×
10.02.2015
216.013.26f6

ТОРЦЕВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА (ВАРИАНТЫ)

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002541427
Дата охранного документа
10.02.2015
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в качестве низкооборотного электродвигателя или генератора. Техническим результатом настоящего изобретения является получение низкооборотной торцевой электрической машины, обладающей максимальной мощностью при заданных габаритах. Торцевая электрическая машина содержит статор с тороидальным магнитопроводом и катушечной обмоткой, дисковый ротор с постоянными магнитами с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью (либо ферромагнитные сердечники ротора), подшипники и вал. Ротор жестко закреплен на валу и вращается благодаря подшипнику относительно статора. Число пар полюсов ротора р, число зубцов статора Ζ связаны соотношениями для трехфазной обмотки (m=3) для Z=y·m·k: р=у·k, (у+1)·k, где у=1; p=(у+1)·k, (у+2)·k, где у=3, 4; р=(у+2)·k, (у+3)·k, где у=5; р=(у+3)·k, (у+4)·k, где у=7; р=(у+3)·k, (у+5)·k, где y=8; p=(у+4)·k, (у+5)·k, где у=9; p=(у+5)·k, (у+6)·k, где у=11, при этом у, k - целые положительные числа. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в специальных электроприводах в качестве низкооборотных электродвигателей и электрогенераторов.

Известен Электромеханический преобразователь (Патент RU 2441308 C1, автор Захаренко А.Б. МПК H02K 19/10), содержащий по меньшей мере одну статорно-роторную пару, в которой статор состоит из сердечников из материала с высокой магнитной проницаемостью, торцами прикрепленных к опорному статорному кольцу и ориентированных параллельно основному магнитному потоку, и между которыми расположены проводники многофазной обмотки, ротор выполнен в виде двух коаксиально расположенных наружного и внутреннего индукторов - магнитопроводов из материала с высокой магнитной проницаемостью в форме полых цилиндров, закрепленных с возможностью вращения относительно статора, несущих расположенные по окружностям полюса с чередующейся полярностью, обращенные через рабочие зазоры к статору и охватывающие его, при этом полярность полюсов, расположенных на внутреннем и наружном индукторах напротив друг друга, согласная, отличающийся тем, что число пар полюсов p, число сердечников статора Z связаны соотношениями:

- для двухфазной обмотки (m=2):

для Z=y·m·k p=(y-1)·k, (y+1)·k, где y - четное число, y≥4; k - целое положительное число;

- для трехфазной обмотки (m=3) для Z=y·m·k:

p=y·k, (y+1)·k, где y=1;

p=(y+1)·k, (y+2)·k, где y=3, 4;

p=(y+2)·k, (y+3)·k, где y=5;

p=(y+3)·k, (y+4)·k, где y=7, 8*;

p=(y+4)·k, (y+5)·k, где y=9;

p=(y+5)·k, (y+6)·k, где y=11,

при этом y, k - целые положительные числа.

Недостатком аналога Электромеханический преобразователь является консольное крепление индукторов ротора, которое вследствие наличия силы магнитного притяжения между статором и ротором не позволяет увеличить диаметр машины. А увеличение диаметра благотворно сказалось бы на увеличении электромагнитной мощности. Кроме того, исходя из выбора в качестве основной гармоники МДС с максимальной амплитудой, наилучшим для m=3, Z=24, y=8, k=1 являются варианты с 2p=22, и 2p=24. Совпадение Z и 2p недопустимо из-за получения нежелательно устойчивого положения зубцов статора напротив магнитов ротора. Таким образом, соотношение, отмеченное «*» не является верным, его следует уточнить.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является торцевая магнитоэлектрическая машина (варианты) (Патент RU 2337458 C1, авторы Захаренко А.Б., Чернухин В.М., МПК H02K 26/00), содержащая статор с тороидальным магнитопроводом и катушечной обмоткой, дисковый ротор с постоянными магнитами с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью, подшипники и вал, отличающаяся тем, что статор жестко закреплен на валу, а ротор вращается в подшипниках относительно оси вала, число катушек в катушечной группе статора b=2, 3, 4, 5 … - целое положительное число большее или равное 2, и число d катушечных групп в фазе, число Z зубцов статора и число p пар полюсов ротора связаны соотношениями:

1<Z / p<4,

при этом Z/p ≠ 2, и

p / d=k,

где k=1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5 … - целое положительное число, или число, отличающееся от него на 0.5, если k - целое число, обмотки катушечных групп в каждой фазе соединены согласно, а при k - отличном от целого числа на 0.5, обмотки катушечных групп в каждой фазе соединены встречно.

Недостатком прототипа является то, что предложенные в нем зависимости не дают в точности наилучших соотношений между числом z зубцов статора и числом 2p полюсов ротора. Так, например, в таблице 1 патента RU 2337458 C1 приведены следующие лучшие соотношения для m=3, Z=24, 2р=16, 20, 22, 26, 28, 32. При этом неясно, какое (или какие) из соотношений является наилучшим, исходя из выбора в качестве основной гармоники МДС с максимальной амплитудой (высших гармоник с максимальными амплитудами обычно бывает две). Кроме того, в прототипе не рассмотрена возможность получения торцевой электрической машины без постоянных магнитов.

Целью настоящего изобретения (по варианту 1) является уточнение наиболее оптимальных соотношений между числом Z зубцов статора и числом 2p полюсов ротора для торцевой электрической машины, а также получение торцевой электрической машины с наилучшими свойствами без постоянных магнитов (по варианту 2).

Техническим результатом настоящего изобретения (по обоим вариантам) является получение низкооборотной торцевой электрической машины, обладающей максимальной мощностью при заданных габаритах.

Исходя из максимизации амплитуд двух высших гармоник МДС для m=3, z=24, у=8, k=1 необходимы следующие соотношения для р=(у+3)·k, (у+5)·k, то есть 2р=22, и 2р=26, иными словами р=(у+3)·k, (у+5)·k, где у=8. Прочие соотношения, по мнению авторов, верные и должны быть оставлены как в аналоге, без изменений. То есть число пар полюсов ротора р, число зубцов Ζ статора должны быть связаны соотношениями:

- для двухфазной обмотки (m=2):

для Z=y·m·k p=(у-1)·k, (у+1)·k, где у - четное число, у·4; k - целое положительное число;

- для трехфазной обмотки (m=3) для Z=y·m·k: р=у·k, (у+1)·k, где у=1;

p=(у+1)·k, (у+2)·k, где у=3, 4;

р=(у+2)·k, (у+3)·k, где у=5;

р=(у+3)·k, (у+4)·k, где у=7;

р=(у+3)·k, (у+5)·k, где y=8;

p=(у+4)·k, (у+5)·k, где у=9;

p=(у+5)·k, (у+6)·k, где у=11,

при этом у, k - целые положительные числа.

Оба варианта настоящего изобретения поясняются фигурами 1 и 2.

Фиг. 1. Конструкция торцевой электрической машины.

Фиг. 2. Схема обмотки статора торцевой электрической машины с m=3, Ζ=12, k=1. Точками обозначены начала катушек.

Конструкция торцевой электрической машины (по варианту 1)

Зубцы 1 статора (якоря) прикреплены к корпусу 2 статора. Зубцы 1 и корпус 2 выполнены из магнитомягкого материала. Зубцы 1 статора могут быть шихтованы их электротехнической стали, корпус 2 статора может быть выполнен из конструкционной стали с высокой магнитной проницаемостью. На зубцах 1 статора размещена трехфазная (m=3) обмотка 3, где буквами А, В, С обозначены начала соответствующих фаз, Χ, Υ, Ζ - их концы. Обмотка также может иметь другое число фаз, например m=2. Катушки обмотки 3 статора наматываются из обмоточного провода, например медного эмаль-провода. Катушки обмотки 3 статора соединяются в катушечные группы (на фиг. 2 вкатушечной группе каждой фазы по 4 катушки). Для увеличения надежности катушечная группа, либо фаза в целом, может наматываться непрерывным проводом. Следует отметить, что между собой катушечные группы могут соединяться не только последовательно, но и параллельно (при k≥1), а также образовывать параллельные ветви (соединяться последовательно-параллельно) по нескольку последовательно соединенных катушечных групп в случае, если k=4, 6, 8, 10 четное число больше двух. Трехфазная обмотка 3 статора (m=3) может быть соединена в звезду, а также в треугольник. На немагнитном основании 4 ротора закрепляются постоянные магниты 5, намагниченные в осевом направлении, полярность магнитов в тангенциальном направлении чередуется. Ротор (основание 4 с закрепленными на нем постоянными магнитами 5) жестко закреплен на валу 6 и вращается благодаря подшипнику 7 относительно корпуса 2 статора. Подшипник 7 может быть выполнен, например, шариковым насыпным для уменьшения осевой длины машины.

Принцип действия торцевой электрической машины (по варианту 1)

Магнитный поток каждого постоянного магнита 5 проходит через воздушные зазоры между статором и ротором, зубцы 1 и корпус 2 статора.

В двигательном режиме на зажимы каждой фазы обмотки 3 статора синхронной электрической машины подается переменное напряжение, по обмотке протекает ток, вызывая вращающуюся МДС статора. Обычно две гармоники МДС статора имеют наибольшую амплитуду. Ротор выполнен с числом полюсов, равным числу полюсов одной из этих гармоник. При протекании электрического тока в обмотке 3 статора происходит силовое взаимодействие магнитного потока обмотки 3 с магнитным потоком постоянных магнитов 5. Перемещаясь, волна МДС статора создает вращающий момент, действующий на ротор, магнитный поток постоянных магнитов 5 перемещается от одной катушки к следующей, при этом наводит электродвижущую силу (ЭДС) в обмотке 3. Величина ЭДС обусловлена величиной магнитного потока полюсов и частотой вращения ротора. При вращении ротора торцевая электрическая машина будет отдавать механическую мощность в нагрузку.

Питание обмотки 3 статора осуществляется от сети переменного тока, либо от инвертора. В случае питания от инвертора для наиболее эффективной работы машины в двигательном режиме вводится обратная связь по положению ротора. Положение ротора определяется по показаниям датчика положения. В качестве датчика положения может использоваться синусно-косинусный вращающийся трансформатор или датчик на основе эффекта Холла (датчик Холла). При использовании датчика Холла в качестве чувствительного элемента датчика положения ротора он может быть размещен между статором и ротором на стороне статора, обращенной к постоянным магнитам ротора, непосредственно в основном рабочем воздушном зазоре.

В режиме генератора ротор торцевой электрической машины приводится во вращение сторонним источником механической энергии (двигателем), при этом вращающий момент прикладывают к ротору. Поле постоянных магнитов 5, перемещаясь вместе с ротором, пересекает обмотку 3 статора, в которой наводится ЭДС. Если цепь нагрузки замкнута, по обмотке 3 протекает ток. Получаемая при этом электрическая энергия передается в нагрузку.

Конструкция торцевой электрической машины (по варианту 2)

Зубцы 1 статора (якоря) прикреплены к корпусу 2 статора. Зубцы 1 и корпус 2 выполнены из магнитомягкого материала. На зубцах 1 статора (якоря) размещена трехфазная (m=3) обмотка 3, где буквами А, В, С обозначены начала соответствующих фаз, Χ, Υ, Ζ - их концы. Обмотка также может иметь другое число фаз, например, m=2. Катушки обмотки 3 статора наматываются из обмоточного провода, например медного эмаль-провода. Катушки соединяются в катушечные группы. Для увеличения надежности катушечная группа, либо фаза в целом, может наматываться непрерывным проводом. Следует отметить, что между собой катушечные группы могут соединяться не только последовательно, но и параллельно (при k≥1), а также образовывать параллельные ветви (соединяться последовательно-параллельно) по нескольку последовательно соединенных катушечных групп в случае, если k=4, 6, 8, 10 четное число больше двух. Трехфазная обмотка 3 статора (m=3) может быть соединена в звезду, а также в треугольник. На немагнитном основании 4 ротора закрепляются ферромагнитные сердечники 5, выполненные в форме параллелепипедов из магнитомягкого материала, например шихтованы из электротехнической стали. Ротор (основание 4 с сердечниками 5) жестко закреплен на валу 6 и вращается благодаря подшипнику 7 относительно корпуса 2 статора. Подшипник 7 может быть выполнен, например, шариковым насыпным для уменьшения осевой длины машины.

Принцип действия торцевой электрической машины (по варианту 2) Магнитный поток, созванный обмоткой статора 3, проходит через воздушные зазоры между статором и ротором, зубцы 1 и сердечники 5 и корпус 2 статора.

Торцевая электрическая машина по варианту 2 является по своей сути синхронной реактивной и работает только в двигательном режиме. При этом на зажимы каждой фазы обмотки 3 статора синхронной электрической машины подается переменное напряжение, по обмотке протекает ток, вызывая вращающуюся МДС статора. Обычно две гармоники МДС статора имеют наибольшую амплитуду. Ротор выполнен с числом полюсов, равным числу полюсов одной из этих гармоник. При протекании электрического тока в обмотке 3 статора происходит силовое взаимодействие магнитного потока обмотки 3 с ферромагнитными сердечниками 5 ротора. Перемещаясь, волна МДС статора создает вращающий момент, действующий на ротор, При вращении ротора торцевая электрическая машина будет отдавать механическую мощность в нагрузку.

Питание обмотки 3 статора осуществляется от сети переменного тока, либо от инвертора. В случае питания от инвертора для наиболее эффективной работы машины вводится обратная связь по положению ротора. Положение ротора определяется по показаниям датчика положения. В качестве датчика положения может использоваться синусно-косинусный вращающийся трансформатор.


ТОРЦЕВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА (ВАРИАНТЫ)
ТОРЦЕВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА (ВАРИАНТЫ)
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 11.
20.02.2013
№216.012.28a6

Роторная система магнитоэлектрической машины

Изобретение относится к области электротехники, в частности к высокооборотным электрическим машинам для турбогенераторных электрических установок небольшой мощности. Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является получение запаса по прочности роторов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475926
Дата охранного документа: 20.02.2013
10.03.2013
№216.012.2efb

Двухчастотная электрическая машина

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным электрическим двигателям и поворотным трансформаторам. Задачей изобретения является возможность передачи электроэнергии от неподвижного источника к вращающемуся приемнику, например от вращающейся относительно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477558
Дата охранного документа: 10.03.2013
27.05.2015
№216.013.4e9a

Синхронный реактивный электродвигатель

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в специальных электроприводах в качестве низкооборотного электродвигателя. Технический результат - максимизация электромагнитного момента и электромагнитной мощности низкооборотного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551640
Дата охранного документа: 27.05.2015
27.10.2015
№216.013.88e9

Антенна с эллиптической поляризацией

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антеннам для космических аппаратов (КА), функционирующих на орбите высотой от 400 км до 1000 км. Диаграмма направленности (ДН) таких антенн должна иметь максимум в направлениях ±(60°÷70°) и коэффициент эллиптичности (КЭ) не менее 0.4 в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566652
Дата охранного документа: 27.10.2015
25.08.2017
№217.015.cb36

Кольцевая щелевая антенна

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиосистемах передачи информации, предъявляющих требования высокой степени электромагнитной совместимости конструктивных элементов системы, например, в малогабаритных космических аппаратах (КА). Решаемой задачей является...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002620126
Дата охранного документа: 23.05.2017
25.08.2017
№217.015.cf2f

Космический аппарат блочно-модульного исполнения

Изобретение относится к космической технике и может использоваться при разработке космических аппаратов (КА). КА блочно-модульного исполнения включает блоки бортовой аппаратуры, один из блоков содержит служебную аппаратуру КА, а другой - целевую аппаратуру и датчики командно-измерительных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621132
Дата охранного документа: 31.05.2017
10.05.2018
№218.016.45ad

Двигатель-маховик

Изобретение относится к области электротехники, в частности к двигателям-маховикам, и может использоваться для систем ориентации и стабилизации космических аппаратов. Технический результат – уменьшение массы при сохранении значительного момента инерции индуктора и высокой электромагнитной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650178
Дата охранного документа: 11.04.2018
20.06.2018
№218.016.6438

Маховик с магнитной смазкой (варианты)

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована в линейных электродвигателях. Маховик содержит корпус из немагнитного материала, внутри которого выполнена камера, содержащая магнитную жидкость в коллоидном состоянии. Корпус из немагнитного материала жестко крепится к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658061
Дата охранного документа: 19.06.2018
06.09.2019
№219.017.c7e5

Способ измерения магнитной индукции постоянных магнитов

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано при измерении магнитной индукции на поверхности постоянных магнитов. Способ измерения магнитной индукции постоянных магнитов содержит этапы, на которых осуществляют измерение магнитного поля системы с помощью датчика...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002699235
Дата охранного документа: 04.09.2019
10.04.2020
№220.018.13f3

Способ намагничивания и сборки кольца хальбаха ротора электромашины (варианты)

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам. Технический результат состоит в повышении э.д.с. и удельной мощности при небольших величинах тока якоря электромашины за счет намагничивания и сборки кольца Хальбаха ротора по оптимальной схеме, обеспечивающей наибольшую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002718537
Дата охранного документа: 08.04.2020
Показаны записи 1-10 из 14.
10.03.2013
№216.012.2efb

Двухчастотная электрическая машина

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным электрическим двигателям и поворотным трансформаторам. Задачей изобретения является возможность передачи электроэнергии от неподвижного источника к вращающемуся приемнику, например от вращающейся относительно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477558
Дата охранного документа: 10.03.2013
27.05.2015
№216.013.4e9a

Синхронный реактивный электродвигатель

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в специальных электроприводах в качестве низкооборотного электродвигателя. Технический результат - максимизация электромагнитного момента и электромагнитной мощности низкооборотного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551640
Дата охранного документа: 27.05.2015
27.10.2015
№216.013.88e9

Антенна с эллиптической поляризацией

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антеннам для космических аппаратов (КА), функционирующих на орбите высотой от 400 км до 1000 км. Диаграмма направленности (ДН) таких антенн должна иметь максимум в направлениях ±(60°÷70°) и коэффициент эллиптичности (КЭ) не менее 0.4 в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566652
Дата охранного документа: 27.10.2015
25.08.2017
№217.015.cb36

Кольцевая щелевая антенна

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиосистемах передачи информации, предъявляющих требования высокой степени электромагнитной совместимости конструктивных элементов системы, например, в малогабаритных космических аппаратах (КА). Решаемой задачей является...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002620126
Дата охранного документа: 23.05.2017
25.08.2017
№217.015.cf2f

Космический аппарат блочно-модульного исполнения

Изобретение относится к космической технике и может использоваться при разработке космических аппаратов (КА). КА блочно-модульного исполнения включает блоки бортовой аппаратуры, один из блоков содержит служебную аппаратуру КА, а другой - целевую аппаратуру и датчики командно-измерительных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621132
Дата охранного документа: 31.05.2017
10.05.2018
№218.016.45ad

Двигатель-маховик

Изобретение относится к области электротехники, в частности к двигателям-маховикам, и может использоваться для систем ориентации и стабилизации космических аппаратов. Технический результат – уменьшение массы при сохранении значительного момента инерции индуктора и высокой электромагнитной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650178
Дата охранного документа: 11.04.2018
20.06.2018
№218.016.6438

Маховик с магнитной смазкой (варианты)

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована в линейных электродвигателях. Маховик содержит корпус из немагнитного материала, внутри которого выполнена камера, содержащая магнитную жидкость в коллоидном состоянии. Корпус из немагнитного материала жестко крепится к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658061
Дата охранного документа: 19.06.2018
01.09.2018
№218.016.8266

Двухзеркальная антенна с механическим нацеливанием

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антеннам космических аппаратов. Двухзеркальная антенна с механическим нацеливанием содержит систему поворотных зеркал, где зеркало контррефлектора расположено под углом 45° к оси вращения в горизонтальной плоскости, а зеркало рефлектора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002665495
Дата охранного документа: 30.08.2018
19.10.2018
№218.016.93fb

Устройство для гашения низкочастотных вибраций

Изобретение относится к области машиностроения. Устройство содержит корпус из немагнитного материала, внутри которого выполнена цилиндрическая камера. Камера содержит магнитную жидкость в коллоидном состоянии. Корпус из немагнитного материала жестко крепится к внешней конструкции,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002669900
Дата охранного документа: 16.10.2018
29.04.2019
№219.017.44b8

Аппарат внутритрубного контроля и способ перемещения его в магистральном газопроводе с заданной равномерной скоростью

Изобретение относится к области техники неразрушающего контроля и используется для дефектоскопии магистральных газопроводов в процессе их эксплуатации. Аппарат внутритрубного контроля содержит гермоотсек, опирающийся на внутреннюю поверхность газопровода подпружиненными опорными элементами,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002451867
Дата охранного документа: 27.05.2012
+ добавить свой РИД