Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам.

Известна электрическая машина (патент 2131637, Россия, 6 Н 02 К 16/02, 19/40, 23/00 от 04.02.98 г.), взятая за прототип, содержащая шихтованный статор, скрепляемый при помощи шпилек и нажимных шайб, выполненный в виде кольцевого сердечника с зубцами на внешней и внутренней поверхностях, несущий распределенную кольцево-барабанную секционную обмотку якоря, закрепленный через общую шайбу на стойках и размещенный между однополярными полюсами внешнего и внутреннего индукторов, установленных на внешнем и внутреннем ободах ротора, при этом внутренний индуктор смещен относительно внешнего индуктора и нижняя сторона каждой секции обмотки якоря смещена относительно верхней стороны этой же секции на угол 0,01-90 эл. гр. в одном направлении.

Недостатком электрической машины является сложность в одновременном обеспечении двух радиальных достаточно малых воздушных зазоров, которые определяются четырьмя поверхностями большого диаметра, что требует применения специальной оснастки и оборудования, кроме этого, применение шпилек для скрепления шихтованного пакета статора и крепления его к стойкам также усложняет обеспечение требуемых воздушных зазоров, а с увеличением мощности электрической машины и соответствующего скручивающего момента размеры шпилек и их количество увеличивается.

Перечисленные недостатки ведут к увеличению воздушных зазоров, потоков рассеяния и, в целом, ухудшают энергетические характеристики электрической машины. Кроме того, имеется асимметрия магнитных путей для внешнего и внутреннего магнитных потоков, что ухудшает перегрузочные способности машины.

Задача изобретения - улучшение энергетических характеристик, массогабаритных показателей и технологичности электрической машины.

Технический результат изобретения - повышение технологичности, более полная и простая реализация преимуществ при выполнении кольцево-барабанной или торцевых обмоток якоря с требуемыми соединениями и смещениями обмоток и индукторов, получение оптимальных воздушных зазоров, уменьшение потоков рассеяния и обеспечение симметрии магнитных путей и магнитных потоков.

Поставленная задача решается следующим образом.

Предложена электрическая машина, содержащая шихтованный статор, выполненный в виде кольцевого сердечника, несущий распределенную кольцево-барабанную или торцевые пазовые или беспазовые обмотки якоря, закрепленный на стойках и расположенный между однополярными полюсами двух индукторов, при этом выполнено смещение индукторов относительно друг друга и нижней стороны каждой секции обмотки якоря относительно ее верхней стороны на угол 0,01-90 эл. гр. в одном направлении, в которой для повышения энергетических, массогабаритных и технологических показателей зубцы статора или полюса для явнополюсной электрической машины с обмотками или активная часть беспазовых обмоток любого типа выполнены на торцевых плоскостях статора, полюса индукторов, а в случае неявнополюсного исполнения и сами индукторы, имеют возможность осевого перемещения и фиксации в требуемом положении, шихтовка статора, применимая для любого типа электрических машин, выполнена спиральной навивкой ленты или сворачиванием в кольцо пакета лент электротехнической стали, а направление навивки спирали совпадает с направлением вращения индукторов или магнитного поля для электродвигателей, статор крепится к стойкам спицами, распирающими его в радиальных направлениях, индукторы расположены под нижней и над верхней торцевыми плоскостями статора, а для горизонтальной оси вращения - слева и справа от торцевых плоскостей статора.

Известно, что технологически и конструктивно обеспечить плоскостность и параллельность плоскостей проще, чем округлость, радиальное биение и соосность больших диаметров, поэтому выполнение зубцов на торцевых плоскостях статора с осевой шихтовкой, крепление статора радиальными спицами с одновременной возможностью осевого перемещения индукторов и их полюсов позволяет обеспечить предельно малые воздушные зазоры, равномерно и симметрично распределить магнитные потоки по цилиндрическому телу, а не по круговому сектору с нарушением магнитных путей отверстиями под шпильки, обеспечить естественный скос пазов при изготовлении и скос по магнитопроводу в случае спиральной навивки.

Все перечисленное в целом улучшает энергетические характеристики, упрощает конструкцию, повышает технологичность изготовления и позволяет решить поставленную техническую задачу.

На фиг.1 показана конструкция предлагаемой электрической машины; на фиг. 2 - схема электрической машины в развернутом виде; на фиг.3 - конструкция статора в разрезе; на фиг. 4 - конструкция электрической машины с двумя статорами; на фиг. 5 - схема электрической машины с двумя статорами в развернутом виде; на фиг.6 - конструкция электрической машины с двумя торцевыми обмотками на статоре.

Электрическая машина фиг.1 содержит кольцевой якорь 1, шихтовка которого выполнена спиральной навивкой ленты или сворачиванием в кольцо пакета лент электротехнической стали с зубцами на плоскостях Б и Д, который крепится в распор спицами 2 к стойкам 3, индукторы верхний 4 и нижний 5 смещены относительно друг друга и нижняя сторона секции обмотки якоря смещена относительно верхней стороны этой же секции на угол 90 эл. гр.

Индукторы 4 и 5 установлены на одном валу 6, который крепится в подшипниках. Полюса 7 индукторов 4 и 5 для обеспечения возможности осевого перемещения, в данном случае, выполнены с резьбой. Потоки возбуждения создаются обмотками возбуждения или постоянными магнитами. Ось вращения вала вертикальная или горизонтальная.

На фиг.4 показана конструктивная схема двухполюсной электрической машины с однотипными статорами 1 и индукторами 18 с постоянными магнитами 16, установленными на валу электрической машины, при этом между статорами 1 с кольцево-барабанной обмоткой на валу электрической машины вместе с индукторами 18 установлен индуктор 20 с постоянными магнитами 21 или обмотками возбуждения, магнитная цепь которых замыкается через статоры 1.

На фиг.6 показана конструктивная схема двухполюсной электрической машины с торцевыми обмотками на статоре 22 и индукторами 18 с постоянными магнитами 16.

Принцип действия электрической машины в режиме генератора заключается в следующем.

На фиг. 2 показана схема электрической машины для числа полюсов 2р=2 в развернутом виде в режиме генератора.

При вращении вала 6 в направлении стрелки с частотой вращения n и при возбуждении в полюсах N1, S1 верхнего индуктора 4 и в полюсах N2, S2 нижнего индуктора 5 магнитных потоков соответственно Ф1 и Ф2 в сторонах секций 9, 9'; 12, 12'; 11, 11'; 8, 8'; 13, 13'; 10, 10', составляющих фазы АХ, ВУ И CZ, индуктируются периодически изменяющиеся ЭДС, показанные на чертеже одной точкой и крестиком, сдвинутые в пространстве на 120 эл. гр.

В варианте фиг.4 принцип работы электрической машины поясняет фиг.5, где показана схема электрической машины для числа полюсов 2р=2 в развернутом виде с кольцево-барабанными обмотками на однотипных статорах 1, замыкающими индукторами 18 с постоянными магнитами или обмотками возбуждения и средним индуктором 20 с постоянными магнитами или обмотками возбуждения.

При вращении вала электрической машины, в режиме генератора, с частотой вращения n и при возбуждении в полюсах N, S магнитных потоков Ф3, Ф4, Ф5, в якорных обмотках статоров 1 индуцируются периодически изменяющиеся ЭДС.

В варианте фиг.6 принцип работы электрической машины аналогичен принципу работы электрической машины фиг. 1 с той лишь разницей, что на статоре 22 вместо кольцево-барабанной обмотки выполнены две торцевые якорные обмотки, которые соответствующими соединениями, по принципу работы, превращаются в аналог кольцево-барабанной обмотки или работают как две раздельные якорные обмотки двух электрических машин с совмещенным статором.

Таким образом, предлагаемая электрическая машина имеет лучшие энергетические, конструктивные и технологические характеристики за счет перехода от радиальных воздушных зазоров к воздушным зазорам плоскостей, ленточной осевой шихтовки статора, крепления его спицами в распор и возможности осевой подрегулировки полюсов индукторов. Кроме этого, предлагаемая электрическая машина имеет пониженный момент трогания за счет симметричности магнитных полей и магнитных путей.

Наибольший эффект от данного технического решения достигается при использовании его в тихоходных ветроэлектрогенераторах, гидроэлектрогенераторах, дизельэлектрогенераторах, высокомоментных электродвигателях. При этом вопрос увеличения мощности решается просто путем последовательной установки на один вал однотипных якорей и индукторов.