МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2014 года по МПК H02K21/12 H02K1/06 

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к двигателям и генераторам содержащим в конструкции постоянные магниты, а именно к магнитоэлектрическим генераторам электроэнергии с наличием в них постоянных магнитов.

Известна дисковая электрическая машина [Пластин Л.М. Синхронные машины автономных источников питания. - М.: Энергия, 1980, стр.76-78], представляющая собой торцевой двухпакетный генератор, имеющая в своем составе корпус статора, состоящий из двух дисков, соприкасающихся по боковой поверхности. В корпусе статора заключена трехфазная обмотка и закрепленный на опорах (подшипниках) вал с ротором в форме диска. На роторе установлены рабочие элементы из магнитовосприимчивого материала (постоянные магниты). Машина снабжена традиционной системой охлаждения.

Наиболее близким устройством того же назначения по совокупности признаков является электрическая дисковая машина [патент №116714].

Магнитоэлктрическая дисковая машина состоит из статора и ротора, выполненных в виде дисков и размещенных на валу. Статор состоит как минимум из 4 дисков, а ротор 2 как минимум из 2 дисков и выполнен из немагнитного материала. На статоре жестко по диаметру d установлены n - «П»-образных шихтованных магнитопровода 6 с обмотками, соединенными параллельно между собой и равномерно распределенных по окружности диска статора. «П»-образные шихтованные магнитопроводы с обмотками n₁ статора размещены по радиусу d. На каждом из роторных дисков 2 выполнены отверстия m в форме прямоугольных прорезей 1, 1₁ в которых размещены рабочие органы (магниты) расположенные по окружности ротора на диаметре d, равноудаленные друг от друга и от оси вала, причем количество прорезей m равно количеству n полюсов «П»-образных шихтованных магнитопроводов статора (m=n), а размер прорезей l, l₁ зависит от размера рабочих органов (магнитов). Геометрические размеры полюса - магнитопроводов 6 и полюсов постоянных магнитов совпадают.

В известной конструкции в виду малого значения воздушного зазора между магнитопроводом и постоянными магнитами неизбежно возникают значительные тяговые усилия в осевом направлении дисковой машины, это приводит к увеличению трения при вращении и возможности деформации ротора, что значительно снижает КПД магнитоэлектрической дисковой машины в целом.

Данный недостаток устраняется только при точном позиционировании ротора между дисками статора на одинаковом расстоянии от них, причем смещение диска ротора с постоянными магнитами от центра приведет к выводу из равновесия магнитной системы.

Задачей заявляемого изобретения является упрощение конструкции, способной уменьшить тяговое усилие в осевом направлении, повысить КПД магнитоэлектрической дисковой машины в целом и обеспечить максимальное значение коэффициента мощности магнитоэлектрической дисковой машины.

Данный технический результат достигается тем, что магнитоэлектрическая машина имеющая в своем составе неподвижный статор и подвижный ротор, выполненные из немагнитного материала, в корпусе неподвижного статора выполнены «П»-образные шихтованные магнитопроводы с обмотками, подвижный ротор содержит рабочие элементы, выполненные в виде постоянных магнитов и расположенных в отверстиях, в форме прорезей размерами l и l₁, причем количество прорезей m равно количеству постоянных магнитов. Дополнительно в корпусе неподвижного статора магнитоэлектрической машины выполненного в виде полого цилиндра на внутренней поверхности которого размещены не менее 3 групп П-образных шихтованных магнитопроводов с обмотками. Каждая из которых содержит не менее 3 П-образных шихтованных магнитопроводов с обмотками, соединенных последовательно между собой и смещенных относительно друг друга на расстояние L. Ротор расположен внутри статора и состоит из полого цилиндра постоянные магниты которого смещены относительно друг друга на угол α=120°, кроме того полюса постоянных магнитов, размещенных в прорезях, выступают за пределы полого цилиндра на величину Δ:

Δ=d-l′, где

Δ - величина выступа полюсов магнитов за пределы полого цилиндра;

d - диаметр окружности, определяемый внутренним диаметром статора и размерами магнитопровода;

l′ - величина воздушного зазора между магнитопроводом и магнитом.

На Фиг.1 изображен внешний вид магнитоэлектрической машины.

На Фиг.2 представлена Вид А магнитоэлектрической машины.

На Фиг.3 представлена конструкция ротора магнитоэлектрической машины.

Предложена магнитоэлектрическая машина, имеющая в своем составе статор и ротор размещенный на валу, выполненные из немагнитного материала, в корпусе неподвижного статора выполнены «П»-образные шихтованные магнитопроводы с обмотками, подвижный ротор содержит рабочие элементы, выполненные в виде постоянных магнитов и расположенных в отверстиях, в форме прорезей размерами l и l₁, причем количество и размер прорезей l и l₁, зависит от количества и размера магнитов. Корпус неподвижного статора состоит из полого цилиндра 1, выполненного из прочного изоляционного немагнитного материала, на внутренней поверхности которого размещены не менее 3 группы из 3-х П-образных шихтованных магнитопроводов 2 с обмотками 3, соединенных последовательно между собой, причем каждая группа смещена относительно другой на расстояние L. Ротор расположен внутри статора и состоит из полого цилиндра 4, выполненного из не магнитного материала, имеющего прорези, смещенные относительно друг друга на угол α=120°. В прорезях расположены постоянные магниты 5, причем полюса магнитов выступают за пределы полого цилиндра на величину Δ. Для обеспечения беспрепятственного вращения ротора

Δ=d-l′ где

Δ - величина выступа полюсов магнитов за пределы полого цилиндра;

d - диаметр окружности, определяемый внутренним диаметром статора и размерами магнитопровода;

l′ - величина воздушного зазора между магнитопроводом и магнитом.

Магнитоэлектрическая машина работает следующим образом.

При вращении вала (на фиг. не показан) вращается ротор 3 с установленными в прорезях постоянными магнитами 5, выполненными из магнитных сплавов, например, редкоземельных элементов на основе сплавов Nd, Fe, B, Cm, Co.

Постоянные магниты смещены на угол α=120°, что приводит к уменьшению тягового момента сопротивления при прохождении постоянного магнита 5 под полюсом магнитопровода 2. При вращении ротора 4 в зоне полюсов «П»-образных магнитопроводов статора электромагнитное поле имеет резкопеременный характер, что приводит к появлению импульсов переменного тока в каждой обмотке ротора 4. Шихтованные «П»-образные магнитопроводы позволяют существенно уменьшить потери на вихревые токи на торцах магнитопроводов, тем самым повышая КПД магнитоэлектрической дисковой машины в целом.

Предложенная конструкция позволяет уменьшить тяговое усилие в осевом направлении, тем самым повысить КПД магнитоэлектрической дисковой машины в целом, что в должной степени позволяет обеспечить максимальное значение коэффициента мощности магнитоэлектрической машины.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к двигателям и генераторам с постоянными магнитами, в частности к магнитоэлектрическим генераторам электроэнергии. Предлагаемая магнитоэлектрическая машина содержит неподвижный статор и подвижный ротор, выполненные из немагнитного материала, в корпусе статора выполнены «П»-образные шихтованные магнитопроводы с обмотками, ротор содержит рабочие элементы, выполненные в виде постоянных магнитов и расположенные в отверстиях в форме прорезей размерами l и l_1, причем количество прорезей m равно количеству постоянных магнитов. При этом корпус статора магнитоэлектрической машины выполнен в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого размещены не менее 3 групп «П»-образных шихтованных магнитопроводов с обмотками. Каждая группа содержит не менее 3 «П»-образных шихтованных магнитопроводов с обмотками, соединенных последовательно между собой и смещенных относительно друг друга на расстояние L. Ротор расположен внутри статора и состоит из полого цилиндра, в прорезях которого размещены постоянные магниты, смещенные относительно друг друга на угол α=120°, полюса постоянных магнитов выступают за пределы полого цилиндра на величину Δ: Δ=d-l′, где Δ - величина выступа полюсов магнитов за пределы полого цилиндра; d - диаметр окружности, определяемый внутренним диаметром статора и размерами магнитопровода; l′ - величина воздушного зазора между магнитопроводом и магнитом. Технический результат - повышение КПД магнитоэлектрической машины при одновременном уменьшении тягового усилия в осевом направлении и упрощение конструкции, а также обеспечение максимального значения коэффициента мощности при дисковом исполнении такой машины. 3 ил.

Магнитоэлектрическая машина, имеющая в своем составе неподвижный статор и подвижный ротор, выполненные из немагнитного материала, в корпусе неподвижного статора выполнены «П»-образные шихтованные магнитопроводы с обмотками, подвижный ротор содержит рабочие элементы, выполненные в виде постоянных магнитов и расположенные в отверстиях в форме прорезей размерами l и l_1, причем количество прорезей m равно количеству полюсов n «П»-образных шихтованных магнитопроводов (m=n), а количество и размер прорезей l и l₁ зависит от количества и размера магнитов, отличающаяся тем, что корпус неподвижного статора выполнен в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого размещены не менее 3 групп «П»-образных шихтованных магнитопроводов с обмотками, каждая группа которых содержит не менее 3 «П»-образных шихтованных магнитопроводов с обмотками, соединенных последовательно между собой, причем каждая группа смещена относительно другой на расстояние L, ротор расположен внутри статора и состоит из полого цилиндра, постоянные магниты которого смещены относительно друг друга на угол α=120°, кроме того, полюса постоянных магнитов, размещенных в прорезях, выступают за пределы полого цилиндра на величину Δ:
Δ=d-l′,
где Δ - величина выступа полюсов магнитов за пределы полого цилиндра;
d - диаметр окружности, определяемый внутренним диаметром статора и размерами магнитопровода;
l′ - величина воздушного зазора между магнитопроводом и магнитом.