Беспазовый магнитопровод статора электромеханических преобразователей энергии из аморфного железа с минимальным влиянием вихревых токов (варианты)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромеханических преобразователях энергии автономных объектов. Техническим результатом является повышение надежности, энергоэффективности и минимизация тепловыделений электромеханических преобразователей энергии, повышение кпд на 1-2%, а также снижение потерь в магнитопроводе создаваемыми полями лобовых частей. Беспазовый магнитопровод статора электромеханических преобразователей энергии из аморфного железа с минимальным влиянием вихревых токов содержит катушечные группы, установленные на беспазовом магнитопроводе статора, выполненного в виде полого цилиндра, во внутренней части которого смонтирован ротор. Полый цилиндр беспазового магнитопровода статора выполнен витым из тонкой нити аморфного железа, на внутренние и внешние стенки которого смонтированы катушечные группы в виде тороидальных обмоток. По второму варианту полый цилиндр беспазового магнитопровода статора состоит из трех частей. Средняя часть выполнена витой их ленты аморфного железа, а торцы беспазового магнитопровода выполнены витыми из тонкой нити аморфного железа. Длина торцевых частей равна глубине проникновения магнитного потока, исходящего от лобовых частей. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в электромеханических преобразователях энергии автономных объектов.

Известна торцевая электрическая машина (патент РФ №2246168, МПК Н02К 21/24, опубл. 10.02.2005 г.), включающая статор с обмоткой, закрепленный в корпусе, обращенный рабочими поверхностями к двум дискообразным роторам, расположенным с двух сторон от статора, установленным в подшипниках качения, статор выполнен из двух половин, в каждой из которых залит компаундом автономный зубцовый слой, распределенная обмотка в виде обмоточных модулей и ярмо, навитое из стальной ленты, установленных по разные стороны этого диска, причем с обеих сторон диска выполнены центрирующие пояски, на которых сцентрированы пластины обмоточных модулей, а на дисках двух роторов со стороны рабочих поверхностей статора выполнены по два центрирующих пояска, между которыми смонтированы постоянные магниты, полюсные наконечники которых имеют форму пластины с уменьшающимся к краям сечением.

Недостатком торцевой электрической машины является технологическая сложность в изготовлении, ограниченные функциональные возможности, высокие потери на перемагничивание и вихревые токи.

Известна торцевая электрическая машина (патент РФ №2313888, МПК Н02К 21/24, Н02К 21/12, Н02К 16/02, опубл. 27.12.2007 г.), содержащая статор, включающий диск, закрепленный в корпусе, и обмоточные модули, обращенные рабочими поверхностями к соответствующим дискообразным роторам с короткозамкнутыми обмотками, расположенным с двух сторон от статора и установленным в подшипниках качения, в диске статора выполнены прорези под обмоточные модули, края которых (отгибы) у двух соседних прорезей направлены в одну сторону диска, а у двух следующих прорезей - в противоположную, в которых обмоточные модули размещены таким образом, что между двумя пакетами пластин одного обмоточного модуля расположены по одному пакету пластин двух соседних обмоточных модулей с противоположной стороны диска, кроме того, на диске статора в промежутках между прорезями под обмоточные модули в радиальном направлении выполнены щелевидные прорези.

Недостатком торцевой электрической машины является технологическая сложность в изготовлении, ограниченные функциональные возможности, высокие потери на перемагничивание и вихревые токи.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является торцевая электрическая машина (А.с. СССР №462255, МПК Н02К 17/02, Н02К 5/04, опубл. 28.02.1975 г.), содержащая беспазовый статор, набранный из катушечных групп, активная часть которых выполнена из чередующихся между собой проводников обмотки и отделенных слоем изоляции листовых ферромагнитных элементов, остов статора, на котором укреплены активные части катушечных групп и два ротора, расположенные по разные стороны статора, причем остов статора выполнен из материала с большим электрическим сопротивлением и имеет посадочные места для установки в них катушечных групп.

Недостатком торцевой электрической машины является технологическая сложность в изготовлении, ограниченные функциональные возможности, высокие потери на перемагничивание и вихревые токи.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей беспазового магнитопровода статора электромеханических преобразователей энергии (ЭМПЭ) из нити аморфного железа, благодаря повышению выходной мощности при неизменных массогабаритных показателях, повышение эффективности и удельных показателей беспазового магнитопровода статора из нити аморфного железа в составе электромеханических преобразователей энергии.

Техническим результатом является повышение надежности, энергоэффективности и минимизация тепловыделений электромеханических преобразователей энергии, повышение КПД ЭМПЭ на 1-2%, а также снижение потерь в магнитопроводе создаваемыми полями лобовых частей ЭМПЭ.

Поставленная задача по первому варианту решается и указанный технический результат достигается тем, что в беспазовом магнитопроводе статора электромеханических преобразователей энергии из аморфного железа с минимальным влиянием вихревых токов, содержащим катушечные группы, установленные на беспазовом магнитопроводе статора, выполненного в виде полого цилиндра, во внутренней части которого смонтирован ротор, согласно изобретению полый цилиндр беспазового магнитопровода статора выполнен витым из тонкой нити аморфного железа, а на внутренние и внешние стенки полого цилиндра беспазового магнитопровода статора смонтированы катушечные группы в виде тороидальных обмоток.

Поставленная задача по второму варианту решается и указанный технический результат достигается тем, что в беспазовом магнитопроводе статора электромеханических преобразователей энергии из аморфного железа с минимальным влиянием вихревых токов, содержащим катушечные группы, установленные на беспазовом магнитопроводе статора, выполненного в виде полого цилиндра, во внутренней части которого смонтирован ротор, согласно изобретению полый цилиндр беспазового магнитопровода статора состоит из трех частей, средняя часть выполнена витой их ленты аморфного железа, а торцы беспазового магнитопровода выполнены витыми из тонкой нити аморфного железа, причем длина торцевых частей равна глубине проникновения магнитного потока, исходящего от лобовых частей ЭМПЭ, а на внутренние и внешние стенки полого цилиндра беспазового магнитопровода статора смонтированы катушечные группы в виде тороидальных обмоток.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 и на фиг. 2 показан 3-D вид беспазового магнитопровода статора электромеханических преобразователей энергии из аморфного железа с минимальным влиянием вихревых токов, для первого и второго вариантов соответственно, на фиг. 3 показан продольный разрез предложенной конструкции по варианту 1, на фиг. 4 показан продольный разрез предложенной конструкции по варианту 2.

Предложенное устройство по первому варианту содержит (фиг. 2) полый цилиндр 1, который образует беспазовый магнитопровод статора, выполненный витым из тонкой нити аморфного железа, с целью минимизации потерь на вихревые токи в активной части и в лобовых частях беспазового магнитопровода статора. На внутренние и внешние стенки полого цилиндра 1 установлены катушечные группы 2, в виде тороидальных обмоток. Полый цилиндр 1 и катушечные группы 2 залиты эпоксидным клеем, для обеспечения механической прочности. Внутри полого цилиндра 1 установлен магнитоэлектрический ротор 3 электромеханического преобразователя энергии.

Предложенное устройство по второму варианту содержит (фиг. 3) полый цилиндр 1, который состоит из трех частей, средняя часть выполнена витой их ленты аморфного железа 2, а торцы беспазового магнитопровода выполнены витыми из тонкой нити аморфного железа 3. На внутренних и внешних стенках полого цилиндра беспазового магнитопровода статора установлены катушечные группы в виде тороидальных обмоток 4. Полый цилиндр 1, катушечные группы 4 залиты эпоксидным клеем, для обеспечения механической прочности. Внутри полого цилиндра 1 установлен магнитоэлектрический ротор 5 электромеханического преобразователя энергии.

Предложенное устройство по первому варианту работает следующим образом: при вращении ротора 3, по полому цилиндру 1, выполненному из нити аморфного железа, протекает магнитный поток возбуждения. При этом по закону электромагнитной индукции в катушечных группах 2 наводится электродвижущая сила, величина которой зависит от числа витков обмотки, частоты вращения ротора 1 и магнитного потока возбуждения. При подключении нагрузки в катушечных группах 2 начинает протекать ток, при этом создаются тепловые потери в катушечных группах 2, обусловленные током в катушечных группах 2 и их активным сопротивлением, а также потери на вихревые токи, обусловленные частотой вращения ротора, размерами обмотки и ее удельным сопротивлением, тепловые потери в полом цилиндре 1, обусловленные величиной магнитного потока возбуждения, массой полого цилиндра 2 и удельными потерями материала нити аморфного железа - материала полого цилиндра 1, потери энергии на трение ротора 3 с воздухом, обусловленные частотой вращения ротора 3, его геометрическими размерами, температурой воздуха и давлением в зазоре между ротором 1 и полом роторе 3. Мощность, затрачиваемая на нагрев полого цилиндра вихревыми токами, снижает КПД электромеханических преобразователей энергии. Чтобы уменьшить мощность вихревых токов, в прототипе увеличивают электрическое сопротивление магнитопровода, для этого магнитопровод статора набирают из отдельных тонких листов, изолированных друг от друга с помощью лака или окалины. Однако путь вихревых токов, индуцируемых в тонких листах, пролегает по всему поперечному сечению листа. Для минимизации потерь на вихревые токи, т.е. минимизацию путей вихревых токов в магнитопроводе статора - полом цилиндре 1, полый цилиндр 1 выполняют витым из тонкой изолированной нити аморфного железа (фиг. 2). Кроме того, материал аморфное железо обладает минимально возможными удельными потерями на перемагничивание и вихревые токи (0,1-1 Вт/кг). В совокупности, тем самым снижают потери, создаваемые полями рассеяния в лобовых частях, и удельные потери в беспазовом магнитопроводе статора. Для обеспечения механической прочности, конструкцию из полого цилиндра 1 и катушечных групп 2 заливают эпоксидным клеем.

Предложенное устройство по второму варианту работает следующим образом: при вращении ротора 5, по полому цилиндру 1, выполненному из нити аморфного железа, протекает магнитный поток возбуждения. При этом по закону электромагнитной индукции в катушечных группах 4 наводится электродвижущая сила, величина которой зависит от числа витков обмотки, частоты вращения ротора 1 и магнитного потока возбуждения. При подключении нагрузки в катушечных группах 4 начинает протекать ток, при этом создаются тепловые потери в катушечных группах 4, обусловленные наличием тока в них и их активным сопротивлением, а также потери на вихревые токи, обусловленные частотой вращения ротора, размерами обмотки и ее удельным сопротивлением, тепловые потери в полом цилиндре 1, обусловленные величиной магнитного потока возбуждения, массой полого цилиндра 1 и удельными потерями материала нити аморфного железа - материала полого цилиндра 1, потери энергии на трение ротора 5 с воздухом, обусловленные частотой вращения ротора 5, его геометрическими размерами, температурой воздуха и давлением в зазоре между ротором 1 и полом роторе 3. Мощность, затрачиваемая на нагрев полого цилиндра вихревыми токами, снижает КПД электромеханических преобразователей энергии. Чтобы уменьшить мощность вихревых токов, в прототипе увеличивают электрическое сопротивление магнитопровода, для этого магнитопровод статора набирают из отдельных тонких листов, изолированных друг от друга с помощью лака или окалины. Однако путь вихревых токов, индуцируемых в тонких листах, пролегает по всему поперечному сечению листа. Особенно негативное влияние вихревых токов, исходящих от полей рассеивания, присутствует в лобовых частях беспазового магнитопровода, выполненного в виде цилиндра 1. Негативное влияние вихревых токов в активное длине полого цилиндра 1 не столь высоко, как в лобовых частях, в частях с торцов полого цилиндра 1. Поэтому авторами предлагается разделить полый цилиндр 1 на три части: две торцевые 3 и среднюю часть 2. Средняя часть 2 выполнена витой их ленты аморфного железа, а торцы 3 беспазового магнитопровода (полого цилиндра 1) выполнены витыми из тонкой нити аморфного железа, с целью минимизации потерь на вихревые токи в лобовых частях полого цилиндра 1, причем длина торцевых частей 3 равна глубине проникновения магнитного потока, исходящего от лобовых частей ЭМПЭ, а уже на внутренние и внешние стенки полого цилиндра монтируются катушечные группы в виде тороидальных обмоток 4, вся описанная конструкция залита эпоксидным клеем, с целью обеспечения механической прочности.

Итак, заявляемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности, повысить выходную мощность при неизменных массогабаритных показателях и повысить удельные показатели электромеханических преобразователей энергии и снизить негативное влияние вихревых токов на работу ЭМПЭ.

1. Беспазовый магнитопровод статора электромеханических преобразователей энергии из аморфного железа с минимальным влиянием вихревых токов, содержащий катушечные группы, установленные на беспазовом магнитопроводе статора, выполненного в виде полого цилиндра, во внутренней части которого смонтирован ротор, отличающийся тем, что полый цилиндр беспазового магнитопровода статора выполнен витым из тонкой нити аморфного железа, а на внутренние и внешние стенки полого цилиндра беспазового магнитопровода статора смонтированы катушечные группы в виде тороидальных обмоток.

2. Беспазовый магнитопровод статора электромеханических преобразователей энергии из аморфного железа с минимальным влиянием вихревых токов, содержащий катушечные группы, установленные на беспазовом магнитопроводе статора, выполненного в виде полого цилиндра, во внутренней части которого смонтирован ротор, отличающийся тем, что полый цилиндр беспазового магнитопровода статора состоит из трех частей, средняя часть выполнена витой из ленты аморфного железа, а торцы беспазового магнитопровода выполнены витыми из тонкой нити аморфного железа, причем длина торцевых частей равна глубине проникновения магнитного потока, исходящего от лобовых частей электромеханического преобразователя энергии, а на внутренние и внешние стенки полого цилиндра беспазового магнитопровода статора смонтированы катушечные группы в виде тороидальных обмоток.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам. Технический результат - снижение потерь в стали сердечника и в меди обмотки.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – улучшение соединения роторного вала и сердечника.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к статору электрической машины. Технический результат – улучшении качества изоляции и теплоотвода, повышение технологичности изготовления обмотки.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована в линейных электродвигателях. Маховик содержит корпус из немагнитного материала, внутри которого выполнена камера, содержащая магнитную жидкость в коллоидном состоянии.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – эффективное охлаждение сердечника ротора.

Изобретение относится к ротору электродвигателя. Ротор (3) электродвигателя содержит магнитопровод (4), закрепленные на нем по окружности магниты (5) и провод (6), намотанный соприкасающимися витками на магнитопровод (4) и магниты (5).

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромашиностроении при производстве электродвигателей. Техническим результатом является повышение мощности, механического момента, к.п.д.

Использование: изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высокоскоростных электрических машинах. Технический результат: повышение надежности ротора, снижение добавочных потерь.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ротор сегментного ветроэлектрогенератора содержит вал, ступицу, П-образные магнитопроводы.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в агрегатах и приводных механизмах с быстрым и точным автоматическим остановом при работе приводного электродвигателя в одном направлении, т.е.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к композициям для изготовления покрытий на электротехнических сталях для магнитопроводов электрических машин и аппаратов.
Изобретение относится к области производства материалов с особыми физическими свойствами и может быть использовано при изготовлении высокочувствительных датчиков магнитного поля.

Изобретение относится к магнитным элементам, используемым в устройствах автоматики, электроники и вычислительной техники, например бесконтактным переключателям, бесконтактным датчикам первичной информации в запирающих устройствах, счетчикам, кнопкам, для концевиков и т.д.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – повышение надежности ротора. Ротор электрической машины содержит сердечник и намагниченные в радиальном направлении постоянные магниты чередующейся полярности. Ротор выполнен сборным и состоит из пакета стянутых аксиальными шпильками и зафиксированных штифтами магнитных блоков. Каждый из магнитных блоков представляет собой диск из ферромагнитного (магнитопроводящего) материала, на периферии которого установлены и зафиксированы бандажом, представляющим собой полый цилиндр из неферромагнитного материала, намагниченные в радиальном направлении постоянные магниты чередующейся полярности. По торцам пакета магнитных блоков установлены валы с подшипниковыми шейками. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к ротору синхронной реактивной электрической машины. Технический результат – улучшение пусковых свойств. Ротор (10) работающей непосредственно в сети электроснабжения синхронной реактивной электрической имеет ось (7). Указанный ротор (10) по меньшей мере на отдельных участках снабжен аксиально шихтованными пластинами (13). Ротор (10) выполнен как реактивный ротор, имеющий заданное число полюсов, образованных посредством участков (15), проводящих поток, и, в частности, немагнитных барьерных участков (16) для потока отдельных пластин. Дополнительно ротор (10) имеет по меньшей мере одну клетку, образованную проходящими по существу аксиально электрическими проводниками, которые на каждой торцевой стороне ротора соединены короткозамыкающими кольцами (14). Проходящие аксиально проводники (19) находятся в радиально внешней области по меньшей мере отдельных расположенных по существу аксиально друг за другом барьерных участков (16) для потока, причем количеством использованного проводящего материала определяется внутренний диаметр (21) проводящих стержней обмотки. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области электромашиностроения. Ротор торцевой содержит вал с проводящим диском и замыкающим магнитопроводом. Замыкающий магнитопровод выполнен в виде основных полых с внутренней резьбой болтов, а также дополнительных болтов, причем между основными и дополнительными болтами установлены немагнитные резьбовые втулки. Изобретение направлено на снижение нагрева болтов. 2 ил.

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Технический результат направлен на обеспечение максимальной эффективности трансформации тепловой энергии в электроэнергию при неравномерном подводе тепла к теплообменнику. Тепловая энергия от топки, лучистая энергия солнца и т.д. подводятся к теплообменнику и нагревают воздух во внутренней полости теплообменника. Система управления отслеживает величину температуры и давления воздуха в теплообменнике. В момент времени, когда температура и давление воздуха в теплообменнике достигнут введенного в систему управления предела максимальной величины давления и температуры воздуха, система управления открывает впускной клапан цилиндра. Максимальная величина давления и температуры воздуха в теплообменнике выбирается из соображения прочностных характеристик материала теплообменника. Воздух из теплообменника через впускной клапан цилиндра поступает в рабочую полость поршня. Под действием воздуха поршень начинает движение из исходной точки движения в конечную точку движения. Из компрессорной полости поршня воздух через обратный клапан пневмоаккумулятора заряжает пневмоаккумулятор. Магнитный поток статорного магнита линейного электрогенератора замыкается через якорь линейного электрогенератора. В результате движения якоря линейного электрогенератора площадь поверхности якоря линейного электрогенератора и примыкающей к якорю линейного электрогенератора площади поверхности статорного магнита линейного электрогенератора уменьшается. Соответственно изменяется магнитный поток в якоре линейного электрогенератора и статорном магните линейного электрогенератора, и в катушке линейного электрогенератора генерируется импульс электроэнергии. В момент времени прибытия поршня в конечную крайнюю точку движения система управления закрывает впускной клапан цилиндра и открывает выпускной клапан цилиндра. Якорь линейного электрогенератора притягивается к противоположному полюсу статорного магнита линейного электрогенератора. В результате поршень движется в исходное для генерирования очередного импульса электроэнергии положение. Отработавший воздух из рабочей полости поршня через открытый выпускной клапан цилиндра вытесняется в атмосферу, а через обратный клапан цилиндра воздух из атмосферы засасывается в компрессорную полость поршня. Одновременно система управления открывает клапан пневмоаккумулятора и воздух из пневмоаккумулятора поступает в теплообменник, в котором происходит очередной цикл нагрева воздуха до температуры и давления, при котором температура и давление воздуха в теплообменнике достигнут введенного в систему управления предела максимальной величины давления и температуры воздуха. После чего цикл генерирования импульса электроэнергии повторяется. 1 ил.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэлектрогенераторам с преимущественно тихоходными колесами. Технический результат состоит в повышении технологичности и повышении эффективности. В статоре электрогенератора сегментного типа, содержащем магнитопровод с полюсами и катушку, источник магнитного поля и крепежные элементы, магнитопровод выполнен в виде трубы, внутри которой размещена дополнительная катушка. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении частоты вращения и ресурса ввиду отсутствия механической передачи, а также обеспечения возможности использования наружной поверхности ротора в качестве ступицы электромобиля, ротора гидрогенератора или ветрогенератора. Электромашина содержит шихтованный сердечник статора с пазами на внешней стороне, в которых уложены катушки обмотки. Соосно ротору с возможностью вращения относительно него размещен промежуточный ротор, в цилиндрической полости которого с зазором установлен статор. Ротор выполнен в виде соосного цилиндрическому валу диска, по периферии которого выполнена цилиндрическая обечайка, параллельная поверхности цилиндрического вала, на поверхности которого надеты и зафиксированы от продольного перемещения подшипники качения. На них оперта цилиндрическая часть корпуса электромашины, один торец которой снабжен плоским кольцом, внешняя часть которого выполнена с внешним и внутренним кольцевыми выступами. На внешней поверхности цилиндрической части корпуса смонтирован шихтованный сердечник статора с обмоткой. На противоположный торец цилиндрической части корпуса надет и уперт в сердечник статора своим внутренним кольцевым выступом торцевой щит корпуса, внешняя кромка которого выполнена со вторым кольцевым буртиком, на который и на внутренний кольцевой выступ корпуса надеты подшипники качения. На них же оперта цилиндрическая немагнитная втулка промежуточного ротора на внутренней поверхности которой смонтирована магнитная система. На внутренней поверхности цилиндрической обечайки ротора закреплен его шихтованный сердечник, в цилиндрической полости которого смонтирована магнитная система, в цилиндрической полости которой с зазором размещены полюса магнитной передачи из материала с высокой магнитной проницаемостью, чередующиеся с немагнитными вставками. Обе указанные магнитные системы намагничены, например, по схеме Хальбаха. Торцы названных элементов жестко скреплены с обращенной к ним поверхностью внешнего кольцевого выступа корпуса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромеханических преобразователях энергии автономных объектов. Техническим результатом является повышение надежности, энергоэффективности и минимизация тепловыделений электромеханических преобразователей энергии, повышение кпд на 1-2, а также снижение потерь в магнитопроводе создаваемыми полями лобовых частей. Беспазовый магнитопровод статора электромеханических преобразователей энергии из аморфного железа с минимальным влиянием вихревых токов содержит катушечные группы, установленные на беспазовом магнитопроводе статора, выполненного в виде полого цилиндра, во внутренней части которого смонтирован ротор. Полый цилиндр беспазового магнитопровода статора выполнен витым из тонкой нити аморфного железа, на внутренние и внешние стенки которого смонтированы катушечные группы в виде тороидальных обмоток. По второму варианту полый цилиндр беспазового магнитопровода статора состоит из трех частей. Средняя часть выполнена витой их ленты аморфного железа, а торцы беспазового магнитопровода выполнены витыми из тонкой нити аморфного железа. Длина торцевых частей равна глубине проникновения магнитного потока, исходящего от лобовых частей. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх