ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2013 года по МПК H02K31/02 

Предложение относится к электрическим машинам постоянного тока и может быть использовано в качестве генератора либо электрического двигателя постоянного тока в системах постоянного тока как низкого, так и высокого напряжения.

Известна конструкция униполярной электрической машины постоянного тока [МПК Н02К 31/00, патент SU, Заявка: 4936467/07, 17.05.1991, Сидоров О.П., Униполярная электрическая машина], содержащая станину, щиты, полый цилиндрический ротор, токосъемное устройство и систему возбуждения. Недостатком упомянутого устройства является низкое напряжение роторной обмотки электрической машины и, как следствие, ограничение ее установленной мощности коммутационной способностью токосъемного устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство электрической машины [МПК Н02К 31/02, патент RU, Заявка: 2008126707/09, 30.06.2008, Уппе Д.В. Униполярная бесколлекторная машина], содержащее ротор, статор, обмотку возбуждения и рабочую обмотку, которая состоит из активной и пассивной частей, находящихся в теле статора. Технический результат такой конструкции обеспечивает работу машины в системах постоянного тока высокого напряжения. Недостатками данного устройства являются: низкая эффективность машины, так как активная часть обмотки расположена в теле магнитопровода статора, который осуществляет магнитное шунтирование большей части рабочего потока статора; насыщение магнитопровода статора токами рабочей обмотки. При создании такой электрической машины большой мощности возникнут проблемы и конструктивного характера, связанные с передачей большого крутящего момента.

Предлагаемая конструкция электрической машины постоянного тока позволяет осуществлять работу в сетях постоянного тока как низкого, так и высокого напряжения, повысить эффективность устройства, исключить возможность насыщения магнитопровода статора, упростить конструкцию токопередающего устройства.

Описанные преимущества достигаются тем, что активные части рабочих обмоток расположены вне магнитопровода статора в рабочем зазоре между статором и ротором и могут быть соединены пассивными частями параллельно либо последовательно, а рабочие обмотки секционированы и расположены симметрично относительно обмотки возбуждения. Для исключения насыщения магнитопровода статора он сегментирован в продольном направлении электрической машины.

Электрическая машина постоянного тока, конструкция которой представлена на фиг.1, состоит из корпуса 1, магнитопровода статора 2 с двумя секциями 3 и 4 обмотки, магнитопровода ротора 5 с обмоткой возбуждения 6, установленным на валу 7 машины и щеточного узла со щетками 8 и токосъемными кольцами 9. Обмотка статора секционирована симметрично относительно центра поперечного сечения машины, изображенной на фиг.2, и содержит активную часть обмотки 3, 4 и пассивные части 10, 11, 12, 13 обмотки статора. Причем активные части 3, 4 через выводы пассивных частей статорной обмотки 10, 11, 12, 13 могут быть соединены внешними пассивными частями снаружи магнитопровода статора как последовательно, так и параллельно. Такое секционирование позволяет полезно использовать поток одной обмотки возбуждения ротора для преобразования одного вида энергии в другой в обеих секциях обмотки статора.

Поперечное сечение машины, поясняющее принципы работы, а так же взаимодействие обмоток статора и ротора представлено на фиг.3. Активные части секции обмотки 3 расположены вдоль продольного сечения машины по внутреннему периметру магнитопровода статора и выступают из его сегментов 2, пассивные части обмотки 12 проходят между сегментами магнитопровода статора, причем между пассивными частями обмоток 12 и магнитопроводом имеется воздушный зазор 14, который обеспечивает большое магнитное сопротивление. Такое конструктивное решение позволило реализовать магнитное шунтирование и исключение пассивных частей обмотки из процесса взаимодействия с обмоткой возбуждения. Последовательное согласованное соединение активных частей обмоток якоря дополнительными пассивными частями обмотки позволяет использовать данную машину постоянного тока в системах постоянного тока практически любого уровня напряжения без использования дополнительного преобразования электрической энергии. Параллельное согласованное соединение активных частей обмоток якоря дополнительными пассивными частями обмотки позволяет увеличить токовую нагрузку электрической машины при низком уровне напряжения.

Преимуществами данной электрической машины являются:

- высокий удельный показатель мощности на единицу массы;

- высокая эффективность;

- простота конструкции и высокая технологичность изготовления;

- высокая эксплуатационная надежность.

Таким образом, предлагаемая электрическая машина позволяет существенно упростить конструкцию, повысить эффективность и надежность работы, осуществлять суммирование напряжений активных частей обмотки статора за счет магнитного шунтирования пассивных частей обмотки статора и, как следствие, возможность работы такой электрической машины постоянного тока в системах постоянного тока низкого и высокого напряжения.

Настоящее изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам постоянного тока, и может быть использовано в качестве электрического генератора либо электрического двигателя постоянного тока в системах постоянного тока как низкого, так и высокого напряжения. Технические результаты, достигаемые настоящим изобретением, - обеспечение работы электрической машины в электрических цепях постоянного тока как низкого, так и высокого напряжения, повышение эффективности работы и упрощение конструкции электрической машины постоянного тока, а также повышение показателя мощности на единицу массы. Указанные технические результаты достигаются тем, что активные части рабочих обмоток расположены вне магнитопровода статора в рабочем зазоре между статором и ротором, а рабочие обмотки секционированы и расположены симметрично относительно обмотки возбуждения, для пассивных частей обмотки статора используется магнитное шунтирование, благодаря чему достигается исключение их из процесса, препятствующего преобразованию энергии. Для исключения насыщения магнитопровода статора он сегментирован в продольном направлении электрической машины. Использование согласованного последовательного соединения активных частей обмотки статора посредством пассивных частей позволило создать электрическую машину постоянного тока, способную работать в электрических цепях постоянного тока высокого напряжения. Использование согласованного параллельного соединения активных частей обмотки якоря посредством пассивных частей позволяет увеличить токовую нагрузку электрической машины при низком уровне напряжения рабочей обмотки. Магнитное шунтирование пассивных частей и секционирование активных частей обмотки якоря позволяют создать простую, эффективную и обладающую лучшими массо-габаритными характеристиками универсальную электрическую машину постоянного тока, способную работать в электрических цепях постоянного тока практически любого уровня напряжения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электрическая машина постоянного тока, содержащая статор с магнитопроводом и рабочими обмотками, состоящими из активных частей, которые могут быть соединены последовательно либо параллельно пассивными частями, ротор с магнитопроводом и обмоткой возбуждения, намотанной по диаметру в пазу магнитопровода, расположенном в середине поперечного сечения машины, и кольцевые контакты с щеточным аппаратом, отличающаяся тем, что активные части рабочих обмоток статора расположены вне магнитопровода статора в зазоре между статором и ротором, а рабочие обмотки статора секционированы и расположены симметрично относительно обмотки возбуждения ротора.

2. Электрическая машина постоянного тока по п.1, отличающаяся тем, что магнитопровод статора сегментирован в продольном направлении электрической машины.