Електрична машина торцевого типу з постійними магнітами

Реферат: Електрична машина торцевого типу з постійними магнітами належить до області електричних машин, а саме до синхронних електричних машин, збудження яких відбувається за рахунок спільної дії постійних магнітів і електромагнітних обмоток керування. В електричній машині торцевого типу з постійними магнітами, що має статор з обмотками змінного струму, розміщеними в пазах магнітопроводу, ротор виготовлений у вигляді диска з феромагнітного матеріалу, який виконує роль магнітопроводу і на поверхні якого кріпляться постійні магніти, що створюють потік збудження, розміщений співвісно зі статором і віддалений від нього торцевим повітряним зазором, котушку керування, розміщену співвісно зі статором і ротором, котушку керування встановлено на кільцевому виступі феромагнітної маточини, змонтованої на статорі і з'єднуючої через радіальний зазор і феромагнітний вал магнітопроводи статора і ротора. За допомогою запропонованого винаходу досягається розширення функціональних можливостей і спрощення конструкції. UA 114961 C2 (12) UA 114961 C2 UA 114961 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області електричних машин, а саме: до синхронних електричних машин, збудження яких відбувається за рахунок спільної дії постійних магнітів і електромагнітних обмоток керування. Відома електрична машина торцевого типу з постійними магнітами, що має статор з обмотками змінного струму, розміщеними в пазах магнітопроводу, ротор виготовлений у вигляді диска з феромагнітного матеріалу, який виконує роль магнітопроводу і на поверхні якого кріпляться постійні магніти, що створюють потік збудження, розміщений співвісно з статором і віддалений від нього торцевим повітряним зазором, котушку керування, розміщену співвісно зі статором і ротором [1]. В даній електричній машині керування збудженням, і як наслідок вихідною напругою, здійснюється за рахунок зміни величин магнітної провідності магнітопроводу ротора. Котушка керування створює уніполярне поле, що замикається по магнітопроводу ротора, змінюючи одночасно його магнітний опір. Недоліком аналога є те, що поле котушки безпосередньо не впливає на потік збудження постійних магнітів, а лише частково малою мірою через зміну магнітного опору магнітопроводу. Крім того, котушка керування розміщена на роторі, що обертається, і для її живлення необхідно вбудовувати систему: контактні кільця - щітки. Вказані недоліки звужують функціональні можливості електричної машини. Найбільш близьким технічним вирішенням до пропонованого винаходу є електрична машина торцевого типу з постійними магнітами, що має статор з обмотками змінного струму, розміщеними в пазах магнітопроводу, ротор виготовлений у вигляді диска з феромагнітного матеріалу, який виконує роль магнітопроводу і на поверхні якого кріпляться постійні магніти, що створюють потік збудження, розміщений співвісно зі статором і віддалений від нього торцевим повітряним проміжком, котушку керування, розміщену співвісно з статором і ротором [2]. Недоліком прототипу, як і попереднього аналога, який має аналогічну будову і аналогічні недоліки, є низький рівень функціональних можливостей. В основу винаходу поставлена задача розширення функціональних можливостей машини. Поставлена задача вирішується тим, що в електричній машині торцевого типу з постійними магнітами, що має статор з обмотками змінного струму, розміщеними в пазах магнітопроводу, ротор виготовлений у вигляді диска з феромагнітного матеріалу, який виконує роль магнітопроводу і на поверхні якого кріпляться постійні магніти, що створюють потік збудження, розміщений співвісно з статором і віддалений від нього торцевим повітряним зазором, котушку керування, розміщену співвісно з статором і ротором, котушку керування встановлено на кільцевому виступі феромагнітної маточини, змонтованої на статорі і з'єднуючої через радіальний зазор і феромагнітний вал магнітопроводи статора і ротора. В порівнянні з аналогом запропонована електрична машина відрізняється наявністю таких ознак: котушка керування встановлена на виступі; виступ є складовою частиною маточини; виступ, як і маточина, виконаний з феромагнітного матеріалу; маточина змонтована на статорі; маточина з'єднує магнітопровід статора і ротора; з'єднання магнітопроводів статора і ротора виконується через радіальний повітряний проміжок і феромагнітний вал. Всі вищезгадані ознаки є суттєвими, кожна окремо і в сукупності забезпечують вирішення поставленої задачі. Суть винаходу пояснюється кресленнями. На фіг. 1 показано загальний вигляд електричної машини торцевого типу з постійними магнітами, на фіг. 2, 3 - розгорнуті схеми магнітної системи електричної машини при різних полярностях живлення котушки керування. Електрична машина торцевого типу з постійними магнітами має статор 1 з обмотками 2 змінного струму, які розміщені в пазах 3 магнітопроводу 4. Магнітопровід 4 кільцевого типу виготовлений зі стрічкової електротехнічної сталі. Пази 3 в магнітопроводі 4 можуть бути виконані як методом механічного обробки готового магнітопроводу, так і методом штамповки при його намотуванні в кільце: свердління радіальних отворів з розкриттям пазу (напівзакритий паз з укладанням м'яких секцій всипної обмотки), фрезеруванням відкритих радіальних пазів, більш за все при жорстких секціях обмотки, або виконання вказаних пазів методом намотки стрічки магнітопроводу в кільце. Кріпиться і фіксується обмотка 2 в пазах 3 за допомогою пазових клинів 5 і просякненням їх ізоляційним лаком або компаундом. Ротор 6 електричної машини виготовлений у вигляді диска 7 з феромагнітного матеріалу. Даний диск виконує роль магнітопроводу. На поверхні диска 7 розміщені постійні магніти 9, що створюють потік збудження Ф3. Магніти 9 змонтовані на поверхні 8 диска 7 таким чином, що мають однакову полярність відносно поверхні 8 диска 7 [3]. Магніти 9 чергуються по колу на поверхні 8 диска 7 з 1 UA 114961 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 виступами 10. Виступи 10 виконані з феромагнітного матеріалу, мають висоту, рівну висоті магніту 9, а переріз їх і форма залежить від необхідних параметрів електричної машини. Кріпляться магніти 9 до диска 7 обоймою 11 за допомогою кріпильних елементів (на кресл. не показано). Виступи 10 можуть бути як одне ціле з диском 7 (фіг. 2, 3), так і рознімними, при цьому кріпляться вони до нього аналогічно магнітам 9. Ротор 6 розміщений співвісно зі статором 1, тобто мають спільну вісь 12 і віддалений від нього повітряним зазором т. Величина торцевого повітряного зазору т регулюється за допомогою шайб 13. Котушка керування 14 концентрична, виконана із ізольованого обмотувального дроту, просякнута ізоляційним лаком або компаундом. Розміщена вона співвісно зі статором 1 і ротором 6, тобто має спільну вісь 12. Котушка керування 14 встановлена на кільцевому виступі 15 маточини 16, яка виконана із феромагнітного матеріалу. Маточина 16 монтується на статорі 1 і використовується як силовий елемент електричної машини: в ній встановлено підшипниковий вузол 17 з феромагнітним валом 18, до якого кріпиться ротор 6, а також кронштейн 19 для монтажу електричної машини на місці експлуатації. Кільцевий виступ 15 маточини 16, на якому встановлено котушку керування 14, віддалений від вала 18 радіальним зазором р. Така побудова маточини 16 і її розміщення дозволяє з'єднати магнітно через радіальний зазор р і феромагнітний вал 18 магнітопроводи статора 1 і ротора 6, що необхідно для проходження магнітного потоку Ф у котушки керування, а використання кільцевого виступу 15 - збільшує площу для вказаного потоку Фу, тобто зменшує магнітний опір, а заодно і витрати. Це і є виконання поставленої задачі. Робота електричної машини, наприклад, в режимі генератора, виконується наступним чином. В зібраному положенні магнітний потік збудження Ф3 магніту 9 замикається по ланцюгу: магніт 9 - торцевий повітряний зазор т - магнітопровід 4 - торцевий повітряний зазор т - виступ 10 - диск 7 - магніт 9. При обертанні ротора зі швидкістю  в обмотках 2 створюється електрорушійна сила (е.р.с), величина якої залежить від величини потоку Ф 3, швидкості обертання ротора , числа витків обмотки 2. При підключенні котушки керування 14 до джерела живлення постійного струму з полярністю по фіг. 2, створюється магнітний потік керування Ф у, який замикається по наступному ланцюгу: вал 18 - радіальний зазор т - виступ 10 - диск 7 - вал 18. Збільшуючи магнітний потік керування Фу (за рахунок підвищення напруги на виході джерела живлення) збільшується величина магнітного потоку в зоні торцевого повітряного зазору т, так як сумарний потік направлений в одну сторону, тобто Ф=ФЗ+Фу і одночасно підвищується величина е.р.с. обмоток 2. При підключенні котушки керування 14 до джерела живлення з полярністю по фіг. 3 магнітний потік Фу замикається по раніше вказаному ланцюгу, але в протилежному напрями. Сумарний потік (Ф=ФЗ-Фу) зменшується, одночасно зменшується е.р.с. обмотки 2. Таким чином, виконання електричної машини в вищезгаданому вигляді значно розширює функціональні можливості в порівнянні з аналогом і прототипом. Електрична машина запропонованої конструкції знаходиться на стадії наукових випробувань на кафедрі електромеханіки Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут". Джерела інформації: 1. Авторське свідоцтво СРСР № 118105. 2. Паластин Л.М. Электрические машины автономных источников питания. - М.: Энергия, 1972, - 120 с. 3. Патент на корисну модель. Україна, № 98908, МПК Н02K 21/14, Бюл. № 9, 2015 р. 45 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 Електрична машина торцевого типу з постійними магнітами, що містить статор з обмотками змінного струму, розміщеними в пазах магнітопроводу, ротор, виготовлений у вигляді диска з феромагнітного матеріалу, який функціонує як магнітопровід і на поверхні якого кріпляться постійні магніти, виконані з можливістю створювати потік збудження, розміщений співвісно зі статором і віддалений від нього торцевим повітряним зазором, котушку керування, розміщену співвісно зі статором і ротором, яка відрізняється тим, що котушку керування встановлено на кільцевому виступі феромагнітної маточини, яка змонтована на статорі з встановленим в ній феромагнітним валом, та яка з'єднує магнітно через радіальний зазор і феромагнітний вал магнітопроводи статора і ротора. 2 UA 114961 C2 3 UA 114961 C2 Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4