Індукторна електрична машина

Реферат: Винахід належить до галузі електротехніки, а саме до електричних машин з постійними магнітами і може бути використаний як керовані генератори або двигун змінного струму. Індукторна електрична машина має у своєму складі зубчастий безобмотковий ротор з ізольованих пластин електротехнічної сталі та статор з обмоткою змінного струму і магнітопроводом з окремих сегментів-полюсів, кожний з яких розділено пазом на два півполюси. Між сусідніми сегментами закріплено постійні магніти, намагнічені у тангенціальному напряму і взаємно зустрічно. В пази між півполюсами вкладено котушки обмотки змінного струму, кожна з яких охоплює відповідний постійний магніт. З торців магнітів з боку ротора виконано допоміжні пази, в яких розміщена намагнічувальна обмотка, кожна з котушок якої охоплює два суміжних півполюси кожного полюса. Кількість магнітів статора у трифазному виконанні 6n , кількість зубців ротора є цілим числом виходячи із співвідношення  1 6   mk     n , де n  1 2, 3... ; m k - число котушок в одній гілці ,   фази статора. Пропонована електрична машина забезпечить більш ефективне використання обмотки змінного струму та можливість регулювання розміру вихідної напруги в режимі генератора або частоти обертання в режимі двигуна. UA 108457 C2 (12) UA 108457 C2 UA 108457 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі електротехніки, а саме до електричних машин з постійними магнітами і може бути використаний як генератор змінного струму з керованою вихідною напругою або двигун з керованою частотою обертання. Відома регульована синхронна електрична машина [А.с. СССР, № 1095319, кл. Н02К 19/36, В.П. Дунин, Н.В. Дийкова Регулируемая синхронная электрическая машина, Бюл. № 20, 30.05.84] в складі якоря з обмоткою змінного струму, індуктора на порожнистому обертовому валу з постійними магнітами, намагніченими у тангенціальному напряму і взаємно зустрічно, та магнітного шунта у вигляді порожнистого циліндра, закріпленого на зовнішній поверхні осердя. На останньому розміщено обмотку підмагнічування, причому осердя закріплено на нерухомій осі у внутрішньому просторі вала машини. Недоліками вказаної електричної машини є складна конструкція індуктора, значний радіальний розмір та малий діапазон регулювання магнітного потоку збудження, що зумовлено використанням для цього відносно малих потоків розсіяння постійних магнітів. Найбільш близькою за технічною суттю до пропонованого винаходу є електрична машина [Патент Великобританії UK Patent, GB, № 2475995. An electrical machine, 01.02.2012] в складі зубчастого безобмоткового ротора та циліндричного статора з обмоткою змінного струму і магнітопроводом з окремих сегментів-полюсів, кожний з яких розділено по колу пазом на дві частини-півполюси. Між сусідніми сегментами розміщено постійні магніти, намагнічені у тангенціальному напрямку і взаємно зустрічно. В пази між півполюсами вкладено котушки обмотки змінного струму таким чином, що кожна з них охоплює відповідний постійний магніт. Кількість магнітів прийнята рівною 6n, а кількість зубців ротора - 10n або 11n, де n - ціле додатне число. Недоліками зазначеної електричної машини є неможливість регулювання магнітних потоків постійних магнітів і, як наслідок, вихідної напруги в режимі генератора або частоти обертання в режимі двигуна та не ефективне використання постійних магнітів із-за прийнятого співвідношення між кількістю магнітів та зубців ротора. В основу винаходу поставлено задачу по удосконаленню відомої електричної машини, в якій, шляхом введення нових елементів, зміною конструкції відомих та іншим співвідношенням між кількістю магнітів та зубців ротора забезпечується можливість регулювання розміру магнітних потоків постійних магнітів і, відповідно, частоти обертання ротора в режимі двигуна або вихідної напруги в режимі генератора та збільшується взаємодія магнітних потоків магнітів з обмоткою змінного струму, що дозволить підвищити ефективність роботи електричної машини. Поставлена задача вирішується тим, що у відому електричну машину в складі зубчастого безобмоткового ротора та циліндричного статора з обмоткою змінного струму і магнітопроводом з окремих сегментів-полюсів, кожний з яких розділено пазом на дві частини-півполюси, причому між сусідніми сегментами розміщено постійні магніти кількістю 6n, де n - ціле додатне число, а в пази вкладено котушки обмотки змінного струму з можливістю охоплення ними відповідних магнітів, згідно з винаходом, введено намагнічувальну обмотку, витки якої вкладено у допоміжні пази, виконані у магнітопроводі з торців постійних магнітів зі сторони ротора з можливістю охоплення ними (витками) суміжних півполюсів кожного полюса, а кількість зубців ротора вибрано так, що є цілим числом виходячи із співвідношення  6  1   n , де m k - число котушок    mk    в одній гілці фази обмотки статора. Суть винаходу пояснюється кресленням, на якому зображено поперечний переріз пропонованої електричної машини у випадку, коли кількість магнітів Z м=6, а кількість зубців ротора Z2=5. Індукторна електрична машина містить зубчастий безобмотковий ротор 1, як варіант, з ізольованих пластин електротехнічної сталі та циліндричний статор з магнітопроводом з окремих сегментів-полюсів 2, кожний з яких розділено пазом 3 на дві частини-півполюси. Між сусідніми сегментами розміщено впритул постійні магніти 4, намагнічені у тангенціальному напряму і взаємно зустрічно. В пази 3 вкладено котушки 5 обмотки змінного струму таким чином, що кожна з котушок охоплює два півполюси суміжних сегментів і відповідний постійний магніт. Ширину постійного магніту, товщину зубця статора та ширину паза статора вибрано однаковими. Товщину зубця ротора виконано меншою подвійної товщини зубця статора. У магнітопроводі статора, з торців постійних магнітів 4 і з боку ротора виконано допоміжні пази 6, в які вкладено витки 7 намагнічувальної обмотки таким чином, що вони охоплюють два суміжні півполюси кожного сегмента. Витки 7 сполучено між собою послідовно зустрічно і разом приєднано до джерела регульованого постійного струму (на фіг. не показано). Кількість постійних магнітів Zм у трифазному виконанні машини відповідає свіввідношенню Zм=6n, де n - ціле додатне число, а кількість зубців ротора Z 2 - свіввідношенню 1 UA 108457 C2 5 10 15  1    n , де m k - число котушок 5 в одній гілці фази обмотки статора, і таке за Z2  6   mk    значенням, що забезпечує Z 2 цілим. Магнітопровід статора з магнітами закріплено у немагнітному корпусі 8. Пропонована електрична машина в режимі генератора працює як звичайний індукторний різноіменнополюсний генератор з пульсуючим потоком зубців ротора. При ввімкнені джерела регульованого постійного струму в коло намагнічувальної обмотки вона створює магнітне поле, орієнтоване або узгоджено з полем сусідніх постійних магнітів у даному сегменті-полюсі 2 або зустрічно з ним в залежності від напряму постійного струму в цій обмотці. Магнітний потік збудження при цьому відповідно змінюється за розміром, що дає можливість регулювати значення електрорушійної сили (ЕРС), яка виникає в обмотці змінного струму в робочому режимі. В режимі роботи двигуном обмотка змінного приєднується до трифазного керованого джерела живлення. У повітряному проміжку машини виникає обертове магнітне поле. Його взаємодія із зубцями ротора, намагніченими потоком постійних магнітів, створює обертовий момент, який діє на ротор. Зміна частоти обертання ротора потребує відповідної зміни розміру ЕРС обмотки змінного струму, що у пропонованій машині забезпечується регулюванням розміру і напряму струму намагнічувальної обмотки. Вибір кількості зубців ротора Z2 за формулою Z   6  1   n , де n - ціле додатне число,   2  m   20 k  при кількості магнітів Zм=6n, забезпечить ефективне використання обмотки змінного струму машини. Так, при n=1, Zм=6, Z2=5, коефіцієнт укорочення обмотки K  sin    sin 5 90  0,966 , y 2 6 де   Z 2 Z m - відносна ширина котушки обмотки змінного струму. За прототипом при n=1, Zм=6, Z2=10 або 11, тоді K  sin 10 90  0,5 , що приведе до зменшення ЕРС обмотки в y 6 0,966  1,93 разу у порівнянні з пропонованим співвідношенням між Zм і Z2. 0,5 25 Введення в статор намагнічувальної обмотки, розміщеної в пазах, виконаних з торців постійних магнітів зі сторони ротора, забезпечить регулювання як розміру ЕРС машини в режимі генератора, так і частоти обертання ротора в режимі двигуна. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 Індукторна електрична машина, що містить зубчастий безобмотковий ротор та статор з обмоткою змінного струму і магнітопроводом з окремих сегментів-полюсів, кожний з яких розділено пазом на дві частини-півполюси, причому між сусідніми сегментами розміщено постійні магніти, кількістю 6n, де n - ціле додатне число, які намагнічені взаємно зустрічно у тангенціальному напрямку в пази між півполюсами вкладено котушки обмотки змінного струму з можливістю охоплення ними відповідних магнітів, яка відрізняється тим, що введено намагнічувальну обмотку, витки якої закріплено у допоміжних пазах, виконаних з торців постійних магнітів зі сторони ротора з можливістю охоплення ними (витками) суміжних півполюсів кожного полюса, а кількість зубців ротора вибрано такою, що є цілим числом виходячи із співвідношення  6  1   n , де m k - число котушок в одній гілці фази обмотки    mk    статора. 2 UA 108457 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3