Электромашина
ELECTRIC MACHINE

Изобретение относится к области электротехники и, в частности, к электромашиностроению.
Известна высокооборотная электромашина, содержащая корпус, выполненный с возможностью подвода в его полость охлаждающего газа, снабженный торцевыми щитами и средствами подвода охлаждающего газа к узлам, размещенным в полости корпуса, сердечник статора, снабженный обмоткой, в цилиндрической полости которого с зазором размещен ротор, содержащий индуктор и подшипниковый узел (см. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. - М: Энергоатомиздат, 1988. - 280 с.).
Наиболее близким к данному изобретению устройством является электромашина, содержащая шихтованный сердечник статора, снабженный пазами, размещенными с внешней его стороны, в которых уложены катушки обмотки, и ротор, включающий корпус и индуктор, содержащий подшипниковый узел, при этом внешней поверхности статора придана цилиндрическая форма и он размещен в цилиндрической полости ротора, установленного соосно с продольной осью статора, с возможностью вращения вокруг него (см. патент РФ №2544002, МПК H02K 21/22, 2015 г.).
Недостатком известных устройств является невозможность существенного уменьшения массогабаритных характеристик электромашины за счет повышения частоты вращения ротора электромашины.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является уменьшение массы и габаритов электромашины за счет увеличения частоты вращения ротора путем применения повышающей магнитной передачи и совмещения с ней индуктора электромашины.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в возможности увеличения частоты вращения ротора и повышении ресурса электромашины из-за отсутствия механической передачи. Кроме того, обеспечивается возможность использования наружной поверхности ротора в качестве ступицы электромобиля, ротора гидрогенератора или ветрогенератора.
Поставленная задача решается тем, что электромашина, содержащая шихтованный сердечник статора, снабженный пазами, размещенными с внешней его стороны, в которых уложены катушки обмотки, и ротор, включающий корпус и индуктор, содержащий подшипниковый узел, при этом внешней поверхности статора придана цилиндрическая форма и он размещен в цилиндрической полости ротора, установленного соосно с продольной осью статора, с возможностью вращения вокруг него, отличается тем, что между статором и ротором, соосно с ними, с возможностью вращения относительно них, размещен промежуточный ротор, в цилиндрической полости которого с зазором установлен статор, причем ротор выполнен в виде соосного с цилиндрическим валом диска, по периферии которого выполнена цилиндрическая обечайка, параллельная поверхности цилиндрического вала, на поверхности которого надеты и зафиксированы от продольного перемещения подшипники качения, на которые оперта цилиндрическая часть корпуса электромашины, один торец которой снабжен плоским кольцом, внешняя часть которого снабжена внешним и внутренним кольцевыми выступами, кроме того, на внешней поверхности цилиндрической части корпуса электромашины смонтирован шихтованный сердечник статора с обмоткой, при этом на противоположный торец цилиндрической части корпуса электромашины надет и уперт в сердечник статора своим внутренним кольцевым выступом торцевой щит корпуса электромашины, внешняя кромка которого снабжена вторым кольцевым буртиком, кроме того, на второй кольцевой буртик торцевого щита и внутренний кольцевой выступ корпуса электромашины надеты подшипники качения, оперта цилиндрическая втулка промежуточного ротора из немагнитного материала, на внутренней поверхности которой смонтирована магнитная система, кроме того, на внутренней поверхности цилиндрической обечайки ротора закреплен шихтованный сердечник ротора, в цилиндрической полости которого, смонтирована магнитная система, в цилиндрической полости которой с зазором размещены полюса магнитной передачи, выполненные из материала с высокой магнитной проницаемостью, чередующиеся с немагнитными вставками, при этом торцы названных элементов жестко скреплены с обращенной к ним поверхностью внешнего кольцевого выступа корпуса электромашины.
Кроме того, магнитная система ротора и промежуточного ротора выполнены по схеме Хальбаха или с радиальным или с тангенциальным намагничиванием.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения и существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом существенные признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признак, указывающий, что «между статором и ротором, соосно с ними, с возможностью вращения относительно них, размещен промежуточный ротор, в цилиндрической полости которого с зазором установлен статор», позволяет создать электромашину с внутренним статором и внешним ротором и использовать промежуточный ротор в качестве магнитной шестерни магнитной передачи и индуктора электромашины.
Признак, указывающий, что «ротор выполнен в виде соосного с цилиндрическим валом диска, по периферии которого выполнена цилиндрическая обечайка, параллельная поверхности цилиндрического вала», позволяет сформировать магнитную систему магнитной шестерни магнитной передачи.
Признак, указывающий, что на поверхности цилиндрического вала «надеты и зафиксированы от продольного перемещения подшипники качения, на которые оперта цилиндрическая часть корпуса электромашины, один торец которой снабжен плоским кольцом, внешняя часть которого снабжена внешним и внутренним кольцевыми выступами», позволяет закрепить ротор в корпусе статора и предотвратить осевые перемещения ротора.
Признаки, указывающие, что «на внешней поверхности цилиндрической части корпуса электромашины смонтирован шихтованный сердечник статора с обмоткой, при этом на противоположный торец цилиндрической части корпуса электромашины надет и уперт в сердечник статора своим внутренним кольцевым выступом торцевой щит корпуса электромашины, внешняя кромка которого снабжена вторым кольцевым буртиком, кроме того, на второй кольцевой буртик торцевого щита и внутренний кольцевой выступ корпуса электромашины надеты подшипники качения», позволяют зафиксировать сердечник статора с обмоткой в корпусе статора и разместить подшипники промежуточного ротора.
Признак, указывающий, что на второй кольцевой буртик торцевого щита и внутренний кольцевой выступ корпуса электромашины «оперта цилиндрическая втулка промежуточного ротора из немагнитного материала, на внутренней поверхности которой смонтирована магнитная система», формирует магнитную систему индуктора и магнитную систему шестерни магнитной передачи.
Признак, указывающий, что «на внутренней поверхности цилиндрической обечайки ротора закреплен шихтованный сердечник ротора, в цилиндрической полости которого, смонтирована магнитная система», обеспечивает формирование магнитной системы магнитной шестерни магнитной передачи и при этом позволяет обеспечить прочность ротора при значительных окружных скоростях ротора.
Признаки, указывающие, что в цилиндрической полости ротора «с зазором размещены полюса магнитной передачи, выполненные из материала с высокой магнитной проницаемостью, чередующиеся с немагнитными вставками, при этом торцы названных элементов жестко скреплены с обращенной к ним поверхностью внешнего кольцевого выступа корпуса электромашины», позволяют завершить формирование магнитной передачи.
Признаки, указывающие, что «магнитная система ротора и промежуточного ротора выполнены по схеме Хальбаха или с радиальным или с тангенциальным намагничиванием», позволяют сформировать наиболее эффективную магнитную систему магнитной передачи и индуктора электромашины.
На фиг. 1 показан продольный разрез электромашины по оси вращения, а на фиг. 2 - поперечный разрез.
На чертежах показаны: шихтованный сердечник статора 1 с пазами 2, катушки обмотки 3, и ротор 4, опорный корпус 5, цилиндрический вал 6, диск 7, цилиндрическая обечайка 8, подшипники качения 9, 10, плоское кольцо 11, внешний 12 и внутренний 13 кольцевые выступы, торцевой щит 14, первый 15 и второй 16 кольцевые буртики, подшипники качения 17, 18, промежуточный ротор 19 цилиндрическая втулка 20 из немагнитного материала, постоянные магниты 21, шихтованный сердечник 22 ротора, постоянные магниты 23 ротора 4, полюса 24 магнитной передачи, выполненные из материала с высокой магнитной проницаемостью, немагнитные вставки 25, пазовые клинья 26, стопорное кольцо 27, крышка подшипника 28, распорная втулка 29.
Электромашина содержит шихтованный сердечник статора 1 из электротехнической стали, на внешней цилиндрической поверхности которого выполнены пазы 2, в которые уложены катушки 3 обмотки статора 1 и зафиксированы пазовыми клиньями 26. Сердечник статора 1 своей внутренней цилиндрической поверхностью располагается на опорном корпусе 5 и жестко связан с ним.
Ротор 4 выполнен в виде соосного с цилиндрическим валом 6 диска 7, по периферии которого выполнена цилиндрическая обечайка 8, параллельная поверхности цилиндрического вала 6. На поверхности цилиндрического вала 6 надеты и зафиксированы от продольного перемещения подшипники качения 9, 10. Опорный корпус 5 с одной стороны снабжен плоским кольцом 11, внешняя часть которого снабжена внешним 12 и внутренним 13 кольцевыми выступами. На внешней поверхности цилиндрической части опорного корпуса 5 смонтирован шихтованный сердечник статора 1 с катушками 3 обмотки.