Электрический двигатель
ELECTRIC MOTOR

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для привода различных механизмов, агрегатов и машин.
Известен электрический двигатель, имеющий общую продольно-аксиальную ось симметрии и содержащий ротор-вал с продольной осью симметрии, совмещенной с осью симметрии двигателя, передним и задним участками, оснащенными подшипниками, центральным участком, имеющим магнитогенерирующую токопроводную обмотку, подключенную к токоподводящим щеткам, а также статор с магнитогенерирующей токопроводной обмоткой, закрывающий собой по наружному периметру центральный участок ротора и образующий магнитоприводную камеру с аксиальной осью симметрии, совмещенной с продольно-аксиальными осями двигателя и ротора (А.С. Касаткин, М.В. Немцов. Электротехника. М., Издательский центр «Академия», 2005, с. 5-40).
Недостатком данного устройства является низкая надежность токоподводящих щеток из-за механических разрушений, требующих регулярных замен и ремонтов. Кроме того, высоко потребление электроэнергии из сети.
Известна валовращательная установка, содержащая термомагнитный ротор, выполненный в виде осесимметричной вертикальной кольцевой камеры с установленными в ней радиальными продольными ребрами, образующими систему индивидуальных продольных каналов, а также статор, собранный из двухполюсных магнитов, размещаемых с внутренней и внешней сторон кольцевой камеры ротора, удерживающих его в равновесно стационарном положении в нерабочем состоянии. При работе установки в каналы роторной камеры подают жидкость или газ с различной температурой, формируя положительно-отрицательные температурные градиенты относительно условной «точки Кюри», вызывающие периодическое ослабление и усиление магнитных свойств ротора, с потерей и восстановлением его исходного равновесно-статического положения относительно магнитов статора, возникновением крутящего момента и вращения ротора и подключенного к нему вала механизма (авторское свидетельство СССР 788317 от 11.01.1979 г., опубликовано 15.12.1980 г., Б.И. №46).
При отсутствии роторных щеток устройство достаточно надежно. Основной недостаток связан с необходимостью подачи в установку жидкости насосом или газа компрессором при значительном потреблении электроэнергии из сети.
Известен также электрический двигатель, имеющий общую аксиальную ось симметрии и содержащий ротор с аксиальной осью симметрии, совмещенный с осью симметрии двигателя, передним и задним участками, оснащенными подшипниками, центральным участком, имеющим осесимметричную магнитную насадку, а также статор с магнитогенерирующей токопроводной обмоткой, закрывающей собой по наружному периметру центральный участок ротора и образующий магнитоприводную камеру с аксиальной осью симметрии, совмещенной с аксиальными осями двигателя и ротора (ГОСТ 27471-87. Машины электрические вращающиеся. Термины и определения).
При отсутствии роторных щеток устройство более надежно. Однако сохраняется высокое потребление электроэнергии из сети.
Известен также наиболее близкий предлагаемому изобретению электрический двигатель, содержащий магнитоприводную камеру, имеющую продольную плоскость симметрии и стены с магнитогенерирующей токопроводной обмоткой, а также ротор, имеющий аксиальную ось симметрии, размещенную в продольной плоскости симметрии камеры, центральный, передний и задний участки, причем центральный участок размещен в камере и оснащен осесимметричной магнитной насадкой выполненной в виде ребер, а передний и задний участки вынесены за габариты камеры и закреплены в подшипниках (Патент РФ №2510877 от 10.10.2012, опубликован 10.04.2014, Б.И. №10).
Устройство не имеет токоподводящих щеток и достаточно надежно. Основной недостаток устройства связан с высоким потреблением электроэнергии из сети.
Технический результат изобретения - снижение потребления электроэнергии.
Для достижения технического результата в электрическом двигателе, содержащем магнитоприводную камеру, имеющую продольную плоскость симметрии и стены с магнитогенерирующей токопроводной обмоткой, а также ротор, имеющий аксиальную ось симметрии, размещенную в продольной плоскости симметрии камеры, центральный, передний и задний участки, причем центральный участок размещен в камере и оснащен осесимметричной магнитной насадкой выполненной в виде ребер, а передний и задний участки вынесены за габариты камеры и закреплены в подшипниках, согласно изобретению, на стенах магнитоприводной камеры перпендикулярно ее продольной плоскости симметрии установлены дополнительно ребра с магнитогенерирующей токопроводной обмоткой, скомпонованные в ряды с равношаговым продольным смещением и группы с равношаговым круговым смещением в каждом ряду, а ребра магнитной насадки центрального участка ротора имеют форму поперечных колец, скомпонованных в ряды и размещаемых в камере между рядами ее дополнительных ребер с равномерным шагом вдоль аксиальной оси ротора.
Установкой на стенах магнитоприводной камеры перпендикулярно ее продольной плоскости симметрии дополнительных ребер с магнитогенерирующей токопроводной обмоткой, скомпонованных в ряды с равношаговым продольным смещением и в группы с равношаговым круговым смещением в каждом ряду, выполнением ребер магнитной насадки центрального участка ротора в виде поперечных колец, скомпонованных в ряды и размещаемых в камере между рядами ее дополнительных ребер с равномерным шагом вдоль аксиальной оси ротора, достигается расширение пространства взаимодействия магнитных полей обмотки камеры и роторной насадки и увеличение крутящего момента ротора при фиксированном потреблении электроэнергии, либо снижение подводимой электрической мощности и энергопотребления при фиксированном крутящем моменте. Последнее соответствует современным требованиям к производствам по энергосбережению и решает поставленную задачу изобретения.
Предлагаемый электрический двигатель схематично представлен на чертежах, где на фиг. 1 показан его продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.
Электрический двигатель на фиг. 1, 2, 3 содержит магнитоприводную камеру 1, имеющую продольную плоскость симметрии α и стены 2 с магнитогенерирующей токопроводной обмоткой 3, а также ротор 4, имеющий аксиальную ось симметрии n, размещенную в продольной плоскости симметрии α камеры 1, центральный, передний и задний участки 5, 6, 7 соответственно, причем центральный участок 5 размещен в камере 1 и оснащен осесимметричной магнитной насадкой 8, а передний и задний участки 6, 7 вынесены за габариты камеры 1 и закреплены в подшипниках 9, 10. Особенностью электрического двигателя является конструкционное выполнение камеры 1, на стенах которой перпендикулярно ее продольной плоскости симметрии α установлены дополнительно ребра 11 с магнитогенерирующей токопроводной обмоткой 12, скомпонованные в ряды 13 с равношаговым продольным смещением s и в группы 14 в равношаговым круговым смещением γ в каждом ряду, а магнитная насадка 8 центрального участка 5 ротора 4 имеет форму поперечных кольцевых ребер 15, размещаемых в камере 1 между рядами 13 ее дополнительных ребер 11 и скомпонованных в ряды 16 с равномерным шагом р вдоль аксиальной оси симметрии n ротора 4.
Стена 2 на фиг. 2 имеет форму шестигранника, однако может иметь восемь, двенадцать граней, быть круглой, иной формы. Магнитная насадка 8 на фиг. 3 выполнена четырехполюсной, может иметь два, шесть, восемь, двенадцать чередующихся полюсов. Магнитная насадка 8 может быть выполнена из ферромагнитного или неявнополюсного гистерезисного материала. Стена 2 камеры 1 выполнена шестиполостной, но может иметь восемнадцать полостей для индивидуальной укладки обмоток 3, 12, либо может быть сплошной с пазами под обмотку 3, 12. Ребра 11 - однополостные, либо сплошные с пазами под обмотку 12.
Работа электрического двигателя осуществляется путем подачи напряжения на обмотки 3, 12 камеры 1 с генерированием магнитного поля, вступающего во взаимодействие с магнитным полем насадки 8 и образованием крутящего момента и вращения ротора 4. Количеством рядов 13 и групп 14 ребер 11, количеством рядов 16 и магнитных полюсов ребер 15, размером ребер 11, 15, а также выбором типа и схемы обмотки 3, 12 в стене 2 и ребрах 11 материала магнитной насадки 8 производят выбор типоразмера двигателя, потребляемой мощности, крутящего момента, систем вентиляции, смазки, контроля, сигнализации, управления, сопряжения с механизмами. Абсолютные значения указанных параметров и характеристик связаны между собой, имеют оптимальные соотношения, являются предметом иных изобретений.
Установкой на стенах магнитоприводной камеры 1 перпендикулярно ее продольной плоскости симметрии α дополнительных ребер 12 с магнитогенерирующей токопроводной обмоткой 13, скомпонованных в ряды 13 с равношаговым продольным смещением s и в группы 14 с равношаговым круговым смещением γ в каждом ряду, выполнением ребер 15 магнитной насадки 8 центрального участка 5 ротора 4 в виде поперечных колец, скомпонованных в ряды 16, размещаемых в камере 1 между рядами 13 ее дополнительных ребер 12 с равномерным шагом р вдоль аксиальной оси n ротора 4, достигается расширение пространства взаимодействия магнитных полей обмотки камеры 1 и роторной насадки 8 и увеличение крутящего момента ротора 4 при фиксированном потреблении электроэнергии, либо снижение подводимой электрической мощности и энергопотребления при фиксированном крутящем моменте. Последнее соответствует современным требованиям к производствам по энергосбережению и решает поставленную задачу изобретения.
Электрический двигатель может быть использован для привода стационарных механизмов, агрегатов, транспорта, заменять синхронные электрические двигатели с минимизацией энергопотребления.