Электрическая машина постоянного тока

Авторы патента:

Самосейко Вениамин Францевич (RU)

Хомяк Валентин Алексеевич (RU)

Румянцев Алексей Юрьевич (RU)

Лазаревский Николай Алексеевич (RU)

Гельвер Фёдор Андреевич (RU)

H02K31/02 - с твердыми контактными токоснимателями

Владельцы патента RU 2474946:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") (RU)

Настоящее изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам постоянного тока, и может быть использовано в качестве электрического генератора либо электрического двигателя постоянного тока в системах постоянного тока как низкого, так и высокого напряжения. Технические результаты, достигаемые настоящим изобретением, - обеспечение работы электрической машины в электрических цепях постоянного тока как низкого, так и высокого напряжения, повышение эффективности работы и упрощение конструкции электрической машины постоянного тока, а также повышение показателя мощности на единицу массы. Указанные технические результаты достигаются тем, что активные части рабочих обмоток расположены вне магнитопровода статора в рабочем зазоре между статором и ротором, а рабочие обмотки секционированы и расположены симметрично относительно обмотки возбуждения, для пассивных частей обмотки статора используется магнитное шунтирование, благодаря чему достигается исключение их из процесса, препятствующего преобразованию энергии. Для исключения насыщения магнитопровода статора он сегментирован в продольном направлении электрической машины. Использование согласованного последовательного соединения активных частей обмотки статора посредством пассивных частей позволило создать электрическую машину постоянного тока, способную работать в электрических цепях постоянного тока высокого напряжения. Использование согласованного параллельного соединения активных частей обмотки якоря посредством пассивных частей позволяет увеличить токовую нагрузку электрической машины при низком уровне напряжения рабочей обмотки. Магнитное шунтирование пассивных частей и секционирование активных частей обмотки якоря позволяют создать простую, эффективную и обладающую лучшими массо-габаритными характеристиками универсальную электрическую машину постоянного тока, способную работать в электрических цепях постоянного тока практически любого уровня напряжения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предложение относится к электрическим машинам постоянного тока и может быть использовано в качестве генератора либо электрического двигателя постоянного тока в системах постоянного тока как низкого, так и высокого напряжения.

Известна конструкция униполярной электрической машины постоянного тока [МПК Н02К 31/00, патент SU, Заявка: 4936467/07, 17.05.1991, Сидоров О.П., Униполярная электрическая машина], содержащая станину, щиты, полый цилиндрический ротор, токосъемное устройство и систему возбуждения. Недостатком упомянутого устройства является низкое напряжение роторной обмотки электрической машины и, как следствие, ограничение ее установленной мощности коммутационной способностью токосъемного устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство электрической машины [МПК Н02К 31/02, патент RU, Заявка: 2008126707/09, 30.06.2008, Уппе Д.В. Униполярная бесколлекторная машина], содержащее ротор, статор, обмотку возбуждения и рабочую обмотку, которая состоит из активной и пассивной частей, находящихся в теле статора. Технический результат такой конструкции обеспечивает работу машины в системах постоянного тока высокого напряжения. Недостатками данного устройства являются: низкая эффективность машины, так как активная часть обмотки расположена в теле магнитопровода статора, который осуществляет магнитное шунтирование большей части рабочего потока статора; насыщение магнитопровода статора токами рабочей обмотки. При создании такой электрической машины большой мощности возникнут проблемы и конструктивного характера, связанные с передачей большого крутящего момента.

Предлагаемая конструкция электрической машины постоянного тока позволяет осуществлять работу в сетях постоянного тока как низкого, так и высокого напряжения, повысить эффективность устройства, исключить возможность насыщения магнитопровода статора, упростить конструкцию токопередающего устройства.

Описанные преимущества достигаются тем, что активные части рабочих обмоток расположены вне магнитопровода статора в рабочем зазоре между статором и ротором и могут быть соединены пассивными частями параллельно либо последовательно, а рабочие обмотки секционированы и расположены симметрично относительно обмотки возбуждения. Для исключения насыщения магнитопровода статора он сегментирован в продольном направлении электрической машины.

Электрическая машина постоянного тока, конструкция которой представлена на фиг.1, состоит из корпуса 1, магнитопровода статора 2 с двумя секциями 3 и 4 обмотки, магнитопровода ротора 5 с обмоткой возбуждения 6, установленным на валу 7 машины и щеточного узла со щетками 8 и токосъемными кольцами 9. Обмотка статора секционирована симметрично относительно центра поперечного сечения машины, изображенной на фиг.2, и содержит активную часть обмотки 3, 4 и пассивные части 10, 11, 12, 13 обмотки статора. Причем активные части 3, 4 через выводы пассивных частей статорной обмотки 10, 11, 12, 13 могут быть соединены внешними пассивными частями снаружи магнитопровода статора как последовательно, так и параллельно. Такое секционирование позволяет полезно использовать поток одной обмотки возбуждения ротора для преобразования одного вида энергии в другой в обеих секциях обмотки статора.

Поперечное сечение машины, поясняющее принципы работы, а так же взаимодействие обмоток статора и ротора представлено на фиг.3. Активные части секции обмотки 3 расположены вдоль продольного сечения машины по внутреннему периметру магнитопровода статора и выступают из его сегментов 2, пассивные части обмотки 12 проходят между сегментами магнитопровода статора, причем между пассивными частями обмоток 12 и магнитопроводом имеется воздушный зазор 14, который обеспечивает большое магнитное сопротивление. Такое конструктивное решение позволило реализовать магнитное шунтирование и исключение пассивных частей обмотки из процесса взаимодействия с обмоткой возбуждения. Последовательное согласованное соединение активных частей обмоток якоря дополнительными пассивными частями обмотки позволяет использовать данную машину постоянного тока в системах постоянного тока практически любого уровня напряжения без использования дополнительного преобразования электрической энергии. Параллельное согласованное соединение активных частей обмоток якоря дополнительными пассивными частями обмотки позволяет увеличить токовую нагрузку электрической машины при низком уровне напряжения.

Преимуществами данной электрической машины являются:

- высокий удельный показатель мощности на единицу массы;

- высокая эффективность;

- простота конструкции и высокая технологичность изготовления;

- высокая эксплуатационная надежность.

Таким образом, предлагаемая электрическая машина позволяет существенно упростить конструкцию, повысить эффективность и надежность работы, осуществлять суммирование напряжений активных частей обмотки статора за счет магнитного шунтирования пассивных частей обмотки статора и, как следствие, возможность работы такой электрической машины постоянного тока в системах постоянного тока низкого и высокого напряжения.

1. Электрическая машина постоянного тока, содержащая статор с магнитопроводом и рабочими обмотками, состоящими из активных частей, которые могут быть соединены последовательно либо параллельно пассивными частями, ротор с магнитопроводом и обмоткой возбуждения, намотанной по диаметру в пазу магнитопровода, расположенном в середине поперечного сечения машины, и кольцевые контакты с щеточным аппаратом, отличающаяся тем, что активные части рабочих обмоток статора расположены вне магнитопровода статора в зазоре между статором и ротором, а рабочие обмотки статора секционированы и расположены симметрично относительно обмотки возбуждения ротора.

2. Электрическая машина постоянного тока по п.1, отличающаяся тем, что магнитопровод статора сегментирован в продольном направлении электрической машины.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам постоянного тока, в частности к униполярным машинам постоянного тока. .

Униполярная машина постоянного тока с комбинированными дисками // 2470447

Изобретение относится к области электротехники и касается электрических машин постоянного тока, в частности к униполярным машинам постоянного тока. .

Электрическая машина постоянного тока // 2410825

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромеханическому преобразованию электрической энергии, и может быть использовано в электротехнической и электромашиностроительной промышленности и на транспорте в качестве электрического привода с низковольтным питанием.

Униполярная машина постоянного тока с гусеничным токосъемом // 2397596

Изобретение относится к области электрических машин, в частности к униполярным машинам (УМ) постоянного тока. .

Униполярная машина постоянного тока с катящимися контактами // 2396677

Изобретение относится к области электротехники, в частности к униполярным электрическим машинам (УМ) постоянного тока. .

Электродвигатель постоянного тока // 2393616

Изобретение относится к области электротехники и электромеханики, а конкретнее - к электрическим машинам постоянного тока. .

Униполярная бесколлекторная машина // 2367079

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве привода с регулируемой частотой вращения. .

Униполярный бесколлекторный торцовый генератор постоянного тока // 2284629

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано при производстве униполярных бесколлекторных торцевых электрических машин.

Машина постоянного тока // 2187191

Изобретение относится к области электротехники, а именно к обратимым и реверсивным машинам постоянного тока с постоянным магнитом. .

Электрическая машина // 2144254

Изобретение относится к области электромашиностроения, а именно к электрическим машинам, частота вращения которых синхронизирована с частотой сети переменного тока.

Многодисковая униполярная машина постоянного тока с двумя валами // 2478251

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам постоянного тока, в частности к униполярным машинам (УМ) постоянного тока

Бесколлекторный двигатель постоянного тока // 2533886

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в широком ассортименте промышленных и бытовых изделий и приборов, в частности в гибридных автомобилях. Технический результат - увеличение кпд и удельной мощности двигателя на единицу его объема или веса. Бесколлекторный двигатель постоянного тока содержит вращающийся намагниченный безобмоточный ротор и неподвижный тороидальный статор с рабочей обмоткой и двумя катушками подмагничивания, две оппозитно расположенные на статоре магнитопроводящие шайбы с малым зазором от магнитопроводящих шайб тела ротора. Рабочая обмотка статора расположена с минимально допустимым зазором от магнитного полюса ротора и существенно удалена от магнитного полюса статора использованием диэлектрической прокладки, на которой намотана рабочая обмотка. Рабочий магнитный полюс статора выполнен в виде тороида с круглым сечением, связанный с его неподвижно закрепленной на корпусе двигателя магнитопроводящей осью через магнитопроводящий диск, с двух сторон от которого размещены две катушки подмагничивания. Выводы последовательно соединенных катушек подмагничивания и рабочей обмотки подключены к источнику постоянного тока. На тороидальном магнитном полюсе статора размещен полый тороид из немагнитного (диэлектрического) материала, на котором намотана рабочая обмотка, а толщина его стенок выбрана в пять-десять раз больше воздушного зазора между рабочей обмоткой статора и тороидально-цилиндрическим телом ротора, который имеет форму полого тороида из магнитопроводящего материала и состоит из двух половин, магнитно связанных с магнито-проводящими шайбами. 4 ил.

Униполярный генератор постоянного тока // 2546970

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в униполярных генераторах постоянного тока торцевого типа высокого напряжения. Технический результат - увеличение генерируемого напряжения. Генератор содержит ротор на оси, магнитную систему с замкнутым магнитопроводом, обмотку для генерации напряжения, коммутационные элементы, расположенные с возможностью относительного вращения. Ротор снабжен сердечником кольцевой формы, торцевые стороны которого выполнены с магнитной полярностью одного знака, с не менее чем одной тороидальной обмоткой для генерации напряжения. К торцевым сторонам тороидальной обмотки снаружи примыкают два магнитопроводящих кольца из магнитомягкого материала. Кольцевой сердечник включает два кольцевых магнита, намагниченных аксиально, и магнитопроводящую сердцевину в виде плоского кольца из магнитомягкого материала, к которой с двух сторон примыкают указанные магниты полюсными поверхностями с одним знаком магнитной полярности. Их полюсные поверхности с другим знаком магнитной полярности являются торцевыми поверхностями сердечника кольцевой формы с одноименной магнитной полярностью. Наружные магнитопроводящие кольца, магнитопроводящая сердцевина и магниты образуют магнитную систему с замкнутым магнитопроводом. Выводы обмотки подключены к коммутационным элементам, с которыми контактируют с возможностью скольжения неподвижные коммутационные элементы, предназначенные для подключения электрических нагрузок. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

Униполярный генератор импульсов // 2588593

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве униполярных генераторов импульсов. Технический результат - создание униполярного генератора импульсов, осуществляющего генерацию импульсов выходного напряжения без дополнительной коммутационной аппаратуры в цепи якоря и без аппаратуры форсировки и дефорсировки возбуждения. Униполярный генератор импульсов, вращаемый приводным двигателем с номинальной частотой, содержит корпус, полюса, обмотку возбуждения, выполненную из двух катушек, включенных последовательно-встречно, и двухдисковый якорь, объединенный с валом. При этом генератор содержит дополнительную обмотку, индуктивно связанную с обмоткой возбуждения. Полюса генератора перед началом эксплуатации размагничиваются, процесс самовозбуждения генератора инициируется токовым импульсом дополнительной обмотки. 5 ил.

Тихоходная электромагнитная турбина // 2591842

Изобретение относится к устройству для производства электромеханической работы, в частности к электромагнитным турбинам. Технический результат - осуществление турбины, выполненной с возможностью функционирования в условиях относительно сильных магнитных полей. Турбина содержит по меньшей мере одну пару разнесенных в продольном направлении магнитных компонентов; барабанный узел, размещенный между магнитными компонентами и содержащий по меньшей мере один проводящий компонент; токопередающее устройство, сопряженное с указанным по меньшей мере одним проводящим компонентом. Указанная по меньшей мере одна пара разнесенных в продольном направлении магнитных компонентов расположена с возможностью обеспечения области рабочего магнитного поля и определения области нулевого магнитного поля в пространстве между указанной по меньшей мере одной парой разнесенных магнитных компонентов. Области нулевого магнитного поля расположены вне области рабочего магнитного поля. Пропускание тока через указанный по меньшей мере один проводящий компонент посредством указанного токопередающего устройства вызывает вращение барабана. 14 з.п. ф-лы, 52 ил.

Многовальная униполярная электрическая машина // 2634350

Изобретение относится к электрическим машинам постоянного тока и может быть использовано в качестве электрического генератора или электрического двигателя постоянного тока. Технический результат - повышение эффективности работы и улучшение эксплуатационных характеристик. Электрическая машина содержит два и более проводящих диска, расположенных в ряд и попарно имеющих общие точки соприкосновения. Система возбуждения выполнена наборной и состоит из ряда индукторов, а токосъем осуществляется с крайних точек окружностей крайних дисков. Предлагаемая униполярная электрическая машина постоянного тока может быть выполнена с проводящими дисками разного диаметра и дополнительными токосъемными устройствами, расположенными на валах дисков, а сами диски могут иметь зубья. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Униполярная электрическая машина // 2634478

Изобретение относится к электрическим машинам постоянного тока и может быть использовано в качестве электрического генератора или электрического двигателя постоянного тока. Технический результат - расширение функциональных возможностей униполярной машины, получение многоуровневого источника постоянного напряжения и осуществление регулирования этого напряжения перемещением токосъемного устройства. Униполярная электрическая машина содержит токопроводящий диск с концентрическими канавками, расположенными на плоскости диска и выполненными в виде окружностей разного диаметра с центром расположенным в центре токопроводящего диска. При этом токосъем осуществляется с вала диска и одной из канавок (либо нескольких канавок), расположенной на плоскости диска. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Униполярный генератор // 2641652

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания низковольтных электрических устройств. Техническим результатом является расширение области применения униполярных генераторов. Униполярный генератор содержит первый генерирующий модуль (1) и второй генерирующий модуль (2), выполненные идентичными и соединенные валом (3). Каждый генерирующий модуль (1, 2) содержит корпус (4) с установленными в нем подшипниками (5), в которых зафиксирован вал (3), и с расположенными внутри него полюсами (6), на которых установлены катушки обмотки возбуждения (7), и диск якоря (8), установленный на валу (3) между полюсами (6). На внешних торцевых поверхностях дисков якоря (8) выполнены буртики (9) в форме колец шириной b=Δ и высотой h=3⋅Δ, где Δ - толщина диска якоря (8). На внешней поверхности буртиков (9) установлены первая щетка (10) и спаренная с ней вторая щетка (11), выполненные распределенными в виде призматических полуколец из композиции угля и графита. Первая (10) и вторая (11) щетки зафиксированы относительно корпуса (4) пружинами (12) с направляющими штоками (13), основания которых закреплены на монтажных утолщениях (14) упругих пластин (15), выполненных в форме плоских дуг из упругой стали с высокой электрической проводимостью. Щетки (10, 11) перекрыты упругими пластинами (15), образуя единые токосъемные узлы первого (1) и второго (2) генерирующих модулей. Свободные края пружин (12) установлены в изолирующие опоры (16), расположенные в корпусе (4) и выполненные из пластмассы с низкой электрической проводимостью. Между поверхностями изолирующих опор (16) и направляющими штоками (13) выполнены зазоры, превышающие длину возможного радиального перемещения щеток (10, 11). Вывод (17) щетки (10), являющийся также выводом щетки (11), и вывод (18) катушек обмотки возбуждения (7) установлены на корпусе (4). Упругие пластины (15) гибкими проводниками (19) соединены с выводом (17) щеток (10, 11). 5 ил.