Магнитоэлектрическая машина



Магнитоэлектрическая машина
Магнитоэлектрическая машина
Магнитоэлектрическая машина
Магнитоэлектрическая машина

 


Владельцы патента RU 2604051:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, в частности электрогенераторам переменного тока. Технический результат - повышение рабочего магнитного потока магнитоэлектрической машины. Магнитоэлектрическая машина содержит ротор с постоянными магнитами и статор, представляющий собой магнитопровод с пазами, в которых размещена трехфазная обмотка. Ротор от статора отделен воздушным зазором δ и представляет собой полый цилиндр, выполненный из ферромагнитного материала, на внешней боковой поверхности которого расположены постоянные магниты. Число магнитных полюсов ротора должно равняться числу магнитных полюсов трехфазной обмотки с током статора и удовлетворять выражению: 2р=n, где р - число пар полюсов машины; n - четное число. Трехфазная обмотка статора подключена к трехфазному выпрямительному блоку и соединена по схеме «звезда» или «треугольник». Постоянные магниты выполнены в форме стержней призматической формы и зафиксированы от перемещений на роторе крышками. 3 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, в частности электрогенераторам переменного тока, и может быть использовано в любой области науки и техники, где требуются автономные источники питания.

Классические асинхронные машины получили широкое распространение в сфере производства, применение их с целью получения электрической энергии затруднено из-за отсутствия в конструкции элементов, создающих магнитное поле.

Асинхронная машина имеет неподвижный статор, представляющий собой магнитопровод с пазами, в которых уложена трехфазная обмотка. Подвижный ротор располагается внутри статора и представляет собой также замкнутую трехфазную обмотку или металлическую замкнутую конструкцию, представляющую собой металлические стержни, соединенные с двух сторон проводником электрического тока по типу «беличья клетка». Описание конструкции асинхронной машины рассмотрено, например, в учебнике для вузов Копылов И.П. «Электрические машины», М.: Энергоатомиздат, 1986, - 360 с., стр. 154-159.

Указанная конструкция асинхронной машины, как правило, применяется только для целей преобразования электрической энергии в механическую энергию, так как в конструкции нет элементов для создания магнитного поля при отсутствии источника питания.

Наиболее близким устройством того же назначения по совокупности признаков является конструкция магнитоэлектрической машины [патент №151437от 10.04.2015 г.], которая содержит ротор с постоянными магнитами и неподвижный статор, представляющий собой магнитопровод с пазами, в которых размещена трехфазная обмотка, ротор с постоянными магнитами отделен от статора воздушным зазором δ и представляет собой цилиндр, выполненный из парамагнетика или диамагнетика, причем число полюсов ротора равно числу полюсов трехфазной обмотки статора и удовлетворяет выражению: 2р=n, где р - число пар полюсов машины, n - четное число; трехфазная обмотка статора подключена к трехфазному выпрямительному блоку и соединена по схеме «звезда» или «треугольник».

Указанная конструкция обладает следующими недостатками.

Ротор, на котором расположены постоянные магниты, представляет собой цилиндр из немагнитного материала (диамагнетика или парамагнетика), что приводит к уменьшению результирующего магнитного потока в зазоре из-за разомкнутой магнитной цепи, так как магнитный поток полюсов постоянных магнитов, обращенных к центру цилиндра, не замкнут из-за низкой магнитной проницаемости материала цилиндра (т.к. µ≈1). Кроме этого, указанная в прототипе конструкция ротора предполагает размещение на немагнитном роторе в отдельных отверстиях цилиндрических постоянных магнитов, что технически определяет промежутки между отверстиями и, как следствие, низкий коэффициент заполнения ротора источниками магнитного поля и низкую индуктированную ЭДС в обмотке. Для электрогенераторов одной из ключевых зависимостей, определяющих режим их работы, является зависимость выходного напряжения от тока потребителя, протекающего в обмотке статора.

Задачей заявляемой магнитоэлектрической машины является усовершенствование конструкции магнитной системы, позволяющей повысить рабочий магнитный поток магнитоэлектрической машины, а следовательно, повысить индуктированную ЭДС в обмотке статора.

Данный технический результат достигается тем, что в роторе магнитоэлектрической машины с постоянными магнитами и статором, представляющем собой магнитопровод с пазами, в которых размещена трехфазная обмотка, ротор от статора отделен технологическим воздушным зазором δ и представляет собой цилиндр с закрепленными на нем постоянными магнитами, причем число магнитных полюсов ротора должно равняться числу магнитных полюсов трехфазной обмотки с током статора и удовлетворять выражению:

2р=n,

где р - число пар полюсов машины;

n - четное число,

трехфазная обмотка статора подключена к трехфазному выпрямительному блоку и соединена по схеме «звезда» и «треугольник», согласно заявляемому техническому решению ротор представляет собой полый цилиндр, выполненный из ферромагнитного материала, на внешней боковой поверхности которого расположены постоянные магниты в форме стержней призматической формы. Магниты зафиксированы от перемещений на роторе крышками.

На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого ротора магнитоэлектрической машины.

На фиг. 2 представлено в цвете распределение электромагнитного поля полюсов магнитоэлектрической машины.

На фиг. 3 представлено в цвете электромагнитное поле магнитоэлектрической машины, создаваемое током, протекающим в обмотке статора магнитоэлектрической машины (потоком реакции), который приводит к уменьшению рабочего электромагнитного поля (поля полюсов) магнитоэлектрической машины, создаваемого постоянными магнитами.

Магнитоэлектрическая машина содержит корпус 1, статор 2, представляющий собой магнитопровод 3 с пазами, в которых размещена трехфазная обмотка 4, ротор 5 представляет собой полый цилиндр 6, выполненный из ферромагнитного материала (ферромагнитный цилиндр), на внешней боковой поверхности которого расположены постоянные магниты 7 в форме стержней призматической формы. Магниты 7 зафиксированы от перемещений на роторе 5 крышками. Ротор 5 от статора 2 отделен технологическим воздушным зазором δ, число магнитных полюсов ротора 5 должно равняться числу магнитных полюсов трехфазной обмотки с током статора 2 и удовлетворять выражению:

2р=n, где

р - число пар полюсов машины;

n - четное число.

Рассмотрим конкретный пример выполнения магнитоэлектрической машины, в которой расположение постоянных магнитов 7 на роторе 5 представлено тремя парами полюсов (2р=6), где конфигурация магнитного поля представляет собой замкнутые линии магнитного поля с шестью выраженными областями. Трехфазная обмотка может быть выполнена как однослойной, так и двухслойной. Описание размещения трехфазной обмотки в статоре рассмотрено, например, в учебнике для вузов [Копылов И.П. «Электрические машины», М.: Энергоатомиздат, 1986, - 360 с., стр. 159-162, или Григорьев В.Ф. «Обмотки якоря (статора) электрических машин»: метод. указания / В.Ф. Григорьев, А.В. Бунзя, Е.М. Азарова. - Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2012, - 34 с., стр. 23-33].

Корпус 1 магнитоэлектрической машины обычно отливают из алюминиевого сплава или чугуна. Сердечник статора 2 изготовлен шихтованным, набранным из отдельных статорных пластин. Между пластинами расположена изоляция, которая может быть выполнена, например, окалиной. Набор статорных пластин с изоляцией образуют пакет, который скрепляют сваркой или при помощи скоб.

Магнитоэлектрическая машина работает следующим образом.

Приводят во вращательное движение магнитоэлектрическую машину от внешнего двигательного устройства. На роторе 5 магнитоэлектрической машины расположены постоянные магниты 7, которые при вращении ротора 5 изменяют магнитный поток, пронизывающий витки трехфазной обмотки 4 статора 2 магнитоэлектрической машины. В замкнутом контуре трехфазной обмотки 4 статора 2 при изменении магнитного потока, проходящего через него, возникает электрический ток. Описание законов электромеханики приведено в учебно-методической литературе, например в учебнике для вузов Копылов И.П. «Электрические машины», М.: Логос, 2000, - 607 с., стр. 52-63.

Расчет магнитного поля магнитоэлектрической машины осуществляли программным комплексом «Elcut», позволяющим определить распределение магнитной индукции в области моделирования магнитной системы магнитоэлектрической машины, которое наглядно представлено на фиг. 2, на котором изображено уменьшение магнитной индукции электромагнитного поля от красного спектра к синему от 1,20 до 0,015 Тл. Заметно, что электромагнитное поле неоднородное, осесимметричное, что в конечном итоге и обеспечивает отсутствие результирующего радиального тягового усилия на ротор 5, что приводит к уменьшению усилия, необходимого для вращения ротора 5 внешним двигательным устройством (на фиг. 2 не показано). Наиболее насыщенная область магнитной индукции - это область ферромагнитного цилиндра 6 от 0,72 до 1,20 Тл.

Для каждой отдельной пары полюсов образуется магнитная цепь с технологическим воздушным зазором δ между магнитами и обмоткой. Отсутствие технологического воздушного зазора со стороны ротора 5 приводит к увеличению рабочего магнитного потока (потока, замыкаемого через трехфазную обмотку 4 статора 2) и в соответствии с законом электромагнитной индукции приводит к увеличению электродвижущей силы, наводимой в трехфазной обмотке 4 статора 2. В соответствии с результатами расчета в ферромагнитном цилиндре 6 ротора 5 максимальное значение магнитной индукции составляет 1,2 Тл. Магнитная индукция рабочего магнитного потока в области трехфазной обмотки 4 статора 2 составляет 0,8-1,0 Тл. Максимальное значение магнитной индукции в области трехфазной обмотки 4 статора 2 составляет не более 0,05 Тл. Уменьшение электромагнитного поля, создаваемого током, протекающим в обмотке статора (потоком реакции), приводит к уменьшению влияния на рабочий магнитный поток электромагнитной машины, создаваемый постоянными магнитами 7 (фиг. 3).

Указанная конструкция ротора позволяет повысить рабочий магнитный поток магнитоэлектрической машины, а следовательно, повысить индуктированную ЭДС в трехфазной обмотке статора.

Магнитоэлектрическая машина, содержащая ротор с постоянными магнитами и статор, представляющий собой магнитопровод с пазами, в которых размещена трехфазная обмотка, ротор от статора отделен воздушным зазором δ и представляет собой цилиндр с закрепленными на нем постоянными магнитами, причем число магнитных полюсов ротора должно равняться числу магнитных полюсов трехфазной обмотки с током статора и удовлетворять выражению:
2р=n,
где p - число пар полюсов машины;
n - четное число,
трехфазная обмотка статора подключена к трехфазному выпрямительному блоку и соединена по схеме «звезда» или «треугольник», отличающаяся тем, что ротор представляет собой полый цилиндр, выполненный из ферромагнитного материала, на внешней боковой поверхности которого расположены постоянные магниты в форме стержней призматической формы, причем постоянные магниты зафиксированы от перемещений на роторе крышками.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам с обмоткой, не содержащей железа. Электродвигатель (1), включающий в себя, по меньшей мере, первичную часть (2а, 2b) с обмоткой (3), не содержащей железа, которая содержит, по меньшей мере, две фазы (6), при этом одна фаза (6) включает в себя, по меньшей мере, два жгута (4) обмотки и, по меньшей мере, один электрический соединительный элемент (5), и вторичную часть (7а, 7b) с четным количеством магнитных полюсов (8), которые с чередованием расположены на вторичной части (7а, 7b), при этом обмотка (3) расположена на первичной части (2а, 2b) в воздушном зазоре (9) между первичной частью (2а, 2b) и вторичной частью (7а, 7b) по отношению к оси (10а, 10b) таким образом, что соответствующие жгуты (4) обмотки фазы (6) расположены напротив соответствующего магнитного полюса (8), и все магнитные полюса (8) выполнены с возможностью одновременного использования для образования усилия.

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к устройствам, использующимся в системах автономного электроснабжения. Технический результат - уменьшение потерь на вихревые токи и перемагничивание, механическая устойчивость на критических частотах.

Изобретение относится к герметизированным узлам статора, предназначенным для применения в двигателях с электрическим приводом, таких как двигатель компрессора с электроприводом.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических приводах транспортных средств. Техническим результатом является обеспечение высокого отношения частот вращения при постоянной мощности.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам. Технический результат - упрощение конструкции, повышение надежности и эффективности работы.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к бесконтактным электродвигателям с возбуждением от постоянных магнитов, и может быть использовано в качестве погружного электродвигателя.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам с модуляцией полюсов и внутренним ротором. Ротор содержит множество постоянных магнитов, расположенных по окружности вокруг продольной оси; множество аксиальных элементов, направляющих поток, каждый из которых выполнен с возможностью обеспечения, по меньшей мере, двумерного пути для магнитного потока; опорную конструкцию, содержащую внутренний трубчатый опорный элемент, расположенный внутри в радиальном направлении относительно множества постоянных магнитов; и, по меньшей мере, один наружный элемент, направляющий поток, выполненный с возможностью обеспечения пути, по меньшей мере, в радиальном направлении для магнитного потока, сгенерированного одним или более из множества постоянных магнитов.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к бесколлекторным электрическим машинам, в частности электрогенераторам постоянного тока, и может быть использовано в качестве автономного источника питания.

Настоящее изобретение относится к электрическим машинам, в частности к вращающимся или линейно-подвижным трехфазным машинам с поперечным магнитным потоком с конструкцией ротора или движителя в виде постоянного магнита.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромашиностроению, и может быть использовано при создании ротора из серийно выпускаемого короткозамкнутого ротора.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, и может быть использовано в устройствах электропривода с повышенными требованиями к пульсациям момента.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным высокомоментным синхронным двигателям и генераторам с неподвижным якорем и вращающимися магнитами, и может быть использовано в качестве ветрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов и в автономных энергоустановках.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к генераторам электричества. Технический результат - усовершенствование конструкции статора генератора.

Изобретение относится к ротору с постоянными магнитами для электрической машины и к системе фиксации этих магнитов в соответствующих гнездах. Технический результат - обеспечение простого в изготовлении ротора с надёжной фиксацией магнитов.

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к устройствам, использующимся в системах автономного электроснабжения. Технический результат - уменьшение потерь на вихревые токи и перемагничивание, механическая устойчивость на критических частотах.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к магнитоэлектрической генерации, использующей для вращения энергию воздушного потока. Ветроэлектрогенератор содержит постоянный магнит на роторе и одну индукционную катушку на статоре, и дополнен единичным сегментом генератора, который включает полый металлический цилиндр, внешняя поверхность которого выполнена с покрытием из неполярного диэлектрика, внутренний объем цилиндра разделен на рабочую зону и зону накопления заряда изолирующим диском, внутри зоны накопления заряда установлено устройство подачи отрицательного заряда на поверхность металлического цилиндра от слаботочного источника высокого напряжения, внутри рабочей зоны единичного сегмента генератора соосно цилиндру на изолирующем диске расположен конденсатор с внешней и внутренней обкладками, и трансформатор, первичная обмотка которого одним концом соединена с внутренней поверхностью рабочей зоны цилиндра единичного сегмента, другим - с внешней обкладкой конденсатора, индукционная катушка расположена вне рабочей зоны единичного сегмента генератора, внутренняя обкладка конденсатора соединена с одним из концов обмотки индукционной катушки, второй конец обмотки индукционной катушки выполнен свободным и изолирован неполярным диэлектриком, концы вторичной обмотки трансформатора выведены через изолирующий диск и зону накопления заряда за пределы цилиндра и подключены к клеммам нагрузки.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам с принудительным охлаждением. Электрическая машина с ротором, расположенным внутри статора с возможностью вращения, имеет множество постоянных магнитов, вмещенных в сердечник ротора.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкции сердечников ротора с постоянными магнитами, и способу производства электрических машин. Сердечник ротора состоит из стальных пластин и содержит множество участков магнитных полюсов.

Группа изобретений относится к устройству для генерирования электрического тока бесконтактным способом, осветительной системе и велосипеду, снабженному указанной осветительной системой.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к бесконтактным электромагнитным редукторам, которые содержат корпус с установленными в нем статором, первым и вторым роторами, жестко установленными на входном и выходном валах, при этом первый ротор выполнен в виде ферромагнитной беличьей клетки, стержни которой, вставленные в кольца из немагнитного и неэлектропроводящего материала, образуют зубцы этого ротора, а второй ротор, расположенный внутри первого, выполнен в виде зубчатого магнитопровода, причем статор, стержни зубцов первого ротора и второй ротор выполнены шихтованными из ферромагнитной тонколистовой стали.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - обеспечение отказоустойчивой конструкции машины. Статор с магнитоизолированными фазами для машины, имеющей некоторое количество электрических фаз, содержит по меньшей мере одну фазную секцию статора по меньшей мере с двумя зубцами статора, по меньшей мере один паз обмотки, имеющий угловое расстояние между по меньшей мере двумя зубцами статора, и по меньшей мере одну магнитно неактивную область, имеющую угловое расстояние, равное по меньшей мере одному угловому расстоянию паза обмотки, умноженному на величину, обратную количеству электрических фаз. Магнитно неактивная область предохраняет постоянное магнитное поле от совместного использования несколькими фазными секциями статора. 3 н. и 88 з.п. ф-лы, 2 табл., 40 ил.
Наверх