МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДИСКОВАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к энергомашиностроению, а именно к двигателям и генераторам содержащим в конструкции постоянные магниты, а именно к магнитоэлектрическим генераторам электроэнергии с наличием в них постоянных магнитов.
Известна дисковая электрическая машина [Пластин Л.М. Синхронные машины автономных источников питания. - М.: Энергия, 1980, стр.76-78], представляющая собой торцевой двухпакетный генератор, имеющая в своем составе корпус статора, состоящий из двух дисков, соприкасающихся по боковой поверхности. В корпусе статора заключена трехфазная обмотка и закрепленный на опорах (подшипниках) вал с ротором в форме диска. На роторе установлены рабочие элементы из магнитовосприимчивого материала (постоянные магниты). Машина снабжена традиционной системой охлаждения.
Наиболее близким устройством того же назначения по совокупности признаков является электрическая дисковая машина по а.с. RU 2256997.
Электрическая дисковая машина имеющая в своем составе корпус статора, состоящий из двух дисков соединенных с корпусом статора в котором заключена трехфазная обмотка, и закрепленный на опорах вал с ротором в форме диска на котором расположены рабочие элементы, изготовленные из магнитовосприимчивого материала и имеют форму дисков равномерно распределенных по окружности в теле диска ротора число рабочих элементов равно числу полюсов машины, обмотка выполнена в форме катушек, при этом каждая фаза имеет четное число катушек, и катушки одной фазы размещены поровну по обе стороны от диска ротора и корпуса статора машины снабжена криогенной системой охлаждения обеспечивающей получение рабочей температуры появления сверхпроводящих свойств и намагничивание материала.
Известные конструкции обладают значительными существенными недостатками, заключающимися в том, что рабочие элементы машины намагничиваются (намагничивание от 1,0 Тл при температуре 77 К), обладают сложной конструкцией и дорогостоящи в изготовлении. Кроме того электрические дисковые машины имеют сложный процесс захолаживания жидким азотом с последующим намагничиванием элементов ротора. Вращение ротора в жидком азоте создает дополнительную нагрузку на вал ротора, а охлаждение вала до рабочей температуры уменьшает его механическую прочность, что снижает его надежность при резком изменении оборотов вала генератора. Генераторные катушки выполнены без сердечников, что значительно уменьшает наводимую электродвижущую силу (э.д.с.).
В основу заявленной полезной модели поставлена комплексная задача - упрощение конструкции, способной обеспечить максимальное значение коэффициента мощности магнитоэлектрической дисковой машины.
1
1
Данный технический результат достигается тем, что предложена магнитоэлектрическая дисковая машина, имеющая в своем составе статор и ротор, размещенные на валу. Корпус неподвижного статора состоит как минимум из 4 дисков, выполненных из прочного изоляционного немагнитного материала, на которых по внутреннему диаметру d установлены n - «П»-образных шихтованных магнитопроводов с обмотками, соединенными параллельно между собой и равномерно распределенных по окружности диска статора. Ротор, аналогично статору, выполнен из немагнитного материала, как минимум из 2 дисков, один из которых смещен относительно другого на угол 45°. На роторном диске выполнены отверстия в форме прорезей размерами I и I в которых размещены рабочие органы (магниты), расположенные по окружности ротора на диаметре d, равноудалены от оси вала и друг от друга. Количество и размер прорезей I, I зависит от количества и размера магнитов, используемых в каждом конкретном случае. Магниты выполнены из магнитных сплавов, например, редкоземельных элементов на основе сплавов Nd, Fe, В, Cm, Co.
На Фиг.1 изображены «П»-образные шихтованные магнитопроводы с обмотками статора.
На Фиг.2 Общий вид магнитоэлектрической дисковой машины
1
1
1
Магнитоэлектрическая дисковая машина состоит из статора 1 и ротора 2, выполненных в виде дисков и размещенных на валу 3. Статор 1 состоит как минимум из 4 дисков, а ротор 2 как минимум из 2 дисков и выполнен из немагнитного материала. На статоре жестко по диаметру d установлены n - «П»-образных шихтованных магнитопровода 6 с обмотками, соединенными параллельно между собой и равномерно распределенных по окружности диска статора. «П»-образные шихтованные магнитопроводы 6 с обмотками n 7 статора 1 размещены по радиусу d, выполнены из медной шины отечественного или импортного производства (например ГОСТ 434-78), охватывающей П-образные шихтованные магнитопроводы 6. На каждом из роторных дисков 2 выполнены отверстия m 4 в форме прямоугольных прорезей I, I в которых размещены рабочие органы (магниты) расположенные по окружности ротора на диаметре d, равноудаленные друг от друга и от оси вала, причем количество прорезей m равно количеству n полюсов «П»-образных шихтованных магнитопроводов статора (m=n), а размер прорезей I, I зависит от размера рабочих органов (магнитов) 5. Геометрические размеры полюса - магнитопроводов 6 и полюсов постоянных магнитов 5 совпадают.
Магнитоэлектрическая дисковая машина работает следующим образом.
1
При вращении вала 3 вращаются роторные диски 2 с установленными в прорезях m 4 с рабочими органами (постоянными магнитами) 5. Один роторный диск смещен относительно другого на угол 45°, что приводит к уменьшению тягового момента сопротивления при прохождении постоянного магнита 5 под полюсом магнитопровода 6. При вращении роторного диска 2 в зоне полюсов «П»-образных магнитопроводов статора электромагнитное поле имеет резкопеременный характер, что приводит к появлению импульсов переменного тока в каждой обмотке n 7. Шихтованные «П»-образные магнитопроводы позволяют существенно уменьшить потери на вихревые токи на торцах магнитопроводов, тем самым повышая КПД магнитоэлектрической дисковой машины в целом.
Благодаря применению постоянных магнитов изготовленных из редкоземельных элементов предложенная конструкция позволяет достичь высоких энергетических показателей при генерации электрической энергии. Максимальная мощность определяется энергией применяемых постоянных магнитов, от параметров которых зависят все остальные. Применение устройства регулирования магнитного потока выполненного в виде вращающегося диска с магнитами, образуя «магнитный экран» / «Оболочка из ферромагнитного материала, препятствующая выходу магнитных силовых линий наружу, или, наоборот, проникновению внешнего магнитного поля внутрь экрана. Действие М.Э. основано на том, что он образует магнитную цепь с малым магнитным сопротивлением (вследствие большой магнитной проницаемости материала экрана), через которую замыкаются почти все магнитные силовые линии, подходящие к экрану снаружи или изнутри». Словарь Бензаря /, что позволяет существенно уменьшить осевые нагрузки. Малая масса магнитоэлектрической дисковой машины позволяет быстро вывести ее на номинальную мощность. Конструкция подвижного ротора состоящего как минимум из двух дисков смещенных на угол 45°, позволяет существенно уменьшить тормозной момент, возникающий при возникновении радиальной силы, появляющейся при нахождении магнита под полюсом магнитопровода, так как в этот момент магниты дисков ротора смещены относительно друг друга на угол 45°.