Магнитная цепь электрической машины

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам. Магнитная цепь электрической машины содержит индуктор, имеющий магнитопровод с полюсными выступами, и якорь, имеющий несколько фаз. Магнитопровод каждой из этих частей состоит из по крайней мере двух отдельных независимых магнитопроводов, расположенных последовательно по пути прохождения магнитной линии основного магнитного потока. Технический результат заключается в улучшении весогабаритных показателей и повышении КПД электрической машины. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а более точно к магнитным цепям электрических машин, и может быть применено в вентильно-реактивных или индукторных машинах, в синхронных или асинхронных двигателях, в электрических машинах постоянного и переменного тока.

Известна магнитная цепь электрической машины, описанная в патенте RU 2130679. Эта цепь содержит магнитопроводы индуктора и якоря, выполненные в виде автономных сердечников с полюсными выступами. При этом в положении якоря относительно индуктора, которое соответствует максимальной магнитной проницаемости магнитной цепи данной фазы, магнитные линии основного магнитного потока проходят по замкнутому пути, который лежит в плоскости, перпендикуляр которой совпадет (или расположен под небольшим углом, не более 35 градусов) с направлением рабочего движения якоря относительно индуктора, через которые замыкается данная магнитная линия. При этом направление этих магнитных линий в немагнитных зазорах совпадает с направлением оси вращения электрической машины или отклоняется от направления оси на угол не более 35 градусов. Причем магнитопровод индуктора состоит из отдельных наборов магнитопроводов, расположенных последовательно по названному пути, а магнитопровод якоря выполнен в виде гребенки, выступы которой лежат в плоскости этого пути. Причем в положении, когда магнитная цепь фазы имеет максимальную магнитную проницаемость, каждый магнитопровод набора индуктора расположен в немагнитном зазоре между соответствующими выступами гребенки магнитопровода фазы якоря и при этом основной магнитный поток фазы разбит на несколько потоков, которые замыкаются через соответствующие выступы гребенки якоря. В окнах, образованных выступами гребенки и магнитопроводами набора индуктора, наматывают электрическую обмотку.

Недостатком такого решения является то, что выступы гребенки магнитопровода фазы якоря занимают большую площадь, уменьшая площадь окна, в котором находится электрическая обмотка, что приводит к уменьшению мощности. Уменьшение окна, в котором находится обмотка, приводит также к уменьшению суммарного сечения обмотки и, как следствие, увеличивает активное сопротивление обмотки, что уменьшает КПД электрической машины. Также выступы гребенки имеют большой вес, что ухудшает массогабаритные показатели электрической машины.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка магнитной цепи электрической машины, которая обеспечивала бы увеличение мощности и одновременно улучшение массогабаритных показателей и увеличение КПД электрической машины.

Поставленная задача решается тем, что в магнитной цепи электрической машины, состоящей из якоря, индуктора, магнитопровод которого содержит раздельные наборы магнитопроводов с полюсными выступами, каждый магнитопровод в наборе расположен последовательно так, что в положении якоря относительно индуктора, которое соответствует максимальной магнитной проницаемости магнитной цепи данной фазы, магнитные линии основного магнитного потока проходят по замкнутому пути и направление этих магнитных линий в немагнитных зазорах совпадает с направлением оси вращения электрической машины или отклоняется от направления оси на угол не более 35 градусов, причем якорь имеет одну или несколько фаз, каждая из которых содержит автономный магнтопровод с полюсными выступами и электрическую обмотку, охватывающую этот магнитопровод, якорь и индуктор имеют возможность рабочего перемещения относительно друг друга так, что обеспечивают циклическое согласованное расположение полюсных выступов якоря и индуктора напротив друг друга через рабочий зазор единовременно для одной фазы, согласно изобретению магнитопровод якоря состоит из по крайней мере двух отдельных независимых магнитопроводов, которые расположены последовательно по пути прохождения магнитной линии основного магнитного потока фазы якоря.

Благодаря предлагаемому техническому решению увеличивается окно для намотки электрической обмотки фазы якоря, что улучшает массогабаритные показатели и увеличивает КПД электрической машины.

Также согласно изобретению якорь располагается на внутреннем цилиндре электрической машины, а индуктор - на внешнем цилиндре.

Благодаря расположению якоря на внутреннем цилиндре, а индуктора на внешнем цилиндре увеличивается электромагнитный момент при том же диаметре электрической машины.

В дальнейшем изобретение будет подробно раскрыто в описании со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором изображена принципиальная схема предлагаемой магнитной цепи.

Предлагаемая магнитная цепь электрической машины состоит из якоря 1, индуктора 2, установленного в немагнитном зазоре 3. Якорь 1 и индуктор 2 имеют возможность рабочего перемещения относительно друг друга так, что обеспечивают циклическое согласованное расположение полюсных выступов якоря 1 и индуктора 2 напротив друг друга через рабочий зазор 3 одновременно для одной фазы.

Якорь 1 имеет одну или несколько фаз, магнитопровод каждой из которых охвачен фазной электрической обмоткой 4. Причем магнитопровод якоря состоит из по крайней мере двух отдельных независимых магнитопроводов 1a, располагающихся последовательно по пути прохождения магнитной линии основного магнитного потока фазы.

Индуктор 2 имеет магнитопровод, который содержит раздельные наборы магнитопроводов 2а с полюсными выступами, каждый магнитопровод 2а в наборе расположен последовательно так, что в положении якоря 1 относительно индуктора 2, которое соответствует максимальной магнитной проницаемости магнитной цепи данной фазы, магнитные линии основного магнитного потока проходят по замкнутому пути и направление этих магнитных линий в немагнитных зазорах совпадает с направлением оси вращения электрической машины или отклоняется от направления оси на угол не более 35 градусов.

При этом в положении индуктора относительно фазы якоря, при котором магнитная цепь данной фазы имеет наибольшую магнитную проницаемость, магнитопроводы 1а якоря и магнитопроводы 2а набора индуктора чередуются по пути прохождения магнитной линии основного магнитного потока. При этом выдерживается условие:

N_ЯФ≥2,

где N_ЯФ - количество независимых последовательных магнитопроводов 1а в магнитопроводе фазы якоря 1,

N_И=N_ЯФ,

где N_И - количество независимых последовательных магнитопроводов 2а в наборе индуктора 2.

На чертеже представлен вариант крепления магнитной цепи в электрической машине, которая содержит ось вращения 5, а также внутренний цилиндр 6, к которому прикреплен якорь 1, и внешний цилиндр 7, к которому прикреплен индуктор 2. Крепление осуществляется с помощью крепежных элементов 8.

В положении якоря 1 относительно индуктора 2, которое соответствует максимальной магнитной проницаемости магнитной цепи одной фазы, магнитная линия 9 основного магнитного потока, замыкающегося по магнитопроводам 1а якоря этой фазы и магнитопроводам 2а набора индуктора, лежит в плоскости, перпендикуляр которой параллелен или находится под углом не более 35° к направлению рабочего движения этих магнитопроводов 1а якоря 1 относительно магнитопроводов 2а набора индуктора 2. При этом направление магнитной линии 9 в немагнитных зазорах 3 совпадает с направлением оси 5 вращения электрической машины или отклоняется от направления оси 5 на угол не более 35 градусов.

Пример 1. Для N_ЯФ=3 получаем, что число N_И=3.

При использовании предлагаемой магнитной цепи в вентильных электрических машинах магнитопровод 2а набора индуктора выполняют из магнитотвердого магнитного материала с постоянной намагниченностью (постоянный магнит). При использовании предлагаемой магнитной цепи в синхронных электрических машинах магнитопровод 2а набора индуктора охватывают обмоткой возбуждения и подают в нее электрический ток. При использовании предлагаемой магнитной цепи в асинхронных электрических машинах магнитопровод 2а набора индуктора разделяют на фазы, каждая из которых содержит фазную обмотку, охватывающую фазный магнитопровод, и замыкают фазные обмотки накоротко либо замыкают на внешнюю электрическую цепь.

Фаза якоря может содержать несколько независимых параллельных магнитопроводов, каждый из которых состоит (согласно предлагаемому изобретению) из независимых последовательных магнитопроводов. При этом каждый параллельный магнитопровод якоря охватывается собственной электрической обмоткой.

Магнитная цепь работает следующим образом. На обмотку 4 подают электрический ток, который наводит магнитное поле якоря 1, которое вращает индуктор 2 так, чтобы магнитная проницаемость цепи стала максимальной. Путем попеременного переключения обмоток 4 разных фаз происходит рабочее перемещение индуктора.

Технический результат достигается тем, что предлагаемая магнитная цепь по отношению к прототипу имеет окно в магнитопроводе 1 якоря с большей площадью, так как отсутствуют выступы гребенки и магнитный поток не разбит на отдельные потоки, а является единым и замыкается последовательно, проходя через все последовательные магнитопроводы 1а якоря и все последовательные магнитопроводы 2а набора индуктора, что позволяет при прочих равных условиях намотать более широкую обмотку 4. Это уменьшает внутреннее активное сопротивление электрической машины, что повышает ее КПД. Также форма магнитопровода якоря имеет меньший вес при том же количестве пар немагнитных зазоров, что улучшает массогабаритные показатели.

Таким образом, достигается поставленная задача увеличения мощности и одновременно улучшение массогабаритных показателей и увеличение КПД электрической машины.

1. Магнитная цепь электрической машины, состоящая из якоря, индуктора, магнитопровод которого содержит раздельные наборы магнитопроводов с полюсными выступами, каждый магнитопровод в наборе расположен последовательно так, что в положении якоря относительно индуктора, которое соответствует максимальной магнитной проницаемости магнитной цепи данной фазы, магнитные линии основного магнитного потока проходят по замкнутому пути, и направление этих магнитных линий в немагнитных зазорах совпадает с направлением оси вращения электрической машины или отклоняется от направления оси на угол не более 35°, причем якорь имеет одну или несколько фаз, каждая из которых содержит автономный магнтопровод с полюсными выступами и электрическую обмотку, охватывающую этот магнитопровод, якорь и индуктор имеют возможность рабочего перемещения относительно друг друга так, что обеспечивают циклическое согласованное расположение полюсных выступов якоря и индуктора напротив друг друга через рабочий зазор единовременно для одной фазы, отличающаяся тем, что магнитопровод якоря состоит из по крайней мере двух отдельных независимых магнитопроводов, которые расположены последовательно по пути прохождения магнитной линии основного магнитного потока фазы якоря.

2. Магнитная цепь по п.1, отличающаяся тем, что якорь расположен на внутреннем цилиндре электрической машины, а индуктор расположен на внешнем цилиндре.