ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СТАТОРНОЙ КЛЕТКОЙ

Полезная модель относится к области электромашиностроения и может быть использована в электрических машинах со статорной клеткой.
Известна высокоскоростная электрическая машина с вертикальным валом [патент РФ №2540696 С1, кл. H02K 7/09, F16C 32/04, F16C 39/06, 2015 г.], содержащая статор, ротор, насаженный на вертикальный вал. В машине установлены два радиальных и один осевой гибридные магнитные подшипники, выполненные из электромагнитов, в магнитопроводе которых установлены вставки из постоянных магнитов. При этом каждая вставка из постоянных магнитов намагничена в направлении силовой линии магнитного потока, создаваемого обмоткой электромагнита. В качестве дополнительных осевых опор установлены магнитные подшипники на постоянных магнитах, причем на стороне ротора, где осевые силы имеют максимальное значение, магнитные подшипники на постоянных магнитах установлены с возможностью отталкивания, а на противоположной стороне ротора магнитные подшипники на постоянных магнитах установлены с возможностью притяжения.
Недостатки аналога заключаются в ограниченных функциональных возможностях, а также в затратах на изготовление гибридных магнитных подшипников.
Известна высокоскоростная магнитоэлектрическая машина с вертикальным валом [патент РФ №2011124 А, кл. H02K 21/22, 2012 г.], содержащая статор, ротор, насаженный на вертикальный вал, подшипники и подпятники, блок из двух газовых турбин, установленный на вертикальном валу машины, причем магнитные опоры вертикального вала выполнены в виде комбинированных магнитных подшипников и подпятников, при этом дополнительно установлены на вертикальном валу аварийные подшипники на постоянных магнитах.
Недостатки аналога заключаются в сложности конструкции, так как вводится блок из двух газовых турбин.
Известен интеллектуальный привод со статорной клеткой (Intelligent Stator Cage Drive - ISCAD), [Электронный ресурс URL:http://www.evs28.org/event_file/event/1/pfile/EVS28_Full%20papers_dalaku.pdf]. Статор такого привода состоит из стопки железного расслоения, как и в обычных электрических машинах, но с массивными проводниками в каждом пазу, будучи закороченным в одном осевом конце машины. В противоположной стороне статора клеммы проводов подключаются непосредственно к устройствам источника питания. Каждый паз-проводник соединен с центральным краном полумоста, так что ток в каждом пазу может быть определен индивидуально. Производство статора с новой обмоткой очень дешево и просто по сравнению с обычной обмоткой. Обмотка в клетке со всеми массивными проводниками, соединенными с одним торцевым кольцом, может быть изготовлена отдельно, а затем она может быть сдвинута в статоре. Или еще одно возможное решение заключается в использовании метода литья под давлением для изготовления обмотки обсадной колонны статора. Для обоих случаев изготовления обмотки может быть реализован высокий коэффициент заполнения паза до 100%, что примерно в 2,5 раза выше, чем для обычных распределенных обмоток. Это приводит к низкому сопротивлению и низким омическим потерям для новой конструкции обмотки. Таким образом, как результат высокого коэффициента заполнения паза, вместо меди можно использовать алюминиевый материал. Это ведет к снижению веса и затрат для новой концепции машины.
Наиболее близкой к предлагаемой является электрическая машина [патент РФ №136654, U1, кл. H02K 3/22, H02K 9/08, 2014 г.], содержащая ротор, статор с обмотками. Обмотки статора выполнены в виде полых профилированных по форме паза трубок с непосредственным охлаждением, жестко соединенных между собой общим полым кольцом, причем в основании каждой профилированной по форме паза трубки имеется система отвода охлаждающей жидкости или газа и электрические выводы.
Недостатком ближайшего аналога является то, что количество пар полюсов не может изменяться во время работы, а также имеются финансовые затраты на изготовление обмотки статора.
Задача полезной модели - увеличение интенсивности охлаждения, а также повышение энергоэффективности электрической машины.
Техническим результатом является повышение надежности работы за счет повышения интенсивности охлаждения электрической машины со статорной клеткой.
Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что электрическая машина содержащая ротор, статор со статорной клеткой, согласно полезной модели, выполнена асинхронной, с массивными проводниками в каждом пазу, которые гидравлически закорочены в двух направлениях, причем в одном - с помощью трубки из электропроводящего материала, а в другом - с помощью трубки из углеволкна, заполненной жидкостью для охлаждения, с возможностью изменения количества пар полюсов во время работы машины за счет изменения направления токов в каждом стержне статора, причем статор выполнен в виде статорной клетки.
Существо полезной модели поясняется чертежами. На фигуре 1 и 2 изображен общий вид электрической машины в сборе. На фигуре 3 изображена статорная клетка.
Электрическая машина со статорной клеткой (фиг. 1, фиг. 2) содержит статор 1, со статорной клеткой 2, выполненной со стержнями, а также с гибкими трубками из углеволкна 3, установленными в пазах 5 статора 1, охлаждающую жидкость 4 в каждом пазу 5 статора 1, ротор, закрепленный на валу 6, включающий магнитопровод 7. Электрическая машина со статорной клеткой также содержит подшипниковые щиты 8, крышки 9, 10 подшипников 11, прикрепленными к станине 12.
Медь по-прежнему используется в качестве эффективного проводника в обмотках электрических машин. Однако в поисках более высокой надежности работы электрической машины, приводящей к уменьшению потерь, возможно использование трубок из неэлектропроводящего материала. В настоящее время существуют такой неэлектропроводящий материал, как углеволокно, который является более температуростойким, нежели медь, и имеет более низкий температурный коэффициент сопротивления. Благодаря замене проводников из меди на трубки из углеволокна увеличивается интенсивность охлаждения, и соответственно надежность работы электрической машины со статорной клеткой.
Предложенная электрическая машина со статорной клеткой (фиг. 2) работает следующим образом: при подаче на статорную клетку 2 напряжения, по нему начинает протекать ток, который создает вращающийся магнитный поток. Этот поток создает в проводниках ротора ЭДС. Так как обмотка ротора, имеет замкнутую электрическую цепь, в ней возникает ток, который в свою очередь, взаимодействуя с магнитным потоком статора 1, создает пусковой момент двигателя, стремящийся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора 1. По гибким трубкам из углеволокна 3, начинает протекать охлаждающая жидкость 4 в каждом пазу 5 статора 1.
Статорная клетка гидравлически закорачивается в одном направлении с помощью трубки из электропроводящего материала 1 (фиг. 3), а в другом направлении - с помощью трубки из углеволонка 2 (фиг. 3), с возможностью перекрытия охлаждающей жидкости 3 (фиг. 3).
Итак, заявляемая конструкция позволяет повысить надежность работы, за счет повышения интенсивности охлаждения и, соответственно, энергоэффективность.
Кроме того, заявляемая конструкция позволяет уменьшить трудозатраты на изготовление обмотки статора, упростить конструкцию обмотки статора по сравнению с обычной обмоткой, применить рациональную систему охлаждения.