Линейная электрическая машина Советский патент 1992 года по МПК H02K41/35 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к линейным электрическим машинам с раздельными магнитопроводами фаз.

Целью является снижение материалоемкости.

На фиг.1 прказанобщий вид машины, на фиг.2 - вид сбоку; на фиг.З - вид в аксонометрии; на фиг.4 - вариант выполнения в качестве синхронной машины.

Линейная электрическая машина состоит из неподвижного статора и подвижной ферромагнитной вторичной части.

Статор состоит из раздельных магнитопроводовфаз с сосредоточенными обмотками: магнитопровод фазы А 1, обмотка фазы 2, явновыраженные полюса магнитопровода - прямой полюс 3 и обратный полюс 4, магнитопровод фазы 2 В 5, обмотка фазы

6, явновыраженные полюса магнитопровода- прямой полюс 7 и обратный полюс 8, магнитопровод фазы С 9, обмотка фазы 10, явновыраженные полюса магнитопровода - прямой и полюс 11 и обратный полюс 12.

При исполь зовании машины в режиме шагового или реактивного электропривода в конструкцию статора входит дополнительный магнитопровод 13, соединяющий левь1е и правые полюса 14, неферромагнитный со.единительный элемент 15. В этом случае подвижная часть выполнена в виде короба 16 с ферромагнитными элементами 17, соединенными немагнитными элементами 18, который перемещается вдоль направляющих 19 и соединен штоком 20 с рабочим механизмом. Дополнительный магнитопровод 13 неподвижной части размещен внутри короба 16 подвижной части.

При использовании линейной машины в качестве синхронной подвижная часть выполнена с системой возбуждения, имеющей магнитопровод 21, обмотку возбуждения 22 и явновыраженные полюса магнитопровода системы возбуждения - прямой полюс 23 и обратный полюс 24,

Для уменьшения массы подвижной части и повышения надежности всего устройства подвижными могут быть выполнены только явновыраженные полюса 23 и 24, а магнитопровод 21 закреплен неподвижно и отделен от подвижной части дополнительным воздушным зазором 25.

Машина работает следующим образом.

Вслед за однополупериодными импульсами тока, поступающими от выпрямителей, подключенных к трехфазной сети, соответственно, в обмотку 2 фазц А, затем - вобмотку 6 фазы В, затем в обмотку 10 фазы С, полюса подвижной части перемещаются, занимая последовательно положения наибольшей проводимости магнитного потока относительно полюсов 3 и 4 (и не расположенных против них выступов- полюсов 14) фазы А - затем то же относительно полюсов 7 фазы В, затем - полюсов 11 фазы С - и снова полюсов фазы А, и т.д., осуществляя перемещение подвижной части в направлении, определенном последовательностыо подачи импульсов тока в фазы статора. Активные материалы машины при этом хорошо используются - только короткие отрезки обмоток фаз, проходящие от одной стороны статора к другой,не охвачены магнитопроводами; с каждой стороны машины магнитный поток модулируется в четырех .последовательных зазорах, в каждом кольцевом сечении пол юса фаз aKSHnoteHituanb ны, что резко снижает рассеяние магнитного потока. Конструкция машины позволяет применить и многократную модуляц14Ю потока, даже для значительных мощностей достаточно указанных четырех зазоров, где модулируется магнитный поток по конструкции на фиг. 1-3. Машина по фиг.4 работает как синхронная линейная машина - обмотки фаз А, В, С - соответственно 2, 6 и 10 подключены к трехфазной сети и в рабочем зазоре с каждой стороны машины возникает, при наличии токов в обмотках 2, 6, 10, бегущее поле - как в любой синхронной явнополюсной линейной машине - отстающее от оси потока полюсов 2324- подвижной части - при работе в режиме генератора - и опережающее эту ось - при работе в режиме двигателя. Магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения 22, проходит по цепи: неподвижный магнитопровод21 системы возбуждения, зазор25

(с каждой стороны машины, вдоль всех полюсов подвижной части): далее, например, в полюса 23, рабочий зазор, в полюса противолежащей фазы или фаз - например, полюс 12 фазы С магнитопровод 9 фазы С, полюс 11 фазы С, рабочий зазор, полюс 24, дополнительный зазор 25 и замыкается в магнитопроводе 21, обеспечивая переменное, при перемещении подвижной части,

потокосцепление с обмотками фаз статора 2,6 и 10 - аналогично переменным потокосцеплениям у обычных синхронных машин. Следует указать на особые возможности, которые создает конструкция - применение сосредоточенных фазных обмоток, вместо распределительных в пазах, а такие обмотки, как известно, на порядок надежнее распределенных; возможно использование существенно более высоких

линейных нагрузок А/А/М/ - сечение фазных обмоток не зажато в пазах - и больших индукций Всртл - поток не зажат в узком сечении зубцов и обмотка возбуждения - одна на любое число полнрсов - сосредоточенная.

Основной параметр использования машины.-удельное касательное усилие Вбсртл АА/М,

-резко возрастает. Лучше охлаждаются обмотки. При работе в двигательнок режиме и

питании от сети 50 Гц возможно выполнение тихоходных линейных машин - при зазорах порядка 0,5 мм вполне возможно выполнение полюсных расстояний 2 г 10 мм и

тогда,

V 2Tf 0,01м-50 0,5 м/с

-у машины традиционной конструкции это практически невыполнимо, а редуцирование скорости у линейных машин - трудная

задача.

Наконец, наличие единых обмоток при любом числе полюсов, незначительная относительная величина нерабочей части

обмоток фаз позволяет резко снизить потери в меди обмоток - существенно поднять КПД в сравнении, например, с традиционной конструкцией с пазами и зубцами,

Интересные проблемы возникают при

использовании этой машины (фиг.4) в качестве линейного дизель - генератора (кратко обозначая, как генератор, преобразующий в электрическую энерги ю механическую энергию возвратно-поступательного движения - гидромеханическую энергию возвратного движения - гидромотора, поршней двигателей внутреннего сгорания, паровой машины и т.п.). Система шатунов, коленчатые валы и т.п. составляют значительную

часть массы современных дизель-генераторных установок, но при обычной многоцилиндровой системе, именно рбщий коленчатый вал позволяет поршням цилиндровсовершать и движения, при которых поршень не отдает, а потребляет энергию. Если у поршня движения как в одну, так и в другую сторону рабочие , к поршню может непосредственно присоединяться шток генератора, если обмотки фаз подключены, например, к выпрямительным мостикам, когда изменение фазности (и увеличены ЭДС..,) не имеет особого значения - несколько таких одноцилиндровых генераторов могут создать систему постоянного тока с маломеняющимся напряжением, а масса подвижной части генератора много меньше даже только массы обычного шатуна- выгода несомненная. Но для более распределенных двух- и четырехтактных двигателей задача усложняется - нужно либо связывать шток с дополнительными коромыслом, к которому подсоединяются два (или четыре) поршня, обеспечивая непрерывность рабочего возвратно-поступательного хода подвижной части и подачу энергии поршнями в соответствующих частях (тактах) цикла, либо, сохраняя систему одноцилиндровых машин, концевыми программным переключателем в нужных тактах переключать машину из генераторного режима в двигательный. При всех решениях - высокая многополюсность машины (при одной обмотке на все полюса) позволяет в генераторном режиме получить повышенную частоту - более подходящую для выпрямления. Наконец, как и в любой синхронной машине, возникает, в двигательном режиме, возможность известными методами -установкой Датчиков положения подвижной части, управляющих усилителями, подающие напряжения в обмотки фаз получить т.н. автосинхронную машину с характеристиками двигателя постоянного тока.

Формула изобретения

1.Линейная электрическая машина, содержащая неподвижный статор с сосредо точенными обмотками фаз, размещенными

на раздельных магнитопроводах, и отделенную от него зазором подвижную часть с ферромагнитными элементами, отличающаяся тем, что, с целью снижения материалоемкости, раздельные магнитопроводы снабжены явновыраженными полюсами и выполнены со смещением вдоль зазора относительно друг друга.

2.Электрическая машина поп.1,отличающаяся тем, что, с целью снижения

расхода проводниковых материалов, раздельные магнитопроводы каждой фазы выполнены с общей обмоткой.

3.Электрическая машина по пп.1 и 2, о тли чающаяся тем, что, с целью улучшения

динамических характеристик, неподвижная часть снабжена дополнительным магнитопроводом с явновыраженными полюсами, подвижная часть выполнена в виде короба, внутри которого размещен-упомянутый дополнительный магнитопровод неподвижной части, при этом ферромагнитные элементы подвижной части размещены между полюсами раздельных магнитопроводов и полюсами дополнительного магнитопровода.

4.Электрическая машина по пп.1 и 2, о тличающаяся тем, что, с целью расширения области применения, подвижная частьснабжена обмоткой возбуждения, размещенной на магнитопроводе, снабженной явновыраженными полюсами.

5.Электрическая машина по п.4, отличающаяся тем, что явновыраженные полюсы выполнены заодно с магнитопроводом подвижной части. 6. Электрическая машина по п.4, о т л ичающаяся тем, что, с целью повышения надежности, явновыраженные полюса выполнены отдельно от неподвижного магнитопровода с обмоткой возбуждения.

/7- 3

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в линейных машинах с раздельными магнитопроводами фаз. Целью является снижение материалоемкости. Устройство содержит неподвижный статор с раздельными магнитопроводами фаз, каждый из которых снабжен двумя явновыраженными полюсами, при этом указанные магнитопроводы выполнены со смешением относительно друг друга вдоль зазора, отделяющего статор от ферромаг-^ нитной подвижной части, заключенной в корпусе. Положительный эффект достигается путем чередования полюсов фаз в зазоре, выполнением всех обмоток сосредоточенными и размещенными в плоскостях, параллельных направлению движения. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

rl 2 Э 1 S 9 f5 .2 фиг S fr v 10 В 1 5 п., 16 5

If

в

A

12 23

-9 -10

11

22 21

2S 19

/Д 5

О