АКСИАЛЬНАЯ ИНДУКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ Российский патент 2014 года по МПК H02K19/20 H02K19/24 H02K7/18 

Описание патента на изобретение RU2520610C2

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к аксиальным индукторным электрическим машинам. Области, в которых машина может быть использована: газотрубные энергетические установки, ветровые и гидроэнергетические установки, стартер-генераторные устройства.

Известен генератор переменного тока, использующий энергию потока [1] (патент RU 2060383).

Данный генератор включает закрепленный на приводном валу ротор, статор неподвижности и коллектор. Ротор снабжен электромагнитами и малогабаритными источниками тока для питания электромагнитов. Ряды источников питания тока соединены между собой параллельно, а их выводы и соответствующие им выводы электромагнитов соединены между собой через контакты механического ключа.

Его основным недостатком является наличие электронных деталей во вращающейся конструкции ротора, чувствительных к внешним воздействиям, а также необходимость их обслуживания. Перечисленные недостатки снижают надежность и срок службы компонентов генератора.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой аксиальной индукторной электрической машине с электрическим возбуждением является бесконтактная редукторная электрическая машина с комбинированным возбуждением [2] (патент RU 2390086). Она состоит из статора с шихтованными пакетами из электротехнической стали, обмотки возбуждения, обмотки якоря, зубчатого ротора с шихтованными пакетами из электротехнической стали, которые в аксиальном направлении совпадают с пакетами статора.

Основным недостатком прототипа является сложная схема управления в двигательном режиме, требующая формирования на обмотках машины постоянного выпрямленного и переменного напряжений.

Задачей настоящего изобретения является создание электрической машины, использующей в двигательном режиме один вид управляющего напряжения, способной генерировать электроэнергию, используя потоки различных сред, реализующей функцию стартер-генератора с высоким моментом на валу в широком диапазоне заданных скоростей, имеющей большой механический ресурс и высокую степень защиты.

Техническим результатом данного изобретения является аксиальная трехфазная индукторная электрическая машина с электромагнитным возбуждением.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что заявляемая аксиальная индукторная электрическая машина с электромагнитным возбуждением, состоящая из корпуса статора, магнитных пакетов статора, выполненных из электротехнической стали, обмотки возбуждения, обмотки переменной ЭДС, ротора, магнитных пакетов ротора, выполненных из шихтованной стали, согласно изобретению, дополнительно содержит цилиндрическую турбину, вращающуюся в потоке газа или иной среды в качестве вала ротора. Три зубчатых пакета ротора, выполненные из шихтованной электротехнической стали, расположены на внешнем диаметре вала турбины. Зубцы каждого пакета смещены на ⅓ зубцового деления относительно другого пакета. В неподвижной части установки - статоре, в три ряда, с шагом, равным зубцовому шагу ротора, радиально расположены цилиндрические катушки обмоток возбуждения и переменной ЭДС. Три пары пакета на роторе и статоре аксиальной индукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением образуют трехфазную систему.

На Фиг.1 приведен продольный и поперечный разрез аксиальной индукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением:

1 - зубцы магнитных пакетов статора;

2 - зубцы магнитных пакетов ротора;

3 - обмотка возбуждения;

4 - цилиндрические катушки обмоток возбуждения и переменной ЭДС;

5 - ротор;

6 - обмотка переменной ЭДС;

7 - цилиндрическая турбина;

8 - вал ротора;

9 - магнитные пакеты ротора;

10 - магнитные пакеты статора;

11 - корпус статора.

На Фиг.2 представлен общий вид ротора аксиальной индукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением, где:

7 - цилиндрическая турбина;

8 - вал ротора;

9 - магнитные пакеты ротора.

Принцип работы аксиальной индукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением в генераторном режиме основан на реактивном взаимодействии зубцов магнитных пакетов статора 1 и зубцов магнитных пакетов ротора 2, при этом магнитный поток возбуждения, индуцирующий ЭДС, не изменяет своего направления, а меняется по величине от min до max. Постоянный ток, протекая по обмотке возбуждения 3, размещенной в цилиндрических катушках 4, формирует разноименно направленный магнитный поток возбуждения, который при вращении ротора 5 индуцирует переменную магнитную ЭДС в обмотке переменной ЭДС 6. Отличительной особенностью конструкции машины является использование цилиндрической турбины 7, выполненной из металла с коэффициентом магнитной проницаемости меньше 1, в качестве вала ротора 8 и наличие трех пар магнитных пакетов на роторе 9 и на статоре 10. Смещение зубцов магнитных пакетов ротора 2 на ⅓ зубцового деления относительно друг друга полагает смещенное во времени согласованное положение магнитных пакетов 9 и 10 соседней пары на 120 угловых градусов. Таким образом, формируется трехфазная переменная ЭДС.

На Фиг.3 изображены диаграммы взаимного положения зубцов трех пар пакетов в момент времени t1.

Предлагаемое расположение пар пакетов 9 и 10 обеспечивает постоянство магнитного потока, предупреждая индукцию ЭДС высокой частоты в обмотках возбуждения 3.

Применение системы с электромагнитным возбуждением позволяет при изменении частоты вращения вала ротора поддерживать постоянную величину ЭДС регулированием тока обмотки возбуждения 3.

На Фиг.4 показана последовательность подачи на обмотки статора прямоугольных импульсов в двигательном режиме.

Принцип работы аксиальной индукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением в двигательном режиме полагает последовательную подачу на обмотки переменной ЭДС 6 прямоугольных импульсов тока длительностью 2π/3 электрического радиуса, смещенных на 4π/3 электрического радиуса, при этом происходит последовательное потокосцепление зубцов магнитных пакетов статора 1 с зубцами магнитных пакетов ротора 2, создающее непрерывное вращение ротора 5. Длительность импульсов определяет частоту вращения ротора 5 на валу цилиндрической турбины 7.

Заявленная аксиальная индукторная электрическая машина с электромагнитным возбуждением может быть использована в газотрубных энергетических установках, ветровых и гидроэнергетических установках, стартер-генераторных устройствах. Конструктивная особенность корпуса статора 11, изготовленного из металла с коэффициентом магнитной проницаемости, равным 1, полагает отсутствие открытого воздушного зазора между магнитными пакетами статора 10 и ротора 9, что в свою очередь обеспечивает высокую степень защиты при работе в потоках различных сред.

Источники информации

1. Патент RU 2060383.

2. Патент RU 2390086.

Похожие патенты RU2520610C2

название год авторы номер документа
БЕСКОНТАКТНАЯ РЕДУКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С АКСИАЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ 2010
  • Чернухин Владимир Михайлович
RU2437199C1
БЕСКОНТАКТНАЯ РЕДУКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ЯВНОПОЛЮСНЫМ ЯКОРЕМ 2010
  • Чернухин Владимир Михайлович
RU2416859C1
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ РЕДУКТОРНАЯ МАШИНА С ЯВНОПОЛЮСНЫМ ЯКОРЕМ 2010
  • Чернухин Владимир Михайлович
RU2416858C1
БЕСКОНТАКТНАЯ РЕДУКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ 2009
  • Чернухин Владимир Михайлович
RU2407134C2
ИНДУКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА 1999
  • Муляр В.Б.
  • Соколов Б.И.
  • Кашаев И.А.
  • Демкин В.В.
RU2159495C1
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ РЕДУКТОРНАЯ МАШИНА С АКСИАЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ 2010
  • Чернухин Владимир Михайлович
RU2437198C1
БЕСКОНТАКТНАЯ РЕДУКТОРНАЯ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ЯВНОПОЛЮСНЫМ ЯКОРЕМ 2010
  • Чернухин Владимир Михайлович
RU2416860C1
ИНДУКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА 1998
  • Муляр В.Б.
  • Соколов Б.И.
  • Кашаев И.А.
  • Демкин В.В.
RU2139622C1
БЕСКОНТАКТНАЯ РЕДУКТОРНАЯ МАШИНА С ЯВНОПОЛЮСНЫМ ЯКОРЕМ 2010
  • Чернухин Владимир Михайлович
RU2416861C1
БЕСКОНТАКТНАЯ РЕДУКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С КОМБИНИРОВАННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ 2009
  • Чернухин Владимир Михайлович
RU2390086C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 520 610 C2

Реферат патента 2014 года АКСИАЛЬНАЯ ИНДУКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к электрическим машинам и касается выполнения аксиальных индукторных электрических машин. Предлагаемая аксиальная индукторная электрическая машина с электромагнитным возбуждением содержит корпус статора, магнитные пакеты статора, обмотки возбуждения, обмотки переменной ЭДС, ротор и магнитные пакеты ротора. Согласно изобретению, цилиндрическая турбина, вращающаяся в потоке газа или иной среды в качестве вала ротора, имеет три зубчатых магнитных пакета, расположенных аксиально обмоткам статора на внешнем диаметре вала турбины и смещены на ⅓ зубцового деления и, не имея открытого магнитного воздушного зазора с обмотками статора, образуют трехфазную систему обратимой электрической машины. В двигательном режиме на обмотки переменной ЭДС подается последовательно один вид управляющего напряжения в виде последовательных прямоугольных электрических импульсов, длительность которых определяет частоту вращения вала ротора. Технический результат - в двигательном режиме используется один вид управляющего напряжения, в генераторном - обеспечивается возможность генерировать электроэнергию, используя потоки различных сред, и реализовать функцию стартер-генератора с высоким моментом на валу в широком диапазоне заданных скоростей, с большим механическим ресурсом и высокой степенью защиты. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 520 610 C2

Аксиальная индукторная электрическая машина с электромагнитным возбуждением, состоящая из корпуса статора, магнитных пакетов статора, обмотки возбуждения, обмотки переменной ЭДС, ротора, магнитных пакетов ротора, отличающаяся тем, что цилиндрическая турбина, вращающаяся в потоке газа или иной среды, в качестве вала ротора имеет три зубчатых магнитных пакета, которые аксиально обмоткам статора, расположены на внешнем диаметре вала турбины, смещены на ⅓ зубцового деления и, не имея открытого магнитного воздушного зазора с обмотками статора, образуют трехфазную систему обратимой электрической машины.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2520610C2

БЕСКОНТАКТНАЯ РЕДУКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С КОМБИНИРОВАННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ 2009
  • Чернухин Владимир Михайлович
RU2390086C1
RU 2060383 C1, 20.05.1996
БЕСКОНТАКТНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С АКСИАЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ 2010
  • Чернухин Владимир Михайлович
RU2437201C1
БЕСКОНТАКТНАЯ ИНДУКТОРНАЯ ВЕНТИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ 2004
  • Демьяненко Александр Васильевич
  • Жердев Игорь Александрович
  • Козаченко Владимир Филиппович
  • Русаков Анатолий Михайлович
  • Остриров Вадим Николаевич
RU2277284C2
ОДНОФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР 2009
  • Чернухин Владимир Михайлович
RU2392724C1
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ДВУХПАКЕТНЫМ ИНДУКТОРОМ (ВАРИАНТЫ) 2008
  • Захаренко Андрей Борисович
  • Чернухин Владимир Михайлович
RU2356154C1
US 5117142 A, 26.05.1992
Статистический анализатор 1974
  • Жулев Владимир Иванович
  • Петухов Владимир Иванович
  • Садовский Гардон Антонович
  • Шлигерский Борис Моисеевич
SU484525A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДДЕРЖКИ СПОСОБНОСТИ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОГРАНИЧЕННОГО В СВОЕЙ МОБИЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА 2019
  • Лёкер, Штефан
RU2774223C1

RU 2 520 610 C2

Авторы

Сусликов Сергей Петрович

Кобелева Надежда Ивановна

Кораблёв Виталий Леонидович

Шабля Сергей Геннадьевич

Гераськин Вадим Георгиевич

Кислун Алексей Андреевич

Шабров Сергей Николаевич

Токарь Денис Владимирович

Феденко Дмитрий Юрьевич

Даты

2014-06-27Публикация

2012-06-18Подача