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

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

Известны конструкции торцевых электрических машин с одним статором и двумя роторами.

Известна торцовая электрическая машина (А.С. СССР №462255, опубл. 28.02.1975 г.), содержащая беспазовый статор, набранный из катушечных групп, активная часть которых выполнена из чередующихся между собой проводников обмотки и отделенных слоем изоляции листовых ферромагнитных элементов, остов статора, на котором укреплены активные части катушечных групп и два ротора, расположенные по разные стороны статора, причем остов статора выполнен из материала с большим электрическим сопротивлением и имеет посадочные места для установки в них катушечных групп.

Известна торцевая электрическая машина (патент РФ №2246168, опубл. 10.02.2005 г.), включающая статор с обмоткой, закрепленный в корпусе, обращенный рабочими поверхностями к двум дискообразным роторам, расположенным с двух сторон от статора, установленным в подшипниках качения, статор выполнен из двух половин, в каждой из которых залит компаундом автономный зубцовый слой, распределенная обмотка в виде обмоточных модулей и ярмо, навитое из стальной ленты, установленных по разные стороны этого диска, причем с обеих сторон диска выполнены центрирующие пояски, на которых сцентрированы пластины обмоточных модулей, а на дисках двух роторов со стороны рабочих поверхностей статора выполнены по два центрирующих пояска, между которыми смонтированы постоянные магниты, полюсные наконечники которых имеют форму пластины с уменьшающимся к краям сечением.

Известна торцевая электрическая машина (патент РФ №2313888, опубл. 27.12.2007 г.), содержащая статор, включающий диск, закрепленный в корпусе, и обмоточные модули, обращенные рабочими поверхностями к соответствующим дискообразным роторам с короткозамкнутыми обмотками, расположенным с двух сторон от статора и установленным в подшипниках качения, в диске статора выполнены прорези под обмоточные модули, края которых (отгибы) у двух соседних прорезей направлены в одну сторону диска, а у двух следующих прорезей - в противоположную, в которых обмоточные модули размещены таким образом, что между двумя пакетами пластин одного обмоточного модуля расположены по одному пакету пластин двух соседних обмоточных модулей с противоположной стороны диска, кроме того, на диске статора в промежутках между прорезями под обмоточные модули в радиальном направлении выполнены щелевидные прорези.

Причиной малого внедрения известных торцевых электрических машин является технологическая сложность в изготовлении и недостаточная жесткость основных частей машин - статора и роторов.

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, состоит в повышении технологичности изготовления, повышении жесткости их основных частей - статора и роторов, а также повышении энергетических показателей.

Указанный технический результат достигается путем изменения конструкции статора и роторов торцевой электрической машины, а также использования в несущих конструкциях машины немагнитных и диэлектрических материалов, которые позволяют снизить потери от появления вихревых токов в конструкциях торцевых электрических машин. Заявленная торцевая электрическая машина содержит статор и два ротора, согласно изобретению, корпус статора, являющийся одновременно корпусом торцевой электрической машины, изготовлен из немагнитного, диэлектрического материала в виде полого цилиндра, имеющего две симметричные внутренние расточки на торцевых сторонах, которые образуют поясок, стороны которого служат местом крепления двух несущих дисков, изготовленных из немагнитного, диэлектрического материала, которые имеют центральные отверстия и в которых выполнены зеркально посадочные места для установки соосно с валом машины ферромагнитных шихтованных сердечников катушечных групп, один из несущих дисков, по периметру центрального отверстия, для жесткости, имеет бурт с резьбовыми отверстиями, служащими для стягивания вместе обоих несущих дисков; для обеспечения дополнительной жесткости конструкции статора в местах, свободных от катушечных групп, устанавливаются дистанционные втулки с резьбой и стяжными винтами; роторы состоят из двух несущих дисков, имеющих ступицы для посадки на шейки вала, один из несущих дисков изготовлен из шихтованного ферромагнитного материала, второй - из немагнитного, диэлектрического материала, в обоих несущих дисках зеркально выполнены посадочные места для установки соосно валу машины шихтованных ферромагнитных сердечников катушечных групп, несущий диск, выполненный из немагнитного, диэлектрического материала, по периметру наружного диаметра имеет бурт с резьбовыми отверстиями, служащими для стягивания вместе обоих несущих дисков, для обеспечения дополнительной жесткости конструкции роторов, в местах, свободных от катушечных групп, устанавливаются дистанционные втулки с резьбой и стяжными винтами.

На фиг.1 изображен разрез торцевой электрической машины, на фиг.2 изображена торцевая электрическая машина, на фиг.3 изображены конструктивные элементы торцевой электрической машины.

Торцевая электрическая машина содержит боковой фланец с подшипниковым гнездом 1, вал 2, ферритовый несущий диск ротора 3, немагнитный диэлектрический несущий диск ротора с буртом 4, немагнитный диэлектрический диск статора с буртом 5, ферритовые шихтованные сердечники роторов 6 с обмотками 7, корпус статора из немагнитного и диэлектрического материала 8, служащего одновременно корпусом торцевой электрической машины, ферритовые, шихтованные сердечники статора 10 с обмотками 9, немагнитный диэлектрический несущий диск статора 11, боковой фланец с подшипниковым гнездом 12.

Торцевая электрическая машина может работать как в режиме электрического двигателя, так и в режиме генератора тока.

В представленной конструкции роторов, в качестве замкнутого контура используются катушечные группы, то есть ферритовые сердечники с обмотками. Это позволяет торцевой электрической машине более эффективно работать в режиме генератора тока.

В этом случае, передний фланец с подшипниковым гнездом приобретает форму переднего фланца генераторов тока цилиндрических электрических машин, а на вал торцевой электрической машины устанавливается коллекторное устройство, на которое коммутируются выводы обмоток катушечных групп обоих роторов.

Ротор торцевой электрической машины состоит из двух несущих дисков, ферритового шихтованного диска со ступицей 3 и немагнитного, диэлектрического диска со ступицей 4. В обоих дисках 3, 4 имеются посадочные места, выполненные зеркально, для установки ферритовых, шихтованных сердечников 6 с обмотками 7.

Оба диска насаживаются на вал 2 и страхуют от проворачивания одной шпонкой.

В верхней части, оба несущих диска стягиваются винтами через резьбовые отверстия, сделанные в дистанционном бурте несущего диска 4.

Для обеспечения необходимой жесткости оба несущих диска 3, 4 могут стягиваться дополнительно с помощью винтов и дистанционных втулок с резьбой, устанавливаемых в местах, свободных от катушечных групп. Использование немагнитных, диэлектрических материалов для изготовления несущего диска 4 позволяет снизить потери от возникновения вихревых токов.

Статор торцевой электрической машины состоит из корпуса 8, выполненного из немагнитного диэлектрического материала. Корпус статора 8 является также корпусом торцевой электрической машины. Он представляет собой полый цилиндр, имеющий с торцевых сторон симметричные внутренние расточки, образующие поясок. Поперечное сечение стенки пояска является местом крепления несущих немагнитных, диэлектрических дисков 5, 11.

Оба несущих диска имеют зеркально выполненные посадочные места для крепления ферритовых шихтованных сердечников 10 с обмотками 9.

Для обеспечения жесткости, несущий диск 5 имеет дистанционный бурт, в котором по окружности бурта имеются резьбовые отверстия. Оба несущих диска 5 и 11 с помощью винтов стягиваются вместе, образуя жесткую коробчатую конструкцию. Для обеспечения дополнительной жесткости, в местах, свободных от катушечных групп, в пространстве между несущими дисками 5 и 11 устанавливаются дистанционные втулки с резьбовыми отверстиями, через которые оба несущих диска стягиваются винтами. Несущие диски 5 и 11 выполнены из немагнитного, диэлектрического материала, что позволяет снизить потери от вихревых токов.

Шихтованные ферритовые сердечники 10 с обмотками 9 являются электромагнитами и устанавливаются своими полюсами, обращенными к полюсам катушечных групп роторов, которые также состоят из шихтованных ферромагнитных сердечников 6 и обмоток 7. Для охлаждения торцевой электрической машины, в несущих дисках статора и роторов выполняются технологические отверстия.

Простая конструкция основных частей торцевой электрической машины - статора и роторов, позволяет повысить технологичность изготовления торцевой электрической машины и произвести их стандартизацию.

Торцевая электрическая машина на примере асинхронного двигателя, работает следующим образом.

На обмотку статора 9 подается трехфазный переменный электрический ток, который создает вращающееся магнитное поле, которое по закону электромагнитной индукции индуцирует ЭДС в замкнутых контурах проводников, которыми в нашем случае являются обмотки 7 катушечных групп роторов, а наведенная ЭДС порождает свое магнитное поле. При взаимодействии магнитных полей статора и роторов возникает электромагнитный момент, приводящий во вращение роторы. При работе в режиме генератора тока, обмотка 9 торцевой электрической машины является обмоткой возбуждения.

На обмотку возбуждения статора 9 подается электрический ток, который порождает магнитное поле.

Роторы торцевой электрической машины приводятся во вращение отдельным источником механической энергии.

При пересечении обмотками роторов силовых магнитных линий магнитного поля статора, в них индуцируется электрический ток, который снимается в рабочую сеть с помощью коллекторного устройства.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к торцевым электрическим машинам с одним статором и двумя роторами, и может быть использовано для генерирования электрической энергии и преобразования электрической энергии в механическую. Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, состоит в повышении технологичности изготовления торцевых машин, повышении жесткости их основных частей - статора и роторов, а также в повышении энергетических показателей торцевой электрической машины. Указанный технический результат достигается путем изменения конструкции статора и роторов торцевой электрической машины, а также путем использования в несущих конструкциях машины немагнитных и диэлектрических материалов, которые позволяют снизить потери от появления вихревых токов. Применение при изготовлении электрических машин современных немагнитных и диэлектрических материалов, обладающих достаточной термостойкостью и прочностью, превышающей прочность металлов, а также меньшим объемным весом, позволит шире использовать торцевые электрические машины предлагаемой конструкции в авиастроении. 3 ил.

Торцевая электрическая машина, содержащая статор и два ротора, отличающаяся тем, что корпус статора, являющийся одновременно корпусом торцевой электрической машины, изготовлен из немагнитного диэлектрического материала в виде полого цилиндра, имеющего две симметричные внутренние расточки на торцевых сторонах, которые образуют поясок, стороны которого служат местом крепления двух несущих дисков, изготовленных из немагнитного диэлектрического материала, которые имеют центральные отверстия и в которых выполнены зеркально посадочные места для установки соосно с валом машины ферромагнитных шихтованных сердечников катушечных групп, один из несущих дисков по периметру центрального отверстия для жесткости имеет бурт с резьбовыми отверстиями, служащими для стягивания вместе обоих несущих дисков для обеспечения дополнительной жесткости конструкции статора, в местах, свободных от катушечных групп, устанавливаются дистанционные втулки с резьбой и стяжными винтами, роторы состоят из двух несущих дисков, имеющих ступицы для посадки на шейки вала, один из несущих дисков изготовлен из шихтованного ферромагнитного материала, второй - из немагнитного диэлектрического материала, в обоих несущих дисках зеркально выполнены посадочные места для установки соосно валу машины шихтованных ферромагнитных сердечников катушечных групп, несущий диск, выполненный из немагнитного диэлектрического материала, по периметру наружного диаметра имеет бурт с резьбовыми отверстиями, служащими для стягивания вместе обоих несущих дисков, для обеспечения дополнительной жесткости конструкции роторов в местах, свободных от катушечных групп, устанавливаются дистанционные втулки с резьбой и стяжными винтами.