Электрическая машина с постоянными магнитами

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам с постоянными магнитами, и может быть использована в электроприводах систем автоматического управления.
Известны электрические машины с постоянными магнитами, у которых магниты могут располагаться как на статоре, так и на роторе, обладающие достаточно высокими энергетическими показателями и надежностью конструкции [Электрические машины: учебник для вузов / Иванов-Смоленский - Москва: Изд-во Энергия, 1980, стр. 687-691].
Недостатком данных электрических машин является то, что регулирование магнитного потока приводит к существенному усложнению конструкции (например, поворот магнитов относительно друг друга).
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является синхронная электрическая машина с возбуждением от постоянных магнитов [Изобретение В.А. Трегубова SU №603060 от 15.04.78], являющаяся прототипом полезной модели и содержащая систему, состоящую из двух магнитопроводов, на первом магнитопроводе размещены постоянные магниты, а в пазах второго магнитопровода уложена якорная обмотка и дополнительная подмагничивающая обмотка, намотанная на ферромагнитные перемычки между зубцами и подключенная к источнику постоянного напряжения.
Недостатком данной электрической машины является небольшой диапазон регулирования магнитного потока, а также сложность ее конструкции из-за наличия перемычек в пазах магнитопровода, на которые необходимо намотать дополнительные подмагничивающие обмотки, при этом указанные обмотки должны размещаться в одном пространстве (пазу) с основной обмоткой.
Задачей полезной модели является расширение диапазона регулирования магнитного потока электрической машины и упрощение ее конструкции.
Поставленная задача достигается тем, что электрическая машина с постоянными магнитами содержит систему из двух магнитопроводов, в которой на первом магнитопроводе расположены постоянные магниты, а на втором магнитопроводе размещена якорная обмотка, при этом на первом магнитопроводе дополнительно выполнены вспомогательные явно выраженные полюсы с катушками, сдвинутые в пространстве в аксиальном направлении по отношению к постоянным магнитам.
На фиг. 1 приведен продольный разрез электрической машины с постоянными магнитами; на фиг. 2 - поперечный разрез в месте, где статор содержит постоянные магниты; на фиг. 3 - поперечный разрез в месте, где статор содержит вспомогательные явно выраженные полюсы с катушками; на фиг. 4 - распределение магнитного потока при обесточенных катушках вспомогательных полюсов; на фиг. 5 - распределение магнитного потока при включенных катушках вспомогательных полюсов (основной магнитный поток от постоянных магнитов не указан).
Предлагаемая электрическая машина с постоянными магнитами может быть выполнена как машина постоянного тока, так и машина синхронного типа.
Конструкцию и принцип действия заявляемой электрической машины с постоянными магнитами рассмотрим на примере машины постоянного тока (МПТ).
Предлагаемая электрическая машина с постоянными магнитами (фиг. 1 - фиг. 3) содержит статор 1, на основной части которого находятся постоянные магниты 2, а на другой части вспомогательные явно выраженные полюсы 3 с размещенными на них обмотками, выполненные в виде катушек 4. Ротор 5 выполнен с конструктивными пазами под обмотку якоря 6, по которой протекает постоянный ток.
Предлагаемая электрическая машина с постоянными магнитами работает следующим образом.
При питании обмотки якоря 6 постоянным током создается магнитное поле, которое взаимодействует с основным полем от постоянных магнитов 2, при этом возникает электромагнитный момент, который приводит во вращение ротор 5. Для регулирования основного магнитного потока в предлагаемой электрической машине на статоре размещены вспомогательные полюсы 3, которые создают поле, совпадающее по полюсности с полем постоянных магнитов 2. В связи с тем, что магнитное сопротивление постоянного магнита практических равно магнитному сопротивлению воздуха, магнитный поток, созданный катушками вспомогательных полюсов, не замыкается через них. При этом в случае обесточенных катушек на вспомогательных полюсах 3 часть основного магнитного потока от постоянных магнитов создает контур вдоль электрической машины по валу ротора 5, через зубцы вспомогательных полюсов 3 и спинку статора 1 (фиг. 4). Эта часть магнитного потока от постоянных магнитов наводит в якорной обмотке ЭДС противоположного знака к ЭДС от основного поля постоянных магнитов.
При подключении катушек 4 к источнику питания постоянного тока создается МДС, которая увеличивает или уменьшает долю потока от постоянных магнитов 2, проходящую в аксиальном направлении через вспомогательные полюсы 3, тем самым уменьшая или усиливая основной рабочий магнитный поток (фиг. 5). При изменении части потока от постоянных магнитов меняется и ЭДС обмотки якоря. Ослабление основного поля от постоянных магнитов, а также величина и знак ЭДС, наводимой в обмотке якоря от части основного потока, определяется величиной и знаком напряжения, подаваемого на катушки 4 вспомогательных полюсов 3.
В отличие от прототипа, предлагаемая электрическая машина с постоянными магнитами обладает более широким диапазоном регулирования основного магнитного потока от постоянных магнитов за счет его перераспределения в аксиальном направлении через вспомогательные полюсы при изменении напряжения питания катушек. Также исключение ферромагнитных перемычек с подмагничивающей обмоткой, находящихся в пазах магнитопровода, и применение вспомогательных полюсов позволяет упростить конструкцию.