якоря при четном числе фаз соединены согласно в магнитном отношении по порядку, начиная с той катушки фазы, которой принадлежит начало фазы.

9. Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением по п.7 или 8, отличающаяся тем, что катушки в фазе обмотки якоря соединены между собой последовательно.

10. Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением по п.7 или 8, отличающаяся тем, что катушки в фазе обмотки якоря соединены между собой параллельно.

11. Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением по п.7 или 8, отличающаяся тем, что катушки в фазе обмотки якоря соединены между собой смешанно.

12. Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением по п.1, отличающаяся тем, что начала фаз обмотки якоря при нечетном числе фаз принадлежат любым катушкам в соответствующей фазе.

13. Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением по п.1, отличающаяся тем, что начала фаз обмотки якоря при четном числе фаз принадлежат катушкам в соответствующих фазах, сосредоточенным на первых согласно нумерации полюсов Z_1P/Z_1m явно выраженных полюсах якоря.

14. Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением по п.1, отличающаяся тем, что фазы обмотки якоря соединены между собой «в звезду».

15. Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением по п.1, отличающаяся тем, что фазы обмотки якоря соединены между собой «в многоугольник».

16. Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением по п.1, отличающаяся тем, что при применении ее в качестве источника питания постоянным (выпрямленным) электрическим током выходные концы обмотки якоря подсоединены к входу полупроводникового выпрямительного устройства.