Синхронная машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора



Синхронная машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора
Синхронная машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора
Синхронная машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора
Синхронная машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора
Синхронная машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора
Синхронная машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора

 


Владельцы патента RU 2541513:

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

Изобретение относится к реактивным синхронным электрическим машинам и может быть использовано в качестве синхронного электрического генератора либо синхронного электрического двигателя. Технический результат заключается в упрощении конструкции ротора синхронной электрической машины, обеспечении синусоидальной формы кривой распределения намагничивающей силы вдоль рабочего зазора и, как следствие, в повышении эффективности ее работы, а также в повышении энергетических показателей. Синхронная электрическая машина содержит статор с магнитопроводом и статорными электрическими обмотками, подшипниковые щиты и ротор, выполненный цилиндрическим, набранным из листов ферромагнитного материала с шихтовкой вдоль оси вала машины, скрепленных в основаниях цилиндрической активной части с фланцами вала. Между листами ферромагнитного материала ротора имеются равномерные воздушные промежутки. Ротор синхронной электрической машины может быть выполнен из материала с анизотропной магнитной проводимостью в поперечной плоскости машины. Толщина листов и расстояние между ними могут быть различными для обеспечения требуемой концентрации линий магнитного поля. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Предложение относится к реактивным синхронным электрическим машинам и может быть использовано в качестве синхронного электрического генератора либо синхронного электрического двигателя.

Известна конструкция классической синхронной электрической машины [Вольдек А.И. Электрические машины: Учебник для вузов. - Л.: Энергоатомиздат, 1978. С. 619], содержащая статор с трехфазной электрической обмоткой статора, ротор с электрической обмоткой возбуждения и контактными кольцами, щеточный узел, предназначенный для коммутации напряжения к обмотке возбуждения. Основным недостатком этой конструкции является наличие скользящего электрического контакта в виде контактных колец и щеточного узла. Также известна усовершенствованная конструкция синхронной электрической машины, выполненной с постоянными магнитами [Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики: Учебник для вузов. - Л.: Энергоатомиздат, 1985. С. 84], содержащая статор с трехфазной электрической обмоткой статора и ротор, выполненный с использованием постоянных магнитов. Недостатком второй конструкции является использование дорогостоящих материалов и сложной конструкции ротора, а также невозможность снять возбуждение электрической машины в аварийных режимах работы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство синхронной электрической машины [патент US 20060284512 A1, FLUX BARRIER TYPE SYNCHRONOUS RELUCTANCE MOTOR AND ROTOR THEREOF, МПК H02K 19/20, H02K 1/06, H02K 1/22, 21.12.2006, либо патент US 20120139464 A1, SYNCHRONOUS RELUCTANCE MOTOR, OPERATING MACHINE COMPRISING THE MOTOR AND METHOD FOR CONTROLLING THE MOTOR, МПК H02K 19/02, H02P 6/18, 07.06.2012, либо патент US 20130015727 A1, ROTOR FOR RELUCTANCE MOTOR, МПК H02K 19/06, 17.01.2013], содержащее статор с электрической обмоткой статора и ротор, который выполнен шихтованным поперек оси вала машины. Причем ротор электрической машины выполнен наборным из отдельных листов ферромагнитного материала дисковой формы, которые содержат вырезы. Форма вырезов организует явно выраженные полюса на роторе, число которых должно соответствовать числу полюсов, организованных на статоре. Функциональное назначение вырезов заключается в строго определенном направлении замыкании линий магнитного поля в магнитопроводе ротора электрической машины. Технический результат такой конструкции обеспечивает работу синхронной машины без обмотки возбуждения на роторе и без использования активных дорогостоящих материалов. Недостатком такого устройства является сложная конструкция ротора, который набирается из отдельных листов ферромагнитного материала, а также наличие в каждом из дисков частей, расположенных между оконечными частями вырезов диска и его периферийными частями, снижающими эффективность работы синхронной машины.

Предлагаемая конструкция синхронной электрической машины позволяет упростить конструкцию, повысить эффективность работы, а также повысить энергетические показатели электрической машины.

На фиг. 1 представлена конструкция двухполюсной синхронной машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора.

Синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора содержит статор 1 с магнитопроводом 2 и статорными электрическими обмотками 3, подшипниковые щиты 4, 5 и цилиндрический ротор 6. Ротор 6 набран из листов 7-1÷7-n ферромагнитного материала с шихтовкой вдоль оси вала машины (фиг. 2). Причем листы 7-1÷7-n скреплены в основаниях цилиндрической активной части с фланцами вала 8, 9, выполненных из диамагнитного материала. Между листами 7-1÷7-п ферромагнитного материала ротора 6 имеются равномерные воздушные промежутки 10-1÷10-(n-1).

Ротор 6 электрической машины может иметь различное конструктивное исполнение, например:

- ротор 6 синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора может быть выполнен из материала с анизотропной магнитной проводимостью 11 в поперечной плоскости машины (фиг. 3);

- листы 7-1÷7-n ротора 6, выполненные из ферромагнитного материала, имеют разную толщину, уменьшающуюся при удалении от оси вала машины (фиг. 4);

- между листами 7-1÷7-n ротора 6, выполненного из ферромагнитного материала, могут быть неравномерные воздушные промежутки 10-1÷10-(n-1), уменьшающиеся при удалении от оси машины (фиг. 5).

Синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора работает следующим образом.

Статор 1 предлагаемой электрической машины выполнен так же, как и в обычной электрической машине переменного тока (фиг. 1). Пусть обмотка статора 3 выполнена трехфазной, оси катушек сдвинуты в пространстве на углы 120° относительно друг друга в поперечном разрезе машины, и содержит две пары полюсов. При подаче переменного питающего напряжения, одинакового по амплитуде, но сдвинутого на 120 электрических градусов, по обмоткам статора 3 потекут токи, которые создадут вращающееся магнитное поле. Ротор 6 двигателя может иметь различное конструктивное исполнение (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5) и, как правило, является явнополюсным с числом полюсов, соответствующих числу полюсов статорной обмотки 3. Вращающий момент в таком двигателе будет создан из-за разницы в магнитных проводимостях по продольной и поперечной осям. Для увеличения разницы между магнитными проводимостями по продольной и поперечной осям ротор 6 выполнен из листов 7-1÷7-n ферромагнитного материала с равномерными воздушными зазорами 10-1÷10-(n-1) между листами 7-1÷7-n (фиг. 2). При этом явно выраженные полюса ротора 6 стремятся ориентироваться относительно поля так, чтобы магнитное сопротивление для силовых линий поля было бы минимальным. Вследствие чего появляются силы, образующие вращающий момент, и ротор 6 вращается в том же направлении и с той же скоростью, что и поле. Следует отметить, что силы, стремящиеся сориентировать ротор относительно поля, будут действовать на каждую из пластин 7-1÷7-n ротора 6, каждая из которых будет создавать свой вращающий момент (фиг. 2).

Для достижения поставленной цели ротор 6 синхронной электрической машины может быть выполнен из материала с анизотропной магнитной проводимостью 11 в поперечной плоскости машины (фиг. 3). Следует отметить, что в таком варианте исполнения анизотропия ротора реализована не конструктивно, а на молекулярном уровне, что реализовано с использованием соответствующих материалов.

Для того чтобы кривая распределения намагничивающей силы или магнитной индукции вдоль рабочего зазора была приближена к синусоидальной форме и для обеспечения разной концентрации линий магнитного поля, ротор 6 машины предлагается выполнять наборным из листов 7-1÷7-n, имеющих различную толщину, уменьшающуюся при удалении от оси вала машины (фиг. 4). Поставленная цель также может быть достигнута с использованием одинаковых по толщине листов 7-1÷7-n ротора 6, выполненных из ферромагнитного материала, между которыми имеются неравномерные воздушные промежутки 10-1÷10-(n-1), уменьшающиеся при удалении от оси машины (фиг. 5).

Следует отметить, что воздушные промежутки 10-1÷10-(n-1) между листами 7-1÷7-n могут использоваться в качестве устройства принудительной вентиляции обмотки статора, поскольку между ними будут циркулировать и активно перемешиваться потоки воздуха.

Предлагаемая синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора может быть выполнена в многополюсном варианте, например четырехполюсном (фиг. 6); при этом произойдет усложнение конструкции ротора и повышение магнитных потерь в статоре при той же частоте вращения выходного вала машины. Следуя принципу обратимости, предлагаемая электрическая машина может работать в режиме генератора, если осуществить намагничивание ротора со стороны статорной обмотки, осуществляя ее питание реактивными токами.

Подшипниковые щиты и фланцы вала должны быть выполнены из диамагнитного материала для исключения замыкания линий магнитного поля статора по частям машины, не участвующим в электромеханическом преобразовании. В результате улучшается эффективность работы предлагаемого электромеханического преобразователя. Следует отметить, что анизотропия магнитной проводимости ротора может быть реализована различным конструктивным исполнением ротора, либо с использованием соответствующих материалов на молекулярном уровне, либо комбинированно.

Таким образом, предлагаемая синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора позволяет упростить конструкцию, повысить эффективность работы, улучшить массогабаритные характеристики, а также повысить энергетические показатели электрической машины.

1. Синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора, содержащая статор с магнитопроводом и статорными электрическими обмотками, подшипниковые щиты и цилиндрический ротор, отличающаяся тем, что ротор набран из листов ферромагнитного материала с шихтовкой вдоль оси вала машины и скрепленных в основаниях цилиндрической активной части с фланцами вала, выполненными из диамагнитного материала, причем между листами ферромагнитного материала ротора имеются равномерные воздушные промежутки.

2. Синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора по п.1, отличающаяся тем, что ротор выполнен из материала с анизотропной магнитной проводимостью в поперечной плоскости машины.

3. Синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора по п.1, отличающаяся тем, что листы ферромагнитного материала имеют разную толщину, уменьшающуюся при удалении от оси вала машины.

4. Синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора по п.1, отличающаяся тем, что между листами ферромагнитного материала имеются неравномерные воздушные промежутки, уменьшающиеся при удалении от оси вала машины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, а именно к индукторным генераторам постоянного тока, и может быть использовано в качестве автономного источника электроэнергии с ограниченным осевым габаритом.

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к бесконтактным синхронным генераторам индукторного типа, работающим преимущественно на выпрямительную нагрузку, применяемым, например, в генераторных установках автотракторной техники.

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к бесконтактным синхронным генераторам индукторного типа, работающим преимущественно на выпрямительную нагрузку, применяемым, например, в генераторных установках автотракторной техники.

Изобретение относится к области электротехники к электрическим машинам с магнитами на статоре и может быть использовано в электрических приводах машин и механизмов, а также в генераторах электрической энергии.

Изобретение относится к области электротехники и электромеханики, касается особенностей конструктивного выполнения индукторных машин и может быть использовано, в частности и особенно, в специальном электромашиностроении, ориентированном на изготовление электрических машин для систем электроснабжения и электропривода автономных объектов.

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к синхронным генераторам индукторного типа, применяемым, например, в автотракторном оборудовании. Изобретение направлено на обеспечение возможности использования классического статора с ферромагнитным ротором в варианте индукторной машины.

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к электрическим машинам и касается выполнения аксиальных индукторных электрических машин. Предлагаемая аксиальная индукторная электрическая машина с электромагнитным возбуждением содержит корпус статора, магнитные пакеты статора, обмотки возбуждения, обмотки переменной ЭДС, ротор и магнитные пакеты ротора.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается особенностей конструктивного выполнения бесконтактных синхронных генераторов индукторного типа, работающих, преимущественно, на выпрямительную нагрузку и применяемых, например, в генераторных установках автотракторной техники.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается особенностей конструктивного выполнения синхронных генераторов индукторного типа, применяемых, например, в автотракторном оборудовании.

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к электрическим машинам, а именно к синхронным генераторам индукторного типа, применяемым, например, в автотракторном оборудовании.

Изобретение относится к области электротехники. Электромашина содержит корпус, в полости которого размещен шихтованный сердечник статора, снабженный пазами, в которых размещены катушки обмотки.

Изобретение относится к сегментному ротору электрической машины. Техническим результатом является обеспечение улучшенного охлаждения ротора с сохранением простой конструкции.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении статора генератора. Техническим результатом является снижение трудоемкости при изготовлении статора за счет обеспечения возможности замены сквозных шпилек, расположенных ниже уровня фундамента пола, что не требует специального инструмента или подъем рамы, что делает такую замену легкой и экономически эффективной.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к явнополюсным асинхронным электродвигателям, и может быть применено в электроприводе, используемом в различных областях техники и быта.

Изобретение относится к вращающейся электрической машине, в частности к асинхронной машине двойного питания, предназначенной для работы в диапазоне мощности от 20 МВА до 500 МВА и более.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам с явновыраженными полюсами, в том числе к генераторам и двигателям. Предлагаемая электрическая машина с явновыраженными полюсами содержит узел вращающегося поля, имеющий изогнутый внешний диаметр и включающий один и более полюса ротора, обмотки и стержни для поддержки катушки, а также участок обмоток, который выступает за полюсы ротора, и, по меньшей мере, один колпак торцового витка, соединенный с узлом вращающегося поля и охватывающий стержни для поддержки катушки и участок обмоток, который выступает за полюсы ротора, так, чтобы сократить вентиляционные потери.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использавно во вращающейся электрической машине, в частности асинхронной электрической машине двойного питания в диапазоне мощности от 20 МВ·А до 500 МВ·А.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электродвигателям с постоянными магнитами, применяемым, например, в погружном электроприводе для подъема пластовой жидкости.

Статор // 2537791
Изобретение относится к электротехнике, ветроэнергетике, а именно к ветроэлектрогенераторам с вертикальной осью вращения. Технический результат состоит в повышении эффективности, которая обусловлена тем, что используются не только радиальные, но и торцевые зазоры.

Изобретение относится к электротехнике, к ветроэнергетике. Ротор сегментного электрогенератора содержит вал, ступицу, обод и магнитопроводы, выполненные в виде двух уголковых соединений полос, одно из которых размещено внутри другого.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высокооборотных электромашинах. Технический результат: эффективное охлаждение обмотки и сердечника статора, уменьшение массы и габаритов и повышение ресурса электромашин, в том числе работающих при повышенных и высоких частотах вращения. Конструктивно электромашина выполнена так, как указано в формуле изобретения. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх