Бесконтактная электрическая машина

Бесконтактная электрическая машина содержит статор с равномерно расположенными зубцами и ротор на постоянных магнитах с чередующимися полюсами. Обмотка на зубцах выполнена таким образом, что число витков на каждом зубце определяется по формуле:

Где:

W_im - число витков на i-м зубце фазы m

W_om - эффективное число витков фазы m

p - число пар полюсов

i - порядковый номер зубца

z - число зубцов статора

_m - угол сдвига между фазами

k - любое целое число.

Источники информации принятые во внимание при составлении описания полезной модели:

1. Патент РФ 2190292, Н02К 29/00, Н02К 1/16, от 13.12.2000 г.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве источника электроэнергии (генератор), электродвигателя, тахогенератора.

Известны электрические машины (ЭМ) бесконтактного исполнения, имеющие катушечную обмотку с одинаковым числом витков в каждой катушке и определенное соотношение между числом зубцов статора и числом пар полюсов ротора. Обмотка ЭМ содержит m фаз.

Известна бесконтактная электрическая машина магнитоэлектрического типа (1), к основным недостаткам которой относится сужение функциональных возможностей, повышенные пульсации момента в режиме электродвигателя (ЭД) и несинусоидальность э.д.с. в режиме электрогенератора (ЭГ), а также низкие энергетические характеристики.

Эти недостатки вызваны применением так называемой «дробной» катушечной обмотки, у которой отношение числа пазов статора на полюс и фазу q является дробным числом. Кривая намагничивающей силы обмоток с дробным q содержит большое число высших гармоник, поэтому теряется значительная часть полезной мощности ЭМ, появляются пульсации момента от угла поворота ЭД и искажения синусоидальности э.д.с. ЭГ. Кроме того, не при любом значении q можно выполнить необходимое количество фаз, что уменьшает функциональные возможности ЭМ.

Целью предлагаемого технического решения является повышение энергетических характеристик и функциональных возможностей ЭМ, снижение пульсаций момента ЭД и искажений э.д.с. ЭГ.

Указанная цель достигается тем, что число витков в каждой катушке m-й фазы рассчитывается по формуле

W_im=W_omsin(2pi/z±£m), (1)

при этом 2pkz;

Где: W_im - число витков на i-м зубце фазы m

W_om - эффективное число витков фазы m

p - число пар полюсов

i - порядковый номер зубца

z - число зубцов статора

k - любое целое число

£_m - УГОЛ сдвига между фазами. При симметричной двухфазной обмотке £_m=/2 ; при трехфазной - £_m=2/3. При необходимости возможно выполнить несимметричный сдвиг фаз обмотки.

Из формулы видно, что витки и, следовательно, намагничивающая сила распределены по расточке статора по синусоидальному закону, что существенно уменьшает пульсации момента ЭД и несинусоидальность э.д.с. ЭГ за счет уменьшения высших гармонических составляющих и увеличивает амплитуду рабочей гармоники, что повышает энергетические характеристики ЭМ.

Предлагаемый способ намотки фаз ЭМ позволяет обеспечивать любой необходимый угол сдвига фаз и число фаз, что расширяет функциональные особенности ЭМ.

ЭМ состоит из магнитопроводящего статора 1 с k-равномерно расположенными катушками фазы m (при зубцовом варианте z=k) и ротора 2 с p числом пар полюсов. Фаза m содержит k катушек, где число витков каждой катушки определено по формуле (1), при этом £_m=0. При вычислении значения W_im знак «+» означает намотку катушки по часовой стрелке, знак «-» - против часовой стрелки. Намотка фазы (m+1) и следующих проводится аналогичным способом, при этом £_m определяет необходимый угол сдвига фаз.

Пример расчета для электрической машины, у которой статор имеет z=18 зубцов, а ротор имеет р=8 пар полюсов. Необходимо на такой статор намотать двухфазную обмотку с угловым сдвигом 90° и амплитудой 30 витков. Согласно формуле изобретения, получаем для первой фазы:

Для второй фазы:

В таблице 1 приведен результат расчета. Знак при числе витков указывает на направление обмотки.

На рисунке 1 приведен график распределения числа витков катушки на зубцах первой фазы.

На рисунке 2 приведен пример схемы намотки первой фазы.

Осуществление данного технического решения производится известными технологическими способами:

- намотка катушек на специальной оснастке и укладка в пазы (при зубцовом варианте) или крепление на сердечник статора (при беззубцовом варианте).

- использование оборудования для автоматической намотки прямо на зубцы статора.

Бесконтактная электрическая машина с электромагнитным редуцированием, содержащая статор с z равномерно расположенными зубцами, на которых размещена m-фазная катушечная обмотка, и ротор с 2р чередующимися полюсами, отличающаяся тем, что число витков i-й катушки каждой из фаз определяется по формуле

, при этом 2pkz,

где: W_im - число витков на i-м зубце фазы m;

W_om - эффективное число витков фазы m;

p - число пар полюсов;

i - порядковый номер зубца;

z - число зубцов статора;

_m - угол сдвига между фазами;

k - любое целое число.