СИНХРОННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2015 года по МПК H02K19/00 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано для генерирования электрической энергии и преобразования электрической энергии в механическую. Работа синхронных электрических машин основана на законе электромагнитной индукции. Согласно этому закону в замкнутом контуре из проводников, помещенных в переменное магнитное поле, возникает ЭДС и свое магнитное поле. Индукционные электрические машины состоят из двух основных частей. Это устройство для создания магнитного поля и устройства для преобразования одного вида энергии в другой. Современные индукционные электрические машины могут работать или в режиме электродвигателя или в режиме генератора тока. Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого изобретения, заключается в повышении эффективности индукционных электрических машин путем придания им возможности генерации электрической энергии при работе в режиме электродвигателя. Синхронные электрические двигатели могут быть переменного или постоянного тока. Указанный технический результат достигается тем, что в магнитопровод устройства для создания магнитного поля укладываются, совместно, две обмотки, электрически не связанные между собой, одна из обмоток является номинальной обмоткой для создания переменного магнитного поля, а другая обмотка является номинальной обмоткой для генерирования электрической энергии, как замкнутый контур из проводников, находящийся в переменном магнитном поле, катушки обмоток наматываются из двухизолированных проводников, как двухжильный кабель, или укладываются двухслойно.

Номинальная генерирующая обмотка может быть уложена совместно с номинальной обмоткой для создания переменного магнитного поля индуктора - статора - синхронного электрического двигателя переменного тока или синхронного электрического двигателя постоянного тока.

Номинальная генерирующая обмотка может быть уложена совместно с номинальной обмоткой для создания переменного магнитного поля индуктора - статора - синхронного электрического двигателя с радиальным или аксиальным магнитными потоками индуктора.

Номинальная генерирующая обмотка может быть уложена совместно с номинальной обмоткой устройства для создания переменного магнитного поля индуктора - статора - в синхронных электрических двигателях, использующих в работе магнитные потоки обоих полюсов индуктора или использующих в работе магнитных потоков только одних полюсов индуктора.

Результат достигается посредством изменения конструкции катушечных групп устройства для создания магнитного поля - индуктора.

Согласно предлагаемому изобретению в магнитопровод индуктора (статора) электрической машины укладывается обмотка, состоящая из двух не связанных между собой электрически частей. Два изолированных проводника, совместно, наматываются в катушки, которые укладываются, как единая обмотка, в магнитопровод каждой фазы индуктора. Намотанные проводники в катушках (жилы) не имеют между собой электрической связи.

На примере двухжильной (бифилярной) обмотки в синхронном электродвигателе, одна жила в катушках, принадлежит номинальной обмотке индуктора (статора) этого синхронного электродвигателя, другая жила в этих же катушках принадлежит номинальной обмотке для генерирования электрической энергии.

Получается схема трансформатора электрического тока, в которой первичная обмотка это номинальная обмотка индуктора синхронного электродвигателя, а вторичная обмотка - это номинальная обмотка, служащая для генерирования электрической энергии. Сердечниками этого трансформатора являются сердечники магнитопровода индуктора (статора) синхронного электродвигателя, а ярмом служат роторы этого электродвигателя. Роторы имеют в своем составе постоянные магниты или обмотки с постоянным током. При укладке многожильной обмотки жилы между собой не имеют электрической связи.

Одна жила является номинальной обмоткой индуктора синхронного электродвигателя и подключается к электрической сети, а другая жила, служащая номинальной обмоткой для генерирования электрической энергии подключается к нагрузке, которой может служить накопители электрической энергии - аккумуляторы.

В каждой жиле, образующей номинальные обмотки, могут быть выполнены отводки, которые служат для переключения с целью изменения технических характеристик электрической машины. Такими характеристиками могут быть крутящий момент Мкр., напряжение и количество генерируемой электрической энергии.

При необходимости генерирующая номинальная обмотка может включаться полностью или частично, в цепь номинальной обмотки индуктора синхронного электродвигателя для увеличения крутящего момента на валу. Рассматриваем синхронный электрический двигатель с постоянными магнитами на роторе.

Процессом работы, предлагаемой электрической машины, можно управлять с помощью контроллера, который должен выполнять функции включения номинальной обмотки индуктора синхронного электродвигателя в электрическую сеть, в соответствии с сигналами датчика положения ротора. Включать номинальную обмотку для генерирования электрической энергии в сеть с нагрузкой, например к накопителям электрической энергии (аккумуляторам) или в каскад электрических машин, работающих от индуцированной электрической энергии предыдущей электрической машины. При необходимости, при изменении нагрузки на вал синхронного электродвигателя, производить переключения по отводкам обмоток с целью установления более эффективного режима работы электрической машины. При необходимости, так же, с помощью контроллера, номинальная генерирующая электрическая обмотка, частично или полностью, включается в цепь номинальной обмотки индуктора синхронного электродвигателя для увеличения крутящего момента на валу электродвигателя. Для управления работой, предлагаемой электрической машиной можно использовать существующие электронные приборы, такие как инверторы, преобразователи частоты, датчики положения ротора.

Возможность генерации электрической энергии, во время работы синхронных электродвигателей, можно создать как в цилиндрических, так и в торцевых электрических машинах. Такую возможность можно создать в электрических машинах, в которых в работе используются магнитные потоки обоих полюсов индуктора и в электрических машинах, в которых в работе используется магнитный поток одного полюса индуктора.

На фиг.1 изображена схема устройства индуктора и ротора синхронного электродвигателя согласно изобретению, в котором во взаимодействие с ротором включен только один магнитный поток индуктора.

На фиг.2 изображена схема устройства индуктора и роторов синхронного электродвигателя согласно изобретению, в котором во взаимодействие с роторами включены магнитные потоки обоих полюсов индуктора.

Электрическая машина согласно предлагаемому изобретению состоит из ротора 1, имеющего в своем составе постоянные магниты, магнитопровода индуктора 2, двух совместно уложенных в пазы магнитопровода обмоток, не связанных между собой электрически 3. В том случае, когда в электрической машине в работу включены магнитные потоки обоих полюсов индуктора, в состав электрической машины входят корпус индуктора 4, в котором крепятся ферритовые сердечники магнитопровода 2 и внешний ротор 5 (см. фиг.1, 2).

Электрическая машина согласно предлагаемому изобретению, не зависимо от того используются в работе один или оба магнитных потока индуктора, работает следующим образом.

Постоянный электрический ток, из сети, подается на номинальную обмотку 3 индуктора синхронного электродвигателя 2, которая уложена совместно с номинальной генерирующей обмоткой.

В это время, номинальная генерирующая обмотка может быть разомкнута или подключена к нагрузке. Так как «включение-отключение» обмоток индуктора статора происходит по командам датчика положения ротора, то возникшее «бегущее» переменное магнитное поле взаимодействует с постоянными магнитами ротора (роторов). В результате этого возникает крутящий момент. В переменном поле индуктора синхронного электродвигателя, совместно с номинальной обмоткой индуктора, находится номинальная генерирующая обмотка, электрически не связанная с ней. При замыкании номинальной генерирующей обмотки на нагрузку образуется замкнутый контур, находящийся в переменном магнитном поле. Согласно закону электромагнитной индукции в данном замкнутом контуре возникает ЭДС. Так как каждая фаза индуктора предлагаемой электрической машины представляет собой трансформатор с концентрической обмоткой, то для повышения эффективности работы электрической машины можно использовать резонансные явления.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении эффективности электрической машины. Синхронная электрическая машина состоит из устройства для создания магнитного поля и устройства для преобразования одного вида энергии в другой. В магнитопровод устройства для создания магнитного поля укладываются совместно две обмотки, не имеющие между собой электрической связи. Одна из обмоток является номинальной обмоткой для создания переменного магнитного поля, а другая обмотка является номинальной обмоткой для генерирования электрической энергии, как замкнутый контур из проводников, находящийся в переменном магнитном поле. Катушки обмоток наматываются из двух изолированных проводников, как двухжильный кабель, или укладываются двухслойно. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Синхронная электрическая машина, состоящая из устройства для создания магнитного поля и устройства для преобразования одного вида энергии в другой, отличающаяся тем, что в магнитопровод устройства для создания магнитного поля укладываются совместно две обмотки, не имеющие между собой электрической связи, одна из обмоток является номинальной обмоткой для создания переменного магнитного поля, а другая обмотка является номинальной обмоткой для генерирования электрической энергии как замкнутый контур из проводников, находящийся в переменном магнитном поле, катушки обмоток наматываются из двух изолированных проводников как двухжильный кабель или укладываются двухслойно.

2. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что номинальная генерирующая обмотка может быть уложена совместно с номинальной обмоткой для создания переменного магнитного поля индуктора - статора синхронного электрического двигателя переменного тока или синхронного электрического двигателя постоянного тока.

3. Электрическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что номинальная генерирующая обмотка может быть уложена совместно с номинальной обмоткой для создания переменного магнитного поля индуктора - статора синхронного электрического двигателя с радиальными или с аксиальными магнитными потоками индуктора.

4. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что номинальная генерирующая обмотка может быть уложена совместно с номинальной обмоткой устройства для создания переменного магнитного поля индуктора - статора в синхронных электрических двигателях, использующих в работе магнитные потоки обоих полюсов индуктора или использующих в работе магнитные потоки только одних полюсов индуктора.