Электрическая машина с разделенными магнитопроводами фаз Советский патент 1990 года по МПК H02K19/06 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к области низкоекоростных электрических двигателей .

Целью изобретения является повышение удельных энергетических показателей и снижение металлоемкости.

На фиг„ 1 изображена конструктивная схема машины при числе колец,равным единице; на фиг 2 - машина с коаксиальными катушками; на фиг.З - разрезы А-А и Б-Б на фиг„1; на фиг.4- конструктивная схема машины при числе соосных колец, равном четырем; на фиг0 5 - схема включения обмоток фаз при неурралляемых выпрямителях; на фиг. 6 - диаграмма токов в фазах для трехфазной системы; на фиг 7 - схема включения для шестифазной системы.

На фиго 1-5 показаны вал 1, диск 2 ротора, кольцо 3 ротора, наружный 4 и внутренний 5 магнитопроводы, обмотка 6 наружного магнитопровода, обмотки 7 внутреннего магнитопровода (фиг 1, 2 и 4) и коаксиальная обмотка фаз N (фиг „ 2), выступы 8 наружного магнитопровода, выступы 9 внутреннего магни- топровода, стойка 10 с подшипником, опорная плита 11, крепежное кольцо 12 промежуточные ферромагнитные полоски 13, опорный элемент 14 для крепления, шпильки 15 крепления,датчик 16положе- ния системы роторов, воздействующий элемент 17 датчика положения в виде постоянных магнитов, переключатель 18 для изменения направления вращения

Машина работает следующим образом. На обмотки магнитопроводов фаз поступают импульсы тока в последовательности (фиг. 6) при левом положении переключателя 18 (фиг„ 5). Пусть сначала возникает магнитный поток в фазе А, тогда ферромагнитные дуги колец 3 ротора примут положение против выступов магнитопроводов этой фазы. Но вслед за этим снимается напряжение с

фазы А и возникает в фазе В - ферромагнитные дуги колец 3 роторов становятся против выступов магнитопроводов этой фазы, повернув кольцо 3 ротора на угол, соответствующий дуге /3, затем снимается напряжение с фазы В и возникает в фазе С - колыю 3 ротора дальше поворачивается на t/З, затем снимается напряжение с фазы С и снова возникает в фазе А, продолжается вращение кольца 3 ротора в ту же сторонуо Если переключатель 18 поставить в правое положение (фиго 5), последовательность поступления импульсов в обмотки фаз изменяется на А-С- В-А (вместо А-В-Г-А), изменяется и направление вращения Магнитный поток, создаваемый обмотками 6 и 7 каждой фазы при протекании в них тока, проходит по пути, например, левая сторона наружного магнитопровода 4 фазы, его выступы 8, зазор, далее при числе колец К-1 (фиг„ 1 и 2) - магнито- лроводяшие дуги левого кольца 3 ротора в радиальном направлении, второй зазор, выступы 9 левой стороны внутреннего магнитопровода 5, магнитопро- вод 5, выступы его правой стороны, зазор, магнитопроводящие дуги правого кольца 3 ротора, зазор, выступы правой стороны наружного магнитопровода 4 и замыкается через этот магнито- прбвод, проходя даже при показанной на фиго 1 конструкции с К-1 четыре зазора вместо двух у обычной машины. При К f 1 (фиг. 4) число зазоров уже составляет 4К, что позволяет в необходимой степени компенсировать меньшую действующую площадь взаимодейст- ,вия у предлагаемой машины Магнитный поток после указанного первого зазора между левыми выступами 9 наружного магнитопровода и магнитопроводя- щими дугами наружного левого кольца 3 ротора проходит через зазор между атими дугами и мапштопроводящими по

51

лесками 13 над наружным кольцом 3 ротора, через указанные полоски в радиальном направлении, снова через зазо магнитопроводящие дуги следующего ротора и так далее до выступов внутреннего магнитопровода 5, через этот магнитопровод, его правые выступы 9, правые зазоры, магнитопроводящие дуг колец 3 роторов и полоски 13 между ними, затем выступы 8 в правой части наружного магнитопровода 4 и замыкается через этот магнитопровод,пройдя 4К зазоров на своем пути. На фиг0 обмотки 7 фаз коаксиальны с осью машины, полюса фаз чередуются, что позволяет улучшить использование площади зазора и снизить объем проводниковых материалов„

На фиг. 3, где показана конструкция по фиг о 1 с К-1, видно, что, поскольку выступы каждой фазы при работе эквипотенциальны, а выступы следующей фазы сдвинуты по дуге статора на 1/3 окружности, рассеяние между фазами практически исключено, магни- топроводы фаз устанавливаются на крепежном кольце 12 статора так, что оси выступов каждой следующей фазы оказались на t-/3 смененными относительно осей выступов предыдущей фазы (при числе фаз та 3), фазы полность разделены. Обмотки фаз (фиг. 4) показаны условно только на внутренних магнчтопроводах, практически они ана логично размещены и на наружных маг- нитопроводах, Кроме того, сосредоточенные обмотки в несколько раз (6-8 раз в среднем) надежнее распределенных обмоток в машинах, Работа машины показана в режиме синхронного (реактивного) двигателя, когда частота подачи импульсов тока в обмотки фаз задана частотой сети и установившаяся частота (об/мин) вращения п

60Ј тзг

Г

где f - частота сети,Гц

и

d; - соответственно полюсная

дуга и диаметр по поверхности 1-го ротора, машина с К 1 выполняется с 50 4/di fri/dg. , „ Ък/dn. для придания одинаковой частоты вращения всем механически связанным роторам

Возможна работа машины и в других режимах, например в режиме постоянного« тока, когда частота вращения определяется поданным напряжением и нагрузкой. Для этого по известному способу; предусмотрены датчики 16 положе0

5

0

5

5

0

ния системы роторов, которые устанавливаются со сдвигом, пропорциональным Ъ/2 от оси выступов тех,фаз, обмотки которых они питают (через усилители, не показаны)° Датчики положения роторов отдельных фаз (фиг, 4) возбуждаются системой постоянных магнитов 17, устанавливаемых на диске 2 ротора против каждой ферромагнитной дуги роторов либо системой также расположенных ферромагнитных выступов0 Последовательность поступления импульсов в фазы машины определяется смещением осей датчиков положения фаз и обеспечивает вращение машины в направлении, определяемом положением переключателя аналогично переключателю 18 (фиг.5). При работе предлагаемой машины в режиме двигателя постоянного тока (автосинхронной машины с датчиками положения) характеристики двигателя близки к характеристикам двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением, ток возбуждения и ток якоря равны один другому Характеристики другие, если вместо невозбужденных ферромагнитных дуг роторов установить дуги из постоянных магнитов или выступов когтеобразной системы, возбуждаемой постоянным током (не показаны) о Для повышения равномерности хода и выравнивания воздействия на питающую сеть можно рекомендовать шес- тифазную систему, например, по известной схеме (фиг, 7), Формула изобретения

Электрическая машина с разделенными магнитопроводами фаз с сосредото- ченными обмотками, смененными -аксиально относительно активной зоны ротора, содержащими полюсные выступы с зубчатой активной поверхностью, отличающаяся тем, что, с целью повышения удельных энергетических показателей и снижения металлоемкости, она снабжена второй системой зубчатых полюсных выступов, смещенных аксиаль- но относительно первой, ротор выполнен в виде 2К соосных колец с чередующимися ферромагнитными и немагнитны- ми участками по К колец, расположенных против каждой из двух полюсных систем с числом полюсных выступов, равным 2т в каждой системе, где m - число фаз, машина снабжена магнито- проводящими полосками и источниками последовательности импульсов, причем

между т полюсных выступов в каадоД полюсной системе размещены с чередо ваннем К роторных колец и К-t магни- топроводящих полосок, а последова- г

тельно с каждой фазой включены источники последовательности импульсов, преимущественно однополупери- одные выпрямители.

Изобретение относится к электромашиностроению. Цель изобретения является повышение удельных энергетических показателей и снижение металлоемкости. Электрическая машина с разделенными магнитопроводами фаз содержит сосредоточенные обмотки, смещенные аксиаоьно относительно активной зоны ротора. Магнитопроводы содержат полюсные выступы с зубчатой активной поверхностью, она снабжена второй системой зубчатых полюсных выступов магнитопроводов, смещенных аксиально отностительно основной. Ротор выполнен в виде 2К соосных колец с чередующимися ферромагнитными и немагнитными участками по К колец, расположенных против каждой их двух полюсных систем с числом полюсных выступов, равным 2 , в каждой системе, где - число фаз , машина снабжена магнитопроводящими полостями и источниками последовательности импульсов, причем между полюсных выступов в каждой полюсной системе размещены с чередованием К роторных колец и К-1 магнитопроводящих полосок, а последовательно с каждой фазой включены источники последовательности импульсов, преимущественно однополупериодные выпрямители. 2 ил.

ЬЈ.

У///Л

А-А

J2222L

.

Фиг. 2

6-6

rX

fyX f S f л

lliiii - И

Ii

W////////A

Iliii mill

W////////A

Y////////7/A

:Ш

|llljii-- iH |||

ШШ У////Л

L

III... ,i||j

7//////////A

in ..ц)

W///W///7/A

Им.-...nil}

9/

X

Z6 708Sl

Ц

о

Фиг. 6 А1 х.

/