ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к преобразователям нетрадиционных источников энергии, предназначена для использования в энергетике и 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 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 и 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.
Технический результат достигается тем, что электрическая машина содержит экранированный статор с кольцевым рядом обмоток, ротор с осью, диск ротора с кольцеобразным рядом кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью Особенностью является то, что экран выполнен в
виде двух одинаковых кольцеобразных пластин из магнитомягкого железа, облегающих обмотки статора с внешних сторон корпуса, кольцевые постоянные магниты, размещенные по окружности диска ротора из немагнитного материала, расположены навстречу друг к другу одноименными полюсами с зазором, а обмотки имеют в плане форму равнобедренной трапеции, огибающей боковыми сторонами полуокружности кольцевых постоянных магнитов, а большая и малая стороны каждой обмотки имеют длину, обеспечивающую расположение боковых сторон, огибающих кольцевые постоянных магниты, над двумя соседними зазорами между кольцевыми постоянными магнитами по их середине. Между обмотками статора, 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 обмоток и корпуса статора. Между составляющими корпуса с обмотками со стороны оси ротора имеется зазор, обеспечивающий свободное размещение диска ротора.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - схематически показано взаимное расположение кольцеобразного ряда кольцевых постоянных магнитов и кольцеобразного ряда обмоток; на фиг.2 - показана часть корпуса в разрезе и расположение обмоток с кольцевыми постоянными магнитами; на фиг.3 - показана форма обмоток; на фиг.4а и 4б - изображены схематически распределения магнитных потоков в развернутом виде в продольном (а) и поперечном (б) сечениях.
Электрическая машина (фиг.1) имеет 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 с осевой намагниченностью, расположенных по окружности диска 2 ротора навстречу друг к другу одноименными полюсами с зазором 4 между ними. С обеих
сторон относительно плоскости диска 2 кольцевые постоянные магниты 3 огибают кольцеобразный ряд обмоток 5, 6, которые в плане и развернутом виде имеют форму равнобедренной трапеции. На фиг 2 показана схематически часть корпуса статора в сечении осевой плоскостью. Корпус статора состоит из двух экранированных половин 7, 8 из немагнитного материала с профилированными пазами для обмоток 5, 6. Экраны 9 имеют кольцеобразную форму из магнитомягкого железа и выполняют роль внешних магнитопроводов (см. фиг.4а, 4б). Между обмотками 5, 6 и кольцевыми постоянными магнитами 3 имеется зазор с величиной d, который обеспечивает свободное прохождение ряда из кольцевых постоянных магнитов 3, не касаясь обмоток 5, 6 и составных частей корпуса. Со стороны оси 1 между частями 7 и 8 корпуса статора имеется зазор с величиной L, необходимый для свободного размещения в нем диска 2. На фиг 3 показана форма профилированных обмоток 5, 6. В развернутом виде обмотки 5, 6 имеют форму равнобедренной трапеции. Боковыми сторонами АВС и DEF обмотки 5 и 6 огибают половину кольцевых постоянных магнитов 3 по образующей, а большое и малое основание CF и AD обеспечивают расположение огибающих сторон АВС и DEF в находящихся под углом осевых плоскостей, над соседними зазорами 4 между кольцевыми постоянными магнитами 3.
Отсутствие сердечников у обмоток облегчает конструкцию машины, а высокая концентрация магнитных потоков кольцевых постоянных магнитов 3, пересекающих обмотки, достигается за счет встречного размещения кольцевых постоянных магнитов и внешнего магнитопровода. Отсутствие неоднородностей магнитопроводов 9 по кольцу и тангенциальных составляющих сил притяжения кольцевых постоянных магнитов 3 с ферромагнитными симметричными экранами 9 приводит к уменьшению затрат энергии на вращении ротора и повышению КПД электрической машины.