Бесконтактная синхронная машина Российский патент 2021 года по МПК H02K21/12 

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к электрическим машинам с магнитными системами на основе постоянных магнитов, и может быть использовано в качестве электроприводов различных механизмов или генераторов электроэнергии, либо датчиков.

Известен электродвигатель постоянного тока, содержащий полый немагнитный ротор с якорной обмоткой, магнитную систему на основе одного или нескольких постоянных магнитов. (Патент RU № 2382476 С1 на изобретение. Электродвигатель постоянного тока с полым ротором. - МПК: H02K 29/06, H02K 29/00, H02K 21/26. - 20.02.2010).

Известен модульный вентильный электромеханический преобразователь (МВЭП), содержащий n-концентричных полых цилиндрических статоров с расположенными на их внешних электрически изолированных цилиндрических боковых поверхностях m-фазны-ми обмотками, n-концентричных полых цилиндрических роторов, установленных одним из своих оснований на внутреннюю торцевую поверхность несущего диска, соединённого с валом, установленным в подшипниках, один из которых размещён в корпусе электромеханического преобразователя, датчик положения ротора, механически связанный с валом, магниты, расположенные со стороны внутренних цилиндрических боковых поверхностей роторов, образующие n тангенциальных магнитных систем, расположенных с радиальными зазорами над m-фазными обмотками статоров. (Патент RU № 2310966 С1 на изобретение. Модульный вентильный электромеханический преобразователь (МВЭП). - МПК: H02K 16/00, H02K 21/12. - 20.11.2007).

Наиболее близким по технической сущности заявляемому техническому решению является бесконтактная синхронная машина, содержащая полый цилиндрический статор с m-фазными обмотками, наружную относительно статора часть полого цилиндрического ротора с постоянными магнитами, расположенными со стороны внутренней цилиндрической поверхности этой части ротора и образующие магнитную систему с радиальным зазором над m-фазными обмотками статора. Статор представляет собой неферромагнитный цилиндр, сформированный из медных обмоток беспазовой конструкции, залитых специальным составом с высокой теплопроводностью. Ротор имеет внутреннюю относительно статора часть полого цилиндрического ротора с радиальным зазором под m-фазными обмотками статора, установленную двумя своими основаниями на валу двигателя и составляющую единое целое с наружной частью полого цилиндрического ротора, причём на-ружная и внутренняя части ротора выполнены из ферромагнитного материала. (Патент RU № 2374743 С1 на изобретение. Бесконтактная синхронная машина, имеющая гладкий якорь с беспазовой активной зоной и постоянные магниты на роторе. - МПК: H02K 21/12, H02K 21/22, H02K 16/02. - 27.11.2009). Данное изобретение принято за прототип.

Недостатком известных технических решений является сложность их конструкций, увеличивающая массу машины.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции и снижение массы машины.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и снижение массы машины в целом.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной бесконтактной

синхронной машине, содержащей полый цилиндрический статор с неферромагнитным цилиндром, сформированным из медных обмоток беспазовой конструкции, залитых составом с высокой теплопроводностью, и полый цилиндрический ротор, выполненный из ферромагнитного материала, включающий внутренний и наружный концентричные цилиндры, образующие глухую кольцевую полость, в которой на внутренней поверхности наружного цилиндра установлены постоянные магниты и расположен неферромагнитный цилиндр статора с возможностью вращения ротора, согласно предложенному техническому решению,

обмотки полого цилиндрического статора сформированы на кольцевой оправке цилиндрической формы, при этом обмотки могут выполняться из различных токопроводящих проводников, как из неферромагнитных, так и из комбинации ферромагнитных и неферромагнитных сплавов, а кольцевая оправка может быть выполнена, как из неферромагнитного материала, так и из магнитомягкого сплава.

С одного торца обмоток полого цилиндрического статора после их формирования установлено и примотано прочной нитью к обмоткам кольцо с торцевыми выступами для крепления обмоток в статоре.

Полый цилиндрический ротор выполнен с кольцевой внутренней полостью, образованной внешним цилиндром, внутренним и торцевой шайбой.

На торцевой шайбе ротора внутри сформированы лопасти крыльчатки, а радиально напротив них, на внешнем цилиндре выполнены отверстия для принудительного выхода охлаждающего воздуха из кольцевой внутренней полости ротора.

Магниты установлены на внутренней стороне наружного цилиндра ротора и на наружной стороне внутреннего цилиндра ротора, при этом количество магнитов одинаково и установлены они разноименными полюсами друг напротив друга.

Приведённый заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленной бесконтактной синхронной машине, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определённого заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленное техническое решение может быть успешно использовано в бесконтактных синхронных машинах в качестве электроприводов различных механизмов или генераторов электроэнергии, либо датчиков. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

На фиг. 1 схематично представлена конструкция предлагаемой бесконтактной синхронной машины, которая содержит полый цилиндрический ротор, выполненный из ферромагнитного материала 1, с магнитами 3 и 4, обмотками полого цилиндрического статора 2 на кольцевой оправке 5 с кольцом с торцевыми выступами 6 и подшипником 8;

На фиг. 2 отдельно показан полый цилиндрический ротор, выполненный из ферромагнитного материала с лопастями крыльчатки охлаждения 7, с отверстиями 9 для принудительного выхода охлаждающего воздуха из кольцевой внутренней полости ротора, с внутренней стороной наружного цилиндра ротора 10 и с наружной стороной внутреннего цилиндра ротора 12;

На фиг. 3 отдельно показано кольцо с торцевыми выступами;

На фиг. 4 отдельно показаны обмотки полого цилиндрического статора 2 на кольцевой оправке 5 с кольцом с торцевыми выступами 6.

Бесконтактная синхронная машина работает следующим образом.

При подаче на обмотки статора 2 питающих напряжений переменного тока, ротор 1 синхронной машины, используемой в качестве электродвигателя, разгоняется и выходит на режим работы, соответствующий поданному на обмотки напряжению и частоте тока.

При работе в качестве генератора переменного тока при вращении ротора обмотки статора выдают переменное напряжение с амплитудой и частотой, соответствующей скорости вращения ротора.

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к электрическим машинам с магнитными системами на основе постоянных магнитов, и может быть использовано в качестве электроприводов различных механизмов или генераторов электроэнергии, либо датчиков. Технический результат - упрощение конструкции и снижение массы машины в целом. Бесконтактная синхронная машина содержит полый цилиндрический статор с неферромагнитным цилиндром, сформированным из медных обмоток беспазовой конструкции, залитых составом с высокой теплопроводностью, и полый цилиндрический ротор, выполненный из ферромагнитного материала, включающий внутренний и наружный концентричные цилиндры, образующие глухую кольцевую полость, в которой на внутренней поверхности наружного цилиндра установлены постоянные магниты и расположен неферромагнитный цилиндр статора с возможностью вращения, обмотки цилиндра, выполненные из неферромагнитных токопроводящих проводников, сформированы на кольцевой неферромагнитной оправке цилиндрической формы, с одного торца которой установлено и примотано нитью к обмоткам кольцо с торцевыми выступами для крепления обмоток в статоре, а полый цилиндрический ротор выполнен с кольцевой внутренней полостью, образованной внешним и внутренним цилиндрами и торцевой шайбой с выполненными на ней внутри лопастями крыльчатки и отверстиями для принудительного выхода охлаждающего воздуха из кольцевой внутренней полости ротора, при этом магниты установлены на внутренней стороне наружного цилиндра ротора и на наружной стороне внутреннего цилиндра ротора разноименными полюсами друг напротив друга, при этом количество магнитов на наружном цилиндре и внутреннем одинаково. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Бесконтактная синхронная машина, содержащая полый цилиндрический статор с неферромагнитным цилиндром, сформированным из медных обмоток беспазовой конструкции, залитых составом с высокой теплопроводностью, и полый цилиндрический ротор, выполненный из ферромагнитного материала, включающий внутренний и наружный концентричные цилиндры, образующие глухую кольцевую полость, в которой на внутренней поверхности наружного цилиндра установлены постоянные магниты и расположен неферромагнитный цилиндр статора с возможностью вращения, отличающийся тем, что

обмотки цилиндра, выполненные из неферромагнитных токопроводящих проводников, сформированы на кольцевой неферромагнитной оправке цилиндрической формы, с одного торца которой установлено и примотано нитью к обмоткам кольцо с торцевыми выступами для крепления обмоток в статоре, а полый цилиндрический ротор выполнен с кольцевой внутренней полостью, образованной внешним и внутренним цилиндрами и торцевой шайбой с выполненными на ней внутри лопастями крыльчатки и отверстиями для принудительного выхода охлаждающего воздуха из кольцевой внутренней полости ротора, при этом магниты установлены на внутренней стороне наружного цилиндра ротора и на наружной стороне внутреннего цилиндра ротора разноименными полюсами друг напротив друга, при этом количество магнитов на наружном цилиндре и внутреннем одинаково.

2. Бесконтактная синхронная машина по п. 1, отличающийся тем, что обмотки могут быть выполнены из комбинации ферромагнитных и неферромагнитных сплавов.

3. Бесконтактная синхронная машина по п. 1, отличающийся тем, что кольцевая оправка может быть выполнена из магнитомягкого сплава.