Вентильно-индукторная электрическая машина

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в приводных и генераторных установках, например, на гидростанции.
Известна вентильно-индукторная электрическая машина по патенту РФ № 2629753 от 25.01.2016 на изобретение (МПК H02K 19/06, H02K 1/24), состоящая из ротора в виде шихтованного зубчатого магнитопровода и статора, содержащего в пазах шихтованного зубчатого магнитопровода катушки обмотки. Зубцы ротора разделены на зубцовые фрагменты, а угол между осями зубцов ротора в каждом фрагменте равен углу между осями всех равномерно распределенных зубцов статора. Данный аналог имеет равномерный воздушный зазор. В моменты времени, когда края зубцов статора и ротора сближаются на минимальное расстояние, наступает глубокое локальное насыщение зубцов, что приводит к дополнительным потерям в стали магнитопровода.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленной полезной модели является вентильно-индукторная электрическая машина по патенту РФ № 2571955 от 08.09.2014 на изобретение (МПК H02K 19/06, H02K 1/16, H02K 29/06). Данная вентильно-индукторная электрическая машина состоит из ротора в виде шихтованного зубчатого магнитопровода и статора, содержащего в пазах шихтованного зубчатого магнитопровода катушки обмотки, отличающаяся тем, что зубцы статора, принадлежащие одной фазе, разделены на активные зубцовые фрагменты с катушками с шагом зубцовых фрагментов, равным шагу зубцового деления ротора. Данный прототип имеет ряд недостатков, выразившихся в повышенном уровне шума и пульсации момента. Они обусловлены тем, что прототип имеет равномерный воздушный зазор между зубцами статора и ротора. В моменты времени, когда края зубцов статора и ротора сближаются на минимальное расстояние, наступает глубокое локальное насыщение зубцов, что приводит к дополнительным потерям в стали магнитопровода. Известно, что локальное насыщение магнитопровода зависит от конфигурации сближающихся ферромагнитных участков возбужденной магнитной цепи. На острых углах концентрируется магнитное поле, что приводит к глубокому локальному насыщению.
Задачей полезной модели являлось снижение локального насыщения краев зубцов статора и ротора, что приведет к снижению потерь в стали. Технический результат заключается в изменении величины воздушного зазора в магнитной цепи вентильно-индукторной электрической машины таким образом, чтобы во время вращения ротора минимальное расстояние между краями зубьев статора и ротора было увеличено, а при соосном расположении зубцов статора и ротора воздушный зазор был уменьшен. Это приведет к снижению локального насыщения краев зубцов статора и ротора и снижению потерь в стали.
Сущность полезной модели заключается в том, что вентильно-индукторная электрическая машина состоит из неподвижного статора в корпусе и подвижного ротора, в виде шихтованного зубчатого магнитопровода, в пазах которого расположены фазные катушки сосредоточенного типа, причем дуга коронки каждого зуба статора выполнена из расчета, что по краям зуба статора воздушный зазор составляет d+d/2, а в середине зуба статора составляет d/2, где d - средний воздушный зазор между зубцами статора и ротора. Статор и ротор изготовлены из пластин электротехнической стали. Корпус статора выполнен из технического алюминия марки АД. Корпус статора завальцован.
Полезная модель поясняется графически, где:
на фиг. 1 изображена вентильно-индукторная электрическая машина в сборе;
на фиг. 2 изображена фазная катушка сосредоточенного типа;
на фиг. 3 изображен фрагмент магнитной системы вентильно-индукторной электрической машины с равномерным воздушным зазором d;
на фиг. 4 изображен фрагмент магнитной системы вентильно-индукторной электрической машины с воздушным зазором по краям зуба статора d+d/2, а в середине d/2.
Вентильно-индукторная электрическая машина с неравномерным воздушным зазором состоит из неподвижного статора 1 в корпусе 3 и подвижного ротора 2 в виде шихтованного зубчатого магнитопровода 4. Причем статор 1 изготовлен из пластин электротехнической стали  собранных в пакет шихтованного зубчатого магнитопровода 3. Статор 1 включает шесть фазных катушек сосредоточенного типа 5, передний 6 и задний 7 подшипниковые щиты, электронную плату абсолютного энкодера с датчиками 8. Корпус 3 представляет собой цилиндрическую деталь из технического алюминия марки АД. В корпус 3 установлен пакет шихтованного зубчатого магнитопровода 3. Причем зубцы статора 1 по отношению к зубцам ротора 2 выполнены таким образом, что дуга коронки каждого зуба статора 1 выполнена из расчета, что по краям зуба статора 1 воздушный зазор увеличен и составляет d+d/2, а в середине уменьшен и составляет d/2. Профиль зуба ротора 2 имеет волновую форму, т.е. в начале зуб имеет больший зазор d+d/2,  к середине зуба статора 1 уменьшен и составляет d/2. Средний зазор d. Это дает равномерный магнитный поток. Шесть фазных катушек сосредоточенного типа 5 надеты на зубцы шихтованного зубчатого магнитопровода 3. Причем пара фазных катушек сосредоточенного типа 5, расположенных на противоположных зубцах, соединены электрически и образуют одну фазу. Три пары (фазы) фазных катушек сосредоточенного типа 5, подключённые к электронному преобразователю (на фиг. не показан) создают вращающееся магнитное поле. Ротор 2 изготовлен из пластин электротехнической стали,  собранных в пакет шихтованного зубчатого магнитопровода 4. Причем в пазы между зубцами ротора 2 установлены вкладыши 9. В корпус 3 статора 1 установлен ротор 2 с подшипниками 11. На корпус 3 статора 1 установлен передний 6 и задний 7 подшипниковые щиты. Подшипники 11 расположенные на валу 10 ротора 1 установлены в подшипниковые щиты 6 и 7. Корпус 3 статора 1 завальцован. На конце вала 10 установлен кодовый барабан абсолютного энкодера 12. Выводы фазных катушек сосредоточенного типа 5 проведены через отверстия в заднем 7 подшипниковом щите и подключены к электронному преобразователю. Электронный преобразователь предназначен для питания фазных катушек сосредоточенного типа 5, а также для регулирования частоты вращения ротора 2 и стабилизации частоты вращения ротора 2.
Работает вентильно-индукторная электрическая машина следующим образом. В двигательном режиме работы вентильно-индукторной электрической машины на фазные катушки сосредоточенного типа 5 подают напряжение. Под действием напряжения протекает электрический ток, в результате чего возникает магнитное поле. При этом возникает электромагнитный момент, стремящийся повернуть ротор 2 в направлении положения минимального магнитного сопротивления. Для устойчивого вращения ротора 2 требуется поочередно подавать напряжение питания и снимать питание с фазных катушек сосредоточенного типа 5 в зависимости от углового положения ротора 2. В двигательном режиме импульс тока подается в фазные катушки сосредоточенного типа 5, закрепленные на зубцах статора 1, относительно которых ротор 2 находится в положении минимального магнитного сопротивления. Магнитный поток замыкается по пути, как и в двигательном режиме работы. Во время работы в моменты времени, когда края зубцов статора 1 и ротора 2 сближаются на минимальное расстояние, край зубца статора 1 оказывается удален от края зубца ротора 2 не на равномерное расстояние d, а на большее расстояние: d+d/2, при этом локальное насыщение зубцов статора 1 и ротора 2 снижается, снижаются и потери в стали. Где d воздушный зазор между зубцами статора и ротора имеет постоянный размер (мм).