Електрична машина

Електрична машина, що містить маховик, вал якого з'єднаний з ротором, та зовнішній статор з обмотками, яка відрізняється тим, що ротор виконаний у вигляді маховика з високоміцного матеріалу, в пазах якого розміщені з'єднані між собою обмотки, які знаходяться у безпосередній близькості до вала, а статор виконаний з магнітопровідного матеріалу, причому обмотки статора розміщені на полюсних наконечниках паралельно торцевій поверхні ротора-маховика. Винахід відноситься до електромашинобудування, а саме до електричних машин для одержання електроенергії. Відомі акумулятори енергіі, що являють собою обертовий маховик, виконаний у вигляді постійного магніту, з ободом, що знаходиться поза нерухомих обмоток, причому при обертанні маховика - магніта у обмотках індукується електричний струм, який використовується споживачами (див. Балагуров В.А. та ін. "Електричні машини з постійни'ми магнітами", "Енергія", Москва. 1964р.,crop. 64). До причин, перешкоджаючих досягненню зазначеного нижче технічного результату при використанні відомого приладу, відноситься низька питома енергоємність, маховика-магніта, обумовлена малою міцністю магнітного матеріалу. Відомий електромаховичний акумулятор, що містить статор та зовнішній ротор, оснащений витим ободом з магнітопровідного матеріалу, баластом, що контактує з внутрішніми витками ободу, ступицею, в якій закріплено обода, короткозамкнутою обмоткою (див. Авторське свідоцтво № 544049, кл. Н 02 К 7/02, F 16 Н 33/02, 1974 p.). До причин, що перешкоджають досягненню зазначеного нижче технічного результату при використанні відомого пристрою, відносяться низькі питомі енергетичні показники пристрою. Найбільш близьким пристроєм того ж призначення до заявляемого винаходу за сукупністю ознак є електрична машина, що містить маховик, вал якого з'єднаний з ротором, та зовнішній статор з обмотками (див. Гулиа Н.В. "Инерционные аккумуляторы энергии", ВДУ, Воронеж, 1973р., стр. 17-18). Прийнято за пототип. До причин, що перешкоджають досягненню зазначеного нижче технічного результату при використанні відомого приладу, прийнятого за прототип, відноситься те, що така конструкція характеризується неможливістю ефективного використання ротора як махової маси, що акумулює кінетичну енергію, внаслідок чого низькі питомі енергетичні показники приладу. Перед даним винаходом стоїть завдання шляхом конструктивного вдосконалення відомого пристрою-прототипу добитись підвищення енергетичних показників за рахунок використання кінетичної енергії. Зазначений технічний результат досягається тим, що ротор виконано у вигляді маховика з високоміцного матеріалу з розміщеними на ньому з'єднаними між собою обмотками, які живляться постійним током та знаходяться у безпосередній близькості до валу у пазах ротора-маховика, а статор виконаний з магнітогровідного матеріалу, причому обмотки статора розміщені- на полюсних наконечниках паралельно торцевій поверхні роторамаховика. Між сукупністю суттєвих ознак, перелічених раніш, та технічним результатом існує такий причинно-наслідковий зв'язок. Виконання ротора у вигляді маховика з розміщеними на ньому обмотками забезпечує збільшення обертаючого моменту-моменту інерції за рахунок інерційного впливу маси ротора-маховика.. А розміщення обмоток ротора-маховика у безпосередній близькості до валу забезпечує більш ефективну взаємодію силових ліній магнітного поля обмоток ротора з обмотками статора, омО ю со < р І** CM 27635 що сприяє більш ефективному індуціюванню ЕДС в обмотках статора. В цілому заявлене конструктивне рішення засноване на відомому принципі взаємодії статора та ротора, приводить, до підвищення енергетичних показників електричної машини за рахунок максимального використання кінетичної енергії ротора-маховика Досягнення вищезазначеного технічного результату можливе лише при наявності усіх суттєвих ознак заявленого винаходу. При відсутності одної з ознак технічний результат не може бути досягнутим. На фіг.1 загальний вигляд електричної машини; фіг.2 поперечний розріз електричної машини. Електрична машина містить ротор-маховик 1, що виконаний з високоміцного матеріалу. На роторі-маховику 1 розміщені з'єднані між собою обмотки 2. Обмотки ротора 2 знаходяться у безпосередній близькості до валу 3 у пазах 4 ротора-маховика 1. Статор 5 виконаний з магнітопровідного матеріалу. Обмотки 6 статора 5 розміщені на полюсних наконечниках 7 паралельно торцевій поверхні ротора-маховика 1. Випишемо основні формули, по яким будемо вести розрахунки та докази. Як відомо (див."Электротехника и электроника" Кн I/ В.И.Киселёв, А.И.Копылов И др.; М.: Энергоатомиздат, 1997.-288СТ.). кінетична енергія рухомого тіла для нашого випадку маховика обчислюється : T=( JW )/ 2 (1) де J -момент інерції (кгм ); Wm-частота руху маховика; wm =(тс*Пш)/ЗО (2) Наведемо також додаткові формули, які входять в формулу (1): J=(m*R/)/2, (3) де m-маса маховика (кг); т=л RVlm'Y (4) де Rm-радіус маховика (кг); Іт-товщина маховика (м); у-питома маса матеріалу (кг/м3); 7= 7850кг/м2 (для сталі). Як відомо, між кінетичною енергією та запасом електроенергії існує зв'язок: Э=Т/3,6*10в (кВт*час) (5) Проаналізувавши формули (1-5), можна дійти висновку, що, збільшуючи розміри маховика, збільшуєм його масу (враховуючи матеріал, з якого він виготовляється), а відповідно, і кінетичну енергію. Якщо ми ще збільшимо частоту при раніш наведених умовах, то ще збільшимо кінетичну енергію, а внаслідок збільшимо запас електроенергії, напругу та силу току. Розглянуті в розділі "Рівень техніки" аналог та прототип мають явно нижчі питомі енергетичні показники за рахунок використання менш інерційної маси ротора (відповідно формулі (3)). Принцип роботи електричної машини. Ротор (1) електричної машини приводиться в рух первинним двигуном, наприклад, турбіною (не вказаний на фігурі). При досягненні ротором певних обертів, наприклад "п=3000об/хв", він відключається від первинного двигуна . Подальший рух ротора (1) здійснюється з частотою "п", а разом з ним рухається його магнітне поле (поле збудження), яке утворюється постійним током, від зовнішнього джерела живлення (не показаного на кресленні) в обмотці збудження ротора (2). Силові лінії магнітного поля ротора, чи ще як називають головного, проходять через повітряний зазор (між статором та ротором) та взаємодіють з трифазною обмоткою статора (6). Розповсюдження магнітної індукції "В*" в повітряному просторі синусоїдальне (див. "Электротехника и электроника" Кн.2/ В.И.Киселёв, АИ.Копылов и др.; М.: Энергоатомиздат, 1997.-272ст.). Тому при русі ротора магнітний потік головного магнітного поля індуцює в трифазні обмотки статора (6) синусоїдальні ЕДС однакової амплітуди. Так як вісі фаз трифазної обмотки зсунуті в просторі на кут 2п/3, то і ЕДС будуть зсунуті по фазі на той же кут2я/3. Підключаючи навантаження на обмотки статора (6), відбувається відбір електричної енергії споживачеві. Добавимо, що зовнішнє джерело енергії працює в циклічному режимі, тобто підключається тільки у момент зменшення обертів на роторі-маховику (1) і тільки на час, необхідний для досягнення певних обертів, наприклад п=3000об/хв. Заявлена електрична машина є екологічно чистим джерелом енергії з більшим порівняно з прототипом ККД. 27635 Л Фіг. 2 Тираж 50 екэ. Відкрите акцюнерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3-72-89 (03122) 2-57-03