ЛИНЕЙНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к области электротехники, точнее к линейным электрическим машинам плоской конструкции, преобразующим в режиме генератора механическую энергию возвратно-поступательного движения в электрическую, и наоборот - в режиме двигателя, и может быть использована в различных отраслях энергетики и транспортного машиностроения.
Известен линейный электрический генератор (RU №2304341 С1, публ. 10.08.2007 г.), в котором смонтированная в корпусе электромагнитная система (одна или несколько в ряд) представляет собой кольцевую индуктивную катушку с цилиндрическим генерирующим магнитом, подвижным внутри нее. Магнит помещен с радиальным зазором в соосную катушке немагнитную, токопроводящую трубку с выступающими за пределы катушки концами, несущими ограничительные элементы, например резиновые диски, служащие для демпфирования ударных нагрузок на конструкцию генератора при челночных перемещениях магнита и способствующие его возвратному перемещению в направлении катушки.
Недостатком такой электрической машины является малый диапазон допустимого перемещения постоянного магнита, незначительная выходная мощность, увеличение которой ограничено энергией одного магнита, числом витков катушки индуктивности и скоростью перемещения постоянного магнита.
Наиболее близким аналогом (прототипом) полезной модели является линейная электрическая машина плоской конструкции, содержащая размещенные в корпусе зубчатый статор с расположенной в его пазах трехфазной обмоткой и индуктор с ферромагнитными полюсами и продольно намагниченными постоянными магнитами, установленными попарно-встречно (статья «Выбор электрической машины для свободнопоршневого электрогенератора» авторов: Arshad, W.M., Thelin, P., , Т., Sadarangani, С., Труды 6-й Международной энергетической конференции (IPEC2003), Сингапур, 2003 г., стр. 329-334, фиг. 3).
Из-за неравномерного распределения магнитного потока по сечению ферромагнитных полюсов и неэффективного использования активного объема индуктора в прототипе снижены удельная мощность и коэффициент полезного действия (КПД) линейной электрической машины, достичь повышение которых в прототипе возможно только за счет увеличения массогабаритных показателей машины.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, направлена на повышение мощности и КПД линейной электрической машины без увеличения ее массогабаритных показателей.
Технический результат, получаемый при реализации полезной модели, заключается в увеличении магнитного потока в электромагнитной системе индуктора.
Технический результат достигается тем, что в линейной электрической машине, содержащей расположенные в корпусе статор зубчатой формы с размещенной в его пазах трехфазной обмоткой и индуктор с постоянными магнитами, имеющими определенную направленность намагниченности, в отличие от прототипа, индуктор образован чередующимися в направлении продольной оси машины постоянными магнитами, намагниченными попарно-встречно продольно и намагниченными попарно-встречно поперечно, установленными таким образом, что постоянные магниты, имеющие продольное направление намагниченности, обращены друг к другу одноименными полюсами, которые при этом обращены к одноименным полюсам постоянных магнитов с поперечным направлением намагниченности, обращенным в сторону статора.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично показана односторонняя линейная электрическая машина.
Линейная электрическая машина может быть выполнена как односторонней, так и двухсторонней, и содержит корпус 1 с установленными в нем зубчатым статором 2 с расположенной в его пазах трехфазной обмоткой 3, и индуктором 4 с расположенными в нем постоянными магнитами 5, намагниченными попарно-встречно продольно, и постоянными магнитами 6, намагниченными попарно-встречно поперечно. Постоянные магниты 5, намагниченные попарно-встречно продольно, и постоянные магниты 6, намагниченные попарно-встречно поперечно, чередуются в направлении продольной оси линейной электрической машины. При этом постоянные магниты 5, имеющие продольное направление намагниченности, обращены полюсами к одноименными полюсам постоянных магнитов 6 с поперечным направлением намагниченности, обращенным в сторону статора 2.
Замена в индукторе ферромагнитных полюсов (прототипа) на постоянные магниты с поперечным направлением магнитного потока, как в предлагаемом решении, и совместное использование постоянных магнитов с продольным направлением намагниченности и поперечным направлением намагниченности приводит к увеличению индукции в зазоре в зоне у поверхности индуктора, обращенной к статору.
При работе увеличение магнитного потока в электромагнитной системе линейной электрической машины обеспечивается следующим образом.
В режиме двигателя при подключении трехфазной обмотки 3 статора 2 к многофазному источнику питания (не показан) создается бегущее магнитное поле, взаимодействующее с полем постоянных магнитов индуктора 4, в результате чего возникает электромагнитная сила, приводящая индуктор в движение. При этом поле магнитов 6 с поперечным направлением намагниченности усиливает поле, созданное магнитами 5 с продольным направлением намагниченности.
В режиме генератора за счет линейного перемещения индуктора 4 внешней силой суммарный магнитный поток, созданный магнитодвижущей силой постоянных магнитов 5 и постоянных магнитов 6, создает в зубчатом статоре 2 переменное магнитное поле, наводя в его трехфазной обмотке 3 электродвижущую силу. За счет суперпозиции (векторной суммы) магнитных полей постоянных магнитов 5 и 6 возрастает магнитный поток в зубчатом статоре 2, что приводит к увеличению электродвижущей силы в его трехфазной обмотке 3.
Проведенные расчетные исследования с помощью разработанной математической моделью показали, что мощность и КПД линейной электрической машины могут быть повышены на 10-15% за счет предлагаемого построения магнитной системы индуктора машины, исключающего, по сравнению с прототипом, необходимость в увеличении ее массогабаритных показателей.