ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве генератора электрической энергии или двигателя для привода механизмов и машин.
Разработанные до настоящего времени конструкции электрических машин, которые содержат ротор и статор с обмотками, имеют низкий коэффициент полезного действия, большой вес и высокую стоимость [Брускин Д.Э., Захарович А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины и микромашины. - М.: Высш. шк., 1981. - С. 250.].
Известен генератор переменного тока, который содержит статор с неподвижными обмотками и ротор, создающий подвижное магнитное поле. [Автомобиль. Основы конструкции. Вишняков Н.Н., Вахламов В.К., Нарбут А.Н. и др. - М.: Машиностроение, 1986. - С. 76.].
Недостатками приведенной конструкции являются низкая надежность и долговечность подвижных контактных соединений щеточного узла при использовании электромагнитов и низкий коэффициент полезного действия и потеря мощности из-за наличия зазора между статором и ротором, а также возможность выхода обмоток из пазов ротора при больших скоростях.
Наиболее близким к заявленному по техническому решению является двигатель постоянного тока, включающий неподвижный статор с секционными обмотками, и ротор с набором неподвижно установленных постоянных магнитов. Секции обмоток подключены к электронному коммутатору. [Д.А. Соснин, В.Ф. Яковлев. Новейшие автомобильные электронные системы - М: СОЛОН-Пресс., 2005. - С. 217.].
Недостатками приведенной конструкции являются:
1. Наличие зазоров между магнитами и статором уменьшает величину магнитного потока, что снижает мощность двигателя и коэффициент полезного действия.
2. Наличие электронного коммутатора с большим количеством электронных компонентов снижает надежность двигателя и увеличивает его стоимость.
Задача полезной модели - повышение мощности и коэффициента полезного действия, за счет более эффективного использования энергии магнитного поля.
Отличительными признаками заявленной конструкции являются:
- постоянные магниты выполнены в виде цилиндров;
- каждый цилиндр жестко связан с соответствующим сателлитом;
- цилиндры, установлены концентрически по окружности на внешней цилиндрической поверхности статора без зазора;
- сателлиты кинематически связаны с неподвижным солнечным колесом;
- водило кинематически связано с сателлитами и установлено на подшипниковых опорах в статоре.
Поставленная задача решается тем, что постоянные магниты выполнены в виде цилиндров, установленных концентрически по окружности на внешней цилиндрической поверхности статора, каждый из которых жестко связан с соответствующим сателлитом, который кинематически связан с неподвижным солнечным колесом, установленным на оси статора, а водило кинематически связано с сателлитами и установлено на подшипниковых опорах в статоре.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема электрической машины. Устройство содержит статор 1, в котором установлены многосекционные электрические обмотки 2, по числу полюсов. Электрические обмотки 2 соединены между собой согласованно по схеме трехфазного переменного напряжения. На оси статора 1 установлено солнечное колесо 3 с зубчатым венцом на внешней поверхности, который взаимодействует с зубчатыми венцами сателлитов 4. Каждый сателлит 4 жестко связан с соответствующим цилиндром 5, являющимся постоянным магнитом с радиальной намагниченностью. Цилиндры 5 установлены концентрически по окружности на внешней цилиндрической поверхности статора без зазора. Водило 6, кинематически связанное с сателлитами 4, установлено на подшипниковых опорах 7 в статоре 1. Солнечное колесо 3 вместе с сателлитами 4 и водилом 6 образуют планетарный механизм.
Устройство работает следующим образом. При вращении водила 6 сателлиты 4 также начинают вращаться вместе с цилиндрами 5. Цилиндры 5 двигаясь по цилиндрической поверхности статора 1, изменяют направление магнитного потока. За счет индукции, в электрических обмотках 2 статора 1 возникает э.д.с. Электрическая машина в этом случае работает в режиме генератора переменного тока трехфазного напряжения. Число цилиндров 5 должно соответствовать числу пар полюсов статора 1. Передаточное число зубчатых передач сателлитов 4 и солнечного колеса 3 выбирается таким образом, чтобы при повороте цилиндров 5 вокруг оси, их полюсы попеременно находились на поверхностях полюсов электрических обмоток 2 статора 1. При вращательном движении цилиндров 5 по цилиндрической поверхности статора1 отсутствует скольжение контактных поверхностей.
Коэффициент полезного действия электрических машин переменного тока увеличивается с увеличением частоты вращения ротора. Е.д.с. индукции в обмотках статора 1 зависит от величины магнитного потока и частоты его изменения. Так как, частота изменения направления магнитного потока будет выше частоты вращения водила 6 на величину передаточного числа зубчатых передач между солнечным колесом 3 и сателлитами 4, а зазоры между цилиндрами 5 и цилиндрической поверхностью статора 1 отсутствуют, то э.д.с. в электрических обмотках 2, будет выше по сравнению с другими типами генераторов. Более высокая частота вращения цилиндров 5 позволит увеличить коэффициент полезного действия устройства. При подключении к электрическим обмоткам 2 переменного трехфазного напряжения электрическая машина будет работать в режиме двигателя.
Технический эффект от применения изобретения заключается в повышении коэффициента полезного действия и мощности электрической машины за счет более эффективного использования энергии магнитного поля.