МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА
MAGNETOELECTRIC MACHINE

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам. Наиболее близко по конструкции предложенная машина относится к синхронным машинам с возбуждением от постоянных магнитов. Названная машина наряду с известными ее достоинствами имеет и некоторые недостатки, заключающиеся в том, что у нее достаточно сложные регулировочные и пусковые характеристики, требующие специального источника питания с регулируемым напряжением и частотой. Необходимо отметить, что у нее и относительно низкий КПД.
Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение регулировочных и пусковых ее характеристик, а также существенное повышение КПД.
Технический результат достигается тем, что в предложенной конструкции магнитоэлектрической машины присутствуют как элементы генератора, так и элементы двигателя, которые одновременно участвуют в процессе ее работы и взаимодействуют друг с другом.
Предложенная магнитоэлектрическая машина, содержащая статор и ротор, разделенные воздушным зазором, отличающаяся тем, что статор ее состоит из внешнего полого цилиндрического магнитопровода, на внутренней стенке которого поочередно установлены по три отодвинутые друг от друга на 120° генераторные и двигательные полюсы, в пазах первых из которых размещены активные провода обмотки якоря, соединенные с основными обмотками вторых, имеющими общие ферромагнитные сердечники с пусковыми двигательными обмотками, а ее ротор состоит из вращающегося на валу центрального цилиндрического магнитопровода, на котором крестообразно установлены своими соответствующими полюсами четыре стержневых постоянных магнита, северные полюса у одной пары из которых диаметрально противоположно расположены друг от друга, а южные полюса у другой направлены в сторону статорных обмоток.
На фигурах приняты следующие обозначения: 1) внешний магнитопровод; 2) обмотка генераторного полюса; 3) генераторный полюс; 4) стержневой постоянный магнит; 5) центральный магнитопровод; 6) вал вращения; 7) соединительный провод генераторных и двигательных обмоток; 8) основная обмотка двигательного полюса; 9) пусковая двигательная обмотка; 10) двигательный полюс; 11) соединительный провод пусковых обмоток.
Магнитоэлектрическая машина работает следующим образом. Для успешного запуска ротора-индуктора поставим в специальное исходное положение, как это показано на фиг.1. После этого подадим постоянное напряжение необходимой величины U на пусковые обмотки 9. Тогда двигательный полюс 10, находящийся с левой стороны, станет северным, а находящийся справа - южным. Нижний двигательный полюс в свою очередь станет северным электромагнитным полюсом. Это происходит из-за того, что пусковые обмотки намотаны соответствующим образом. В этом случае южный полюс постоянного магнита 4 индуктора, находящийся слева, резко потянется к северному двигательному полюсу 10, находящемуся на той же стороне чуть дальше от него. А южный полюс постоянного магнита 4, находящийся с правой стороны, резко оттолкнется дальше от находящегося поблизости другого двигательного полюса, принявшего в этот момент ту же полярность. Одновременно оттолкнется влево по часовой стрелке и северный полюс нижнего постоянного магнита 4 индуктора, так как тогда находящийся там же третий двигательный полюс приобретает ту же полярность. Вследствие этого весь ротор-индуктор начинает резко поворачиваться по направлению часовой стрелки и силовые линии индукции, исходящие из северных полюсов и сходящиеся на южных полюсах его постоянных магнитов 4, будут пересекать последовательно активные провода обмоток генераторных полюсов 2, из-за чего в них индуцируются ЭДС одного направления. Указанные ЭДС в этот момент вызовут токи в витках основных обмоток 8 того же направления, что и в пусковых обмотках 9. Эти токи в этом случае создадут в двигательных полюсах магнитное поле с величиной магнитной индукции тем большей, чем больше число витков в обмотках и величины магнитных проницаемостей µ их ферромагнитных сердечников. Созданное ими результирующее магнитное поле моментально начнет взаимодействовать с магнитными полями стержневых постоянных магнитов ротора-индуктора, который из-за этого быстро начнет вращаться. После этого пусковые обмотки 9, соединенные между собой своими концами, необходимо отключать от внешнего источника напряжения, т.к. в них периодически в дальнейшем будут наводиться токи такого же направления и знака, как и в основных, путем трансформации. Когда активные провода обмоток генераторных полюсов 2 будут пересекать силовые линии магнитной индукции постоянных магнитов индуктора другим направлением, в них будут также индуцироваться ЭДС другого знака. Это в свою очередь синхронно поменяет знак полярности соседних двигательных электромагнитных полюсов 10 статора. Дальше эти процессы будут повторяться, и в ходе вращения ротора-индуктора машины в активных проводах обмоток каждого генераторного полюса 3 поочередно будет меняться знак наводимых ЭДС. В соответствии с этим будут меняться поочередно направления токов в обмотках соседних с ним двигательных полюсов 10, а значит, и знаки их полярностей. В итоге двигательные полюсы 10 будут все время притягивать к себе постоянные магниты индуктора, находящихся сзади по ходу его вращения и отталкивать тех, которые спереди.
После набора ротором номинальной угловой скорости к генераторным обмоткам якоря 2 можно будет подключать параллельно основным двигательным обмоткам 8 соответствующую нагрузку, т.к. в них при этом будет поддерживаться переменное напряжение достаточной величины. К его валу вращения 6 в свою очередь можно будет подключить определенный рабочий механизм, т.к. он в это время будет иметь достаточно большой момент вращения.
Таким образом, в предложенной магнитоэлектрической машине в ходе ее работы все время буде происходить взаимное превращение электроэнергии, выработанной в генераторных ее частях, в магнитную энергию двигательных ее частей. А она, взаимодействуя с магнитной энергией постоянных магнитов ее подвижного индуктора, превращается в механическую энергию ротора, которая в областях генераторной ее части переходит обратно в электрическую. Эти процессы в ходе одного оборота ротора в данном случае повторяются трижды и машина будет работать за счет размагничивания постоянных магнитов индуктора, т.е. за счет их накопленных магнитных энергий в ходе их намагничивания.
В заключение можно констатировать, что с совершенной конструкцией машина работает только от взаимодействий и взаимопревращений различных энергий в рамках всеобщего закона их сохранения, а затраты ее очень минимальны, как, например, затраты магнитной энергии постоянных магнитов индуктора, происходящих в предложенной магнитно-электрической машине.
Источники информации
1. Бертинов А.И. Специальная электрическая машина. - М.: Энергия, 1982.
2. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. - М.: Высшая школа, 1990.
3. Иванов-Смоленский. Электрическая машина. - М.: Энергия, 1980.
4. Калашников С.Г. Электричество. - М.: Наука, 1985.
5. Копылов И.П. Электрическая машина. - М.: Энергоатомиздат, 1986.
6. Парселл Э. Электричество и магнетизм. - М.: Наука, 1983.
7. Скобелев В.Е. Двигатели пульсирующего тока. - Л.: Энергоатомиздат, 1985.