Универсальная электрическая машина белашова

 

Изобретение относится к области электротехники и касается конструкции универсальных электрических машин модульного типа, предназначенных для использования в любых отраслях народного хозяйства в качестве генератора постоянного тока, однофазного или многофазного генератора переменного тока, машины постоянного тока или однофазного, многофазного двигателя переменного тока, питающегося от генератора частот. Сущность изобретения: на валу электрической машины установлен ротор, по окружности которого с чередующейся полярностью размещена магнитная система, имеющий возможность вращения вокруг статора. При этом электрическая машина включает в себя по меньшей мере один модуль, выполненный в виде разъемного статора из изолированных друг от друга секций с окнами для укладки многовитковых обмоток. Ротор каждого модуля выполнен с пазами для взаимодействия с другими модулями, на валу ротора установлена опорная втулка с токосъемными кольцами, электрически связанными с разъемными изолированными друг от друга замкнутыми кольцами коллекторов, имеющих контактные пластины и представляющих собой идентичные коллекторы составного коллектора, при этом замкнутые кольца связаны с многофазными обмотками, а также с генератором частот и с системой автоматического слежения и регулирования. Изобретение позволяет создать новое направление универсальных, экономичных, энергосберегающих электрических машин, способных самостоятельно определять поступающий ток и напряжение и работать от любого источника в качестве машины постоянного тока. 29 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к конструкции электрических машин постоянного тока, электромаховичных двигателей Белашова, генератора Белашова и предназначено для использования в качестве генератора постоянного тока, однофазного или многофазного генератора переменного тока, машины постоянного тока, однофазного или многофазного двигателя переменного тока, питающегося от генератора частот, для использования в любых отраслях народного хозяйства и может быть применено в военных целях.

Известен электрический счетчик Белашова, содержащий индукционную систему, контактную систему, систему автоматического слежения, блок индикации, вторую контактную систему, электронный коммутатор, переключатель рода работ, причем система автоматического слежения расположена на фазовом проводе и электрически связана через первую контактную систему с переключателем рода работ и блоком индикации, а через вторую контактную систему с электронным коммутатором и индукционной системой. Патент России N 2047180, Кл. G 01 R 11/21 - аналог.

Известен генератор Белашова, содержащий индуктор с постоянными магнитами, взаимодействующих с многовитковыми обмотками немагнитного якоря, способного одновременно вырабатывать несколько ЭДС различного рода. Многомодульная конструкция генератора состоит из идентичных взаимозаменяемых частей и деталей. Патент России N 2025871, Кл. H 02 K 21/00 - аналог.

Известен электромаховичный двигатель Белашова, содержащий статор с корпусом, по окружности которого с внутренней стороны равномерно расположены постоянные подковообразные магниты чередующейся полярности, установленный на валу ротор из немагнитного материала, по окружности ротора равномерно расположены многовитковые обмотки, количество которых соответствует числу постоянных магнитов статора и числу контактных пластин замкнутого коллектора, токопроводящие щетки, подшипники. Патент России N 1831751. Кл. H 02 K 23/54 - прототип.

Цель изобретения - повысить КПД, надежность и безопасность электрических машин. Расширить функциональные возможности и область применения многомодульных универсальных электрических машин. Применить систему автоматического слежения и контроля да работой машины от различных источников неизвестного напряжения. Упростить и усовершенствовать технологию изготовления и ремонта универсальных электрических машин, имеющих полную взаимозаменяемость всех частей и деталей.

Сущность технического решения состоит в том, что универсальная электрическая машина содержит вал, имеющий пазы для взаимодействия с другими модулями, на валу установлен ротор, по окружности которого с чередующейся полярностью размещена магнитная система с магнитопроводами, вращающимися вокруг разъемного статора, выполненного из изолированных друг от друга секций, имеющих окна для укладки многовитковых обмоток, которые размещены на разных уровнях статора и электрически связаны с замкнутыми кольцами составного коллектора, токосъемными кольцами каждой фазы, подпружиненными токопроводящими щетками, генератором частот, системой автоматического слежения и регулирования.

На фиг. 1 изображен общий вид универсальной электрической машины; на фиг. 2 - разрез модуля А-А; на фиг. 3 - разрез модуля Б-Б; на фиг. 4 - разрез модуля В-В; на фиг. 5 - разрез коллектора; на фиг. 6 - замкнутое кольцо коллектора с контактными пластинами; на фиг. 7 - электрическая схема первой и второй фазы универсальной электрической машины; на фиг. 8 - электрическая схема третьей и четвертой фазы универсальной электрической машины; на фиг. 9 - электрическая схема системы автоматического слежения и регулирования; на фиг. 10 - график изменения ЭДС в проводнике многовитковой обмотки универсальной электрической машины.

Универсальная электрическая машина (фиг. 1) содержит любое количество идентичных модулей 1. Каждый модуль машины имеет колодку 2 с клеммой 3 для подвода постоянного напряжения положительной полярности к катушкам электромагнита и клеммой 4 для отвода постоянного напряжения отрицательной полярности от катушек электромагнита. Колодку 5 с клеммами 6 и 7 для подвода или отвода постоянного напряжения. Колодку 8 с клеммами 9 и 10 для подвода или отвода переменного напряжения первой фазы. Колодку 11 с клеммами 12 и 13 для подвода или отвода переменного напряжения второй фазы. Колодку 14 с клеммами 15 и 16 для подвода или отвода переменного напряжения третьей фазы. Вал 17, имеющий шпоночный паз 18, взаимодействует с верхней частью корпуса 19 и нижней частью корпуса 20, имеющего защитную крышку 21. Между верхней и нижней частью корпуса расположен статор 22, стянутый винтами 23. Внутри статора (фиг. 2) по окружности расположена многовитковая обмотка первой фазы 24, многовитковая обмотка второй фазы 25, многовитковая обмотка третьей фазы 26 и многовитковая обмотка четвертой фазы 27. Каждая многовитковая обмотка статора 22 может быть выполнена кольцевым или зигзагообразным способом и иметь параллельное или последовательное соединение между секциями.

Вокруг статора по окружности установлено четное или нечетное количество магнитопроводов 28 с многовитковыми катушками электромагнита 29. Полюса магнитопроводов 28 могут быть дополнительно оборудованы постоянными магнитами, имеющими северный полюс 30 и южный полюс 31. Постоянные магниты расположены на магнитопроводах с чередующейся полярностью. Магнитная система универсальной электрической машины может состоять только из одних магнитопроводов с многовитковыми катушками электромагнитов, может состоять только из одних магнитопроводов с постоянными магнитами или иметь совмещенные магнитопроводы с катушками электромагнитов и постоянных магнитов. Ротор машины выполнен из опорной втулки 32, имеющей захваты 33, на которых размещены магнитопроводы 28 с катушками электромагнитов 29. Опорная втулка ротора 32 связана с валом 17 через паз 34, шпонку 35, проточку 36. Накидная шайба 37, имеющая захваты 38, крепится к опорной втулке ротора 32 винтами 39. Внешнее основание опорной втулки ротора 32 снабжено диэлектрическим кольцом 40, на котором установлен составной коллектор 41 и токосъемные кольца 42, 43, 44, 45. Составной коллектор 41 взаимодействует с первой подпружиненной токопроводящей щеткой 46. Первое токосъемное кольцо первой фазы 42 взаимодействует с подпружиненной щеткой 47. Второе токосъемное кольцо первой фазы 43 взаимодействует с подпружиненной щеткой 48. Третье токосъемное кольцо второй фазы 44 взаимодействует с подпружиненной щеткой 49. Четвертое токосъемное кольцо второй фазы 45 взаимодействует с подпружиненной щеткой 50. Токопроводящие щетки 46-50 расположены в диэлектрическом корпусе 51, который связан с верхней частью корпуса 19 винтами 52. На диэлектрическом кольце 53 установлены токосъемные кольца 54, 55, 56, 57. Пятое токосъемное кольцо третьей фазы 54 взаимодействует с подпружиненной щеткой 58. Шестое токосъемное кольцо третьей фазы 55 взаимодействует с подпружиненной токопроводящей щеткой 59. Седьмое токосъемное кольцо четвертой фазы 56 взаимодействует с токопроводящей щеткой 60. Восьмое токопроводящее кольцо четвертой фазы 57 взаимодействует с токопроводящей щеткой 61. Токопроводящие щетки 58, 59, 60, 61 расположены в диэлектрическом корпусе 62, который связан с нижней частью корпуса 20 винтами 63. Вал 17 имеет пазы 64 для взаимодействия с другими модулями. Подшипник вала 65 взаимодействует с нижней частью корпуса 20, а подшипник вала 66 взаимодействует с верхней частью корпуса 19. Магнитопроводы 28 (фиг. 3) вращаются вокруг статора 22 в воздушном зазоре 67. Для увеличения жесткости конструкции магнитопроводы верхней части ротора 68 могут быть закреплены к немагнитному диску 69, а магнитопроводы нижней части ротора 70 могут быть закреплены к немагнитному диску 71.

При использовании магнитной системы, состоящей только из постоянных магнитов чередующейся полярности, магнитопроводы верхней части ротора 68 и магнитопроводы нижней части ротора 70 могут отсутствовать, а постоянные магниты северного полюса 30 и южного полюса 31 могут быть закреплены на дисках 69, 71, выполненных из магнитопроводного материала. Количество установленных магнитопроводов 28 может быть четным или нечетным расчетным числом. Для жесткости конструкции подвижной части ротора, состоящей из множества независимых магнитопроводов с разноименными полюсами и расположенных по разные стороны ротора, эти магнитопроводы могут быть конструктивно объединены. Длина и ширина рабочей части магнитных полюсов 72 зависит от конструкции машины. Ширина нерабочей части магнитных полюсов 73 должна быть всегда немного больше ширины обмоток 74. Претенциозность изготовления поверхности рабочей части полюсов магнитов, нерабочей части зазора между полюсами магнитов и ширина укладки многовитковых обмоток статора влияют на КПД машины. Статор универсальной электрической машины - разъемный и выполнен секциями из наборного железа. Разъемная часть статора состоит из верхней половины 75 и нижней половины 76. Разъемные половины статора состоят из изолированных друг от друга секций и имеют множество окон 77 для укладки многовитковых обмоток любого количества фаз. Все обмотки статора идентичны, размещены между собой со смещением и уложены на разных уровнях 78 для плотности укладки каждой секции обмотки по всей окружности статора. Укладка многовитковых обмоток на разных уровнях необходима для удобства монтажа или демонтажа машины и для исключения пересечения между собой обмоток разных фаз. Кольцевые или зигзагообразные многовитковые обмотки любого количества фаз статора электрически связаны с составным коллектором 41 (фиг. 4). Длина всей окружности универсальной электрической машины разделена на рабочие сектора 72, число которых зависит от числа магнитных систем статора и на нерабочие сектора 73, число которых зависит от промежутков между магнитными системами. Ширина первой подпружиненной щетки 46 и второй подпружиненной щетки 79 должна быть равна рабочему сектору 72. Составной коллектор 41 (фиг. 5) собран из двух независимых между собой идентичных коллектора 80 и 81, которые разделены между собой диэлектрической прокладкой 82. Коллектор первой фазы 80 собран из замкнутого кольца 83, имеющего расчетное количество контактных пластин 84 (фиг. 6) и замкнутого кольца 85, имеющего расчетное количество контактных пластин 86. Коллектор второй фазы 80 собран из замкнутого кольца 87, имеющего расчетное количество контактных пластин 88, и замкнутого кольца 89, имеющего расчетное количество контактных пластин 90. Замкнутые кольца коллектора первой и второй фазы 83, 85, 87, 89 с расчетным количеством контактных пластин 84, 86, 88, 90 уложены между собой через диэлектрические прокладки 91. Коллектор третьей фазы 81 собран из замкнутого кольца 92, имеющего расчетное количество контактных пластин 93, и замкнутого кольца 94, имеющего расчетное количество контактных пластин 95. Коллектор четвертой фазы 81 собран из замкнутого кольца 96, имеющего расчетное количество контактных пластин 97, и замкнутого кольца 98 имеющего расчетное количество контактных пластин 99. Замкнутые кольца коллектора третьей и четвертой фазы 92, 94, 96, 98 с контактными пластинами 93, 95, 97, 99 уложены между собой через диэлектрические прокладки 100. Все токосъемные кольца и контактные пластины изолированы друг от друга. В каждый сектор коллектора 101 (фиг. 6) включены контактная пластина и диэлектрическая прокладка 102. Составной коллектор может быть изготовлен на любое количество фаз. Количество независимых коллекторов составного коллектора зависит от количества разделенных между собой фаз. Все независимые коллекторы смещены между собой на расчетный угол. Контактные пластины коллектора первой и второй фазы 84, 86, 88, 90 взаимодействуют с подпружиненными щетками 46 и 79 (фиг. 1). Выпрямительный диод 103 необходим для работы первой и второй фазы универсальной электрической машины от однофазного переменного тока. Генератор частоты 104 через многополюсный выключатель 105 электрически связан с токосъемными кольцами первой и второй фазы 42, 43, 44, 45, замкнутыми кольцами коллектора первой и второй фазы 83, 85, 87, 89, многовитковыми обмотками первой и второй фазы 24, 25. Контактные пластины коллектора третьей и четвертой фазы 93, 95, 97, 99 взаимодействуют с подпружиненными щетками 106 и 107 (фиг. 8). Выпрямительный диод 108 необходим для работы третьей и четвертой фазы универсальной электрической машины от однофазного переменного тока. Генератор частоты 104 через многополюсной выключатель 105 электрически связан с токосъемными кольцами третьей и четвертой фазы 54-57, замкнутыми кольцами коллектора третьей и четвертой фазы 92, 94, 96, 98, многовитковыми обмотками третьей и четвертой фазы 26, 27. Для упрощения конструкции универсальной электрической машины и уменьшения количества токосъемных колец переменное напряжение любого количества независимых фаз можно непосредственно подавать или снимать с любого количества замкнутых колец составного коллектора 83, 85, 87, 89, 92, 94, 96, 98, минуя токосъемные кольца 42, 45, 54, 57. Любое количество токосъемных колец можно использовать как для работы машины, так и для измерения, индикации и регистрации всех входных и выходных характеристик поступающего сигнала. Система автоматического слежения и регулирования (фиг. 9) может располагаться внутри универсальной электрической машины или быть выполненной в виде отдельного блока, которым можно укомплектовать каждый модуль. В систему автоматического слежения и регулирования входит любое количество разделенных между собой секций, состоящих из многовитковых обмоток 109, 110, 111, 112. Положительный провод машины 6 электрически связан с выпрямительным диодом 103, первой секцией многовитковой обмотки 109, устройством измерения тока первой секции 113, которое имеет контактную группу 114, через нормально замкнутый контакт контактной группы 114 с электронным коммутатором 115, устройством защиты 116 и отрицательным проводом машины 7. Нормально разомкнутый контакт первой контактной группы 114 электрически связан со второй секцией многовитковой обмотки 110, устройством измерения тока второй секции 117, которое имеет контактную группу 118, через нормально замкнутый контакт контактной группы 118 с электронным коммутатором 119, устройством защиты 116 и отрицательным проводом машины. Нормально разомкнутый контакт второй контактной группы 118 электрически связан с третьей секцией многовитковых обмоток 111, устройством измерения тока третьей секции 120, которое имеет контактную группу 121, через нормально замкнутый контакт контактной группы 121 с электронным коммутатором 122, устройством защиты 116 и отрицательным проводом машины 7. Нормально разомкнутый контакт третьей контактной группы 121 электрически связан с четвертой секцией многовитковых обмоток 112, устройством измерения тока четвертой секции 123, которое имеет контактную группу 124, через нормально замкнутый контакт контактной группы 124 с электронным коммутатором 125, устройством защиты 116 и отрицательным проводом машины 7. При этом количество секций многовитковых обмоток, имеющих устройство измерения тока с контактной группой и электронным коммутатором, может быть четным или нечетным числом. Коммутация четного или нечетного количества секций многовитковых обмоток статора может иметь параллельное, последовательное или смешанное соединение. Система автоматического слежения и регулирования может быть выполнена в виде устройства для определения тока. Контактная группа системы автоматического слежения и регулирования может быть дополнительно оборудована устройством защиты от перегрузок по току и содержать устройство передачи информации о работе машины в информационно-вычислительную систему. Универсальная электрическая машина может быть выполнена из четного или нечетного количества модулей. Машина имеет маленький или большой диаметра модуля. Корпус универсальной электрической машины может быть изготовлен из легкого прочного материала. Статор машины может содержать один или множество рядов независимых многовитковых обмоток, позволяющих вырабатывать ЭДС любого количества фаз и одновременно выдавать ЭДС различного рода. Для улучшения температурных характеристик статор машины может быть выполнен из секций, которые изолированы друг от друга и имеют систему теплообмена. В конструкцию коллектора электрической машины могут быть дополнительно введены электронный коммутатор и система передачи информации о частоте и периоде вращения вала. В конструкции щеточного механизма может содержаться множество подпружиненных щеток, которые могут быть оборудованы системой автоматического отключения или переключения токопроводящих щеток постоянного напряжения, при работе машины от переменного тока и наоборот. Универсальная электрическая машина может быть оборудована устройством автоматического определения поступающего напряжения и тока, а также работать от неизвестного напряжения и тока. Модуль универсальной электрической машины может быть применен в качестве чувствительного и точного измерительного устройства. Часть окружности одного или множества независимых модулей универсальной электрической машины может быть использована в качестве развернутого линейного двигателя для работы на приливных станциях, когда развернутая часть окружности машины вырабатывает ЭДС различного рода от возвратно-поступательного движения якоря. Универсальная электрическая машина может быть использована в качестве преобразователя напряжения.

Работает универсальная электрическая машина, оборудованная только электромагнитами, следующим образом.

Перед использованием универсальной электрической машины от системы возбуждения, питающейся от электромагнитов, необходимо предварительно отключить резервную фазу 4 от токосъемных колец 56, 57 и подключить их к обмоткам катушки электромагнита 29, а подпружиненные щетки 61 и 62 подключить к клеммам 3 и 4 колодки 2.

После подачи постоянного напряжения на 3 и 4 клеммы колодки 2, постоянный ток, проходящий по обмоткам катушек электромагнита 29, намагничивает магнитопроводы 28 и создает на полюсах 30 и 31 постоянное магнитное поле, которое взаимодействует с многовитковыми обмотками статора. Для вращения универсальной машины от постоянного тока необходимо на 6 и 7 клеммы колодки 5 подать постоянное напряжение. Ток положительной полярности через клемму 6 поступает на подпружиненную щетку 46, контактные пластины 84 первого замкнутого кольца 83 коллектора 80, многовитковую обмотку первой фазы 24 и далее через второе замкнутое кольцо 85 с контактными пластинами 86, подпружиненную щетку 79 возвращается на клемму 7 колодки 2. В результате взаимодействия тока, протекающего по проводникам многовитковой обмотки первой фазы 24, с магнитным полем магнитопроводов 28 создается вращающий момент на валу 17. Далее постоянный ток положительной полярности через подпружиненную щетку 46, контактные пластины 88 третьего замкнутого кольца 87, многовитковую обмотку второй фазы 25, четвертое замкнутое кольцо 89 с контактными пластинами 90, подпружиненную щетку 79 возвращается на клемму 7 колодки 2. В результате взаимодействия тока, протекающего по проводникам многовитковой обмотки первой фазы 24, второй фазы 25, с магнитным полем магнитопроводов 28, и непрерывным чередующимся переключением многовитковых обмоток при помощи коллектора 80, создается постоянный вращающийся момент на валу 17. После достижения универсальной электрической машиной заданного количества оборотов, чтобы предотвратить износ подпружиненных щеток 46, 79 и контактных пластин 84, 86, 88, 90 они могут быть отключены. Тогда дальнейшая работа машины будет осуществляться только от генератора частот 104. Переменное напряжение от генератора частот через выключатели 105 подается на токосъемные кольца первой фазы 42, 43, которые электрически связаны с подпружиненными щетками 47, 48, замкнутыми кольцами 83, 85 коллектора 80, и токосъемные кольца второй фазы 44, 45, которые электрически связаны с подпружиненными щетками 49, 50, замкнутыми кольцами 87, 89 коллектора 80, приводя во вращение вал 17 от переменного напряжения генератора, частота которого зависит от количества оборотов машины, количества полюсов, расположенных на магнитопроводах ротора. Для увеличения мощности машины можно дополнительно задействовать третью и четвертую фазу многовитковых обмоток 25, 26 коллектора 81. Ток положительной полярности через клемму 6 поступает на подпружиненную щетку 106, контактные пластины 93 первого замкнутого кольца 92 коллектора 81, многовитковую обмотку третьей фазы 26 и далее через второе замкнутое кольцо 94 с контактными пластинами 95, подпружиненную щетку 107 возвращается на клемму 7 колодки 2. В результате взаимодействия тока, протекающего по проводникам многовитковой обмотки третьей фазы 26, с магнитным полем магнитопроводов 28 создается вращающийся момент на валу 17. Далее постоянный ток положительной полярности через подпружиненную щетку 106, контактные пластины 97 третьего замкнутого кольца 96, многовитковую обмотку четвертой фазы 27, четвертое замкнутое кольцо 98 с контактными пластинами 90, подпружиненную щетку 107 возвращается на клемму 7 колодки 2. В результате взаимодействия тока, протекающего по проводникам многовитковой обмотки третьей фазы 26, четвертой фазы 27 с магнитным полем магнитопроводов 28 и непрерывным чередующимся переключением многовитковых обмоток при помощи коллектора 81, создается дополнительный вращающийся момент, увеличивающий силу вращения вала 17.

После достижения универсальной электрической машиной заданного количества оборотов контактные пластины 93, 95, 97, 99 и подпружиненные щетки 106, 107 могут быть тоже отключены. Тогда дальнейшая работа универсальной электрической машины от первой, второй и третьей фазы будет осуществляться только от генератора частот. В связи с тем, что пока в промышленности, хотя это очень и выгодно, даже нет разработок по многофазным машинам, четвертая фаза многовитковой обмотки 27 может быть резервной и предназначаться в качестве дополнительного средства для увеличения мощности машины от постоянного тока, усиления тормозных свойств машины, индикация всех входящих и выходящих параметров машины и передача информации о ее работе в систему автоматического слежения и регулирования. Для вращения первой и второй фазы универсальной электрической машины от однофазного переменного тока достаточно перед подпружиненными щетками 46, 79 установить диод 103, так как коллектор 80 имеет расчетное смещение к коллектору 81. Для вращения третьей и четвертой фазы универсальной электрической машины от однофазного переменного тока достаточно перед подпружиненными щетками 106, 107 установить диод 108. При использовании универсальной электрической машины в качестве генератора постоянного тока или многофазного генератора переменного тока необходимо привести во вращение вал 17. В результате взаимодействия многовитковых обмоток статора 24, 25, 26, 27 с магнитной системой магнитопроводов 28 вырабатывается ЭДС. Для снятия ЭДС постоянного напряжения необходимо подключиться к клеммам 6 и 7 колодки 5, которые электрически связаны с подпружиненными щетками 46, 79, 106, 107 составного коллектора 41 и многовитковыми обмотками всех четырех фаз. Для снятия ЭДС переменного напряжения первой фазы необходимо подключиться к клеммам 9, 10 колодки 8, которые электрически связаны с подпружиненными щетками 47, 48, токосъемными кольцами 42, 43 и многовитковой обмоткой первой фазы 24. Для снятия ЭДС переменного напряжения второй фазы необходимо подключиться к клеммам 12, 13 колодки 11, которые электрически связаны с подпружиненными щетками 49, 50, токосъемными кольцами 44, 45 и многовитковой обмоткой второй фазы 25. Для снятия ЭДС переменного тока третьей фазы необходимо подключиться к клеммам 15, 16 колодки 14, которые электрически связаны с подпружиненными щетками 58, 59, токосъемными кольцами 54, 55 и многовитковой обмоткой третьей фазы 26. Для снятия ЭДС переменного тока четвертой фазы необходимо подключиться к подпружиненным щеткам 60, 61 электрически связанных с токосъемными кольцами 56, 57 и многовитковой обмоткой четвертой фазы 27. Четвертая фаза 27 может быть резервной, подключена к внутренней системе автоматического слежения и регулирования или выведена на внешнюю колодку статора. При необходимости универсальная электрическая машина в режиме генератора может одновременно выдавать ЭДС постоянного напряжения и ЭДС переменного напряжения любого количества фаз, частота которого будет зависеть от количества оборотов вала 17 и количества полюсов магнитов, расположенных на магнитопроводах ротора 28. Если универсальная электрическая машина предназначена для работы только от постоянных магнитов 30 и 31, расположенных на магнитопроводах 28, тогда в конструкции ротора могут отсутствовать многовитковые катушки электромагнитов 29. Порог чувствительности машин данного класса, при котором происходит ее непрерывное вращение, не превышает 0,5 В. Отдельные модули универсальной электрической машины целесообразно использовать как измерительное устройство, которое имеет большую чувствительность и точность показаний, а также для работы от источника солнечных батарей. Пусковой ток универсальной электрической машины всегда равен рабочему, поэтому машина очень легко поддается регулировке по току, напряжению и может работать с системой автоматического слежения и регулирования, которая работает следующим образом.

Если универсальная электрическая машина работает от источника солнечных батарей в условиях больших перепадов освещенности или неизвестного напряжения, которое может подать потребитель на обмотки статора, возникает необходимость в слежении за освещенностью и необходимостью мгновенно определять перепады поступающего напряжения и своевременно включать или отключать любое количество секций каждой фазы многовитковых обмоток статора. Когда освещенность солнечных батарей мала или подаваемое напряжение неизвестного рода мало, любое подаваемое напряжение должно проходить через выпрямительные диоды 103, 108 (фиг. 9), чтобы исключить прохождение переменной составляющей через контактные пластины составного коллектора 46. Постоянный ток положительной полярности через положительный провод 6 поступает на первую секцию многовитковой обмотки 109, устройство измерения тока первой секции 113, рассчитанного, например, на 2 А, нормально замкнутый контакт устройства измерения тока 114, электронный коммутатор 115 и далее через устройство защиты 116 отводится на отрицательный провод 7. В результате тока, протекающего по первой секции многовитковой обмотки 109 с магнитным полем магнитопроводов 28 и непрерывным чередующимся переключением многовитковой обмотки при помощи составного коллектора 46 создается постоянный вращающийся момент на валу 17, сила которого будет зависеть от мощности источника поступающего напряжения. Если сила тока, протекающего по первой секции многовитковой обмотки 109, не превышает 2 А, то электрическая машина будет работать в этом пределе. Когда сила тока превысит 2 А, в цепи устройства измерения тока 113 появляется предельный ток, который производит переключение подвижной части контакта 114 и электронного коммутатора 115 на вторую секцию многовитковой обмотки 110. Электронный коммутатор работает совместно с устройством измерения тока, защищая его контакты от пригара. Постоянный ток положительной полярности через положительный провод 6 поступает на первую секцию многовитковой обмотки 109, устройство измерения тока 113, нормально разомкнутый контакт устройства измерения тока 114, электронный коммутатор 115, вторую секцию многовитковой обмотки 110, устройство измерения тока 117, нормально замкнутый контакт устройства измерения тока 118, электронный коммутатор 119 и далее через устройство защиты 116 отводится на отрицательный провод 7. В результате тока, протекающего по первой и второй секции многовитковых обмоток 109, 110, с магнитным полем магнитопроводов 28 и непрерывным чередующимся переключением многовитковых обмоток при помощи составного коллектора 46 создается постоянный вращающийся момент на валу 17, сила которого зависит от мощности источника поступающего напряжения. Если сила тока, протекающего по первой и второй секциям многовитковых обмоток 109, 110, не превышает 2 А, то электрическая машина будет работать в этом пределе. Когда сила тока превысит 2 А, в цепи устройства измерения тока второй секции 117 появится предельный ток, который произведет переключение подвижной части контакта 118 и электронного коммутатора 119 на третью секцию многовитковой обмотки 111. Постоянный ток положительной полярности через положительный провод 6 поступает на первую секцию многовитковой обмотки 109, устройство измерения тока первой секции 113, нормально разомкнутый контакт устройства измерения тока первой секции 114, электронный коммутатор 115, вторую секцию многовитковой обмотки 110, устройство измерения тока второй секции 117, нормально разомкнутый контакт устройства измерения второй секции 118, электронный коммутатор 119, третью секцию многовитковой обмотки 111, устройство измерения тока третьей секции 120, нормально замкнутый контакт устройства измерения тока третьей секции 121 и далее через устройство защиты 116 отводится на отрицательный провод 7. Если сила тока, протекающего по первой, второй и третьей секциям многовитковых обмоток 109, 110, 111, не превышает 2 А, то электрическая машина будет работать в этом пределе. Когда сила тока превысит 2 А, в цепи устройства измерения тока третьей секции 120 появится предельный ток, который произведет переключение подвижной части контакта 121 и электронного коммутатора 122 на четвертую секцию многовитковой обмотки 112. Постоянный ток положительной полярности через положительный провод 6 поступает на первую секцию многовитковой обмотки 109, устройство измерения тока первой секции 113, нормально разомкнутый контакт устройства измерения тока первой секции 114, электронный коммутатор 115. вторую секцию многовитковой обмотки 110, устройство измерения тока второй секции 117, нормально разомкнутый контакт устройства измерения тока второй секции 118, электронный коммутатор 119, третью секцию многовитковой обмотки 111, устройство измерения тока третьей секции 120, нормально разомкнутый контакт устройства измерения тока третьей секции 121, электронный коммутатор 122, четвертую секцию многовитковой обмотки 112, устройство измерения тока четвертой секции 123, нормально замкнутый контакт устройства измерения тока четвертой секции 124 и далее через устройство защиты 116 отводится на отрицательный провод 7. Если сила тока, протекающего по первой, второй, третьей и четвертой многовитковой обмотке, не превышает 2 А, то машина будет работать в этом пределе. Когда сила тока превысит 2 А, в цепи устройства измерения тока четвертой секции 123 появится предельный ток, который произведет переключение подвижной части контакта 124 и электронного коммутатора 125 на устройство защиты 116, которое отключит машину от источника напряжения. Каждая независимая фаза многовитковой обмотки ротора может содержать любое количество секций с многовитковыми обмотками, которые могут быть соединены последовательно, параллельно или иметь смешанное соединение. Секции многовитковых обмоток разделены между собой устройствами измерения тока, которые могут быть настроены на любой предельный ток. Контактная группа устройства измерения тока и электронного коммутатора может иметь систему задержки и блокировки поступающего сигнала. Все модули универсальной электрической машины могут быть объединены в целую систему. Если все секции многовитковых обмоток независимых фаз одного статора имеют предельное напряжение на 500 В и ток 20 А однофазного переменного тока, то данный модуль машины, имея систему автоматического слежения и определения поступающего напряжения, может спокойно работать от 0,5 до 500 В в полном диапазоне, при любом перепаде напряжения или силы тока, имея полную защиту от коротких замыканий. Универсальная электрическая машина имеет большую степень регулировки оборотов и момента выдаваемой силы и мощности. При необходимости электрические машины данного класса можно выпускать с неограниченным количеством фаз. Многомодульная конструкция электрических машин позволяет добиться полной взаимозаменяемости всех частей и деталей. Позволяет упростить и усовершенствовать технологию изготовления и ремонта электрических машин, избавить потребителя от проблем, связанных с использованием различных источников питания и применения машин разной мощности. Машина данного класса в очень широких пределах может использовать любой источник напряжения и тока. При работе машины можно широко варьировать применение любого тока, любого напряжения за счет параллельного или последовательного соединения модулей универсальной электрической машины.

Изобретение позволяет создать новое направление универсальных, экономичных, энергосберегающих электрических машин, способных самостоятельно определять поступающий ток и напряжение. Работать от любого неизвестного потребителю источника напряжения и тока в качестве машины постоянного тока. Использовать универсальную машину в качестве однофазного или многофазного двигателя переменного тока, питающуюся от генератора частот, а также в качестве генератора постоянного тока, однофазного или многофазного генератора переменного тока, частота которого будет зависеть от количества полюсов в магнитной системе ротора и количества оборотов машины.

Формула изобретения

1. Универсальная электрическая машина, содержащая корпус, статор и ротор с магнитными системами и магнитопроводами, многовитковыми обмотками, замкнутый коллектор с контактными пластинами, токопроводящие щетки и вал ротора, отличающаяся тем, что включает в себя по меньшей мере один модуль, выполненный в виде разъемного статора из изолированных друг от друга секций с окнами для укладки многовитковых обмоток, при этом ротор каждого модуля выполнен с пазами для взаимодействия с другими модулями, на валу ротора установлена опорная втулка с токосъемными кольцами, электрически связанными с разъемными изолированными друг от друга замкнутыми кольцами коллекторов, имеющих контактные пластины и представляющих собой идентичные коллекторы составного коллектора, при этом замкнутые кольца связаны с многовитковыми обмотками, а также с генератором частот и с системой автоматического слежения и регулирования.

2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что магнитная система ротора выполнена из постоянных магнитов.

3. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что магнитная система ротора выполнена из электромагнитов.

4. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что магнитная система ротора выполнена из постоянных магнитов и электромагнитов.

5. Машина по п.1, отличающаяся тем, что магнитопроводы закреплены к немагнитному диску.

6. Машина по п.1, отличающаяся тем, что магнитопроводы закреплены к магнитному диску.

7. Машина по п.1, отличающаяся тем, что число магнитных систем статора и ротора выполнено четным или нечетным.

8. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что магнитная система ротора и статора выполнена в виде полюсов, при этом противоположные полюса объединены в единый магнитопровод.

9. Машина по п.1, отличающаяся тем, что статор выполнен на множество независимых фаз.

10. Машина по п.1, отличающаяся тем, что многовитковые обмотки статора уложены на разных уровнях.

11. Машина по п.1, отличающаяся тем, что многовитковые обмотки каждой фазы выполнены со смещением.

12. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что вырабатывает несколько ЭДС различного рода.

13. Машина по п.1, отличающаяся тем, что секции статора изолированы друг от друга и имеют систему теплообмена.

14. Машина по п.1, отличающаяся тем, что составной коллектор собран из любого количества независимых коллекторов.

15. Машина по п.1, отличающаяся тем, что каждый независимый коллектор собран из замкнутых колец, оборудованных контактными пластинами и разделенных между собой диэлектрическими прокладками.

16. Машина по п.1, отличающаяся тем, что каждый независимый коллектор изготовлен на любое число фаз.

17. Машина по п.1, отличающаяся тем, что число токосъемных колец независимого коллектора зависит от количества независимых фаз.

18. Машина по п.1, отличающаяся тем, что содержит множество подпружиненных щеток.

19. Машина по п.1, отличающаяся тем, что переменное напряжение любого количества фаз подводится или отводится от замкнутых колец составного коллектора.

20. Машина по п.1, отличающаяся тем, что содержит систему автоматического отключения и переключения токопроводящих щеток.

21. Машина по п.1, отличающаяся тем, что в цепи составного коллектора используется электронный коммутатор.

22. Машина по п.1, отличающаяся тем, что система автоматического слежения и регулирования выполнена в виде устройства измерения тока.

23. Машина по п.1, отличающаяся тем, что контактная группа системы автоматического слежения и регулирования оборудована устройством защиты от перегрузок по току.

24. Машина по п.1, отличающаяся тем, что система автоматического слежения и регулирования дополнительно содержит устройство передачи информации в информационно-вычислительную машину.

25. Машина по п.1, отличающаяся тем, что система автоматического слежения и регулирования выполнена отдельным блоком.

26. Машина по п.1, отличающаяся тем, что представляет собой измерительное устройство.

27. Машина по п.1, отличающаяся тем, что содержит автоматическое устройство для определения поступающего напряжения и тока.

28. Машина по п.1, отличающаяся тем, что выполнена в виде развернутого линейного двигателя.

29. Машина по п.1, отличающаяся тем, что представляет собой преобразователь напряжения.

30. Машина по п.1, отличающаяся тем, что система автоматического слежения и регулирования выполнена с контактной группой и электронным коммутатором и имеет устройство задержки и блокировки поступающего сигнала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10