Номер патенту: 41941

Опубліковано: 10.06.2009

Автор: Паливода Костянтин Віталійович

Є ще 5 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Синхронна магнітоелектрична машина, яка включає в себе корпус із передньою і задньою кришками, встановлений у корпусі зовнішній статор із першою частиною робочої якірної обмотки, робочий вал машини, який пропущений через передню кришку корпуса, змонтований на робочому ашини порожнистий ротор із вмонтованими у стінку його циліндричної порожнистої частини магнітними полюсними елементами системи збудження машини, виконаними на основі постійних магнітів, розміщений всередині порожнистого ротора внутрішній статор, який прямо чи опосередковано закріплений на задній кришці корпуса, яка відрізняється тим, що на внутрішньому статорі розміщена друга частина робочої якірної обмотки.

2. Синхронна магнітоелектрична машина за попереднім пунктом, яка відрізняється тим, що вона виконана із кількістю пар магнітних полюсів (р) на один статор від одної до шести.

3. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що вона виконана із двома парами магнітних полюсів на один статор.

4. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що зовнішній статор та/або внутрішній статор мають неявнополюсну конструкцію.

5. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що постійні магніти магнітних полюсних елементів системи збудження машини виконані із матеріалу неодим-залізо-бор з робочою температурою не нижче 120-150 °С.

6. Синхронна магнітоелектрична машина за попереднім пунктом, яка відрізняється тим, що постійні магніти магнітних полюсних елементів системи збудження машини виконані із матеріалу неодим-залізо-бор із магнітними властивостями, які відповідають магнітним властивостям одного із типів: 33SH, 35SH, 38SH, 40SH, 42SH, 45SH, 33UH, 35UH, 38UH, 40UH, 35ЕН.

7. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що постійні магніти магнітних полюсних елементів системи збудження машини намагнічені у радіальному напрямку.

8. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що магнітні полюсні елементи системи збудження машини набрані із окремих елементарних магнітів, а стики кожного елементарного магніту прикріплені до суміжних поверхонь шаром неелектропровідного немагнітного теплостійкого клею.

9. Синхронна магнітоелектрична машина за попереднім пунктом, яка відрізняється тим, що будь-який аксіальний шар клею на стику елементарного магніту із суміжною поверхнею виконаний клиноподібним так, що товщина цього шару на периферії ротора більша, ніж його товщина ближче до центральної геометричної осі обертання ротора.

10. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів 8, 9, яка відрізняється тим, що клей містить наповнювач із немагнітного матеріалу із високою теплопровідністю.

11. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що елементарні магніти, які утворюють магнітний полюсний елемент системи збудження машини, розміщені в комірках окремої решітки, яка виконана із міцного конструкційного немагнітного матеріалу, вибраного із високоміцної легованої сталі, титанового сплаву, армованого волокнами полімерного матеріалу чи іншого подібного матеріалу, та/або виконана із електропровідного немагнітного металу, вибраного із алюмінію, міді та їх сплавів, чи іншого подібного металу.

12. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів 8-11, яка відрізняється тим, що решітка магнітного полюсного елемента системи збудження машини виконана із немагнітного металу із високою теплопровідністю.

13. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що кожен магнітний полюсний елемент ротора у аксіальному напрямку набраний із щонайменше двох-чотирьох окремих елементарних магнітів.

14. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що кожен магнітний полюсний елемент ротора у тангенціальному напрямку набраний із nm окремих елементарних магнітів, кількість яких nm визначають із математичної залежності:

nm=(кm*/р)*Р/100,

де: кm=8¸24 - конструктивний коефіцієнт;

р - кількість пар полюсів;

Р - потужність машини у кВт.

15. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що елементарні магніти мають призматичну форму.

16. Синхронна магнітоелектрична машина за попереднім пунктом, яка відрізняється тим, що висота елементарного магніту у радіальному напрямку не менше його мінімального розміру у аксіальному чи тангенціальному напрямку.

17. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що на робочому валу машини з боку передньої кришки корпуса жорстко закріплено робоче колесо осьового вентилятора, при цьому у передній кришці корпуса і у задній кришці корпуса та/або в задній частині корпуса, в основі та/або передній циліндричній частині стакана ротора, кришці та/або задній циліндричній частині стакана ротора виконані вентиляційні отвори, що служать для проходження охолоджуючого повітря.

18. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що на вході аксіальних отворів, виконаних в основі стакана ротора, встановлені забірні лопатки, пристосовані для активації осьового вентиляційного потоку охолоджуючого повітря.

19. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що форма радіально-тангенціальних отворів в передній частині та/або задній частині циліндричної частини стакана ротора, які розташовані в зоні лобових частин обмоток внутрішнього та зовнішнього статорів, пристосована для дії цих отворів як доцентрових чи відцентрових вентиляторів.

20. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що в спинках зовнішнього і внутрішнього статорів виконані аксіальні наскрізні вентиляційні канали для проходження охолоджуючого повітря.

21. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що зовнішній статор запресований в циліндровий корпус або з контактом по всьому колу, або на ребра обмеженої висоти, що виконані на внутрішній поверхні корпуса, чи ребра, що виконані на зовнішній поверхні спинки статора, із утворенням між корпусом і пакетом статора аксіальних наскрізних вентиляційних каналів.

22. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що внутрішній статор напресований на вісь або з контактом по всьому колу, або на ребра обмеженої висоти, що виконані на внутрішній поверхні спинки статора, чи ребра, що виконані на зовнішній поверхні осі, із утворенням між статором і віссю аксіальних наскрізних вентиляційних каналів.

23. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що щонайменше задня частина осі виконана порожнистою.

24. Синхронна магнітоелектрична машина за попереднім пунктом, яка відрізняється тим, що у осі з переднього її кінця виконані похилі вентиляційні канали, які сполучають внутрішню порожнину осі із короткими вентиляційними каналами, що виконані у спинці внутрішнього статора з боку його переднього торця.

25. Синхронна магнітоелектрична машина за попереднім пунктом, яка відрізняється тим, що у внутрішню порожнину осі запресований розташований в основному у межах внутрішнього статора теплообмінний радіатор із внутрішніми радіальними ребрами.

26. Синхронна магнітоелектрична машина за пунктом 23, яка відрізняється тим, що у внутрішню порожнину осі запресований розташований в основному у межах внутрішнього статора теплообмінний радіатор рідинного типу.

27. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що порожнистий ротор виконаний у вигляді порожнистого стакана, який має основу із ступицею, жорстко посадженою на робочий вал машини, та порожнисту циліндричну частину, яка з боку, що протилежний основі, закрита знімною кришкою, що встановлена за допомогою підшипникового вузла на осі, задній кінець якої закріплений у задній кришці корпуса, при цьому внутрішній статор встановлений на осі.

28. Синхронна магнітоелектрична машина за попереднім пунктом, яка відрізняється тим, що задній кінець робочого вала машини за допомогою підшипникового вузла встановлений у розточці переднього торця осі.

29. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що перша та друга частини робочої якірної обмотки з'єднані між собою електричним з'єднанням послідовно.

30. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що друга частина робочої якірної обмотки, що виконана на внутрішньому статорі, пристосована для генерування електрорушійної сили, яка становить 20-70 % від електрорушійної сили, яка генерується першою частиною робочої якірної обмотки, що виконана на зовнішньому статорі.

31. Синхронна магнітоелектрична машина за будь-яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що зовнішній та внутрішній статори пристосовані для можливості встановлення їх під кутом (α) один до одного, який може змінюватись.

32. Синхронна магнітоелектрична машина за попереднім пунктом, яка відрізняється тим, що внутрішній статор жорстко встановлений на осі, задній кінець якої в одному із декількох можливих кутових положень нерухомо зафіксований у отворі ступиці задньої кришки.

33. Синхронна магнітоелектрична машина за пунктом 31, яка відрізняється тим, що внутрішній статор жорстко встановлений на осі, задній кінець якої нерухомо зафіксований у отворі ступиці задньої кришки тільки в одному можливому кутовому положенні, а задня кришка нерухомо прикріплена до корпуса в одному із декількох можливих кутових положень.

34. Синхронна магнітоелектрична машина за пунктом 31, яка відрізняється тим, що внутрішній статор жорстко встановлений на осі, задній кінець якої пропущений назовні корпуса через отвір ступиці задньої кришки із можливістю повороту, при цьому розташований назовні корпуса задній кінець осі зв'язаний із системою контрольованого повороту для регулювання ЕРС чи обертаючого моменту.

35. Синхронна магнітоелектрична машина за попереднім пунктом, яка відрізняється тим, що система контрольованого повороту включає в себе пружинний елемент, зв'язаний із заднім кінцем осі і пристосований для урівноваження моменту, який діє на внутрішній статор з боку ротора, при цьому внутрішній статор при ненавантаженому пружинному елементі зміщений відносно зовнішнього статора під кутом (α) у напрямку, проти напрямку обертання ротора.

36. Синхронна магнітоелектрична машина за пунктом 34, яка відрізняється тим, що система контрольованого повороту включає в себе електромеханічний чи інший подібний активний привід, зв'язаний із заднім кінцем осі через самогальмівну передачу типу черв'ячної, гвинтової чи іншої подібної передачі.

Текст

1. Синхронна магнітоелектрична машина, яка включає в себе корпус із передньою і задньою кришками, встановлений у корпусі зовнішній статор із першою частиною робочої якірної обмотки, робочий вал машини, який пропущений через передню кришку корпуса, змонтований на робочому валу машини порожнистий ротор із вмонтованими у стінку його циліндричної порожнистої частини магнітними полюсними елементами системи збудження машини, виконаними на основі постійних магнітів, розміщений всередині порожнистого ротора внутрішній статор, який прямо чи опосередковано закріплений на задній кришці корпуса, яка відрізняється тим, що на внутрішньому статорі розміщена друга частина робочої якірної обмотки. 2. Синхронна магнітоелектрична машина за попереднім пунктом, яка відрізняється тим, що вона виконана із кількістю пар магнітних полюсів (р) на один статор від одної до шести. 3. Синхронна магнітоелектрична машина за будьяким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що вона виконана із двома парами магнітних полюсів на один статор. 4. Синхронна магнітоелектрична машина за будьяким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що зовнішній статор та/або внутрішній статор мають неявнополюсну конструкцію. 5. Синхронна магнітоелектрична машина за будьяким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що постійні магніти магнітних полюсних елементів системи збудження машини виконані із матеріалу неодим-залізо-бор з робочою температурою не нижче 120-150 °С. 6. Синхронна магнітоелектрична машина за попереднім пунктом, яка відрізняється тим, що постійні магніти магнітних полюсних елементів системи збудження машини виконані із матеріалу неодим-залізо-бор із магнітними властивостями, які відповідають магнітним властивостям одного із типів: 33SH, 35SH, 38SH, 40SH, 42SH, 45SH, 33UH, 35UH, 38UH, 40UH, 35ЕН. 2 (19) 1 3 41941 4 тангенціальному напрямку набраний із nm окремих що щонайменше задня частина осі виконана поелементарних магнітів, кількість яких nm визначарожнистою. ють із математичної залежності: 24. Синхронна магнітоелектрична машина за поnm =(кm */р)*Р/100, переднім пунктом, яка відрізняється тим, що у осі з переднього її кінця виконані похилі вентиляційні де: кm =8¸24 - конструктивний коефіцієнт; канали, які сполучають внутрішню порожнину осі із р - кількість пар полюсів; короткими вентиляційними каналами, що виконані Р - потужність машини у кВт. у спинці внутрішнього статора з боку його перед15. Синхронна магнітоелектрична машина за будьнього торця. яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, 25. Синхронна магнітоелектрична машина за пощо елементарні магніти мають призматичну форпереднім пунктом, яка відрізняється тим, що у му. внутрішню порожнину осі запресований розташо16. Синхронна магнітоелектрична машина за пований в основному у межах внутрішнього статора переднім пунктом, яка відрізняється тим, що витеплообмінний радіатор із внутрішніми радіальнисота елементарного магніту у радіальному напрями ребрами. мку не менше його мінімального розміру у 26. Синхронна магнітоелектрична машина за пункаксіальному чи тангенціальному напрямку. том 23, яка відрізняється тим, що у внутрішню 17. Синхронна магнітоелектрична машина за будьпорожнину осі запресований розташований в осяким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, новному у межах внутрішнього статора теплообщо на робочому валу машини з боку передньої мінний радіатор рідинного типу. кришки корпуса жорстко закріплено робоче колесо 27. Синхронна магнітоелектрична машина за будьосьового вентилятора, при цьому у передній крияким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, шці корпуса і у задній кришці корпуса та/або в задщо порожнистий ротор виконаний у вигляді пороній частині корпуса, в основі та/або передній циліжнистого стакана, який має основу із ступицею, ндричній частині стакана ротора, кришці та/або жорстко посадженою на робочий вал машини, та задній циліндричній частині стакана ротора викопорожнисту циліндричну частину, яка з боку, що нані вентиляційні отвори, що служать для прохопротилежний основі, закрита знімною кришкою, що дження охолоджуючого повітря. встановлена за допомогою підшипникового вузла 18. Синхронна магнітоелектрична машина за будьна осі, задній кінець якої закріплений у задній крияким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, шці корпуса, при цьому внутрішній статор встанощо на вході аксіальних отворів, виконаних в основі влений на осі. стакана ротора, встановлені забірні лопатки, при28. Синхронна магнітоелектрична машина за постосовані для активації осьового вентиляційного переднім пунктом, яка відрізняється тим, що задпотоку охолоджуючого повітря. ній кінець робочого вала машини за допомогою 19. Синхронна магнітоелектрична машина за будьпідшипникового вузла встановлений у розточці яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, переднього торця осі. що форма радіально-тангенціальних отворів в 29. Синхронна магнітоелектрична машина за будьпередній частині та/або задній частині циліндричяким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, ної частини стакана ротора, які розташовані в зоні що перша та друга частини робочої якірної обмотлобових частин обмоток внутрішнього та зовнішки з'єднані між собою електричним з'єднанням нього статорів, пристосована для дії цих отворів як послідовно. доцентрових чи відцентрових вентиляторів. 30. Синхронна магнітоелектрична машина за будь20. Синхронна магнітоелектрична машина за будьяким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що друга частина робочої якірної обмотки, що вищо в спинках зовнішнього і внутрішнього статорів конана на внутрішньому статорі, пристосована для виконані аксіальні наскрізні вентиляційні канали генерування електрорушійної сили, яка становить для проходження охолоджуючого повітря. 20-70 % від електрорушійної сили, яка генерується 21. Синхронна магнітоелектрична машина за будьпершою частиною робочої якірної обмотки, що яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, виконана на зовнішньому статорі. що зовнішній статор запресований в циліндровий 31. Синхронна магнітоелектрична машина за будькорпус або з контактом по всьому колу, або на яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, ребра обмеженої висоти, що виконані на внутріщо зовнішній та внутрішній статори пристосовані шній поверхні корпуса, чи ребра, що виконані на для можливості встановлення їх під кутом (α) один зовнішній поверхні спинки статора, із утворенням до одного, який може змінюватись. між корпусом і пакетом статора аксіальних на32. Синхронна магнітоелектрична машина за поскрізних вентиляційних каналів. переднім пунктом, яка відрізняється тим, що вну22. Синхронна магнітоелектрична машина за будьтрішній статор жорстко встановлений на осі, задяким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, ній кінець якої в одному із декількох можливих що внутрішній статор напресований на вісь або з кутових положень нерухомо зафіксований у отворі контактом по всьому колу, або на ребра обмежеступиці задньої кришки. ної висоти, що виконані на внутрішній поверхні 33. Синхронна магнітоелектрична машина за пункспинки статора, чи ребра, що виконані на зовніштом 31, яка відрізняється тим, що внутрішній станій поверхні осі, із утворенням між статором і віссю тор жорстко встановлений на осі, задній кінець аксіальних наскрізних вентиляційних каналів. якої нерухомо зафіксований у отворі ступиці зад23. Синхронна магнітоелектрична машина за будьньої кришки тільки в одному можливому кутовому яким із попередніх пунктів, яка відрізняється тим, положенні, а задня кришка нерухомо прикріплена 5 41941 6 до корпуса в одному із декількох можливих кутопружинний елемент, зв'язаний із заднім кінцем осі і вих положень. пристосований для урівноваження моменту, який 34. Синхронна магнітоелектрична машина за пункдіє на внутрішній статор з боку ротора, при цьому том 31, яка відрізняється тим, що внутрішній ставнутрішній статор при ненавантаженому пружинтор жорстко встановлений на осі, задній кінець ному елементі зміщений відносно зовнішнього якої пропущений назовні корпуса через отвір стустатора під кутом (α) у напрямку, проти напрямку пиці задньої кришки із можливістю повороту, при обертання ротора. цьому розташований назовні корпуса задній кінець 36. Синхронна магнітоелектрична машина за пункосі зв'язаний із системою контрольованого повотом 34, яка відрізняється тим, що система контроту для регулювання ЕРС чи обертаючого момерольованого повороту включає в себе електроменту. ханічний чи інший подібний активний привід, 35. Синхронна магнітоелектрична машина за позв'язаний із заднім кінцем осі через самогальмівну переднім пунктом, яка відрізняється тим, що сиспередачу типу черв'ячної, гвинтової чи іншої подітема контрольованого повороту включає в себе бної передачі. Корисна модель відноситься до синхронних магнітоелектричних машин, насамперед до синхронних магнітоелектричних машин загального призначення -синхронних електричних генераторів чи двигунів. Широковідомі синхронні електричні генератори, які складаються із нерухомої частини - статора, в пазах якого розміщена, як правило трьохфазна, обмотка змінного струму, та частини, що обертається, - ротора, який виконаний у вигляді електромагніту із обмотками збудження. Обмотки збудження ротора живляться через щітки і кільця постійним струмом від збуджувача, тобто машини постійного струму чи якогось випрямляча . При проходженні по обмотках статора (його ще називають якорем) струму навантаження створюється магнітне поле. Основна частина магнітного потоку якоря проходить у ротор і діє на нього. Цю дію називають реакцією якоря. Синхронні генератори, як правило, розраховані на роботу із активноіндуктивним навантаженням на мережу із коефіцієнтом навантаження cosj=0,8. Індуктивна складова струму навантаження призводить до розмагнічуючої дії реакції якоря і зниження напруги на електричних зажимах (полюсах) генератора. Для підтримання напруги на зажимах генератора постійною при змінному навантаженні відповідним чином регулюють струм в обмотках збудження ротора [1, с 217¸285]. Система збудження цих генераторів є відносно складною та вимагає істотних енергетичних затрат на підтримання струму в обмотках збудження, що загалом знижує коефіцієнт корисної дії генераторів. Відносно складна конструкція відомих генераторів знижує їх надійність. Відомо, що більшість неполадок у роботі синхронних машин викликано несправностями системи збудження [1, с 476¸477] Крім того, ці генератори мають недостатньо високі масо-габаритні показники віднесені до певної потужності. Відомі магнітоелектричні машини постійного струму без обмотки збудження, яка замінена постійними магнітами (зокрема із сплавів алні (Al-Ni), алніко (Al-Ni-Co) чи інших, які мають високі магнітні властивості), зокрема виконавчі двигуни із якорним керуванням потужністю до 50¸100Вт [2, с. 230]. Там же вказано на те, що можливо будувати генератори і двигуни постійного струму загального призначення потужністю до 5¸10кВт. Відомі синхронні електричні двигуни та генератори, у яких замість обмоток збудження використані постійні магніти, а тому їх можна називати синхронними магнітоелектричними машинами [2, с 794]. Двигуни мають потужність до 30¸40Вт, а генератори будують потужністю 5¸10кВ а, а у окремих випадках до 100кВ×А. Незважаючи на спрощення конструкції магнітоелектричних машин та виключення енергетичних втрат на збудження, як зазначено у [2; с 230, 794], внаслідок високої ціни вказаних магнітних матеріалів такі машини не отримали широкого розповсюдження. Однак, висока ціна магнітних матеріалів не є єдиною причиною такого стану. Важливо також те, що незважаючи на чисельні спроби до цих пір не створено конструкцій магнітоелектричних машин, які забезпечують високий рівень використання матеріалу постійних магнітів та ефективне просте регулювання електрорушійної сили чи обертаючого моменту на валу магнітоелектричної машини, наприклад для підтримання постійної напруги на електричних зажимах (полюсах) синхронного магнітоелектричного генератора при коливаннях навантаження на генератор. На підтвердження сказаного, можна розглянути відому синхронну магнітоелектричну машину, зокрема генератор, який складається із статора із обмоткою звичайної конструкції та ротора (індуктора), виконаного у вигляді порожнистого стакана, укріпленого консольно на валу генератора. У кільце стінки стакана вмонтовані намагнічені у радіальному напрямку призматичні постійні магніти, внутрішні полюси яких замкнуті кільцеподібним ярмом, що підмагнічується системою регулювання електрорушійної сили (ЕРС) генератора. Ця система включає у себе розміщений у розточці ярма і встановлений консольно на щиті корпусу генератора нерухомий сердечник (внутрішній статор) із двома різнойменними оберненими до кільцеподібного підмагнічуваного ярма полюсами, на яких змонтована обмотка постійного струму. За рахунок підмагнічавання ярма до насичення знижують його магнітну провідність і магнітний потік ротора, а відповідно ЕРС генератора [3]. Недоліком таких генераторів є те, що, по-перше, система регулювання ЕРС генератора у будь-якому випадку не може сприяти генеруванню електричної потужності генератора і за рахунок власних масогабаритних 7 41941 8 показників погіршує відповідні показники генератоТакож тим, що зовнішній статор та/або внутріра. По-друге, ця система потребує джерела пошній статор мають неявнополюсну конструкцію. стійного струму, що ускладнює використання генеТакож тим, що постійні магніти магнітних поратора. По-третє, у роторі створюється нерухоме люсних елементів системи збудження машини магнітне поле, яке при обертанні ротора може гевиконані із матеріалу неодим-залізо-бор з робочою нерувати у ньому індуктивні токи, що ускладнює температурою не нижче 120¸150°С. його конструкцію, підвищує втрати потужності та Також тим, що постійні магніти магнітних повиділення тепла у роторі і відповідно ускладнює люсних елементів системи збудження машини систему охолодження генератора. Суттєвим недовиконані із матеріалу неодим-залізо-бор із магнітліком цієї машини та інших відомих електричних ними властивостями, які відповідають магнітним машин із порожнистим ротором є проблеми із завластивостям одного із типів: 33SH, 35SH, 38SH, безпеченням механічної міцності та жорсткості 40SH, 42SH, 45SH, 33UH, 35UH, 38UH, 40UH, конструкції порожнистого ротора та збільшення 35ЕН. повітряного зазору у магнітній системі, що знижує Також тим, що постійні магніти магнітних помагнітну індукцію у робочій зоні машини. люсних елементів системи збудження машини Немає відомостей про використання порожнинамагнічені у радіальному напрямку. стого ротора у реально існуючих промислових Також тим, що магнітні полюсні елементи сиссинхронних електричних машинах загального притеми збудження машини набрані із окремих елезначення порівняно великої потужності (порядку ментарних магнітів, а стики кожного елементарнодесятків та сотень кіловат). Відомо, тільки викориго магніту прикріплені до суміжних поверхонь стання порожнистого ротора, який розташований у шаром не електропровідного не магнітного теплозазорі між зовнішнім і внутрішнім статорами, у стійкого клею. конструкціях виконавчих двигунів постійного струТакож тим, що будь-який аксіальний шар клею му малої потужності (10¸15 Вт) [2, с.230¸231, рис. на стику елементарного магніту із суміжною пове11-8]. рхнею виконаний клиноподібним так, що товщина Технічна задача корисної моделі полягає у тоцього шару на периферії ротора більша ніж його му, щоб створити синхронну магнітоелектричну товщина ближче до центральної геометричної осі машину, яка поєднує у собі переваги магнітоелекобертання ротора. тричних машин (простоту і надійність) із перевагаТакож тим, що клей містить наповнювач із неми традиційних синхронних машин із обмоткам магнітного матеріалу із високою теплопровідністю. збудження постійного струму (регулювання ЕРС Також тим, що елементарні магніти, які утвочи обертаючого моменту та велика потужність) за рюють магнітний полюсний елемент системи збурахунок підвищення використання матеріалу подження машини, розміщені в комірках окремої рестійних магнітів та інших електротехнічних матерішітки, яка виконана із міцного конструкційного алів та збільшення активної поверхні, яка забезпенемагнітного матеріалу, вибраного із високоміцної чує створення електромагнітної сили, а також легованої сталі, титанового сплаву, армованого пристосування машини для простого і надійного волокнами полімерного матеріалу чи іншого подірегулювання ЕРС чи обертаючого моменту. бного матеріалу, та/або виконана із електропровіТехнічна задача вирішена тим, що у синхродного немагнітного металу, вибраного із алюмінію, нній магнітоелектричній машині, яка включає в міді та їх сплавів, чи іншого подібного металу. себе корпус із передньою і задньою кришками, Також тим, що решітка магнітного полюсного встановлений у корпусі зовнішній статор із перелемента системи збудження машини виконана із шою частиною робочої якірної обмотки, робочий немагнітного металу із високою теплопровідністю. вал машини, який пропущений через передню Також тим, що кожен магнітний полюсний кришку корпуса, змонтований на робочому валі елемент ротора у аксіальному напрямку набраний машини порожнистий ротор із вмонтованими у із щонайменше двох-чотирьох окремих елементастінку його циліндричної порожнистої частини магрних магнітів. нітними полюсними елементами системи збуТакож тим, що кожен магнітний полюсний дження машини, виконаними на основі постійних елемент ротора у тангенціальному напрямку намагнітів, розміщений всередині порожнистого робраний із nm окремих елементарних магнітів, кільтора внутрішній статор, який прямо чи опосередкість яких nm визначають із математичної залежноковано закріплений на задній кришці корпуса, згідсті: но із корисною моделлю на внутрішньому статорі nm =(km*/р)*Р/100, розміщена друга частина робочої якірної обмотки. де: km =8¸24 - конструктивний коефіцієнт; Причинно-наслідковий зв'язок між зазначеною р - кількість пар полюсів; вище сукупністю суттєвих ознак корисної моделі та Р- потужність машини у кВт. зазначеним технічним результатом ясно демонТакож тим, що елементарні магніти мають струється описом корисної моделі та кресленнями. призматичну форму. У окремих випадках використання корисної Також тим, що висота елементарного магніту у моделі зазначений технічний результат посилюрадіальному напрямку не менше його мінімальноється та доповнюється іншими позитивними власго розміру у аксіальному чи тангенціальному нативостями запропонованої машини тим, що машипрямку. на виконана із кількістю пар магнітних полюсів (р) Також тим, що на робочому валі машини з бона один статор від одної до шести. ку передньої кришки корпуса жорстко закріплено Також тим, що машина виконана із двома паробоче колесо осьового вентилятора, при цьому у рами магнітних полюсів на один статор. передній кришці корпуса і у задній кришці корпуса 9 41941 10 та/або в задній частині корпуса, в основі та/або пристосована для генерування електрорушійної передній циліндричній частині стакана ротора, сили, яка становить 20¸70% від електрорушійної кришці та/або задній циліндричній частині стакана сили, яка генерується першою частиною робочої ротора виконані вентиляційні отвори, що служать якірної обмотки, що виконана на зовнішньому стадля проходження охолоджуючого повітря. торі. Також тим, що на вході аксіальних отворів, виТакож тим, що зовнішній та внутрішній статори конаних в основі стакана ротора, встановлені забіпристосовані для можливості встановлення їх під рні лопатки, пристосовані для активації осьового кутом (a) один до одного, який може змінюватись. вентиляційного потоку охолоджуючого повітря. Також тим, що внутрішній статор жорстко Також тим, що форма радіальновстановлений на осі, задній кінець якої в одному із тангенціальних отворі в передній частині та /або декількох можливих кутових положень нерухомо задній частині циліндричної частини стакана ротозафіксований у отворі ступиці задньої кришки. ра, які розташовані в зоні лобових частин обмоток Також тим, що внутрішній статор жорстко внутрішнього та зовнішнього статорів, пристосовстановлений на осі, задній кінець якої нерухомо вана для дії цих отворів як доцентрових чи відцензафіксований у отворі ступиці задньої кришки тільтрових вентиляторів. ки в одному можливому кутовому положенні, а Також тим, що в спинках зовнішнього і внутрізадня кришки нерухомо прикріплена до корпусу в шнього статорів виконані аксіальні наскрізні венодному із декількох можливих кутових положень. тиляційні канали для проходження охолоджуючого Також тим, що внутрішній статор жорстко повітря. встановлений на осі, задній кінець якої пропущеТакож тим, що зовнішній статор запресований ний назовні корпусу через отвір ступиці задньої в циліндровий корпус або з контактом по всьому кришки із можливістю повороту, при цьому, розтаколу, або на ребра обмеженої висоти, що виконані шований назовні корпуса задній кінець осі зв'язана внутрішній поверхні корпуса чи ребра, що виконий із системою контрольованого повороту для нані на зовнішній поверхні спинки статора, із утворегулювання ЕРС чи обертаючого моменту. ренням між корпусом і пакетом статора аксіальних Також тим, що система контрольованого повонаскрізних вентиляційних каналів. роту включає в себе пружинний елемент, зв'язаТакож тим, що внутрішній статор напресований із заднім кінцем осі і пристосований для урівний на вісь або з контактом по всьому колу, або на новаження моменту, який діє на внутрішній статор ребра обмеженої висоти, що виконані на внутріз боку ротора, при цьому внутрішній статор при шній поверхні спинки статора чи ребра, що виконенавантаженому пружинному елементі зміщений нані на зовнішній поверхні осі, із утворенням між відносно зовнішнього статора під кутом (a) у настартом і віссю аксіальних наскрізних вентиляційпрямку, проти напрямку обертання ротора. них каналів. Також тим, що система контрольованого повоТакож тим, що щонайменше задня частина осі роту включає в себе електромеханічний чи інший виконана порожнистою. подібний активний привід, зв'язаний із заднім кінТакож тим, що у осі з переднього її кінця викоцем осі через само гальмівну передачу типу чернані похилі вентиляційні канали, які сполучають в'ячної, гвинтової чи іншої подібної передачі. внутрішню порожнину вісі із короткими вентиляКорисна модель пояснюється кресленнями, на ційними каналами, що виконані у спинці внутрішяких на: Фіг.1 зображена схема синхронної магнінього статора з боку його переднього торця. тоелектричної машини; Фіг.2¸4 - варіанти виконанТакож тим, що у внутрішню порожнину вісі заня вузла встановлення зовнішнього статора у корпресований розташований в основному у межах пус машини; Фіг.5 - радіально-тангенціальні внутрішнього статора теплообмінний радіатор із вентиляційні отвори у циліндричній частині стакавнутрішніми радіальними ребрами. на порожнистого ротора; Фіг.6, 7 - циліндрична Також тим, що у внутрішню порожнину вісі зачастина стакана порожнистого ротора відповідно пресований розташований в основному у межах розріз та вид збоку; Фіг.8¸11 - варіанти виконання внутрішнього статора теплообмінний радіатор рістакана порожнистого ротора; Фіг.12¸13 - варіанти динного типу. виконання системи контрольованого повороту для Також тим, що порожнистий ротор виконаний у регулювання ЕРС чи обертаючого моменту. вигляді порожнистого стакана, який має основу із Запропонована синхронна магнітоелектрична ступицею, жорстко посадженою на робочий вал машина за Фіг.1 містить корпус (станину) 1 із зніммашини, та порожнисту циліндричну частину, яка з ними передньою 2 та задньою 3 кришками (щитабоку, що протилежний основі закрита знімною ми); змонтований у корпусі зовнішній статор (якір) кришкою, що встановлена за допомогою підшип4 із першою частиною 5 робочої якірної, наприклад никового вузла на осі, задній кінець якої закріплетьохфазної, обмотки; закріплений на осі 6 внутріний у задній кришці корпуса, при цьому внутрішній шній статор (якір) 7 із другою частиною 8 робочої статор встановлений на осі. якірної, наприклад тьохфазної, обмотки; та встаТакож тим, що задній кінець робочого валу новлений на робочому валу 9 машини порожнисмашини за допомогою підшипникового вузла встатий ротор 10, який виконаний у вигляді порожнисновлений у розточці переднього торця осі. того стакана 11 закритого знімною кришкою 12. Також тим, що перша та друга частини робочої Ступиця 13 стакана 11 жорстко закріплена на роякірної обмотки з'єднані між собою електричним бочому валі 9, а кришка 12 жорстко прикріплена з'єднанням послідовно. (наприклад пригвинчена) до торця стакана 11. Для Також тим, що друга частина робочої якірної забезпечення механічної жорсткості конструкції і обмотки, що виконана на внутрішньому статорі, мінімальних деформацій кришка 12 встановлена 11 41941 12 через підшипник 14 (наприклад шарикопідшипник) тиляційного потоку охолоджуючого повітря.), і, пона осі 6, а задній кінець 15 робочого валу 9 за додруге, радіально-тангенціальними отворами 24, 25 помогою підшипника (наприклад роликового підв циліндричній частині стакана 11 ротора 10, розшипника) 16 встановлений у розточці 17 передньоташованими в зоні лобових частин обмоток статого торця осі 6. рів 4, 7, що виконані відповідної форми (див. Фіг.5, На робочому валі 9 жорстко закріплено робоче де стрілками 42, 43 показано напрямок обертання колесо осьового (пропелерного) вентилятора 18 і та напрямок потоку повітря) і діють як додаткові передній кінець цього валу 9 через підшипник 19, доцентрові чи відцентрові вентилятори. встановлений у передній кришці 2 корпусу 1, проУ одному із виконань внутрішній статор 7 жорпущений назовні корпусу 1. стко закріплений на осі 6, задній кінець 39 якої в У кришках 2, 3, в основі та циліндричній частиодному із декількох можливих кутових положень ні стакана 11, кришці 12 виконані вентиляційні нерухомо зафіксований у отворі ступиці 40 задньої отвори, 20, 21, 22, 23, 24, 25, що служать для прокришки 3 будь-яким придатним для цього відомим ходження охолоджуючого повітря. способом (фіг. 1). Наприклад, так як прийнято кріОскільки сама конструкція машини припускає пити конічні хвостовики інструментів у конічних використання подовжньої аксіальної системи венотворах чи за допомогою шліців, чи цангового затиляції, то в спинках 26, 27 зовнішнього 4 і внутрітискача, чи фланця із продовгуватими дугоподібшнього 7 статорів доцільно передбачити аксіальні ними отворами для кріпильних болтів тощо. У іннаскрізні охолоджуючі (для потоку охолоджуючого шому виконанні задній кінець 39 осі 6 нерухомо повітря) канали 29, 30, що забезпечать необхідну зафіксований у отворі ступиці 40 задньої кришки 3 поверхню теплознімання. При цьому зовнішній тільки в одному кутовому положенні, а задня кристатор 4, наприклад, запресовується в (сталевий, шки 3 одним із відомих способів нерухомо прикрііз сплаву на основі алюмінію чи інший) циліндроплена до корпусу 1 в одному із декількох можливий корпус 1 або з контактом по всьому колу вих кутових положень. Наприклад, так як це вище (Фіг.2) або на ребра 31 обмеженої висоти, що визазначено для фланця із продовгуватими дугопоконані на внутрішній поверхні корпуса 1 (Фіг.3), чи дібними отворами для кріпильних болтів. ребра 32, що виконані на зовнішній поверхні спинУ іншому виконанні задній кінець 39 пропущеки статора 4 (Фіг.4), і залишають між корпусом 1 і ний назовні корпусу 1 через отвір ступиці 40 задпакетом статора 4 вентиляційні канали 29. В перньої кришки 3 із можливістю повороту. При цьому, шому випадку значна частина тепла передається в розташований назовні корпуса 1 задній кінець 39 корпус і для його охолодження доцільно передбаосі 6 зв'язаний із механічною системою регулючити ребра 33 зовнішньої поверхні корпуса 1 і зоввання ЕРС генератора чи обертаючого моменту нішній обдув корпуса 1 (на кресленнях не показадвигуна так, як це описано нижче. но). Внутрішній статор 7 подібно до того, як це Критично важливим, є тільки можливість вставище описано для зовнішнього статора 4, напреновлення зовнішнього 4 та внутрішнього 7 статорів совується на вісь 6 або з контактом по всьому колу у декількох кутових положеннях один відносно або на ребра обмеженої висоти, що виконані на одного, тому фахівець може легко створити також зовнішній поверхні осі 6, чи ребра, що виконані на інші варіанти виконань, зокрема таке, у якому задвнутрішній поверхні спинки статора 7 (Фіг.4), і заня кришка 3 пристосована для можливості поворолишають між віссю 6 і пакетом статора 7 вентиляту відносно корпусу 1 і зв'язана із механічною сисційні канали (подібні до каналів 29). У разі, коли темою регулювання ЕРС генератора чи внутрішній статор 7 напресовується на вісь 6 з обертаючого моменту двигуна. У іншому випадку контактом по всьому колу, вісь 6 може бути виковнутрішній статор 7 може бути пристосований для нана порожнистою (трубчастою) і у ній з передньовстановлення на осі 6 у декількох фіксованих куго її кінця виконані похилі вентиляційні канали 34, тових положеннях або пристосований для можлиякі сполучають внутрішню порожнину 35 вісі 6 із вості повороту відносно осі 6 і зв'язаний із механікороткими вентиляційними каналами 30, що викочною системою регулювання ЕРС генератора чи нані у спинці 27 внутрішнього статора 7 з боку його обертаючого моменту двигуна. переднього торця. При цьому у внутрішню порожВиводи від другої частини 8 робочої якірної нину 35 вісі 6 може бути запресований розташоваобмотки внутрішнього статора (якоря) 7 проходять ний в основному у межах внутрішнього статора 7 через отвори 41 в осі 6 у порожнину 35 осі 6, яка теплообмінний радіатор 36 із внутрішніми радівідкрита з боку заднього кінця 39 (торця) осі 6, і альними ребрами 37 (Фіг.1). При великому теплопідводяться до щита виводів (на кресленнях вивовому навантаженні на внутрішній статор 7 вентиди і щит виводів не показані). ляційні канали 30, 34 не виконують, а По колу циліндричної частини стакана 11 ротеплообмінний радіатор 36 виконують рідинного тора 10 розташовані гнізда, в яких закріплені магтипу, у вигляді герметичної закритої циліндричної нітні полюсні елементи 44 системи збудження мазовні ємності приєднаної до системи рідинного шини, які переважно виконані із декількох окремих охолодження підвідним і відвідним трубопроводаелементарних постійних магнітів 45, намагнічених ми (на кресленнях не показано). у радіальному напрямку. Потік охолоджуючого повітря формується вбуМашина може бути виконана із кількістю пар дованим пропелерним вентилятором 18 і вентимагнітних полюсів (р) на один статор 4 чи 7 від ляційною дією елементів роторного стакана: поодної до шести. Оптимальним є виконання машиперше, забірними лопатками 38 на вході аксіальни із двома-трьома (краще двома, як показано на них отворів, виконаних 22 в основі стакана 11 роФіг.6, 7) парами магнітних полюсів на один статор тора 10 (пристосовані для активації осьового вен4 чи 7, виходячи із того, що, по-перше, частота 13 41941 14 обертання робочого вала 9 машини буде складати ходячи із технологічних (складність пресування і 1500 чи 750 обертів за хвилину (при частоті зміннамагнічення) та експлуатаційних умов доцільно ного струму 50Гц), що прийнятно з погляду достанабирати кожен полюсний елемент 44 із декількох тності міцності застосованих магнітів та їх кріпленокремих елементарних магнітів 45. Для генератоня у роторі. По-друге, при цьому довжина рів таке "мозаїчне збирання" в одному виконанні магнітопроводу кожної окремої замкнутої магнітної може вестися впритул, але місця стиків повинні системи машини достатньо мала, особливо, коли покриватися не магнітним не електропровідним зовнішній статор 4 та/або внутрішній статор 7 матеплостійким клеєм. При цьому, доцільно, коли ють неявнополюсну конструкцію. будь-який аксіальний шар 50 клею на стику елеКонструкція циліндричної частини стакана 11 ментарного магніту 45 виконаний клиноподібним ротора 10 і гнізд 46 для збірних магнітних полюстак, що товщина цього шару 50 на периферії ротоних елементів 44 та/або для збірок елементарних ра 10 більша ніж його товщина ближче до центрапостійних магнітів 45, та/або для окремих елеменльної геометричної осі 51 обертання ротора 10 тарних постійних магнітів 45 відрізняється залежно (Фіг.6). Це створює конструкцію, яка гарно сприйвід призначення машини і матеріалу вживаних має сили, які спрямовані до центру ротора 10. Для магнітів. покращення відведення тепла від магнітів 45, Сама циліндрична частина стакана 11 може краще коли клей містить наповнювач із матеріалу представляти із себе відрізок труби (із немагнітної із високою теплопровідністю. сталі або іншого немагнітного сплаву достатньої Для синхронних двигунів (без частотного пусміцності), який пригвинчений чи приварений до ку) для розгону двигуна в роторній системі для основи, виконаної із будь-якого придатного матестворення пускових асинхронних моментів, що ріалу, та в якому вирізані гнізда 46 для збірних перевищують гальмівний момент, створюваний магнітних полюсних елементів 44 та/або для збісистемою збудження на малих швидкостях, інколи рок елементарних постійних магнітів 45, та/або необхідно не тільки ослабити магнітну систему, для окремих елементарних постійних магнітів 45. але і поміщати кожний елементарний складовий Альтернативно увесь стакан 11 може бути цільною магніт в систему електропровідних рамок (із елеквідлитою деталлю. У іншому виконанні циліндричтропровідного немагнітного металу, наприклад на частина стакана 11 може представляти собою вибраного із алюмінію, міді та їх сплавів, чи іншого зварну ґратчасту конструкцію барабанного типу, в подібного металу), які можуть мати вигляд простої якій до переднього циліндричного кільця 47 (розрешітки 52 (при застосуванні декількох таких раташованого з боку переднього (лівого на Фіг.1, 7) мок-решіток 52 на магнітний полюсний елемент торця), що є частиною суцільної деталі диска ос44, наприклад, одної рамки 52 на кожний аксіальнови або жорстко прикріплене до диска основи, ний ряд 53 із двох елементарних магнітів 45, як наприклад зварюванням чи болтовим з'єднаням, і показано на Фіг.8 або на кожний тангенціальний заднього кільця 48 (розташованого з боку заднього ряд 55 із чотирьох елементарних магнітів 45, пока(правого на Фіг.1, 7) торця стакана 11) приварені заний на Фіг.9), чи більш складної решітки 54 (при подовжні (аксіальні) жорсткі несучі елементи 49, застосуванні одної такої рамки-решітки на магнітміж якими утворені гнізда 46 для збірних магнітних ний полюсний елемент 44, який показано на Фіг.9) полюсних елементів 44 та/або для збірок елемензокрема, типу «клітки для білки», в якій і протікатарних постійних магнітів 45 (наприклад, збіркою тиме основний роторний струм. Якщо ці рамки може бути один аксіальний ряд постійних магнітів (решітки) 52, 54 розраховані на пуск машини45, вмонтованих у рамку 52, як показано на Фіг.8), двигуна вони можуть суттєво знизити використанта/або для окремих елементарних постійних магніня матеріалів машини, тому для таких машинтів 45. двигунів краще застосовувати частотний пуск. Необхідно відзначити, що рідкоземельні магніАналогічна конструкція магнітних полюсних ти, а саме NeFeB (неодим-залізо-бор), що є на елементів 44 ротора 10 - елементарні магніти 45 в сьогодні найкращими за співвідношенням ціни та електропровідних рамках (решітках) 52, може бути магнітних властивостей, мають високий темперадоцільною і для автономних генераторів при можтурний коефіцієнт і низьку точку Кюрі (температура ливих режимах роботи з несиметричним навантарозмагнічування). В той же час крім нагріву магніженням (для гасіння зворотного поля якоря). тів від сусідніх активних частин в самому тілі магДоцільною є подібна збірна конструкція магнінітів виникають певні теплові втрати під дією зовтних полюсних елементів 44 ротора 10 коли рамки нішніх гармонік магнітного поля - зубцевих, (решітки) 52 виконані із міцного конструкційного пульсацій, викликаних асиметрією системи і т.п. немагнітного матеріалу, наприклад, високоміцної Тому для машин малої і середньої потужності долегованої сталі, титанового сплаву, армованого цільно застосовувати матеріали типу NeFeB з роволокнами полімерного матеріалу тощо. Для покращення відведення тепла від магнітів бочою температурою не нижче 12СИ-150°С. При45, краще коли решітка 52 виконана із немагнітнодатними магнітами є комерційно доступні магніти го металу із високою теплопровідністю. типів: 33SH, 35SH, 38SH, 40SH, 42SH, 45SH, Кожен магнітний полюсний елемент 44 ротора 33UH, 35UH, 38UH, 40UH, 35ЕН 10 у аксіальному напрямку може бути набраний із (http://www.permanentmagnet.com); N33S, N35S, одного елементарного магніту 45 (Фіг.7) або із щоN38S, N40S, N42S, N33U, N35U, N33E, N32A, найменше двох-чотирьох окремих елементарних N33A (фірма АМТ&С, http://www. NeFeB.ru). магнітів 45 (Фіг.8). При цьому, усі елементарні маВеличина втрат в масиві магніта 45 визначагніти 45 можуть мати однакову довжину у аксіальтиметься його електропровідністю і площею повеному напрямку, або можуть бути застосовані елерхні, на яку впливають вищі гармоніки. Тому, ви 15 41941 16 ментарні магніти двох типів 45а, 45b, довжини яких ють не менше його мінімального розміру у аксіау аксіальному напрямку відносяться між собою як льному чи тангенціальному напрямку. 1:2. У другому випадку стики елементарних магніВибір абсолютного значення висоти магнітів тів 45 у суміжних рядах зміщені у аксіальному на45 визначається економічними і експлуатаційними прямку за типом «цегляної кладки». міркуваннями. Доцільно, коли кожен магнітний полюсний Знаючи розрахункову потужність Р (кВт), часелемент 44 ротора 10 у тангенціальному напрямку тоту обертання п (об/мин) і вибравши (прийнявши) набраний із певної кількості (nm ) окремих елеменсередній діаметр ротора - D (м), визначаємо необтарних магнітів 45. Причому, ця кількість повинна хідну електромагнітну тангенціальну силу: зменшуватись із збільшенням кількості пар полюP * 103 T= (H) сів (р) на один статор 4 чи 7 і збільшуватись із збіp * D * n / 60 льшенням потужності машини (Р). Наприклад, ексОдиниця активної поверхні забезпечує ствопериментально встановлено, що кількість nm рення електромагнітної сили можна визначати із математичної залежності: Тэм = Вср * 1 * Аа (Н / м2), тобто nm =(km*/p)*P/100, де: km =8¸24- конструктивний коефіцієнт; P * 103 Sa = р - кількість пар полюсів на один статор; p * D * n / 60 * Bср * Аа Р- потужність машини у кВт. де: Вср (Тл) - середня магнітна індукція в заУ аксіальних 56 (тобто прямих розташованих зорі; вздовж геометричної осі 51 обертання ротора 10) Аа (А/м) - лінійне активне струмове навантата/або тангенціальних 57 (тобто дугоподібних розження статора; ташованих вздовж кільця циліндричної частини Sa (м2) - площа активної частини. стакана 11 ротора 10) елементах рамок (решіток) Як видно, при збільшенні індукції В, чого мож52, 54 можуть бути виконані елементи 58, які прина добитися за рахунок збільшення висоти магнізначені для покращення зчеплення шару клею тів, можливо або скорочення габаритів машини, (зокрема аксіального шару 50) із цими аксіальними або зменшення лінійного струмового навантажен56 та тангенціальними 57 елементами. Зазначені ня, що зменшує витрату міді, втрати в якірній обзасоби 58 можуть бути виконані у вигляді виступів, мотці і зменшує внутрішній індуктивний опір призападин чи отворів. близно в (А1/А2) раз. А1 і А2 - початкове і кінцеве Висота у радіальному напрямку аксіальних 56 лінійне струмове навантаження відповідно. та/або тангенціальних 57 елементів рамок (решіПри зменшенні внутрішнього опору підвищуток) 52, 54 може бути виконана меншою від висоти ється жорсткість зовнішньої характеристики, полеелементарних магнітів 45 та товщини у радіальгшується задача стабілізації напруги у споживача. ному напрямку несучих конструктивних елементів Враховуючи те, що магнітні матеріали віднос(переднього 47 та заднього 48 кілець, аксіальних но дорогі (їх ціна значно вище за ціну обмотувальнесучих елементів 49) циліндричної частини станої міді, електротехнічної сталі і конструкційних кана 11 ротора 10. При цьому, на зовнішній поверматеріалів), великої ваги набувають переваги захні аксіальних несучих елементів 49 навпроти танпропонованої конструкції синхронної магнітоелекгенціальних елементів 57 рамок (решіток) 52, 54 тричної машини, які полягають в наступному: виконані тангенціальні западини 59, а зовнішні по-перше, у тому, що магнітний потік, створюповерхні тангенціальних елементів 57 розташовані ваний у кожній замкнутій системі двома послідовно приблизно на рівні дна тангенціальних западин 59, з'єднаними магнітними полюсними елементами 44 таким чином, що навпроти тангенціальних елемеіз постійних магнітів 45, замикається якнайкоротнтів 57 та тангенціальних западин 59 утворюються шим шляхом через дві нерухомі активні конструкції кільцеві западини 60, призначені для розміщення в - зовнішній 4 і внутрішній 7 статори, на яких розних бандажного обмотування ротора 10. Це банміщені частини 5, 8 робочої (якірної) обмотки; дажне обмотування може бути виконане високоміпо-друге, у тому, що в запропонованій консцним волокном або високоміцним немагнітним трукції виключаються будь-які пасивні частини стальним дротом зануреним у клейову масу. магнітопроводу, які включені послідовно (типу ярГнізда 46 з внутрішнього боку (з боку внутрішма у відомій машині [3]) і тільки даремно збільшунього статора 7) можуть мати виступи 61 пристоють магнітний опір магнітопроводу, або які вклюсовані для обпирання на них периферійних аксіачені паралельно і шунтують робочі частини, і які у льних 56 та/або тангенціальних 57 елементів обох випадках зменшують магнітний потік «Ф» і рамок (решіток) 52, 54. Гнізда 46 із зовнішнього магнітну індукцію «В» у робочих повітряних зазобоку (з боку зовнішнього статора 4) можуть мати рах. Це дозволяє при меншій магніторушійній силі западини 62 пристосовані для розміщення в них (МРС або намагнічуючій силі) «F» постійних магніприжимних планок 63, які пригвинчені чи приклетів 45 (при меншій їх висоті і масі) одержувати біпані до несучих конструктивних елементів (передльшу магнітну індукцію «В» у робочих повітряних нього 47 та заднього 48 кілець, аксіальних несучих зазорах; елементів 49) циліндричної частини стакана 11 по-третє, у тому, що збільшується простір для ротора 10. розміщення робочої (якірної) обмотки 5, 8 та за Виходячи із технологічних і експлуатаційних потреби інших обмоток, наприклад обмотки, що умов краще, коли елементарні магніти 45 мають компенсує поздовжню розмагнічуючу дію реакції призматичну форму. При цьому, висоту елементаякорів, завдяки чому суттєво підвищуються можрного магніту 45 у радіальному напрямку вибираливості щодо застосування широкого діапазону 17 41941 18 конструктивних рішень, які якнайкраще пристосоТаким чином, наприклад, вже при р - 2 (див. вують машину до конкретних умов її використання, Фіг.6) геометричний кут «а» повороту одного із та суттєво підвищуються масогабаритні показники статорів 4, 7 відносно іншого статора для регулюмашини (від 30 до 70%); вання ЕРС є досить незначним, що не викличе в-четвертих, у тому, що зростання еквівалентістотних проблем із практичною реалізацією такого ного немагнітного повітряного зазору ефективно методу регулювання ЕРС. використано для зменшення реакції якорів і внутУ найпростішому випадку, коли машинарішнього індуктивного опору при тому ж рівні лігенератор призначена для використання при станійних струмових навантажень; більному значенні навантаження досить у процесі по-п'яте, у тому, що така конструкція дозволяє випробувань встановити статори 4, 7 під необхідмаксимально використати довжину машини; ним углом «a», встановлюючи вісь 6, задню кришпо-шосте, у тому, що така конструкція дозвоку 3 чи безпосередньо внутрішній статор 7 у необляє реалізувати простий і ефективний спосіб регухідному фіксованому кутовому положенні так, як лювання ЕРС машини-генератора чи обертаючого це описано вище. моменту машини-двигуна. Якщо-ж машина-генератор призначена для Відомо, що магнітні властивості постійних магвикористання при відносно нестабільному значеннітів мають певну нестабільність і можуть змінювані навантаження (тобто струму «І»), але при віднотись від одної партії до іншої, змінюватись із часно стабільному cos j навантаження, то застососом, під впливом коливань температури, зовнішніх вують надзвичайно просту і надійну механічну магнітних полів, інших елементів магнітного лансистему регулювання ЕРС 66 машини-генератора, цюга. Тому наявність у машині простої і надійної яка представлена на Фіг.12. Ця система 66 вклюсистеми регулювання ЕРС машини-генератора чи чає в себе виконаний, наприклад, із пружинної обертаючого моменту машини-двигуна є надзвистальної смуги, пружинний важіль 67 (пружинний чайно важливою умовою її успішного промисловолемент), перший кінець якого жорстко прикріплего використання. ний до заднього кінця 39 осі 6, а другий кінець У з'єднаних послідовно першій 5 та другій 8 розташований у зазорі між упорами 68, які встаночастинах робочої якірної обмотки машини магнітвлені у напрямній 69 кронштейна 70. Упори 68 ним потоком збудження «Фо», який створюється пристосовані для переміщення у напрямній 69 у МРС «Fo» магнітних полюсних елементів 44 у рорадіальному напрямку, позначеному стрілкою 71, і бочих повітряних зазорах 64, 65 відповідно між встановлення у декількох фіксованих (за допомомагнітними полюсами (N-S на Фіг.6) ротора 10 і гою гвинтів-фіксаторів 72) положеннях. Кронштейн зовнішнім 4 та внутрішнім 7 статорами, генеру70 пристосований для переміщення у тангенціальються змінні ЕРС «Eo5» та «Ео8». Ці ЕРС по фазі ному напрямку, позначеному стрілкою 73, і вставідстають від магнітного потоку збудження «Фо» новлення у декількох фіксованих (за допомогою на кут у 90 електричних градусів. Якщо зовнішній 4 гвинтів-фіксаторів 74) положеннях, наприклад, на та внутрішній 7 статори зміщені один відносно зовнішній циліндричній поверхні корпуса 1. Приіншого на певний електричний кут «aел» (тобто кут чому, внутрішній статор 7 початковому положенні у електричних градусах), то на той же кут зміщені системи 66 зміщений відносно зовнішнього статовектори магнітного потоку «Фо64» та «Фо65» У відра 4 у напрямку проти напрямку обертання ротора повідному зазорі 64, 65 і відповідно на той же еле10, позначеному стрілкою 75, на певний початкоктричний кут «aел» зміщені один відносно іншого вий кут «a». вектори EPC «Eo5» та «Ео8» відповідно у першій 5 Коли машина-генератор призначена для викота другій частинах робочої якірної обмотки маширистання при відносно нестабільному значенні ни. навантаження і при не стабільному cosj навантаТаким чином, при куті aел=0 електричних граження, то застосовують досить просту і надійну дусів, вектори «Ео5» та «Ео8» мають один напряелектромеханічну систему регулювання ЕРС 76 мок і їх скалярні величини складуються, при цьому машини-генератора, яка представлена на Фіг.13. сумарна ЕРС «Ео» у якірній обмотці машини є Ця система 76 включає в себе черв'ячне колесо максимальною і визначається із формули: 77, яке жорстко закріплено на задньому кінці 39 осі Еоmaх=Ео5+Ео8. 6 і зчеплене із черв'яком 78, жорстко встановлеПри куті aел=180 електричних градусів, вектори ним на валі 79, який зв'язаний із електромеханіч«Eo5» та «Ео8» мають протилежні напрямки і їх ним приводом 80, виконаним у вигляді електроскалярні величини віднімаються одна від одної, двигуна чи мотор-редуктора відносно невеликої при цьому сумарна ЕРС «Ео» у якірній обмотці потужності. Важливим, є те щоб черв'ячна передамашини є мінімальною і визначається із формули: ча була виконана само гальмівною. Це дозволяє Еоmin=Ео5–Eo8. не застосовувати окремого гальма для гальмування осі 6, оскільки поворот осі 6 моментом, який діє При зміні кута aел від 0 до 180 або від 360 до на внутрішній статор 7 від ротора, унеможливлю180 електричних градусів сумарна ЕРС «Ео» у ється черв'ячною передачею. Очевидно, що заякірній обмотці машини буде змінюватись від макмість черв'ячної передачі можна використати інші симального значення Еоmax= Ео5+Ео8 до мінімальсамо гальмівні передачі, наприклад, гвинтову пеного значення Еоmin=Eo5–Ео8. Електричний кут редачу. Електромеханічним привідом 80 керує, «aел» зв'язаний із відповідним геометричним кутом наприклад, електронна система керування при«a» математичною залежністю: стосована для реагування на відхилення напруги aел=a*р, на електричних зажимах машини-генератора від де: р - кількість пар полюсів на один статор. встановленого номінального значення шляхом 19 41941 20 включення привіду 80 на обертання черв'ячного менту повернеться у напрямку стрілки 75 на більколеса 77 і відповідно осі 6 із внутрішнім статором ший кут, пересилюючи спротив пружинного 7 у напрямку (позначеному стрілкою 81), який поважеля 67. При цьому, геометричний «a» і відпотрібен для відповідного коригування кута «a» між відно електричний кут «aел» між внутрішнім 7 і зовнутрішнім 7 і зовнішнім 4 статорами. внішнім 4 статорами зменшиться, а сумарна ЕРС Спосіб використання запропонованої синхро«Ео» збільшиться, що компенсує падіння напруги нної машини, наприклад, як генератора чи двигуна всередині генератора та зменшення ЕРС внасліочевидний із наведеного вище опису. док розмагнічуючої дії реакції якоря і стабілізує Що стосується функціонування механічної синапругу на зажимах генератора. стеми регулювання ЕРС 66 за Фіг.12, то вона праПри необхідності, механічна система регулюцює таким чином. У процесі випробувань машинивання ЕРС 66 може бути скомбінована із електригенератора кронштейн 70 встановлюють таким, чною системою, яка включає в себе батареї кончином щоб забезпечити певний початковий кут денсаторів, які контактним або тиристорним «a», при якому у режимі холостого ходу напруга на пристроєм автоматично включаються паралельно електричних зажимах генератора відповідає задаякірній обмотці для компенсації реактивної скланій. Встановлюючи упори 68 на різній відстані у дової струму навантаження. Така комбінована радіальному напрямку 71 від осі 6, досягають несистема може бути альтернативою електромехаобхідної регулювальної характеристики системи нічній системі регулювання ЕРС 76 за фіг. 13. 66, тобто необхідної залежності між кутом повороДжерела інформації: ту осі 6 і величиною моменту «М», який діє на вну1. Потоцкий К.В. Электрические машины и острішній статор 7 з боку ротора 10. Оскільки зазнановы электропривода. М.: Изд-во «Колос», 1964. чений момент «М» пропорційний активній 2. Вольдек А.И. Электрические машины. Уческладовій «Іа» струму «І» у якорній обмотці 5, 8 бник для студентов высш. техн. учебн. заведений. машини, то відповідно із збільшенням навантаИзд 2-е, перераб. и доп. П., «Энергия», 1974. ження внутрішній ротор під дією збільшеного мо3. SU 1136265 А, МПК: Н02К 21/16, 23.01.1985. 21 41941 22 23 41941 24 25 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 41941 Підписне 26 Тираж 28 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

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Synchronous magneto-electric machine

Автори англійською

Palyvoda Kostiantyn Vitaliiovych

Назва патенту російською

Синхронная магнито-электрическая машина

Автори російською

Паливода Костантин Витальевич

МПК / Мітки

МПК: H02K 21/00

Мітки: синхронна, магнітоелектрична, машина

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/13-41941-sinkhronna-magnitoelektrichna-mashina.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Синхронна магнітоелектрична машина</a>

Подібні патенти