БЕСКОНТАКТНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

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
im
om
W=Wsin(2πpi/z±£m), (1)
при этом 2p≠kz;
im
Где: W - число витков на i-м зубце фазы m
om
W - эффективное число витков фазы m
p - число пар полюсов
i - порядковый номер зубца
z - число зубцов статора
k - любое целое число
m
m
m
£ - УГОЛ сдвига между фазами. При симметричной двухфазной обмотке £=π/2 ; при трехфазной - £=2π/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.
m
im
m
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 £=0. При вычислении значения W знак «+» означает намотку катушки по часовой стрелке, знак «-» - против часовой стрелки. Намотка фазы (m+1) и следующих проводится аналогичным способом, при этом £ 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
Таблица 1
Номер зубца
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Число витков
Фаза 1
21
-13
3
8
-17
25
-29
30
-27
21
-13
3
8
-17
25
-29
30
-27
Фаза 2
21
-27
30
-29
25
-17
8
3
-13
21
-27
30
-29
25
-17
8
3
-13