ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов.
Известна динамоэлектрическая машина постоянного тока, содержащая станину с закрепленными на ней постоянными магнитами, сердечник якоря с обмоткой, коллектор и узел щеточной траверсы, установленные на валу [патент RU 2075151, опубл. 10.03.1997]. Недостатком этой машины является ее относительная сложность и ограниченная область применения в режимах малых и средних мощностей.
Известна электрическая машина постоянного тока, выбранная в качестве прототипа, содержащая станину статора со сверхпроводящими постоянными магнитами, ротор с обмоткой, валом и коллектором [патент RU 2077106, опубл. 10.04.1997]. Использование сверхпроводящих магнитов определяет относительную сложность при производстве и эксплуатации и позволяет эффективно использовать эту известную машину, главным образом, для больших мощностей (более 30 кВТ).
Решаемая техническая задача - уменьшение габаритных размеров электромашины постоянного тока за счет использования постоянных магнитов возбуждения, способных создать значительное магнитное поле при их малых габаритных размерах.
Другая решаемая техническая задача - создание относительно компактной электрической машины постоянного тока малой мощности (менее 30 кВТ) с высоким значением КПД.
Для решения поставленных задач предлагается электрическая машина постоянного тока, содержащая станину статора, в которой на внутренней поверхности установлены постоянные магниты, а также ротор с обмоткой, валом и коллектором, установленный в станине статора с возможностью вращения так, чтобы магнитное поле обмотки взаимодействовало с магнитным полем постоянных магнитов. Новым является то, что имеется по крайней мере один постоянный магнит, который выполнен в виде магнитного блока, содержащего центральное тело из магнитомягкого материала, имеющее форму многогранника, включающего боковые грани и две грани, являющиеся основаниями, одно из которых является рабочей гранью полюса; боковые постоянные магниты из магнитотвердого материала, которые примыкают к боковым граням центрального тела так, что их магнитное поле направлено внутрь центрального тела; верхний постоянный магнит из магнитотвердого материала, примыкающий к одному из оснований центрального тела, магнитное поле которого направлено в сторону рабочей грани полюса и примыкающий к
основанию центрального тела, противоположному рабочей грани полюса; при этом магнитный блок установлен в станине статора так, чтобы рабочая грань полюса была обращена к обмотке ротора.
Лучше, когда размеры и формы граней боковых постоянных магнитов и верхнего магнита магнитного блока, примыкающих к граням центрального тела, соответствуют размерам и форме граней центрального тела, к которым они примыкают.
Лучше, когда центральное тело выполнено из магнитомягкого материала с коэрцитивной силой мене 100 А/м и магнитной проницаемостью более 400, а боковые постоянные магниты и верхний постоянный магнит магнитного блока выполнены из магни-тотвердого материала с коэрцитивной силой более 1 кА/м и намагниченность насыщения 3 МГсЭ и более.
Магнитный блок может дополнительно содержать экранирующую оболочку, выполненную поверх боковых постоянных магнитов и верхнего постоянного магнита магнитного блока, например из стали.
Лучше, когда магнитный блок включает центральное тело в форме параллелепипеда, при этом боковые постоянные магниты и верхний магнит выполнены в форме параллелепипедов. При этом, предпочтительнее, когда высота параллелепипеда центрального тела, измеряемая в радиальном направлении ротора, выполнена меньше его длины и ширины и/или высоты параллелепипедов боковых магнитов и верхнего постоянного магнита магнитного блока центрального тела, измеряемые в направлении от центрального тела, выполнены меньше их длин и ширин и/или высота параллелепипеда центрального тела, измеряемая в радиальном направлении ротора, выполнена больше высот параллелепипедов боковых магнитов и верхнего постоянного магнита магнитного блока центрального тела, измеряемых в направлении от центрального тела.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых представлено:
Фиг.1 - продольный разрез предлагаемой электрической машины;
Фиг.2 - поперечный разрез предлагаемой электрической машины;
Фиг.3 - вид сверху одного из магнитных блоков;
Фиг.4 - продольный разрез магнитного блока, совмещенный с его боковым видом;
Фиг.5 - поперечный разрез магнитного блока, совмещенный с его торцевым видом.
Полезная модель поясняется на примере, сопровождающимся чертежами.
Электрическая машина постоянного тока (см. фиг.1-2) содержит станину статора 1, подшипниковый щит 2, четыре пары магнитных блоков 3, стальной вал 4 с насаженным на него слоистым сердечником 5 с обмотками 6, соединенных проводами 7 с медными
пластинами коллектора 8, оборудованного двумя токосъемными щетками 9, подпружиненными винтовыми пружинами 10. Магнитные блоки 3 имеют один рабочий полюс (+) или (-), а разноименные полюса располагаются в каждой паре магнитных блоков 3 противоположно друг другу, при этом блоки 3 адгезионно прикрепляются к внутренней поверхности статора 1 при помощи клеевого слоя 11. Вал 4 на своих концах имеет два опорных подшипника 12, один из которых установлен в гнезде станины статора 1, а другой в гнезде подшипникового щита 2. В пазах слоистого сердечника 5 укладывается обмотка 6 из изолированной медной проволоки, концы которой соединяются проводами 7 посредством сварки с медными пластинами коллектора 8. Каждая щетка 9 имеет выходной медный провод 13, соединенный с ней, и снабжена скосом для контактирования с полосами коллектора 8. Для подвода и отвода к обмотке 6 сердечника 5 электрической энергии, к выходным проводам 13 щетки 9 присоединено электропроводящее средство в виде штепсельной вилки (не показано).
На фиг.3-5 показана конструкция одного из магнитных блоков 3, который содержит центральное тело в виде магнитопровода 14, четыре попарно одинаковых (по отношению к двум плоскостям симметрии) боковые постоянные магниты 15, 16, 17 и 18 и верхний постоянный магнит 19. Боковые постоянные магниты 15-18 имеют форму плоских параллелепипедов. Магнитопровод 14 выполнен в форме параллелепипеда из низконикелиевого пермаллоя, имеющего коэрцитивную силу 10-15 А/м и начальную магнитную проницаемость 2000-2500. В качестве магнитов 15-19 использованы редкоземельные магниты (Sm-Co) с коэрцитивной силой 9,0-9,2 кА/м и намагниченностью насыщения 19-20 МГсЭ. За счет суперпозиции магнитных полей постоянных магнитов 15-18 напряженность магнитного поля у рабочего полюса 20 значительно выше, чем при использовании одиночного постоянного магнита с подобными размерами. Характеристики могут быть дополнительно повышены за счет выполнения стальной экранирующей оболочки вокруг магнитов 15-19.
В соответствии с принципом обратимости, предлагаемая машина постоянного тока может работать как в качестве генератора, так и в качестве двигателя обычным образом, предпочтительней с мощностью до 30 кВт.
Приведенный пример использован только для целей иллюстрации возможности осуществления полезной модели и ни в коей мере не ограничивает объем правовой охраны, представленный в формуле, при этом специалист в данной области техники относительно просто способен реализовать и другие пути осуществления полезной модели.