СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ Российский патент 2024 года по МПК H02K1/17 H02K23/04 

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к электрическим двигателям и генераторам постоянного тока с постоянными магнитами, и может быть использовано в электроприводах промышленных роботов, манипуляторов, а также в электрических машинах двойного назначения: стартер-генератор.

Известен электродвигатель постоянного тока с цилиндрическим воздушным зазором и возбуждением от постоянных магнитов [Патент Франции №2511209, кл. НО2К 23/42, опубликован в 1983 г.], содержащий шихтованный пакет статора с прорезями, выполненными по замкнутому многоугольному контуру, и постоянные магниты в виде пластин, установленных в прорезях. Многоугольный контур проходит непосредственно от одного из концов используемой части полюсов, таким образом каждая пара магнитов образует полюс определенной полярности.

Недостатком такой конструкции является малая величина рабочего магнитного потока из-за неполного использования объема статора, из-за наличия воздушных зазоров между стенками прорезей статора и рабочими поверхностями магнитов.

Известен электродвигатель с постоянными магнитами [Патент США №4383192, кл. НО2К 21/28, опубликован в 1983 г.], содержащий две торцевые крышки, группу ферромагнитных внутренних полюсных деталей, прикрепленных концами к торцевым крышкам. Плоские постоянные магниты содержат внутренние полюсы, которые расположены во внутренних поверхностях, прикрепленных к плоским наружным поверхностям внутренних полюсных деталей. Постоянные магниты содержат также наружные полюсы, которые расположены в наружных поверхностях, представляющих собой грани прямоугольной призмы. Группа ферромагнитных наружных деталей содержит внутренние плоские поверхности, прикрепленные к наружным плоским поверхностям постоянных магнитов. Каждая из наружных полюсных деталей связана с одной плоской наружной поверхностью каждого из двух соседних магнитов, образуя замкнутую ферромагнитную цепь.

Недостатками такой конструкции являются ее сложность из-за наличия большого количества элементов магнитной системы и их закрепления, низкие выходные характеристики электродвигателя из-за значительных потоков рассеяния и малого магнитного потока.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является статор электрической машины постоянного тока [А.с. СССР №1711293, кл. НО2К 1/18, 23/04, опубликовано в 1992 г.], содержащий немагнитный корпус, полюсные сердечники, выполненные в виде усеченных пирамид и прикрепленные верхним основанием к немагнитному корпусу с помощью винтов. К одному полюсному сердечнику прилегают четыре плоских трапецеидальных магнита. Магнитомягкие ярма выполнены в виде скоб, замыкающих поверхности разноименной полярности постоянных магнитов близлежащих полюсов.

Недостатком такой конструкции являются недостаточно большое значение рабочего магнитного потока из-за ограниченных размеров постоянных магнитов и размагничивающего действия поля якоря.

Цель изобретения - повышение мощности путем увеличения магнитного потока и улучшение электромеханических характеристик машины.

Поставленная цель достигается тем, что в известном статоре электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами, содержащем немагнитный корпус, полюсные сердечники, верхним основанием прикрепленные к немагнитному корпусу статора, плоские постоянные магниты, установленные на боковых поверхностях полюсных сердечников, внешнее магнитомягкое ярмо, замыкающее разноименные поверхности постоянных магнитов близлежащих полюсов, полюсный сердечник выполнен в виде прямой трапецеидальной призмы, на боковых гранях призмы, проходящих через боковые стороны трапецеидального основания и прилегающих к постоянным магнитам, параллельно оси статора выполнены пазы, в которых размещена распределенная обмотка возбуждения.

На фиг. 1 изображен общий вид статора электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами в разрезе.

На фиг. 2 изображен разрез А-А статора на фиг. 1 с изображением схемы укладки обмотки возбуждения в пазы полюсного сердечника.

Статор электрической машины с постоянными магнитами содержит немагнитный корпус 1, полюсные сердечники 2, постоянные магниты 5, магнитомягкое ярмо 6.

Полюсные сердечники 2 выполнены в виде прямых трапецеидальных призм, меньшей боковой гранью они прикреплены с помощью винтов 4 к немагнитному корпусу 1. К одному полюсному сердечнику прилегают одноименной полярностью два плоских прямоугольных постоянных магнита 5. Ось намагниченности постоянных магнитов 5 перпендикулярна плоскости прилегания магнита к полюсному сердечнику 2. Со стороны боковых граней полюсного сердечника, к которым прилегают постоянные магниты 5 и которые образуют двухгранные углы с плоскостью крепления полюсного сердечника, в полюсном сердечнике выполнены полузакрытые, например круглые, пазы 3. На каждой боковой грани выполняют равное и четное число пазов. Пазы 3 выполнены так, что их оси параллельны оси статора. В пазы одной боковой грани полюсного сердечника укладывают половину витков катушки возбуждения одного полюса. Витки обмотки возбуждения 7 укладывают в пазы 3 каждой боковой грани полюсного сердечника по схеме простой петлевой обмотки. Магнитодвижущая сила катушки возбуждения каждой боковой грани направлена согласно с магнитодвижущей силой постоянного магнита, прилегающего к этой грани. Ярма 6 выполнены в виде скоб из магнитомягкого материала и замыкают поверхности разноименной полярности постоянных магнитов 5 близлежащих полюсов, образуя замкнутую магнитную цепь статора.

В заявляемом статоре электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами увеличение магнитного потока достигается за счет того, что на полюсном сердечнике, помимо двух прямоугольных постоянных магнитов, размещена распределенная обмотка возбуждения, создающая магнитный поток возбуждения, согласованный с магнитным потоком постоянных магнитов. Увеличение магнитного потока статора повышает электромагнитный момент и, соответственно, увеличивает мощность машины.

В результате того, что в пазы двух боковых граней одного полюсного сердечника уложены две распределенные катушки возбуждения, которые могут иметь разное подключение к обмотке якоря электродвигателя: последовательное, параллельное, независимое, а также согласное или встречное включение катушек возбуждения по отношению к друг другу или по отношению к магнитному потоку прилегающих к соответствующей грани постоянных магнитов - это обеспечивает получение семейства электромеханических характеристик двигателя от жестких до мягких и возможность их регулирования.

Для компенсации размагничивающего действия поперечной составляющей поля якоря обмотку возбуждения включают последовательно с обмоткой якоря и укладывают в пазы сердечника полюса в виде распределенной катушки со сгущением витков под сбегающим краем полюса в режиме двигателя и под набегающим краем полюса в режиме генератора и разрежением витков под набегающим краем полюса в режиме двигателя и под сбегающим краем полюса в режиме генератора. При такой укладке обмотки возбуждения пазы в полюсных сердечниках выполняют разных размеров, чтобы обеспечить сгущение витков обмотки возбуждения пазы выполняют больших размеров по сравнению с пазами, в которые укладывают разреженные витки. Компенсация размагничивающего действия поля якоря обеспечивает постоянство магнитной индукции в воздушном зазоре при изменении нагрузки, что улучшает механическую характеристику двигателя и внешнюю характеристику генератора. Кроме того, улучшается процесс коммутации за счет полной компенсации реакции якоря и повышается перегрузочная способность электродвигателя.

При использовании предлагаемого статора в электрической машине двойного назначения стартер-генератор обмотка возбуждения подключается последовательно с обмоткой якоря, катушки возбуждения полюсов создают магнитные потоки одноименной полярности с прилегающими постоянными магнитами, что увеличивает магнитный поток, соответственно при работе электрической машины в режиме стартера увеличивается пусковой момент. Для перевода стартера в режим генератора переключают обмотку возбуждения, то есть меняют местами начало и конец обмотки возбуждения, магнитный поток полюсов увеличивается за счет суммирования потока постоянных магнитов и потока обмотки возбуждения, что обеспечивает постоянное напряжение на выходе генератора при высоком значении коэффициента полезного действия.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – повышение мощности и улучшение электромеханических характеристик машины. Статор электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами содержит немагнитный корпус, полюсные сердечники, основанием прикрепленные к немагнитному корпусу статора, плоские постоянные магниты, установленные на боковых поверхностях полюсных сердечников, внешнее магнитомягкое ярмо, замыкающее разноименные поверхности постоянных магнитов близлежащих полюсов. Особенностью изобретения является выполнение полюсного сердечника в виде прямой трапецеидальной призмы. На боковых гранях призмы, проходящих через боковые стороны трапецеидального основания и прилегающих к постоянным магнитам, параллельно оси статора выполнены пазы, в которых размещена обмотка возбуждения, распределенная по пазам не равномерно, так что обеспечивается сгущение проводников на сбегающем крае полюса и разрежение проводников на набегающем крае полюса в случае применения статора в двигателе, или разрежение проводников на сбегающем крае полюса и сгущение проводников на набегающем крае полюса в случае применения статора в генераторе. 2 ил.

Статор электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами, содержащий немагнитный корпус, полюсные сердечники, основанием прикрепленные к немагнитному корпусу статора, плоские постоянные магниты, установленные на боковых поверхностях полюсных сердечников, внешнее магнитомягкое ярмо, замыкающее разноименные поверхности постоянных магнитов близлежащих полюсов, отличающийся тем, что полюсный сердечник выполнен в виде прямой трапецеидальной призмы, на боковых гранях призмы, проходящих через боковые стороны трапецеидального основания и прилегающих к постоянным магнитам, параллельно оси статора выполнены пазы, в которых размещена обмотка возбуждения, распределенная по пазам не равномерно, так что обеспечивается сгущение проводников на сбегающем крае полюса и разрежение проводников на набегающем крае полюса в случае применения статора в двигателе, или разрежение проводников на сбегающем крае полюса и сгущение проводников на набегающем крае полюса в случае применения статора в генераторе.