Багатофазна електрична машина

1. Багатофазна електрична машина, яка містить статор 1 з обмоткою 2, індуктор 3 з джерелом магнітного поля 4 та феромагнітний ротор 5 з валом 6, причому статор 1 конструктивно поєднаний з індуктором 3, а його магнітопровідна станина 7 виконана з явнополюсними полюсами 8 індуктора 3, при цьому на полюсних наконечниках 9 полюсів 8 виконані зубці 10 та пази 11, в яких розташовані секції 12, обмотки 2 статора 1, джерело магнітного поля 4, виконане у вигляді зосередженої електромагнітної обмотки 13, котушки 14 якої розташовані на явнополюсних полюсах 8 індуктора 3, на зовнішній поверхні феромагнітного ротора 5 виконані зубці 15 та пази 16, при цьому феромагнітний ротор 5 разом з валом 6 розташований з щілиною 17 у внутрішньому просторі статора 1 з можливістю вільного обертання навколо своєї осі, яка відрізняється тим, що обмотка 2 статора 1 виконана розподільною, при цьому активні сторони кожної її секції 12 розташовані під 2. Багатофазна електрична машина за магнітною полюсами 8 індуктора 3 з різною п. 1, яка відрізняється тим, що феромагнітний ротор полярністю. виконаний у вигляді двошарового шихтованого ротора, причому кожний шар набраний із холоднокатаних текстурованих листів електротехнічної сталі, а осердя нижнього шару набрані із дисків або кілець, які в своєму наборі розташовані перпендикулярно до його осі обертання, а осердя верхнього шару набране на зовнішній поверхні нижнього шару, причому також із окремих, переважно прямокутних по формі, пластин, які орієнтовані в своєму наборі уже 3. Багатофазна електрична машина за п. 2, яка поздовж його осі. відрізняється тим, що верхній шар феромагнітного ротора нерухомо фіксується до 2 (19) 1 3 82522 4 13. Багатофазна електрична машина за п. 1, яка відрізняється тим, що виконана з послідовним або змішаним електромагнітним збудженням. 14. Багатофазна електрична машина за п. 1 та п. 13, яка відрізняється тим, що виконана з незалежним збудженням від постійних магнітів. 15. Багатофазна електрична машина за п. 1, яка відрізняється тим, що обмотка статора та обмотка індуктора, крім послідовних, виконані на однакову по величині напругу живлення. 16. Багатофазна електрична машина за п. 1, яка відрізняється тим, що обмотка статора та обмотка індуктора, крім послідовної, виконані на різну по величині напругу живлення. 17. Багатофазна електрична машина за п. 1, яка відрізняється тим, що феромагнітний ротор виконаний з косими пазами, при цьому пази можуть бути скошеними під кутом в інтервалі принаймні до двох своїх зубцевих кроків в порівнянні з нескошеними. 18. Багатофазна електрична машина за п. 17, яка відрізняється тим, що пази по ширині виконані щонайменше на одну товщину немагнітної щілини під однойменними полюсами індуктора. 19. Багатофазна електрична машина за п. 1, яка відрізняється тим, що конструктивно виконаний у лінійному виконанні. 20. Багатофазна електрична машина за п. 19, яка відрізняється тим, що феромагнітний конструктивний елемент виконаний по формі у 21. Багатофазна електрична машина за п. 1, яка вигляді бігуна. відрізняється тим, що як джерело електромагнітного поля індуктора є принаймні два комплекти електромагнітних обмоток. 22. Багатофазна електрична машина за п. 1, яка відрізняється тим, що фазні обмотки статора мають між собою електричне з'єднання по зв'язаній багатофазній системі по схемі "зірка," "зірка з нулем" або "трикутник." 23. Багатофазна електрична машина за п. 1, яка відрізняється тим, що принаймні один комплект фазних обмоток індуктора з'єднаний між собою по зв'язаній багатофазній системі по схемі "зірка", "зірка з нулем" або "трикутник". 24. Багатофазна електрична машина за п. 1, яка відрізняється тим, що регулювання обертового моменту на валу та частоту обертання феромагнітного конструктивного елемента в режимі двигуна виконують шляхом зміни величини напруги живлення на обмотках статора, а при деяких режимах - і на обмотках збудження. Взаємозалежна група винаходів належить до електротехніки та до теорії електричних машин і розкриває при цьому суть нового способу індукування електрорушійних сил постійного та змінного струму в статорних обмотках. Зокрема, однофазні та багатофазні безконтактні електромашини постійного та змінного струму, розроблені на основі запропонованої групи винаходів, можуть бути широко і доцільно застосовані, в першу чергу, в якості електродвигуна на електротранспорті, в побуті, а також в усіх інших галузях промисловості. Відомий спосіб індукування змінної електрорушійної сили (Е.Р.С.) в m-фазному пристрої, в якому число фаз m=1 [SU №678603, 2Η02К19/06, 1979], згідно з яким, джерелом магнітного поля індуктора створюють у ньому постійний магнітний потік Φ збудження, а потім обертовим переміщенням феромагнітного конструктивного елемента у внутрішньому просторі статора створюють ним поперемінно періодичну зміну напрямку проходження постійного магнітного потоку Φ збудження від полюса N до полюса S індуктора через середину кільцевоїспосіб, як правило, застосовують тільки Цей обмотки статора. для індукування змінної високочастотної Е.Р.С. у відомому m-фазному пристрої через те, що він не здатний індукувати постійну Е.Р.С. в його кільцевій обмотці статора, що значно обмежує цим область його застосування в промисловості. Також відомий, вибраний, спосіб індукування змінної високочастотної Е.Р.С, в m-фазному пристрої, в якому число фаз m=1 [Копылов И.П., Электрические машины, Москва, «Энергоатомиздат», 1986, с.288, рис.4,95, а-в], згідно з яким, як і в заявленому способі, в mфазному пристрої, спочатку джерелом магнітного поля індуктора створюють у ньому постійний магнітний потік Φ збудження, а потім обертовим переміщенням феромагнітного конструктивного елемента у внутрішньому просторі статора періодично змінюють ним по амплітуді цей утворений постійний магнітний потік Φ збудження, не змінюючи при цьому його по знаку, під зубцями полюсних наконечників явнополюсних різнойменних полюсів індуктора навколо яких в пазах розташовані секції обмотки статора. Цей спосіб ефективний у випадку, коли необхідно індукувати змінну високочастотну Е.Р.С, але його неможливо застосувати для індукування в обмотці статора відомого m-фазного пристрою також і постійної Е.Р.С, що значно обмежує цим область його широкого застосування в промисловості. Суть причини відомого способу, що перешкоджає досягненню очікуваного технічного результату, полягає в тому, що Е.Р.С. індукують в нерухомих секціях обмотки статора m-фазного пристрою згідно закону електромагнітної індукції по виразу Максвелла, а саме: E=-dФ/dt (1) де Ε - індукована Е.Р.С.; Φ - магнітний потік збудження; t - час зміни по величині магнітного потоку збудження, який полягає в тому, що індукована Е.Р.С. в замкненому контурі пропорційна швидкості зміни магнітного потоку Ф, який пронизує цей контур, тобто за рахунок зміни інтенсивності постійного магнітного потоку Φ збудження в часі під зубцями полюсних 5 наконечників навколо кожного з яких розташовані в пазах секції обмотки статора. Отже, при такому способі індукування Е.Р.С, згідно закону електромагнітної індукції по виразу Максвела, в замкненому контурі, тобто в секціях обмотки, індукується так звана змінна трансформаторна Е.Р.С. і, внаслідок цього, неможливо отримати в нерухомій обмотці статора відомого m-фазного пристрою постійну індуковану Е.Р.С. Відомий m-фазний пристрій, в якого число фаз m=3, для індукування змінних Е.Р.С. [Копылов И.П., Электрические машины, Москва, «Энергоатомиздат», 1986, с.222 - 223, рис.3.112], що містить, статор з розподільними фазними обмотками, індуктор з джерелом магнітного поля та феромагнітний ротор з валом, причому статор конструктивно поєднаний з індуктором, а джерело магнітного поля виконане у вигляді двох кільцевих котушок. Спроби використання цього m-фазного пристрою для індукування в його фазних обмотках статора постійної Е.Р.С. не мали успіху навіть при створені джерелом магнітного поля індуктора постійного магнітного потоку Φ збудження із-за двохполюсного обертового феромагнітного конструктивного елемента внаслідок того, що він своїм рухом поперемінно створює періодичну зміну напрямку проходження постійного магнітного потоку Φ збудження через фазні обмотки статора. В якості прототипу для пристрою, що заявляється, обрано багатофазна електрична машина (далі - машина), в якій число фаз m=1, для індукування змінної Е.Р.С. [Копылов И.П. Электрические машины, Москва, «Энергоатомиздат», 1986, с.288, рис. 4.95, а – в], що містить, як і заявлений пристрій, статор з обмоткою, різнойменний індуктор з джерелом магнітного поля та феромагнітний ротор з валом, причому статор конструктивно поєднаний з індуктором, а його магнітопровідна станина виконана з явнополюсними полюсами індуктора на полюсних наконечниках яких виконані зубці та пази, при цьому секції обмотки статора розташовані в цих пазах навколо кожного окремого свого зубця, джерело магнітного поля виконане у вигляді зосередженої електромагнітної обмотки котушки якої розташовані на явнополюсних полюсах, а феромагнітний ротор виконаний по формі у вигляді масивного зубчатого ротора в якого пази та зубці виконані паралельними його осі обертання, при цьому феромагнітний ротор разом з валом розташований з повітряною щілиною у внутрішньому просторі статора з можливістю там Недоліком відомого m-фазного пристрою є його вільного обмежена навколо своєї осі. обертання технічна функціональна можливість, яка полягає в тому, що у ньому неможливо індукувати в його нерухомій обмотці статора постійну Е.Р.С. навіть при постійному магнітному потоку Φ збудження індуктора, що значно обмежує цим область його широкого застосування в промисловості та в побуті. Суть причини відомого машина, що перешкоджає досягненню очікуваного технічного результату, конструктивно закладена в нераціональній конструкції його обмотки статора яка полягає в тому, що дві активні сторони кожної 82522 6 її секції одночасно розташовані під полюсами індуктора з однією магнітною полярністю і, відповідно, ця конструктивна вада заважає індукуванню в них постійної Е.Р.С. з участю феромагнітного конструктивного елемента по тій причині, що феромагнітний ротор, під час свого руху у внутрішньому просторі статора, своїми зубцями викликає тільки зміну провідності повітряної щілини в часі для постійного магнітного потоку Φ збудження під зубцями полюсних наконечників від максимального його значення, коли зубець феромагнітного конструктивного елемента співпадає з відповідним зубцем полюсного наконечника, до мінімального, коли паз (западина) феромагнітного конструктивного елемента співпадає з відповідним зубцем полюсного наконечника. Таким чином, обертаючись навколо своєї осі феромагнітний ротор своїми зубцями створює під полюсними наконечниками полюсів індуктора машини пульсуючий по амплітуді магнітний потік Φ збудження, який не змінюється по знаку в часі, індукує в кожній секції обмотки статора тільки змінну трансформаторну Е.Р.С. Е, яка дорівнює по величині, E=-wdФ/dt (2) де w - кількість послідовно та узгоджено поєднаних між собою секцій обмотки статора; Φ - магнітний потік збудження; t - час зміни по величині магнітного потоку збудження. В основу першого із групи винаходів покладено задачу створити новий спосіб індукування постійної Е.Р.С. в m-фазних пристроях з числом фаз m=1,2,3,...,n, де n - будьяке подальше ціле число, за рахунок зміни призначення і дії феромагнітного конструктивного елемента на процес електромагнітної взаємодії постійного магнітного потоку Φ збудження з провідниками обмотки статора нового типу, що забезпечить індукування в останній постійної Е.Р.С. і, тим самим, цим значно розширити область широкого застосування даного способу в промисловості. В основу другого із групи винаходів покладено задачу удосконалення машина з числом фаз m=1,2,3,...,n, де n - будь-яке подальше ціле число, для здійснення способу індукування постійної Е.Р.С. за рахунок зміни конструкції обмотки статора забезпечується виникнення нового характеру її електромагнітної взаємодії з постійним магнітним потоком Φ збудження при участі в цьому процесі феромагнітного конструктивного елемента, що дозволить забезпечити індукування в запропонованій обмотці статора постійної Е.Р.С. і, тим самим, цим значно розширити область широкого застосування машини в промисловості та в побуті населення. Перша поставлена задача вирішується тим, що в способі індукування постійної Е.Р.С. в машині з числом фаз m=1,2,3,...,n, де n - будь-яке подальше ціле число, згідно з яким в m-фазному пристрої спочатку джерелом магнітного поля індуктора створюють у ньому постійний магнітний потік Φ збудження, а потім індукують електрорушійну силу в обмотці статора, яка 7 розташована в пазах полюсних наконечників, за рахунок періодичної зміни по амплітуді постійного магнітного потоку Φ збудження під зубцями цих полюсних наконечників полюсів індуктора, не змінюючи при цьому його по знаку, феромагнітним конструктивним елементом в процесі його переміщення у внутрішньому просторі статора, згідно з винаходом, феромагнітний ротор своїм рухом безупинно в часі переміщує окремими частками постійний магнітний потік Φ збудження разом з його силовими лініями принаймні однієї пари або більше різнойменних полюсів індуктора під площинами полюсних наконечників від одного їх краю до другого в сторону свого руху перетинаючи одночасно при цьому переміщенні силовими лініями магнітного потоку активні сторони кожної секції обмотки статора нового типу. Використання в способі деяких природних властивостей силових ліній магнітного поля, а саме: вони завжди замкнені самі на себе, тобто вони не мають ні початку, ні кінця, а також вони завжди прагнуть замкнутися самі на себе, поза межами джерела їх створення, через ті ділянки зовнішнього простору, які в даний момент часу чинять їм мінімальний магнітний опір для їх проходження, а також в одночасному поєднанні цих властивостей із зміною призначення та дії феромагнітного конструктивного елемента на процес електромагнітної взаємодії постійного магнітного потоку Φ збудження з нерухомими провідниками обмотки статора нового типу вигідно відрізняє запропонований спосіб від прототипу тим, що феромагнітний ротор в m-фазному пристрої не тільки безперешкодно пропускає через своє середовище, в першу чергу, магнітний потік Φ збудження з його силовими лініями в проміжку між різнойменними полюсами індуктора від одного його полюса до другого, але при цьому він його одночасно і переміщує під полюсними наконечниками під час свого руху внаслідок чого і забезпечується процес індукування постійної Е.Р.С. в провідниках його обмотки статора нового типу згідно закону електромагнітної індукції по виразу Фарадея, а саме: Ε=Βlν (3) де Ε - індукована постійна Е.Р.С.; В - індукція магнітного потоку збудження; l - активна довжина провідників обмотки статора; ν - відносна швидкість переміщення між собою силових ліній магнітного потоку Φ збудження та провідників обмотки статора. В результаті цього значно розшириться область широкого застосування даного способу в промисловості. Крім того, згідно з винаходом, можливе переміщення феромагнітного конструктивного елемента відносно нерухомого статора. Можливе переміщення статора відносно нерухомого феромагнітного конструктивного елемента. поставлена задача вирішується тим, що Друга в m-фазному пристрої з числом фаз m=1,2,3,...,n, де n - будь-яке подальше ціле число, для реалізації способу індукування постійної Е.Р.С., який містить статор з обмоткою, індуктор з джерелом магнітного поля та феромагнітний ротор 82522 8 з валом, причому статор конструктивно поєднаний з індуктором, а його магнітопровідна станина виконана з явнополюсними полюсами індуктора, при цьому на полюсних наконечниках полюсів виконані зубці та пази в яких розташована обмотка статора, джерело магнітного поля виконане у вигляді зосередженої електромагнітної обмотки котушки якої розташовані на явнополюсних полюсах індуктора, при цьому феромагнітний ротор разом з валом розташований з немагнітною щілиною у внутрішньому просторі статора з можливістю там вільного обертання навколо своєї осі, згідно з винаходом, обмотка статора виконана розподільною, при цьому активні сторони кожної її секції розташовані одночасно під полюсами індуктора з різною магнітною полярністю. Тут і далі під терміном "феромагнітний ротор" мається на увазі та активна частина машини, яка призначена для безперешкодного пропускання через своє середовище, тобто через свою конструкцію, магнітних потоків пристрою і в обертових пристроях виконується конструктивно по формі у вигляді, як правило, обертового ротора, а в лінійних m-фазних пристроях - у вигляді бігуна. під терміном "силові лінії магнітного Тут і далі поля" або "силові лінії магнітного потоку", який створили в m-фазному пристрої його обмотки збудження, ці словосполучення несуть один і той же фізичний смисл і, відповідно через які, магнітне поле магніту або електромагніту виявляє свою об'єктивну присутність в просторі за рахунок, наприклад, механічної сили, яка діє на другі магніти, на провідники із струмом і т.п. Таке виконання обмотки статора призводить до очікуваного технічного результату за рахунок того, що кожна активна сторона кожної її окремої секції весь час взаємодіє тільки з силовими лініями постійного магнітного потоку Φ збудження одного спрямування, що дозволяє індукувати в розподільній обмотці статора постійну Е.Р.С. згідно закону електромагнітної індукції по виразу Фарадея (3), і в той же час, як видно з виразу (3), при створенні змінного магнітного потоку Φ збудження в заявленому m-фазному пристрої відповідно буде індукуватися і змінна Е.Р.С. і, таким чином, за рахунок цього можна значно розширити область його широкого застосування в промисловості та в побуті населення. Крім того, згідно з винаходом, можливе виконання феромагнітного конструктивного елемента по формі здебільшого у вигляді двохшарового переважно шихтованого ротора на зовнішній поверхні якого відсутні явно виражені зубці та пази, причому кожний шар набраний із окремих елементів відповідної геометричної форми виготовлених, як правило, із холоднокатаних текстурованих листів електротехнічної сталі, при цьому осердя нижнього шару набрані із дисків або кілець, які в своєму наборі перпендикулярні до його осі обертання, а осердя верхнього шару набране на зовнішній поверхні нижнього шару також із окремих пластин, переважно прямокутних по формі, які орієнтовані при якому верхній шаруже Можливе виконання, в своєму наборі до нижнього шару нерухомо фіксується переважно на поздовж його осі. 9 протилежних кінцях свого набору за допомогою здебільшого або металевими кільцями, або бандажними стрічками, або іншими відомими засобами та способами. Можливе виконання станини із немагнітного матеріалу. Можливе виконання машини в якій всі пари різнойменних полюсів індуктора, зі сторони станини, механічно та магнітнооб'єднані між собою одним спільним магніто провідним ярмом виконаним здебільшого шихтованим по формі переважно у вигляді кільця. Можливе виконання машини в якій кожна пара різнойменних полюсів індуктора, зі сторони станини, механічно та магнітнооб'єднані між собою окремими магніто провідними ярмами виконаними здебільшого шихтованими по формі переважно у вигляді сегмента. Можливе виконання майже всіх його магнітопровідних частин шихтованими. Можливе виконання майже всіх його магнітопровідних частин масивними із магнітном'якої сталі або фериту, або іншого матеріалу, який має малі марні втрати електроенергії від перемагнічування та від вихрових струмів Фуко. Можливе виконання одних його магнітнопровідних частин масивними, а других навпаки - шихтованими. Можливе виконання джерела магнітного поля індуктора принаймні з двох електромагнітних обмоток. Можливе застосування постійних магнітів в якості джерела магнітного поля індуктора, які конструктивно виконані по формі у вигляді явнополюсних полюсів з полюсними наконечниками. Можливе виконання секцій обмотки статора із одного витка. Можливе виконання секцій обмотки статора із багатьох витків. Можливе виконання обмотки статора одношаровою або багатошаровою. Можливе розташування і закріплення обмотки статора прямо на зовнішній поверхні полюсних наконечників, які при цьому виконані без пазів. Можливе виконання, коли секції любої фазної обмотки статора мають між собою електричне з'єднування в одну фазну обмотку або послідовне, або паралельне, або змішане. Можливе виконання машини з незалежним або паралельним електромагнітним збудженням. Можливе виконання машини з послідовним або змішаним електромагнітним збудженням. Можливе виконання машини з незалежним збудженням від постійних магнітів. Можливе виконання, коли фазні обмотки статора мають між собою електричне з'єднування по зв'язаній багатофазній системі по схемі "зірка", "зірка з нулем" або "трикутника". Можливе виконання, коли фазні обмотки статора мають електричне з'єднування із багатофазним зовнішнім джерелом живлення по незв'язаній багатофазній системі. Можливе виконання, коли принаймні один комплект обмоток індуктора з'єднаний між собою 82522 10 по зв'язаній багатофазній системі по схемі "зірка", "зірка з нулем" або "трикутника". Можливе виконання, коли принаймні один комплект фазних обмоток індуктора при незалежному, паралельному або змішаному способі збудження мають електричне з'єднування із зовнішнім джерелом живлення по незв'язаній багатофазній системі. Можливе виконання, коли обмотки статора та принаймні один комплект обмоток індуктора, крім послідовних, виконані на однакову по величині напругу живлення. Можливе виконання, коли обмотки статора та принаймні один комплект обмоток індуктора, крім послідовних, виконані на різну по величині напругу живлення. Можливе конструктивне сполучення з зовнішнім багатофазним електромашинним джерелом збудження. Можливе виконання феромагнітного конструктивного елемента з косими пазами, при цьому пази можуть бути скошеними під кутом в інтервалі принаймні до двох своїх зубцевих кроків в порівнянні з нескошеними. Можливе виконання пазів по ширині щонайменше на одну товщину немагнітної щілини під однойменними полюсами індуктора. Можливе виконання машини з двома робочими кінцями вала. Можливе виконання машини у вертикальному або торцевому виконанні. Можливе виконання машини у плоскому обертовому виконанні. Можливе виконання машини в лінійному виконанні. Можливе виконання феромагнітного конструктивного елемента по формі у вигляді бігуна. Можливе виконання зовнішньої поверхні станини статора гладенькою або ребристою. Можливе виконання зовнішньої поверхні станини статора хвильовою або голчатою, або іншої подібної форми. Можливевиконання машини з одним внутрішнім вентилятором або з іншими спеціальними пристроями для охолодження, які є невід'ємними складовими елементами його обертальної або рухливої частини. Можливе виконання машини принаймні з одним зовнішнім вентилятором для охолодження, який закріплений на зовнішньому виступаючому кінці вала і, при цьому сам, додатково закритий захисним кожухом. Можливе спорядження машини принаймні з одним зовнішнім незалежним переважно електричним вентилятором для примусового охолодження, який здебільшого розташований на зовнішній поверхні станини і нерухомо там закріплений. Можливе виконання принаймні всіх конструктивних елементів обмотки статора внутрішньо порожнистими для безпосереднього їх охолодження газовим або рідинним охолоджувальним середовищем. Можливе виконання зовнішньої оболонки та магнітопровідних частин індуктора і статора з 11 каналами або проходами для проходження через них охолоджувального середовища. Можливе конструктивне виконання зовнішньої оболонки або у звичайному, або у вологозахищеному, або в іншому виконанні. Можливе виконання системи охолодження у вигляді замкнутого контуру, частина якого з вентилятором або насосом розташована зовні оболонки пристрою. Можливе виконання зовнішньої частини замкнутого охолоджувального контуру з теплообмінником. Можливе виконання охолоджувальної системи під використання різних охолоджувальних середовищ. Можливе регулювання в режимі двигуна обертового моменту на валу та частоти обертання феромагнітного конструктивного елемента шляхом зміни величини напруги живлення на обмотках статора, а при деяких режимах і на обмотках збудження, Суть винаходу пояснюється кресленнями, де зображені: - на Фіг.1 - спрощена електромагнітна конструкція машини з числом фаз m=1 для реалізації заявленого способу, частковий поперечний розріз; - на Фіг.2,а-б - фрагмент часткового поперечного розрізу спрощеної електромагнітної конструкції машини, яка зображена на Фіг.1, при цьому для наочності його розвернуто в лінію; - на Фіг.2,а - положення в просторі однойменних зубців феромагнітного конструктивного елемента (позначених на Фіг.2,а-б буквами с і d) під площинами полюсних наконечників різнойменних полюсів індуктора для одного моменту часу; - положення в просторі - на Фіг.2,б однойменних зубців с та d феромагнітного конструктивного елемента під площинами полюсних наконечників різнойменних полюсів індуктора для другого моменту часу; - на Фіг.3 - варіанти виконання електричної схеми машини з числом фаз m=1 зображеного на Фіг.1; - на Фіг.3,а - електрична схема машини з незалежним електромагнітним збудженням; - на Фіг.3,б - електрична схема машини з паралельним електромагнітним збудженням; - на Фіг.3,в - електрична схема машини з послідовним електромагнітним збудженням; на Фіг.3,г - електрична схема машини з змішаним електромагнітним збудженням; - на Фіг.3, д - електрична схема машини з незалежним збудженням від постійних магнітів; - на Фіг.4 - поперечний переріз першого варіанта виконання машини з числом фаз m=3 зображеного на Фіг.1; - на Фіг.5 - поперечний переріз другого варіанта виконання машини з числом фаз m=3 зображеного на Фіг.1; - на Фіг.6 - варіанти виконання електричної схеми машини з числом фаз m=3 в якого обмотки з'єднані між собою по зв'язаній багатофазній системі по схемі "зірка" (Фіг.4 та Фіг.5); - на Фіг.6,а - електрична схема машини з незалежним електромагнітним збудженням; 82522 12 - на Фіг.6,б - електрична схема машини з паралельним електромагнітним збудженням; - на Фіг.6,в - електрична схема машини з послідовним електромагнітним збудженням; - на Фіг.6,г - електрична схема машини з змішаним електромагнітним збудженням; - на Фіг.7 - загальний вигляд одного із багатьох можливих варіантів конструктивного виконання феромагнітного конструктивного елемента у вигляді двохшарового шихтованого ротора, має частковий виріз. Пояснення на Фіг.1 - 7: де ώ - кутова швидкість обертання феромагнітного конструктивного елемента; Φ - магнітний потік збудження; N - північна магнітна полярність явно вираженого полюса індуктора; S - південна магнітна полярність явно вираженого полюса індуктора; х - віддаль, на яку переміщуються силові лінії магнітного потоку Φ збудження під полюсним наконечником однойменного полюса індуктора; t - час; Шлях силових ліній магнітного потоку Φ збудження по активним частинам заявленого машини зображений на Фіг.1 та 2,а-б суцільною лінією, а на Фіг.4 - 5 - штриховою лінією. Розглянемо один варіант, із багатьох можливих, практичного конструктивного виконання заявленого машини. Як показано на Фіг.1, m-фазний пристрій для реалізації способу індукування постійної електрорушійної сили містить статор 1 з обмоткою 2, індуктор 3 з джерелом магнітного поля 4 та феромагнітний ротор 5 з валом 6, причому статор 1 механічно та магнітно конструктивно поєднаний з індуктором 3, при цьому до його магнітопровідної станини 7 механічно прикріплені осердя явновиражених полюсів 8 з полюсними наконечниками 9 на яких виконані зубці 10 та пази 11 в яких, відповідно, розташовані секції 12 розподільної обмотки 2 статора 1. Станина 7 може бути виготовлена із будь якого матеріалу, який практично безперешкодно пропускає через себе магнітні потоки індуктора 3, причому для малопотужних пристроїв бажано її виконувати шихтованою або із феритних матеріалів, а для більш потужних - із магнітном'якої сталі або іншого подібного матеріалу. Осердя явнополюсних полюсів 8 набирається, як правило, на заклепках здебільшого із листів електротехнічної сталі товщиною 0,35 - 1,0мм з метою зменшення втрат від вихрових струмів в поверхневому шарі полюсних наконечників 9, виникаючих внаслідок пульсації магнітного потоку, викликаних їх зубчатою поверхнею та конструкцією феромагнітного конструктивного елемента 5. Секції 12 розподільної обмотки 2, в більшості випадків, розташовані і закріплені в пазах 11 полюсних наконечників 9, а в других випадках обмотку 2 розташовують прямо на їх гладенькій поверхні, яка виконана без пазів. Станина 7 являє собою, як правило, по формі порожнистий циліндр, який є основним конструктивним елементом статора 1, до якого прикріплюють осердя явновиражених полюсів 8 індуктора З та 13 підшипникові щити, які на приведених фігурах не зображені. Джерело магнітного поля 4 виконане у вигляді принаймні однієї зосередженої електромагнітної обмотки 13 котушки 14 якої розташовані і закріплені на осердях явнополюсних полюсів 8 індуктора 3. Феромагнітний ротор 5 розташований і нерухомо закріплений на валу 6, причому сам виконаний по формі у вигляді масивного ротора із магнітном'якої сталі на зовнішній поверхні якого виконані зубці 15 та пази 16. Можливим є виконання феромагнітного конструктивного елемента 5 із фериту або іншого подібного матеріалу, але краще його виконувати шихтованим із листів електротехнічної сталі тих марок, які мають в напрямку прокатки кращі магнітні характеристики. Феромагнітний ротор 5 разом з валом 6 вставлений в підшипникові щити, а також з немагнітною (повітряною) щілиною 17 у внутрішній простір статора 1 з можливістю там вільного обертання навколо своєї осі. В залежності від способу збудження машини до складу його індуктора 3 додатково додають щонайменше іще одну послідовну обмотку збудження 18. На Фіг.2,а-б графічно зображено, як із звичайного, наприклад, однофазної машини (Фіг.1) з циліндричним по формі статором 1 та феромагнітним конструктивним елементом 5, виконаним по формі у вигляді ротора, можна шляхом конструктивного перетворення отримати новий по формі пристрій у вигляді лінійної машини. Фіг.3,а-г зображені варіанти виконання На електричної схеми однофазної машини (Фіг.1) із різними способами збудження. На Фіг.3,д зображений варіант виконання однофазні машини (Фіг.1) із збудженням від постійних магнітів. Можливе виконання машини в однофазному (Фіг.1) або багатофазному виконанні (Фіг.4 та Фіг.5) переважно з двома електромагнітними обмотками збудження 13 та 18 (Фіг.3,г та Фіг.6,г). При роботі машини (Фіг.1) в режимі генератора із змішаним способом його збудження (Фіг.3,г) в окремих випадках його обмотка збудження 13 може бути підключена паралельно до обмотки 2 статора 1, а послідовна обмотка 18 джерела магнітного поля 4, при послідовному і змішаному способі його збудження (Фіг.3,в-г), завжди включена послідовно із обмоткою 2 статора 1. У варіанті виконання машини по Фіг.4 його індуктор 3 виконаний з трьома парами різнойменних полюсів 8, які між собою зі сторони станини 7 механічно та магнітнооб'єднані одним спільним ярмом 19 виконаним по формі здебільшого у вигляді переважно шихтованого кільця.варіанті виконання машини по Фіг.5 кожна У його пара різнойменних полюсів 8 об'єднана між собою зі сторони станини 7 уже окремими ярмами 19. На Фіг.6,а-г зображені варіанти виконання електричної схеми багатофазної машини (Фіг.4 та Фіг.5) із різними способами збудження, в якого фазні обмотки 2 статора 1 та фазні обмотки збудження 13 індуктора 3 мають між собою 82522 14 електричне з'єднування по зв'язаній багатофазній системі по схемі "зірка". М-фазні пристрої, які зображені на Фіг.4 та Фіг.5, виконані аналогічно варіанту виконання машини на Фіг.1. Головна різниця між ними полягає в тому, що станина 7 в останніх може бути виконана і не з магнітопровідного матеріалу, а наявність в їх конструкції магнітнопровідних ярм 19 дозволяє їх застосовувати без будь яких обмежень в якості генераторів або електродвигунів в мережах трифазного змінного струму. При деяких режимах роботи m-фазних пристроїв (Фіг.4 та Фіг.5), при змішаному їх способі збудження, їх обмотка збудження 13 може бути самостійно підключена до зовнішнього джерела живлення. зображений один із кращих варіантів На Фіг.7 конструктивного виконання феромагнітного конструктивного елемента 5 по формі у вигляді двохшарового переважно шихтованого ротора на зовнішній поверхні якого відсутні явно виражені зубці та широкі пази, при цьому кожний його магнітопровідний шар виконаний чітко орієнтованим для вільного пропускання через своє середовище магнітних потоків індуктора 3 та обмотки 2 статора 1 в необхідних напрямках. Таким чином, кожний їх шар набирається із окремих конструктивних елементів, як правило, холоднокатаних текстурованих листів електротехнічної сталі відповідної геометричної форми, причому осердя нижнього магнітопровідного шару 20 набирається, наприклад, із суцільних дисків або кілець, або із окремих їх частин, які в своєму наборі перпендикулярні до його осі, а осердя верхнього шару 21 набирається також із окремих переважно прямокутних по формі пластин на зовнішній поверхні нижнього шару 20, які орієнтовані в просторі в напрямку уже поздовж його осі. Верхній шар 21 своєю орієнтованою шихтовкою пластин та немагнітною ізоляцією між його окремими пластинами не дозволяє безперешкодно замкнутися магнітному потоку Φ збудження між різнойменними полюсами 8 індуктора 3 по своїй зовнішній поверхні, а своєю направленою шихтовкою пластин направляє цей магнітний потік до нижнього шару 20 так, щоб він обов'язково замкнувся між окремими парами різнойменних полюсів 8 індуктора 3 тільки через його осердя. Отже, запропонована конструкція феромагнітного конструктивного елемента 5 (Фіг.7) здатна з меншими пульсаціями, тобто більш рівномірно, переміщувати в просторі магнітний потік Φ збудження разом з його силовими лініями мимо провідників обмотки 2 статора 1 і, внаслідок цього, індукувати постійну Е.Р.С. з меншими пульсаціями по амплітуді. Верхній шар 21 до нижнього шару 20 нерухомо фіксується переважно на протилежних кінцях свого набору за допомогою здебільшого металевими кільцями або та роботу заявленого Здійснення способу бандажними стрічками, однофазної машини засобами та способами. або іншими відомими(Фіг.1) в режимі генератора з двома парами різнойменних полюсів індуктора та з незалежним електромагнітним збудженням (Фіг.3,а) розкрито на прикладі індукування в його обмотках постійної Е.Р.С. Для наочності і кращого розуміння самого процесу індукування постійної 15 Е.Р.С. в обмотці статора машини фрагмент його часткового поперечного розрізу з Фіг.1 розвернуто на Фіг.2,а-б в лінію, причому при такому перетворені принцип його роботи не змінюється. Заявлений спосіб практично здійснюється в mфазному пристрої для його реалізації (Фіг.1) таким чином. Спочатку джерелом магнітного поля 4 створюють в m-фазному пристрої постійний магнітний потік Φ збудження шляхом подачі постійного струму від зовнішнього джерела живлення на електромагнітну обмотку 13 котушки 14 якої розташовані на явновиражених полюсах 8 індуктора 3, а потім побічними силами рухають феромагнітний ротор 5 в напрямку, наприклад, руху годинникової стрілки у внутрішньому просторі статора 1. На Фіг.2, а феромагнітний ротор 5 зображений в момент часу t1, коли два його однойменні зубці 15, які для наочності на креслені Фіг.2,а-б додатково відзначені буквами с та d, опинилися під лівими краями полюсних наконечників 9 кожної пари різнойменних полюсів 8 індуктора 3. Шлях створеного постійного магнітного потоку Φ збудження по активним частинам заявленого машини для реалізації способу індукування постійної Е.Р.С. зображений на Фіг.1 та Фіг.2,а-б однією суцільною лінією, яка відображає собою наочно графічне зображення в просторі сукупності неперервних в просторі силових ліній цього магнітного потоку. Як видно із Фіг.1 та Фіг.2,а-б постійний магнітний потік Φ збудження разом з своїми силовими лініями виходить з лівого явно вираженого полюса 8, який умовно має північну магнітну полярність Ν, проходить через немагнітну (повітряну) щілину 17 і через відзначений зубець 15с (Фіг.2,а-б) феромагнітного конструктивного елемента 5 входить в його середовище, при цьому з нього він уже виходить через наступний однойменний зубець 15d і, пройшовши через другу немагнітну щілину 17, входить в правий полюс 8 через його полюсний наконечник 9, який відповідно має протилежну магнітну полярність S, а з протилежної сторони всіх пар полюсів 8 він замикається через магнітопровідну станину 7. В свою чергу, силові лінії магнітного потоку Φ збудження не можуть замкнутися самі на себе прямо через повітряний простір, тобто немагнітний, який є між полюсними наконечниками 9 різнойменних полюсів 8 індуктора 3 тому, що ці щілини чинять їм значний магнітний опір. Таким чином, відзначені зубці 15с та 15d феромагнітного конструктивного елемента 5 разом з ним рівномірно переміщуються під площинами полюсних наконечників 9 вправо побічними силами і, за рахунок цього, через деякий час відзначені зубці 15с та 15d опиняться уже під правим краєм однієї і тієї ж пари різнойменних полюсів 8. Цей момент часу t2 і зафіксований графічно на Фіг.2,б. Як видно із Фіг.2,а-б, за проміжок часу Dt=t2-t1, кожний однойменний зубець 15 феромагнітного конструктивного елемента 5 пройде під кожним полюсним наконечником 9 відстань, яка по величині дорівнює DХ= Х2-Х1. Внаслідок того, що силові лінії магнітного потоку Φ збудження неперервні в просторі, то за рахунок 82522 16 цієї своєї природної ознаки, вони "вимушені" переміщуватися разом з зубцями 15 в середовищі феромагнітного конструктивного елемента 5 в сторону його руху під площинами полюсних наконечників 9 від одного їх краю до другого, в пазах яких розташована розподільна обмотка 2 статора 1, перетинаючи при цьому на своему шляху кожний раз активні сторони її секцій і, за рахунок цього, індукують в кожній секції постійну електрорушійну силу Ε с згідно виразу: (4) Εc=BNIaDX/Dt де Εс - індукована постійна Е.Р.С. однієї секції; В - магнітна індукція полюса індуктора; N - число витків в секції; i а - активна довжина одного витка секції, так як загальна активна довжина всіх витків однієї секції обмотки 2 дорівнює I=Nla, а відносна їх швидкість переміщення стосовно до силових ліній магнітного потоку Φ збудження дорівнює ν=ΔΧ/Δ t, таким чином, підставивши ці нові визначені значення у вираз (4) отримаємо такий узагальнений вираз індукування постійної електрорушійної сили Εс в одній секції: Εc=BIv, який у математичному вигляді відображає один із основних законів електромагнітної індукції по виразу Фарадея (3). Крім цього, під час рівномірного руху феромагнітного конструктивного елемента 5 в заявленому m-фазному пристрої (Фіг.1 та Фіг.2,аб) одні його зубці наближаються до полюсних наконечників 9, а другі в цей час виходять з під їх площин і, відповідно, в ці моменти часу відбуваються раптові зміни по амплітуді деякої частини постійного магнітного потоку Φ збудження, але ці його амплітудні коливання не впливають на процес індукування постійної Е.Р.С. в обмотці 2 статора 1 через те, що в ці малі моменти часу в кожній активній частині її однойменної секції 12 індукуються дві однакові по величині змінні трансформаторні Е.Р.С, які направлені назустріч одна одній. Цей факт підтверджений експериментами. Таким чином, в заявленому способі індукування постійної Е.Р.С. в обмотці 2 статора 1 в m-фазному пристрої для його реалізації його феромагнітний ротор 5 в процесі свого руху може практично переміщувати в просторі під площинами його полюсних наконечників 9 безупинно окремими частками постійний магнітний потік Φ збудження разом з його силовими лініями мимо провідників обмотки 2 і, за рахунок цього, індукувати в ній постійну Е.Р.С. при умові, що кожна активна сторона кожної її секції 12 одночасно розташована під полюсами індуктора 3 з різною магнітною полярністю. В режимі двигуна заявлений m-фазний пристрій працює за рахунок одночасного накладання в просторі двох магнітних полів одне на одного, а саме: поля індуктора 3 на поле обмоток 2 статора 1. За рахунок цього накладання порушується гармонія проходження в просторі силових ліній цих двох магнітних полів у внутрішньому просторі машини внаслідок того, що під однією половиною полюсного наконечника 9, однойменного полюса 8 індуктора 3, силові лінії двох магнітних полів будуть узгоджено направлені 17 в одну сторону, а під другою половиною того ж самого полюсного наконечника 9 будуть направлені навпаки, тобто на зустріч одне одному і, внаслідок цього, виникає результуюча електромагнітна сила під всіма полюсними наконечниками 9, яка і буде діяти на рухливий феромагнітний ротор 5 під ними в тому напрямку, де результуюче магнітне поле пристрою під полюсними наконечниками 9 має меншу величину. Отже, принцип роботи заявленого m-фазного пристрою в режимі двигуна практично нічим не відрізняється по електромеханічним процесам від принципу роботи відомих класичних електромашин. 82522 18 Отже, загальна вихідна величина індукованої постійної Е.Р.С. або струму в обмотці статора заявленої машини буде залежати відповідно від способу електричного поєднання в кожній його фазній обмотці її секцій між собою. Таким чином, за рахунок появи нових корисних технічних характеристик значно зросли споживчі властивості у запропонованої машини та область його використання внаслідок того, що пристрій можна тепер широко і доцільно використовувати, в першу чергу, в якості електродвигуна в мережах постійного та змінного струму в усіх галузях промисловості, а також і в побуті населення. 19 82522 20 21 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 82522 Підписне 22 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601