Синхронная электрическая машина

Синхронная электрическая машина, содержащая статор и ротор, в которой статор состоит из материала с высокой магнитной проницаемостью с зубцами ориентированными параллельно основному магнитному потоку, и между которыми расположены проводники многофазной обмотки, ротор выполнен в виде магнитопровода из материала с высокой магнитной проницаемостью в форме цилиндра, закрепленного с возможностью вращения относительно статора и несущего расположенные по окружности полюса с чередующейся полярностью, обращенные через рабочий зазор к статору, число полюсов, число зубцов статора и число катушечных групп в фазе, число зубцов статора, приходящихся на одну фазную группу, и число фаз связаны соотношениями, ротор выполнен в виде одного цилиндра.

Полезная модель относится к электротехнике, а именно электрическим машинам, главным образом, низкооборотным.

Известен синхронный электродвигатель (А.с. СССР SU №1345291 по МПК Н02К 19/02, бюл. №38, 1987 г., автор Шевченко А.Ф.), содержащий статор с трехфазной обмоткой (в заявляемом изобретении - многофазной катушечной обмоткой) и активный ротор с чередующейся полярностью полюсов (в заявляемом изобретении - один индуктор ротора, полюса которого образованы постоянными магнитами с чередующейся полярностью)..., катушки обмотки статора, принадлежащие одной фазе, расположены на полюсах (в заявляемом изобретении - на отдельных зубцах), сдвинутых на 360 эл. град, включены встречно. Недостатком упомянутого технического решения является то, что сдвиг на 360 эл. град. между катушками одной фазы делает гармонический состав зависимости ЭДС от времени этого двигателя весьма обширным, что ухудшает виброакустические показатели, создает дополнительные потери мощности и ухудшает КПД.

Известен принятый за прототип электромеханический преобразователь [заявка на изобретение РФ №2005130805 А. Авторы Авдонин А.Ф., Дашко О.Г., Захаренко А.Б., Кривоспицкий Ю.П., Литвинов А.В., Литвинов В.Н., Машуров С.И., Смага А.П., Стрекалов А.Ф. Опубликовано 10.04.2007, Бюллетень №10.], содержащий, по меньшей мере, одну статорно-роторную пару, в которой статор состоит из сердечников из материала с высокой магнитной проницаемостью, торцами прикрепленных к опорному статорному кольцу и ориентированных параллельно основному магнитному потоку, и между которыми расположены проводники многофазной обмотки, ротор выполнен в виде двух коаксиально расположенных наружного и внутреннего индукторов-магнитопроводов из материала с высокой магнитной проницаемостью в форме полых цилиндров, закрепленных с возможностью вращения относительно статора, несущих расположенные по окружностям полюса с чередующейся полярностью, обращенные через рабочие зазоры к статору и охватывающие его, при этом полярность полюсов, расположенных на внутреннем и наружном индукторах друг напротив друга, согласная, число полюсов 2·р, число пар полюсов p, число сердечников статора z и число катушечных групп в фазе d связаны соотношением:

где b - число сердечников статора, приходящихся на одну фазную группу, и m - число фаз. Недостатком прототипа является торцевое крепление сердечников статора, а также то, что в изобретении-прототипе не даны рекомендации по выбору оптимальных соотношений входящих в формулу (3) параметров.

Целью настоящего изобретения является создание синхронной электрической машины с повышенным КПД, приемлемыми виброакустическими показателями и технологичной катушечной обмоткой статора (якоря), в которой каждая катушка расположена на отдельном зубце. Указанная цель достигается в соответствии с настоящим техническим решением благодаря соблюдению соотношения (3) между числом полюсов 2·р ротора, числом сердечников (далее - зубцов) статора z, числом катушечных групп в фазе d, числом зубцов статора, приходящихся на одну фазную группу b, и числом фаз m, дополненного соотношением (4):

где m=2 или m=3, b=1, 2, 3, 4, 5..., если (b·m±1) - четное число, то d=1, 2, 3, 4, 5..., если (b·m±1) - нечетное число, то d=2, 4, 6, 8... Знак «+» в формуле (3) относится к более тихоходным машинам, «-» - к более скоростным. Кроме того, начала фаз должны располагаться друг относительно друга под углом:

где измеряется в геометрических градусах.

Желательно также отказаться от торцевого крепления зубцов статора, поскольку их консольное закрепление накладывает ограничение на максимальную активную длину машины.

На фиг.1 изображен эскиз примера. выполнения активной части синхронной электрической машины в соответствии с настоящей полезной моделью - вариант с числом зубцов 1 зубцов статора z=24, на котором размещена трехфазная обмотка 2, соединенная в звезду, где А, В, С - названия фаз, фаза В состоит из двух катушечных групп 3 и 4, соединенных последовательно при помощи проводников 5. Обмотка 2 может быть также

соединена в треугольник. Число катушек в группе b=4. Число полюсов ротора 2р=26, полюса ротора образованы при помощи двадцати шести постоянных магнитов 6 чередующейся полярности, прикрепленных к ярму 7 ротора. Соседние катушки в катушечной группе должны быть соединены встречно, поскольку они находятся в основном под полюсами ротора противоположной полярности. Катушки в катушечных группах и катушечные группы фаз соединяются между собой во всех фазах одинаково. Ярмо 7 ротора должно быть изготовлено при помощи механообработки из отливки или поковки конструкционной стали с высокой магнитной проницаемостью, например, стали 10. При частотах перемагничивания, меньших 10÷15 Гц, зубцы 1 и ярмо 8 статора, могут быть изготовлены аналогично ярму 7 ротора. При больших значениях упомянутой частоты зубцы и ярмо статора должны быть шихтованы из листов электротехнической стали, направление шихтовки - параллельно оси вращения машины. С целью снижения стоимости статора зубцы и ярмо могут быть изготовлены из порошкового магнитомягкого материала, например, путем прессования.

Катушки обмотки 2 статора наматываются из обмоточного провода, например, медного эмаль-провода, на электроизолирующие каркасы, либо на зубцовую изоляцию на каждый зубец 1 статора. Для снижения электрических ("омических") потерь катушечная группа, либо фаза в целом, может наматываться непрерывным проводом. Для упрощения и автоматизации технологии намотки катушек обмотки 2 зубцы 1 и ярмо 8 изготавливаются отдельно, на зубцы 1 наматывается обмотка 2, а затем зубцы 1 скрепляют с ярмом 8. После окончания обмоточных работ для увеличения электрической прочности изоляции и повышения ее надежности производится пропитка обмотки лаком или компаундом.

При d>1 катушечные группы одной и той же фазы обмотки могут быть соединены последовательно, либо параллельно. При d - целое четное число катушечные группы одной и той же фазы обмотки могут быть образовывать параллельные ветви, которые в свою очередь могут быть соединены между собой последовательно (смешанное соединение).

Катушечные группы фазы должны быть соединены между собой таким образом, чтобы векторы наведенных в них ЭДС, геометрически складываясь, образовывали максимальную суммарную ЭДС фазы.

Примеры осуществления изобретения. Можно привести следующие примеры оптимальной реализации электрических машин с двухфазной и трехфазной обмоткой статора (см. таблицу).

1. Синхронная электрическая машина, содержащая статор и ротор, в которой статор состоит из зубцов и ярма из материала с высокой магнитной проницаемостью и ориентированных параллельно основному магнитному потоку, и между которыми расположены проводники многофазной обмотки, ротор выполнен в виде магнитопровода из материала с высокой магнитной проницаемостью в форме цилиндра, закрепленного с возможностью вращения относительно статора и несущего расположенные по окружности полюса с чередующейся полярностью, обращенные через рабочий зазор к статору, число полюсов 2·р, число пар полюсов р, число зубцов статора z и число катушечных групп в фазе d, число зубцов статора, приходящихся на одну фазную группу b, и число фаз m связаны соотношениями:

2·=d·(b·m±1),

z=d·b·m,

отличающаяся тем, что ротор выполнен в виде одного цилиндра, m=2 или m=3, b=1, 2, 3, 4, 5..., если (b·m±1) - четное число, то d=1, 2, 3, 4, 5..., если (b·m±1) - нечетное число, то d=2, 4, 6, 8..., при этом катушечные группы фазы соединены между собой так, чтобы векторы наведенных в них ЭДС, геометрически складываясь, образовывали максимальную суммарную ЭДС фазы.

2. Синхронная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что начала фаз должны располагаться друг относительно друга под углом

=360·(m+1)/(m·d),

где измеряется в геометрических градусах.

3. Синхронная электрическая машина по п.2, отличающаяся тем, что ротор расположен внутри статора.

4. Синхронная электрическая машина по п.2, отличающаяся тем, что ротор, выполненный в форме полого цилиндра, расположен снаружи статора.

5. Синхронная электрическая машина по п.3 или 4, отличающаяся тем, что при d>1 катушечные группы одной и той же фазы обмотки соединены последовательно.

6. Синхронная электрическая машина по п.3 или 4, отличающаяся тем, что при d>1 катушечные группы одной и той же фазы обмотки соединены параллельно.

7. Синхронная электрическая машина по п.3 или 4, отличающаяся тем, что при d=4, 6, 8, 10... катушечные группы одной и той же фазы обмотки соединены последовательно-параллельно (смешанно).

8. Синхронная электрическая машина по п.3 или 4, отличающаяся тем, что фазы обмотки при m=3 соединены в звезду.

9. Синхронная электрическая машина по п.3 или 4, отличающаяся тем, что фазы обмотки при m=3 соединены в треугольник.