ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к преобразователям нетрадиционных источников энергии, предназначена для использования в энергетике, машиностроении, в стационарных и мобильных энергетических установках.
Известно устройство, работающее как двигатель, генератор или комбинированный двигатель-генератор, содержащее кольцеобразный ряд обмоток статора и соответствующий кольцеобразный ряд постоянных магнитов ротора. В известном устройстве обмотки статора размещены на железных сердечниках из листов или прессованного порошка железа, а, нераспределенные в пазах, сердечники с обмотками чередуются с железными сердечниками без обмоток (см. патент 2234788 С2, опубликованный 25.05.2000), прототип.
Недостатком прототипа является низкий КПД преобразования энергии, обусловленный потерями механической мощности на преодоление сил притяжения постоянных магнитов якоря с сердечниками статорных обмоток для генераторов, и аналогичными потерями электрической энергии в двигателях при смещении якоря от нейтрального положения, когда силы притяжения между постоянными магнитами ротора с сердечниками обмоток статора, кроме радиальных составляющих, будут иметь тангенциальные составляющие, на преодоление которых затрачивается определенная энергия.
Технический результат заключается в повышении КПД преобразования энергии за счет уменьшения потребляемой мощности преобразователя, как в режиме генерации электрической энергии, так и в режиме двигателя, а так же в уменьшении веса, уменьшении металлоемкости за счет использования обмоток статора без железных сердечников и повышении интенсивности магнитных потоков путем комбинирования системы постоянных магнитов.
Технический результат достигается тем, что электрическая машина содержит экранированный статор с кольцеобразным рядом обмоток, ротор с осью, диск ротора с кольцеобразным рядом кольцевых постоянных магнитов.
Особенностью является то, что кольцевой ряд кольцевых постоянных магнитов выполнен из кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью и кольцевых постоянных магнитов с радиальной намагниченностью, размещенных по окружности диска ротора из немагнитного материала, чередующихся между собой, а кольцевые постоянные магниты с осевой намагниченностью расположены навстречу друг другу одноименными полюсами с зазорами, в каждом из которых с зазорами размещены кольцевые постоянные магниты с радиальной намагниченностью, причем между северными полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью размещены кольцевые постоянные магниты с радиальной намагниченностью, северные полюсы которых находятся на внешней образующей этих кольцевых постоянных магнитов, а в зазорах между южными полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью размещены кольцевые постоянные магниты с радиальной намагниченностью, на внешней образующей которых находятся южные полюсы, статорные обмотки имеют в развернутом виде в плане форму равнобедренной трапеции, огибающей боковыми сторонами полуокружности кольцевых постоянных магнитов, а большая и малая стороны каждой статорной обмотки имеют длину, обеспечивающую расположение боковых сторон, огибающие кольцевые постоянные магниты, над двумя соседними зазорами между кольцевыми постоянными магнитами с осевой намагниченностью на их середине и над кольцевыми постоянными магнитами с радиальной намагниченностью, при этом экран, выполненный в виде двух одинаковых кольцеобразных пластин из магнитомягкого железа симметрично облегает статорные обмотки с внешних сторон корпуса. Между статорными обмотками, размещенными в пазах двух профилированных сопрягающихся половин корпуса статора, и кольцевыми постоянными магнитами имеется зазор с минимальной величиной, обеспечивающей прохождение кольцеобразного ряда кольцевых постоянных магнитов без касания статорных обмоток и корпуса статора. Между составляющими корпуса со статорными обмотками со стороны оси ротора имеется зазор, обеспечивающий свободное размещение способного свободно вращаться диска ротора. Относительные размеры упомянутых элементов ротора находятся в следующих пределах: длина каждого кольцевого постоянного магнита с осевой намагниченностью составляет (0,2÷0,4) от его внешнего диаметра; длина каждого кольцевого постоянного магнита с радиальной намагниченностью составляет (0,1÷0,15) от его внешнего диаметра; величина зазора между кольцевыми постоянными магнитами с осевой намагниченностью не более 1,5 от длины каждого из них, а ширина намотки каждой статорной обмотки не должна превышать величины зазора между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - схематически показано взаимное расположение кольцевого ряда кольцевых постоянных магнитов и кольцеобразного ряда обмоток; на фиг.2 - показана форма обмоток и их взаимное расположение; на фиг.3 - показана часть корпуса в разрезе; на фиг.4 - схематическое изображение визуализированных силовых магнитных линий кольцевых постоянных магнитов, пересекающих витки обмоток.
м1
м1
м2
м2
м1
Электрическая машина (фиг.1) содержит ротор с осью 1, диск 2 ротора из немагнитного материала, закрепленный на оси 1, по периферии диска 2 закреплен кольцеобразный ряд кольцевых постоянных магнитов 3, 4, 5. Кольцевые постоянные магниты 3 с осевой намагниченностью расположены навстречу друг другу одноименными полюсами с зазорами ΔM1, в каждом из которых с зазорами ΔМ2, размещены кольцевые постоянные магниты 4, 5 с радиальной намагниченностью. Между северными полюсами кольцевых постоянных магнитов 3 с осевой намагниченностью размещены кольцевые постоянные магниты 4 с радиальной намагниченностью, северные полюсы которых находятся на внешней образующей этих кольцевых постоянных магнитов 4, а в зазорах ΔМ1 между южными полюсами кольцевых постоянных магнитов 3 с осевой намагниченностью размещены кольцевые постоянные магниты 5 с радиальной намагниченностью, на внешней образующей которых находятся южные полюсы. Статорные обмотки 6, 7 имеют в развернутом виде в плане форму равнобедренной трапеции, огибающей боковыми сторонами АВС и DEF (см. фиг.2) полуокружности кольцевых постоянных магнитов 3, 4, 5, а большая и малая стороны AD и CF каждой статорной обмотки 6, 7 имеют длину, обеспечивающую расположения боковых сторон АВС и DEF, огибающих кольцевые постоянные магниты 3, 4, 5 над двумя соседними зазорами ΔМ1 между кольцевыми постоянными магнитами 3 с осевой намагниченностью по их середине и над кольцевыми постоянными магнитами 4, 5 с радиальной намагниченностью. Экран, выполненный из двух одинаковых кольцеобразных пластин 8, 9 (см. фиг.3) из магнитомягкого железа симметрично облегает статорные обмотки 6, 7 с внешних сторон корпуса статора 10, состоящего из двух симметричных профилированных сопрягающихся половин. Между статорными обмотками 6, 7, размещенные в пазах двух профилированных сопрягающихся половин корпуса статора 10 и кольцевыми магнитами 3, 4, 5 имеется зазор δ1 с минимальной величиной, обеспечивающий прохождение кольцеобразного ряда кольцевых постоянных магнитов 3, 4, 5 без касания статорных обмоток 6, 7 и корпуса статора 10. Между составляющие корпуса статора 10 со статорными обмотками 6, 7 со стороны оси 1 ротора имеется зазор δ2, обеспечивающий свободное размещение способного вращаться диска 2 ротора. Относительные размеры элементов ротора находятся в следующих пределах: длины L каждого кольцевого постоянного магнита 3 с осевой намагниченностью составляет (0,2÷0,4) от его внешнего диаметра D; длина L каждого кольцевого магнита 4, 5 с радиальной намагниченностью составляет (0,1÷0,15) от его внешнего диаметра D; величина зазора ΔM1 между кольцевыми постоянными магнитами 3 с осевой намагниченностью составляет не более 1,5 от длины L каждого из них, а ширина Δ намотки каждой статорной обмотки 6, 7 не должна превышать величины зазора ΔM1 между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов 3 с осевой намагниченностью.
Отсутствие железных сердечников у обмоток статора облегчает конструкцию машины и ее вес. За счет размещения между кольцевыми постоянными магнитами 3 с осевой намагниченностью, их встречного размещения и установкой между ними кольцевых постоянных магнитов 4, 5 с радиальной намагниченностью достигается высокая концентрация магнитного поля (см. фиг.4) в область статорных обмоток 6, 7, что приводит к повышению КПД преобразователя энергии, а отсутствие неоднородностей магнитопроводов экрана по окружности диска 2 ротора не вызывает появления тангенциальных составляющих сил притяжения между кольцевыми постоянными магнитами 3, 4, 5 и экраном что в свою очередь приведет к уменьшению затрат энергии на вращение ротора. Все это справедливо как для режима генератора, так и для режима электрического двигателя.