Электрическая машина
Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано для преобразования электрической энергии. В предлагаемой электрической машине магнитопровод статора для создания магнитного поля выполнен таким образом, что направляет магнитные потоки в обмотки (беличьи колеса) обоих роторов. Преобразование одного вида энергии в другой осуществляется в процессе вращения двух роторов электрической машины, один из которых установлен внутри статора, создающего магнитное поле, и взаимодействует с его внутренней частью, а другой ротор охватывает наружную часть статора и взаимодействует с ней. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в повышении эффективности электрических машин типа электрические двигатели-генераторы тока путем двойного использования магнитного потока магнитного поля, создаваемого одной и той же обмоткой статора, взаимодействующего с двумя роторами (Фо, Фр). 5 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования электрической энергии.
Наиболее близкими по технической сущности являются электрические машины типа электродвигатели-генераторы тока, состоящие из устройства для создания магнитного поля и устройства для преобразования одного вида энергии в другой, например асинхронный двигатель (Пиотровский Л.М. Электрические машины. Госэнергоиздат, 1958 г., с.282 разд. 23-1, с.372 разд. 31-1), содержащий статор (устройство для создания магнитного поля) и ротор (устройство для преобразования одного вида энергии в другой).
Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата, при эксплуатации выпускаемых промышленностью электрических машин является использование в работе электрической машины только одного потока магнитного поля, создаваемого обмоткой статора. На фиг.1а показано движение магнитных потоков магнитного поля, создаваемого обмоткой статора асинхронного двигателя (Пиотровский Л.М. Электрические машины, стр.373, фиг.31-1). На фиг.1а видно, что только так называемый в этом случае основной поток Фо проходит через воздушный зазор в имеющийся ротор, наводит в его обмотке ЭДС, вследствие чего происходит взаимодействие статора и ротора электрических машин. Но другая часть магнитного поля, так называемый поток рассеяния Фр, не участвует в наведении ЭДС.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в использовании обоих потоков (Фо, Фр) магнитного поля, создаваемого одной и той же обмоткой и, как следствие, повышении эффективности электрических машин (электродвигателей, генераторов тока). На фиг.2 показана схема движения магнитных потоков магнитного поля, созданного той же обмоткой в реконструированном статоре.
Указанный технический результат достигается изменением конструкции магнитопровода статора и установкой наружного ротора. Причем устройство для создания магнитного поля представляет собой полый цилиндр с фланцами на торцах, изготовленный из немагнитного материала, в сквозных в радиальном направлении пазах, на внешней стороне полого цилиндра, кольцеобразно, с определенным шагом закреплены сердечники, выполненные из магнитного материала, служащие магнитопроводом статора, в пространство между сердечниками укладывается обмотка, предотвращение выпадения обмотки обеспечивается прижимными планками, изготовленными из немагнитного материала, которые крепятся к торцевым фланцам; устройство для преобразования одного вида энергии в другой состоит из двух роторов; причем один из роторов устанавливается внутри устройства для создания магнитного поля и взаимодействует с его внутренней частью, другой ротор охватывает наружную часть устройства для создания магнитного поля и взаимодействует с ней. В этом случае магнитопровод статора состоит из отдельных сердечников 6, закрепленных на внешней стороне корпуса 10, в пространство между которыми укладывается обмотка 4 (см. фиг.3).
Реконструкция магнитопровода статора необходима для направления прохождения потока рассеяния Фр, через воздушный зазор в обмотку наружного ротора.
Корпус 10 измененного статора представляет собой полый цилиндр с фланцами на торцах, изготовленный из немагнитного материала. В сквозных, в радиальном направлении пазах, на внешней стороне полого цилиндра, кольцеобразно, с определенным шагом закреплены сердечники 6 магнитопровода. Сторона закрепленного сердечника магнитопровода должна полностью пройти через стенку полого цилиндра для обеспечения прохождения магнитного потока в обмотку внутреннего ротора. Корпус статора 10 можно изготавливать путем литья совместно с сердечниками 6 магнитопровода.
Типы обмоток статора могут быть любыми, применяемыми в выпускаемых электрических машинах.
Статор реконструированной электрической машины является отдельным узлом и в собранном виде представляет собой блок, состоящий из корпуса 10, сердечников 6, обмотки 4, прижимных планок 8, применяемых для предотвращения выпадения обмотки 4 и фиксации сердечников 6 с внешней стороны блока статора. Выпадению обмотки 4 с внутренней стороны блока статора препятствует стенка корпуса статора, в которой закреплены сердечники 6 (см. фиг.3, 4). В корпусе статора 10 проделан канал, через который пропущены выводы 9 обмотки. Корпус статора 10 и крепежные планки 8 изготавливаются из немагнитных материалов и на направление прохождения магнитных потоков не влияют. Предлагаемая конструкция статора обеспечивает прохождение электромагнитных потоков электромагнитного поля, создаваемого одной и той же обмоткой, во внутренний и в наружный роторы.
На фиг.1 изображена электрическая машина - асинхронный двигатель с двукратным использованием магнитного потока, - где обозначено: вал 1, фланец 2, ротор внутренний 3, обмотка статора 4, ротор наружный 5, сердечники статора 6, корпус электрической машины 7, прижимные планки 8, канал для вывода концов подключения обмотки 9, корпус статора 10, крыльчатка вентилятора 11, защитный кожух вентилятора 12.
Работа электрической машины происходит следующим образом.
К трехфазной обмотке 4 через ввод 9 подается трехфазный ток. Это приводит к возникновению электромагнитного поля, вращающегося со скоростью «n».
На валу 1, в данном случае, жестко закреплены ротор 3 и ротор 5. Ротор 3 помещен во внутреннюю часть блока статора, а ротор 5 охватывает наружную часть блока статора.
На фиг.2 схематично показано прохождение магнитных потоков в обмотки (беличье колесо) роторов 3 и 5. Так как прижимные планки 8 и корпус статора 10 изготавливаются из немагнитного материала, то они не влияют на направление прохождения магнитных потоков.
В результате вращения электромагнитного поля статора произойдет электромагнитное взаимодействие между статором и роторами. Так как оба ротора взаимодействуют с одним и тем же вращающимся электромагнитным полем, созданным одной и той же обмоткой, то и они будут вращаться в направлении вращения электромагнитного поля статора (Пиотровский Л.М. Электрические машины, §30-2, стр.365).
При работе электрической машины в режиме генератора тока эффект двукратного использования магнитного потока магнитного поля обмоток возбуждения также будет иметь место.
Электрическая машина, состоящая из устройства для создания магнитного поля и устройства для преобразования одного вида энергии в другой, отличающаяся тем, что устройство для создания магнитного поля представляет собой отдельный блок, состоящий из полого цилиндра с фланцами на торцах, изготовленного из немагнитного материала, в сквозных в радиальном направлении пазах которого, на внешней стороне, кольцеобразно, с определенным шагом закреплены сердечники, выполненные из магнитного материала, служащие магнитопроводом, в пространство между сердечниками укладывается обмотка, предотвращение выпадения обмотки обеспечивается прижимными планками, изготовленными из немагнитного материала, которые крепятся к торцевым фланцам; устройство для преобразования одного вида энергии в другой состоит из двух роторов; причем один из роторов устанавливается внутри устройства для создания магнитного поля и взаимодействует с его внутренней частью, другой ротор охватывает наружную часть устройства для создания магнитного поля и взаимодействует с ней.
