ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2012 года по МПК H02K16/02 H02K1/06 H02K17/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для генерирования электрической энергии и преобразования электрической энергии в механическую.

Наиболее близким по технической сущности являются однофазные электрические машины переменного тока типа электродвигатель-генератор тока, состоящие из устройства для создания магнитного поля - статора, и устройства для преобразования одного вида энергии в другой - ротора (Л.М. Пиотровский, Электрические машины, Госэнергоиздат, 1958 г., гл. 40, стр.251).

Получили широкое применение электрические машины переменного тока, однофазные электродвигатели малой мощности. Они находят применение в приводах, к которым подвод трехфазного или постоянного тока труден или нецелесообразен. Это бытовая техника, электроприборы, электроинструмент и т.д.

Недостатком таких электрических машин является то, что в работе электрической машины используется только один магнитный поток из двух создаваемых устройством для создания магнитного поля. Магнитный поток, участвующий во взаимодействии с ротором, называется основным магнитным потоком Фо, а магнитный поток, проходящий по корпусу (ярму) электрической машины и не взаимодействующий с ротором, называется магнитным потоком рассеяния Фр. Это является причиной, препятствующей более эффективной работе электрической машины.

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата в выпускаемых промышленностью подобных электрических машинах, является принятая конструкция устройства для создания магнитного поля (индуктора), которым является статор. Рассмотрим это на примере однофазного асинхронного двигателя.

Как правило, устройство для создания магнитного поля однофазных асинхронных электродвигателей представляет собой отдельные ферромагнитные сердечники с надетыми на них электрическими катушками. Сердечники с электрическими катушками образуют полюсные пары и крепятся к ярму (корпусу) электрической машины.

На фиг.1 показана одна из конструкций однофазного асинхронного двигателя с двумя парами полюсов. Он состоит из ярма, как правило, служащего корпусом электрической машины, сердечников полюсов, электрических катушек полюсов и ротора. Электрическая катушка полюсного сердечника представляет собой электромагнит, имеющий два полюса. Магнитный поток одного полюса электрической катушки обращенного к ротору, проходит через воздушный зазор в него и взаимодействует с ним. Этот магнитный поток называется основным магнитным потоком Фо. Магнитный поток второго полюса электрической катушки проходит по ярму электрической машины, не участвуя во взаимодействии. Этот магнитный поток называется магнитным потоком рассеяния Фр. (Л.М. Пиотровский. Электрические машины, Госэнергоиздат 1958 г., стр.373).

Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в повышении эффективности работы электрических машин вследствие использования магнитных потоков Фр одновременно с магнитными потоками Фо во взаимодействии с устройствами для преобразования одного вида энергии в другой. Так как в работу включаются ранее не используемые потоки рассеяния Фр, по величине равные основным магнитным потокам Фо, то эффективность электрических машин повысится.

Указанный технический результат достигается тем, что в электрической машине устройство для создания магнитного поля представляет собой фланец с концентрическими ребордами на стенке, в сквозные радиальные пазы которых в определенным порядке укладываются ферромагнитные сердечники с электрическими катушками. Они должны быть уложены в пазы таким образом, чтобы оба полюса электромагнитов были открытыми. Жесткость крепления ферромагнитных сердечников в пазах обеспечивает крышка со стяжными шпильками (см. фиг.3). Стяжные шпильки на фиг.3 условно не показаны. Фланец с концентрическими ребордами 10 и прижимная крышка 5 должны изготавливаться из немагнитного, диэлектрического материала для устранения возникновения вихревых токов.

Устройство для преобразования одного вида энергии в другой должно состоять из двух роторов, причем один из роторов устанавливается внутри устройства для создания магнитного поля и взаимодействует с его внутренней частью, а второй ротор охватывает наружную часть устройства для создания магнитного поля и взаимодействует с полюсами электромагнитов, выходящих наружу (см. фиг.2).

На фиг.2 изображена схема движения магнитных потоков статора, состоящего из отдельных электрических катушек с ферромагнитными сердечниками. На фиг.2 видно, что так называемый основной магнитный поток Фо проходит через воздушный зазор во внутренний ротор 9 и взаимодействует с ним, а так называемый магнитный поток рассеяния Фр проходит через воздушный зазор во внешний ротор 3 и взаимодействует с ним.

Таким образом, в однофазной электрической машине во взаимодействии с роторами участвуют магнитные потоки обоих полюсов электромагнитов, устройства для создания магнитного поля.

На фиг.4 изображена электрическая машина на примере асинхронного двигателя, в котором в качестве индуктора в устройстве для создания магнитного поля используются электрические катушки с ферромагнитными сердечниками.

Электрическая машина включает в себя: вал 1, передний фланец 2, ротор внешний с обмоткой (беличье колесо) 3, корпус машины 4, прижимную крышку 5, ферромагнитный сердечник 6, электрическую катушку 7, подшипник 8, ротор внутренний с обмоткой (беличье колесо) 9, фланец с концентрическими ребордами на стенке 10.

На электрические катушки 7, с использованием эффекта сдвига фаз, подается однофазный переменный ток, в результате чего в электрической машине возникает вращающееся магнитное поле. Магнитный поток одного из полюсов электрической катушки 7 взаимодействует с ротором внешним 3, а магнитный поток другого полюса электрической катушки 7 взаимодействует с ротором внутренним 9.

Для уменьшения потерь от вихревых токов прижимную крышку 5 и фланец с концентрическими ребордами на стенке 10 необходимо изготавливать из немагнитных и диэлектрических материалов. Для улучшения охлаждения машины и уменьшения веса в корпусе 4, фланцах 2 и 10, в прижимной крышке 5 и во внешним роторе 3 можно делать вентиляционные отверстия.

Изобретение относится к области электротехники, в частности электрическим машинам, и может быть использовано для генерирования электрической энергии и преобразования электрической энергии в механическую. Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в повышении эффективности работы электрической машины за счет использования магнитного потока рассеяния Фр в электродвигателях для создания крутящего момента Мкр, а в генераторах тока - для получения электрической энергии. В предлагаемой электрической машине, содержащей устройство для создания магнитного поля, где в качестве индуктора используются ферромагнитные сердечники с электрическими катушками, и устройства для преобразования одного вида энергии в другой, согласно изобретению устройство для создания магнитного поля выполнено отдельным блоком в виде фланца с концентрическими ребордами на стенке, изготовленного из немагнитного и диэлектрического материала. В сквозных радиальных пазах, выполненных на ребордах фланца, в определенном порядке закрепляются ферромагнитные сердечники с электрическими катушками, которые образуют полюсные пары электрической машины. Жесткость крепления ферромагнитных сердечников с электрическими катушками в пазах обеспечивает прижимная крышка, также изготовленная из немагнитного и диэлектрического материала. Устройство для преобразования одного вида энергии в другой состоит из двух роторов. Один ротор устанавливается во внутреннюю часть устройства для создания магнитного поля и взаимодействует с так называемым основным магнитным потоком Фо, а второй ротор охватывает внешнюю часть устройства для создания магнитного поля и взаимодействует с так называемым магнитным потоком рассеяния Фр. 4 ил.

Электрическая машина, состоящая из устройства для создания магнитного поля, где в качестве индуктора используются электрические катушки с ферромагнитными сердечниками и устройства для преобразования одного вида энергии в другой, отличающаяся тем, что устройство для создания магнитного поля выполнено отдельным блоком в виде фланца с концентрическими ребордами на стенке и прижимной крышкой, изготовленных из немагнитного и диэлектрического материала, в сквозных радиальных пазах, выполненных в ребордах, в определенном порядке закреплены ферромагнитные сердечники с электрическими катушками, образующие полюса электрической машины, устройство для преобразования одного вида энергии в другой, состоящее из двух роторов, причем один из роторов установлен внутри устройства для создания магнитного поля и взаимодействует с его внутренний частью, а другой ротор охватывает наружную часть устройства для создания магнитного поля - фланец с концентрическими ребордами на стенке и прижимной крышкой - взаимодействует с его наружной частью.