Электрическая машина
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования механической энергии в электрическую, а также служить приводом для различных механизмов. Сущность изобретения: электрическая машина состоит из статора и ротора. Статор содержит корпус, выполненный из немагнитного материала, на котором неподвижно установлены и распределены по окружности магнитопроводы, выполненные из пластин электротехнической стали. На магнитопроводах, расположены обмотки статора. Для возможности вращения, ротор, при помощи подшипников, установлен на корпус статора. Ротор выполнен из немагнитного материала. Для возможности регулирования магнитного потока возбуждения на ротор установлены обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения представляют собой магнитопроводы, на которые намотан проводник. Между магнитопроводами обмоток возбуждения, для уменьшения взаимодействия между собой, имеются вставка из немагнитного материала. Концы проводника обмотки возбуждения соединены с контактными кольцами так, чтобы полюса намагниченности двух соседних магнитопроводов обмоток возбуждения противоположны. Для возможности вращения обмоток возбуждения, установленных на роторе, через магнитопроводы, между полюсами магнитопроводов и полюсами магнитопроводов обмоток возбуждения имеется воздушный зазор.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования механической энергии в электрическую, а также служить приводом для различных механизмов.
Известна электрическая моментная машина с постоянными магнитами /RU 72366 U1 МПК Н02К 26/00, от 10.04.2008 г./, содержащая статор с тороидальным магнитопроводом и кольцевой обмоткой, два диска ротора, установленных на немагнитном валу и имеющих постоянные магниты со встречной осевой намагниченностью, отличающаяся тем, что в эту машину дополнительно введены радиально намагниченные постоянные магниты, закрепленные на внутренней цилиндрической поверхности магнитопровода ротора, который выполнен П-образным, в поперечном сечении дополнительные постоянные магниты обращены к торцевым и к радиальным сторонам торцевой обмотки статора и имеют одинаковую полярность, П-образный магнитопровод ротора выполнен разъемным, в разъем которого введено магнитопроводящее кольцо, а дополнительные постоянные магниты отделены друг от друга немагнитным материалом, магнитопровод статора выполнен составным, в котором внешний тороидальный магнитопровод намотан из ленточной стали, внутренний магнитопровод набран из штампованных колец, а обе эти части объединены изоляционным материалом в единый неразъемный магнитопровод статора.
Известен также магнитный генератор /RU 2169423 С1 МПК7 Н02К 21/12, от 18.01.2000 г./, содержащий рабочие обмотки и сердечники статора, неподвижно установленные в корпусе и равномерно распределенные по окружности, ротор с валом, отличающийся тем, что сердечники рабочей обмотки статора состоят из магнитопровода и постоянного магнита, образующих замкнутый магнитный поток и зазор для перемещения в нем экранов, закрепленных на торцах выполненного из немагнитного материала ротора постоянных магнитов, экраны обеспечивают усиливающий эффект переключения магнитного потока постоянных магнитов статора на постоянные магниты ротора, при этом постоянные магниты ротора и статора по магнитному полю сориентированы разнополярно, а по количеству отличаются на единицу.
Недостатком данных генераторов является невозможность регулирования магнитного потока ротора, так как на ротор установлены постоянные магниты, и как следствие не возможность регулировать основные характеристики электрической машины, например КПД и напряжение.
Наиболее близким по технической сущности является магнитный генератор /RU 2169423 С1 МПК7 Н02К 21/12, от 18.01.2000 г./, содержащий рабочие обмотки и сердечники статора, неподвижно установленные в корпусе и равномерно распределенные по окружности, ротор с валом, отличающийся тем, что сердечники рабочей обмотки статора состоят из магнитопровода и постоянного магнита, образующих замкнутый магнитный поток и зазор для перемещения в нем экранов, закрепленных на торцах выполненного из немагнитного материала ротора постоянных магнитов, экраны обеспечивают усиливающий эффект переключения магнитного потока постоянных магнитов статора на постоянные магниты ротора, при этом постоянные магниты ротора и статора по магнитному полю сориентированы разнополярно, а по количеству отличаются на единицу.
Задачей изобретения является создание электрической при осуществлении которой достигается технический результат, заключающийся в регулировании магнитного потока ротора, для изменения ее характеристик.
Технический результат достигается тем, что в заявляемом изобретении магнитная система статора выполнена в виде магнитопроводов, на которые намотаны обмотки, магнитопроводы равномерно распределены по окружности и неподвижно установлены на корпусе статора, ротор выполнен из не магнитного материала, на ротор установлены обмотки возбуждения, причем обмотки возбуждения присоединены к контактным кольцам так, что полюса намагниченности двух рядом установленных магнитопроводов обмоток возбуждения противоположны, между полюсами магнитопроводов статора и полюсами магнитопроводов обмоток возбуждения имеется воздушный зазор, между магнитопроводами обмоток возбуждения имеется вставка из немагнитного материала.
Таким образом, в заявляемом изобретении в сравнении с прототипом, на ротор электрической машины вместо постоянных магнитов установлена обмотка возбуждения. Для возможности подачи напряжения на обмотку возбуждения на ротор устанавливаются контактные кольца со щетками. Магнитная система статора выполнена в виде магнитопроводов через которые вращается обмотка возбуждения.
На фиг.1 - изображена электрическая машина в продольном разрезе (условно).
На фиг.2 - изображены ротор и обмотки статора электрической машины, вид спереди.
На фиг.3 - схематично показан момент времени замкнутого магнитного потока через магнитопровод одной обмотки статора, в первом положении «SN», во втором «NS».
На фиг.4 - изображены ротор и обмотки статора электрической машины, вид в пространстве.
На фиг.5 - изображена часть разреза ротора.
На фиг.6 - изображено взаимодействие магнитных полюсов статора и ротора.
На фиг.1 изображено: корпус 1, магнитопроводы 2, обмотки 3 статора, подшипники 4, ротор 5, обмотки возбуждения 6, контактные кольца 7, электрические щетки 8.
На фиг.2 изображено: магнитопроводы 2, обмотки 3 статора, ротор 5, обмотки возбуждения 6, контактные кольца 7, электрические щетки 8.
На фиг.3 изображено: магнитопроводы 2, обмотки 3 статора, обмотки 6 возбуждения.
На фиг.4 изображено: магнитопроводы 2, обмотки 3 статора, ротор 5, обмотки возбуждения 6, контактные кольца 7, электрические щетки 8, стрелкой показано направление вращения ротора.
На фиг.5 изображено: ротор 5, обмотки 6 возбуждения.
На фиг.6 изображено: магнитопроводы 2, обмотки возбуждения 6, волнистой линией показаны упругие силы взаимодействие магнитных полюсов магнитопроводов 2 и магнитных полюсов обмоток 6 возбуждения.
Электрическая машина состоит из статора и ротора. Статор содержит корпус 1 (фиг.1), выполненный из немагнитного материала, например дюралюминий, на котором неподвижно установлены и равномерно распределены по окружности магнитопроводы 2 (фиг.1, 2, 4), выполненные из пластин электротехнической стали. На магнитопроводах 2 (фиг.1, 2, 4) установлены обмотки 3 статора (фиг.1, 2, 3, 4). Обмотки 3 статора соединены между собой последовательно или параллельно, в зависимости от технических условий, например требуемого ЭДС или тока. Для возможности вращения ротор 5 при помощи подшипников 4 установлен на корпус 1 статора (фиг.1). Ротор 5 выполнен из немагнитного материала, например дюралюминий, бронза и другие. Для возможности регулирования магнитного потока возбуждения на ротор 5 установлены обмотки 6 возбуждения (фиг.1, 2, 4, 5). Обмотки 6 возбуждения представляют собой магнитопроводы, на которые намотан проводник. Магнитопроводы обмоток 6 возбуждения, для уменьшения взаимодействия между собой, разделены вставкой L из немагнитного материала, например дюралюминий (фиг.5). Для возможности подачи напряжения проводники обмотки 6 возбуждения присоединены к контактным кольцам 7, по которым скользят электрические щетки 8 (фиг.1, 2, 4). Концы проводника обмотки 6 возбуждения соединены с контактными кольцами 7 так, чтобы полюса намагниченности двух рядом установленных магнитопроводов обмоток 6 возбуждения были противоположны (фиг.2, 4, 5). Для возможности перемещения обмоток 6 возбуждения, установленных на роторе 5 через магнитопроводы 2, между полюсами магнитопроводов 2 и полюсами магнитопроводов обмоток 6 возбуждения имеется воздушный зазор D (фиг.1, 3).
Электрическая машина работает следующим образом.
В генераторном режиме при вращении ротора 5, как показано стрелкой (фиг.2), в магнитопроводах 2, служащих для замыкания разнонаправленных магнитных потоков Ф1 и Ф2 (направление которых показано на фиг.З от S полюса к N обмоток 6 возбуждения), создается переменный магнитный поток Ф, равный алгебраической сумме магнитных потоков Ф1 и Ф2. Под воздействием магнитного потока Ф по закону электромагнитной индукции, в обмотках 3 статора будет наводится ЭДС(электродвижущая сила) равная:
где с - конструктивный коэффициент, Ф - магнитный поток создаваемый ротором, Вб, 
- частота индуктируемых в обмотках ЭДС, Гц, которая находится по формуле:
где р - число пар полюсов обмотки 6 возбуждения ротора, n - обороты вращения ротора, об/мин.
Из формулы 1 видно, что ЭДС статора есть функция Е(Ф), при -const, a магнитный поток в свою очередь функция от тока ротора Ф(IP). Таким образом, изменяя величину тока IP, мы изменяем магнитный поток Ф и как следствие можем добиться нужной нам ЭДС.
В двигательном режиме электрическая машина работает следующим образом.
Принцип действия электрической машины в двигательном режиме основан на взаимодействии магнитного поля полюсов магнитопроводов 2 статора и магнитного поля полюсов магнитопроводов обмотки 6 возбуждения.
При подаче переменного напряжения на обмотки 3 статора, полюса магнитопроводов 2 намагничиваются. На обмотки 6 возбуждения подается постоянное напряжение. Одноименные полюса намагниченности магнитопроводов 2 и магнитопроводов обмоток 6 возбуждения начинают отталкиваться. Между полюсами S (или N) магнитопроводов 2 и полюсом N (или S) магнитопроводов обмоток 6 возбуждения возникают упругие силы взаимодействия, как показано волнистыми линиями (фиг.6). В результате чего полюса магнитопроводов обмоток 6 возбуждения начинают притягиваться к полюсам магнитопроводов 2 статора, и ротор 5 приходит в движение, как показано стрелкой (фиг.6), со скоростью равной:
где р - число пар полюсов ротора, - частота питаемого напряжения, Гц.
Электромагнитный момент создаваемый электрической машиной в двигательном режиме зависит от магнитного потока Ф ротора, а магнитный поток в свою очередь функция от тока ротора Ф(IP). По закону Ома ток ротора IP=UP/ZP, где U P - напряжение подводимое к обмотке возбуждения ротора, a ZP ее сопротивление. Таким образом, изменяя величину напряжения UP, при ZP - const, мы изменяем ток ротора IP, что в свою очередь ведет к изменения магнитного потока Ф ротора и электромагнитного момента создаваемого электрической машиной. Таким образом, изменяя величину напряжения подводимого к обмотке возбуждения, мы изменяем электромагнитный момент.
Электрическая машина, содержащая статор, обмотку статора и его магнитную систему, ротор, магнитная система статора выполнена в виде магнитопроводов, на которые намотаны обмотки, магнитопроводы равномерно распределены по окружности и неподвижно установлены на корпусе статора, ротор выполнен из немагнитного материала, отличающаяся тем, что на ротор установлены обмотки возбуждения, причем обмотки возбуждения присоединены к контактным кольцам так, что полюса намагниченности двух рядом установленных магнитопроводов обмоток возбуждения противоположны, между полюсами магнитопроводов статора и полюсами магнитопроводов обмоток возбуждения имеется воздушный зазор, между магнитопроводами обмоток возбуждения имеется вставка из немагнитного материала.
