ЛИНЕЙНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к электрическим машинам, преобразующим механическую энергию возвратно-поступательного движения в электрическую и наоборот, и может быть использована в энергетике и на транспорте.
Из уровня техники известна электрическая машина линейного типа по патенту на изобретение (RU 2273086, МПК: H02K 35/02, опубликованная 27.03.2006 г.), состоящая из статора и подвижного элемента, содержащего ряд элементов из постоянных магнитов и способного совершать возвратно-поступательное движение вдоль статора. Статор электромашины состоит из множества проводников магнитного потока и электрического проводника, формирующего обмотку.
К основному недостатку аналога можно отнести недостаточно эффективное использование магнитной системы электрической машины в результате неравномерного распределения магнитного потока.
Наиболее близко, по технической сущности к заявляемой полезной модели, относится линейная электрическая машина (ЛЭМ) плоской конструкции, описанная в статье авторов (Arshad, W.M., Thelin, P., , Т., Sadarangani, C. Alternative Electrical Machine Solutionsfor a Free Piston Generator. Proceedingsofthe 6th International Power Engineering Conference (IPEC2003), Singapore, 2003, p. 329-334 Fig. 3,), принятая нами за прототип и содержащая корпус с установленным в нем зубчатым статором и расположенной в его пазах трехфазной обмоткой, индуктор с расположенными в непопарно-встречно продольно намагниченными постоянными магнитами и ферромагнитными полюсами.
Недостатками прототипа являются низкие: удельная мощность и коэффициент полезного действия (КПД) линейной электрической машины.
Задача, решаемая полезной моделью, направлена на повышение мощности и коэффициента полезного действия ЛЭМ без увеличения ее массогабаритных показателей.
Технический результат заключается в разработке эффективной конструкции линейной электрической машины с высокой мощностью и коэффициентом полезного действия, путем увеличения магнитного потока в ЛЭМ за счет изменения конфигурации элементов активной части индуктора без увеличения ее объема и массы.
Технический результат достигается за счет того, что линейная электрическая машина, содержит корпус с установленным в нем зубчатым статором и расположенной в его пазах трехфазной обмоткой, индуктором с расположенными в нем постоянными магнитами, намагниченными попарно-встречно продольно, и ферромагнитными полюсами, отличие, согласно полезной модели заключается в том, что постоянные магниты выполнены в продольном сечении в форме трапеций, обращенных к статору меньшим основанием, а ферромагнитные полюса выполнены в продольном сечении в форме трапеций, обращенных к статору большим основанием, при этом линейные размеры постоянных магнитов и ферромагнитных полюсов со стороны статора постоянны.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена линейная электрическая машина.
Линейная электрическая машина содержит корпус 1 с установленным в нем зубчатым статором 2 и расположенной в его пазах трехфазной обмоткой 3, индуктором 4 с расположенными в нем постоянными магнитами 5, намагниченными попарно-встречно продольно, и ферромагнитными полюсами б.Постоянные магниты 5 выполнены в продольном сечении в форме трапеций, обращенных к статору 2 меньшим основанием, ферромагнитные полюса 6 выполнены в продольном сечении в форме трапеций, обращенных к статору 2 большим основанием. При этом линейные размеры постоянных магнитов 5 и ферромагнитных полюсов 6 со стороны статора постоянны.
Линейная электрическая машина работает в двух режимах: в режиме двигателя и режиме генератора.
В режиме двигателя при подаче синусоидального напряжения на трехфазную обмотку 3 зубчатого статора 2, по ней начинает протекать ток, создающий бегущее магнитное поле, взаимодействующее с магнитным потоком ферромагнитных полюсов 6. Данное взаимодействие создает силу, вызывающую линейное перемещение индуктора 4. За счет трапецеидальной формы постоянных магнитов 5 при постоянных линейных размерах со стороны статора 2, увеличивается их объем и, соответственно, магнитный поток и сила, действующая на индуктор 4, что приводит к увеличению мощности КПД линейной электрической машины в режиме двигателя.
В режиме генератора за счет линейного перемещения внешней силой индуктора 4, магнитный поток, вызванный магнитодвижущей силой постоянных магнитов 5, проходит через ферромагнитные полюса 6 и наводит в зубчатом статоре 2 переменное магнитное поле, создавая в его трехфазной обмотке 3 электродвижущую силу. За счет увеличения объема постоянных магнитов 5, возрастает магнитный поток и переменное магнитное поле в зубчатом статоре 2. Это приводит к увеличению электродвижущей силы в его трехфазной обмотке 3, и, как следствие, повышению мощности и КПД линейной электрической машины в режиме генератора.
Выполнение ферромагнитных полюсов 6 в форме трапеций приводит к равномерному распределению магнитного потока по всему их сечению и эффективному использованию материала ферромагнитных полюсов 6 в обоих режимах работы линейной электрической машины.
Использование полезной модели в линейной электрической машине позволит повысить мощность и КПД на 10-15% без увеличения ее массогабаритных показателей за счет изменения конфигурации элементов активной части индуктора, при сохранении его объема и массы и найдет широкое применение в таких областях как энергетика и транспорт.