ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано при производстве электрических машин, например, электродвигателей или генераторов электрического тока.
Известен электродвигатель, смонтированный на одном основании со статором и ротором на подшипниках внутри него, на которые подано переменное напряжение через токосъемное кольцо со щеткой на валу (Заявка: №2008127294/22, 04.07.2008).
Недостатком такого технического решения является ограниченная эффективность данного типа электрической машины, обусловленная ограничениями конструкции по скорости вращения и вращающему моменту.
Задачей, решаемой полезной моделью, является повышение эффективности электрической машины.
Поставленная задача достигается тем, что электрическая машина, например, электродвигатель или генератор электрического тока, содержащая, по меньшей мере, одну группу «статор-ротор» установленные соосно с возможностью вращения ротора, электромагниты с электрическими обмотками, отличается тем, что статор и ротор установлены на двух соосных валах, выполнены в виде тонкостенных пустотелых взаимосопрягающихся цилиндров с одной стороны перекрытых основаниями, причем цилиндр статора расположен в цилиндре ротора, концентрически и эквидистантно последнему, электромагниты размещены на цилиндрических образующих статора и ротора, при этом статор установлен также с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения ротора.
Статор и ротор могут быть выполнены в количестве «n» чередующихся групп «статор-ротор», причем все роторы закреплены на одном основании, а статоры - на другом.
Электрическая машина может отличаться тем, что снабжена дополнительным ротором, размещенным внутри статора на внутренней поверхности, а электромагниты статора и ротора имеют разную полярность.
Установка статора и ротора на двух соосных валах, а статора с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения ротора за счет эффекта сложения угловых скоростей встречного вращения ротора и статора позволяет электрическим обмоткам ротора пересекать магнитное поле статора с большей частотой, что повышает количество произведенной электроэнергии для генератора или крутящий момент для электродвигателя.
Выполнение статора и ротора в виде тонкостенных пустотелых взаимосопрягающихся цилиндров с одной стороны перекрытых основаниями, причем цилиндр ротора расположен в цилиндре статора концентрически и эквидистантно последнему, электрические обмотки и магнитные полюсы, размещенные на цилиндрических образующих статора и ротора, создают взаимопритягивающие электромагнитные поля, которые создают силовые векторы, усиливающие скорость противоположного вращения ротора и статора. Кинетическая энергия массы ротора и статора при этом поддерживает устойчивое равномерное вращение и повышает крутящий момент.
Вариант с дополнительным ротором компенсирует осевое смещение вращающихся частей электромашины за счет разнополярности электромагнитов ротора и статоров и снижает нагрузку на подшипники, что позволяет увеличить частоту вращения и ресурс подшипников.
Кроме того, возрастает плечо вращающего момента каждого последующего статора и ротора от центра вращения и, соответственно, суммарного крутящего момента электродвигателя, облегчается запуск и поддержание равномерного вращения меньшим потреблением электроэнергии. Для генератора же заявляемое техническое решение позволяет вырабатывать большее количество электроэнергии при меньших затратах подводимой механической энергии.
Полезная модель поясняется чертежами: на фиг.1 показана схема электрической машины, продольный разрез; на фиг.2 - вариант с дополнительным ротором.
Электрическая машина, например, электродвигатель или генератор электрического тока, содержит статор 1, ротор 2, установленные соосно с возможностью вращения статора 1 и ротора 2 в противоположных направлениях, электромагниты 3 с электрическими обмотками 4. Статор 1 и ротор 2 установлены на двух соосных валах 5 и 6 выполнены в виде тонкостенных пустотелых взаимосопрягающихся цилиндров с одной стороны перекрытых основаниями 7, 8. Цилиндр ротора 2 расположен снаружи цилиндра статора 1 концентрически и эквидистантно. Электромагниты 3 размещены на цилиндрических образующих статора 1 и ротора 2 разноименными полюсами друг к другу. Электрическая машина имеет токосъемное кольцо 9.
Статор 1 и ротор 2 могут быть выполнены в количестве «n» чередующихся групп «статор-ротор», причем все роторы закреплены на одном основании, а статоры - на другом.
Для усиления положительного эффекта электрическая машина может быть снабжена дополнительным ротором 10, размещенным внутри статора 1, а электромагниты статора и ротора имеют разную полярность.
Электрическая машина работает следующим образом (фиг.1, 2). В режиме электродвигателя напряжение подается через токосъемное кольцо на обмотки электромагнитов статора и ротора. Последние формируют электромагнитные поля с разноименными полюсами на каждом электромагните. Возникающие электромагнитные силы притягивают электромагниты статора и ротора с разноименными полюсами. Электродвигатель начинает раскручиваться, статор и ротор при этом вращаются в разные стороны на своих валах. При достижении номинальных оборотов и крутящего момента работа двигателя стабилизируется и вращение происходит с большей скоростью и более равномерно, поскольку пересечение магнитных полей электромагнитов статора и ротора происходит чаще за счет встречного вращения, а с добавлением «n» групп «статор-ротор» на них можно разместить большее число электромагнитов и взаимодействие между ними происходит при меньшем угле поворота валов.
Генератор электрического тока работает следующим образом. Статор и ротор приводят в противовращение, подводя к валам крутящий момент. При этом за счет эффекта сложения угловых скоростей противоположного вращения ротора и статора электрические обмотки электромагнитов ротора пересекают магнитное поле электромагнитов статора с большей частотой, в обмотках наводится ток и передается через токосъемное кольцо потребителю. Количество произведенной электроэнергии возрастает как за счет встречного вращения, так и за счет добавления «n» групп «статор-ротор» с их электромагнитами.
Эффективность работы электродвигателя и генератора возрастает также в силу того, что создаются взаимопритягивающие электромагнитные поля, которые создают силовые векторы, усиливающие скорость противоположного вращение ротора и статора, кинетическая энергия массы роторов и статоров при этом поддерживает устойчивое равномерное вращение и повышает крутящий момент, а вариант с дополнительным ротором компенсирует осевое смещение вращающихся частей электромашины за счет разнополярности электромагнитов ротора и статора и снижает нагрузку на подшипники, что позволяет увеличить частоту вращения и ресурс подшипников, также возрастает плечо вращающего момента каждого последующего статора и ротора от центра вращения и, соответственно, суммарного крутящего момента электродвигателя, облегчается запуск и поддержание равномерного вращения меньшим потреблением электроэнергии, обеспечивается выработка большего количества электроэнергии при меньших затратах подводимой механической энергии.
Промышленная применимость обеспечивается современными технологиями производства.