Электрическая машина Советский патент 1981 года по МПК H02K41/02 

(54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

I

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам.

Известна электрическая машина двойного движения, у которой ротор (роторы) совершает (совершают) быстрое движение в одной плоскости, а статор - медленное движение в перпендикулярной плоскости 1

Известна также электрическая машина, содержашая роторы и статор, на рабочих поверхностях которых выполнены винтовые .нарезки, размеш.енную на статоре в кольцевых пазах, ось которых совпадает с осью вращения статора, многофазную обмотку, обш,ую для всех роторов 2j.

Электрические машины имеют определенные ограничения по пределу передаточного числа - оно не может превышать отношения длины окружности по наружному диаметру ротора к шагу нарезки на его поверхность у машины 1 или отношения длины окружности по среднему диаметру кольцевого тороидального статора машины к шагу нарезг ки на поверхности ротора - у машины 2.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

Для этого электрической машине, содержашей роторы и статор, на рабочих поверхностях которых выполнены винтовые нарезки, наружная поверхность упомянутого статора выполнена цилиндрической с винтовой нарезкой на ней, а вокруг статора с зазором размещен подвижно сопряженный с направляюшими элементами, например стержнями, внешний магнитопровод, на внутренней поверхности которого выполнена аналогичная нарезка, а каждый из роторов состоит из двух полюсных сердечников, разделенных

10 скошенной немагнитной прокладкой, причем между роторами размещены закрепленные на неподвижных стойках магнитопроводы с кольцевой обмоткой возбуждения.

У предлагаемой машины три взаимодействующие части связаны одним магнитным

S потоком - ротор, статор и внешний магнитопровод перемещаются в трех взаимно перпендикулярных плоскостях; рассматриваемая электрическая машина «тройного движения использует при создании эффективного безредукторного привода все три ко20ординаты трехмерного пространства. В качестве базовых модулей могут использоваться все известные типы обычных электрических машин - асинхронные, синхронные, в том числе автосинхронные (постоянного тока).

На фиг. 1 изображен схематично общий вид машины (разрез, вариант поступательного движения ее выходного элемента); на фиг. 2 - общий вид (вид сверху) машины без верхней части статора и элементов еге крепления на оси.

Электрическая мащина содержит роторы 1 и статор, состоящий из верхней 2 и нижней 3 кольцевых частей. В кольцевых пазах статора размещена многофазная обмотка 4, ось которой совпадает с осью вращения статора.

Каждый из роторов 1 состоит из двух полюсных сердечников 5 и б, сидящих на валу 7. Сердечники 5 и 6 ротора разделены немагнитной прокладкой 8. Между роторами размещены закрепленные на неподвижных стойках 9 магнитопроводы 10 с кольцевой обмоткой 11 возбуждения. Неподвижный вал 7 роторов крепится на спицах 12.

Кольцевой статор соединен спицами 13 с валом 14 кольцевого .статора. Наружная поверхность статора выполнена цилиндрической с винтовой нарезкой 15 на ней.

Вокруг статора с зазором размещен подвижно сопряженный с направляющими элементами 16 внешний магнитопровод 17, на внутренней поверхности которого выполнена нарезка 18.

Машина работает следующим образом.

При подаче напряжения на обмотку 11 возникает магнитный поток, замыкаемый по пути: сердечник 10, зазор между левойторцевой поверхностью магнитопровода 10 и торцевой поверхностью сердечника 5 ротора 1, зазор (по дуге поверхности) между сердечником 5 и внутренней поверхностью частей кольцевого статора - пересекая винтовые нарезки на наружной поверхности полюса и внутренней поверхности пакета статора и взаимодействуя с токами обмотки 4 кольцевого статора (в случае работы в режиме двигателя - создавая при этом момент, приводящий во вращение роторы; при работе в режиме генератора - наводя ЭДС в этих обмотках), зубцы и спинка пакета статора, зазор между наружной- цилиндрической поверхностью нижней 3 части статора и вну.тренней поверхностью магнитопровода 17, пересекая нарезки 15 и 18, затем дуга спинки магнитопровода 17, снова зазор между внутренней поверхностью магнитопровода 17 и наружной поверхностью нижней 3 части статора, пересекая нарезки 18 и 15, спинку и зубцы пакета статора, зазор между внутренней поверхностью статора и наружной поверхностью ротора (снова пересекая винтовые нарезки на этих поверхностях), сердечник 6 соседнего ротора 1; зазор между его торцевой поверхностью и

правой торцевой поверхностью магнитопровода 10, замыкаясь в этом магнитопроводе. При прохождении магнитного потока между ротором и статором вращение ротора 1 вызывает благодаря наличию винтовой

iiape3KH на обеих поверхностях вращение кольцевого статора совместно со связанным с ним с помощью крепления 19, спиц 13, соединенных со ступицей 20, насаженной на вал 14, вращающийся в опорно-осевых подщипниках 21, закрепленных в опорной стойке 22, с которой связаны и спицы 12 неподвижного кольца (или многоугольника), на котором укреплены стойки 9 с подщипниками 23 для валов 7 роторов 1. Угловая скорость этого вращения ниже угло5 вой скорости в отношении

щага нарезки

кольцевого статора а момент соответственно больше.

0. При прохождении магнитного потока из наружной цилиндрической поверхности нижней 3 (внешней) части кольцевого статора во внутреннюю поверхность магнитопровода 17 благодаря наличию на этих поверхностях винтовой нарезки с щагом hi (со верщенно необязательно выполнять h-i hi) возникает усилие, заставляющее магнитопровод 17 вместе с рабочим штоком 24 с еще меньшей скоростью перемещаться в плоскости, перпендикулярной как плоскосQ ти вращения кольцевого статора, так и плоскости вращения ротора. Передаточное число и здесь равно отнощенцю шага нарезки

наружного кольца внещнего магнитопровода

Таким образом, достигается весьма значительное увеличение общего передаточного числа. Если на участке ротор-кольцевой статор, это число составляет, например 100-150, то не меньшую величину можно получить и на участке кольцевой статор - внещний магнитопровод, доведя общее передаточное число до десятков тысяч.

Выходной элемент может, конечно, быть выполнен аналогично системе ротор-кольцевой статор и для вращательного движения При этом магнитопровод 17 выполняется не в виде прямого отрезка трубы (фиг. 1), а в виде трубы, согнутой в кольцо, внутри которого размещаются несколько статоров, крепление которых проходит- через разрез в кольцевой трубе - как это выполняется в элементе («модуле) ротор 1 - кольцевой статор (2, 3). При вращении ротора с частотой 3000 об/мин и выще можно создать безредукторный привод, рабочий вал которого вращается с частотой в малые доли оборота в минуту. Технико-экономическая эффективность применения предлагаемого изобретения заключается в обеспечении возможности при создании низкоскоростного безредукторного привода использовать быстровращающиеся роторы, и благодаря этому существенно повысить его массогабаритные и энергетические показатели.

Формула изобретения

Электрическая машина, содержащая ротор и статор, на рабочих поверхностях которых выполнены винтовые нарезки, размещенную на статоре в кольцевых пазах, ось которых совпадает с осью вращения статора, многофазную обмотку, общую для всех роторов, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, наружная поверхность упомянутого статора

выполнена цилиндрической с винтовой нарезкой на ней, а вокруг статора с зазором размещен подвижно сопряженный с направляющими элементами, например, стержнями, внешний магнитопровод, на внутренней поверхности которого выполнена аналогичная нарезка, а каждый из роторов состоит из двух полюсных сердечников, разделенных скощенной немагнитной прокладкой, причем между роторами размещены закрепленные на неподвижных стойках магнитопроводы с кольцевой обмоткой возбуждения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2692371, кл. Н 02 К 41/02, 1979.