ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ

Полезная модель относится к области электротехники и, в частности, к электрическим машинам с постоянными магнитами и может найти применение как в качестве силовых исполнительных органов разнообразных электроприводов промышленных механизмов, так и электрических генераторов первичных систем электроснабжения автономных объектов.
Известна синхронная электрическая машина с постоянными магнитами (Патент РФ №123600, H02K 21/12, 1/27, опубл. 27.12.2012 г., Бюл. №36), содержащая статор с обмоткой и продленный в сторону лобовых соединений индуктор с целью повышения выходного напряжения и мощности устройства в рамках его габаритных размеров. Недостатком данного устройства является возрастание массы продленного индуктора, снижающее в целом удельное использование электрической машины, поскольку лобовые соединения находятся вне зоны магнитопровода якоря и вне зоны замыкания основного магнитного потока постоянных магнитов индуктора.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, взятому за прототип, является электродвигатель («Микродвигатели для систем автоматики», технический справочник, под редакцией Э.А. Лодочникова и Ф.М. Юферова, «Энергия», М., 1967 г., стр. 37), содержащий вращающийся в воздушном зазоре, образованном постоянными магнитами индуктора и магнитопроводящим корпусом, полый диэлектрический беззубцовый якорь, обмотка которого выполнена пространственно распределенными секциями, заполимеризованных термореактивным компаундом. Аксиальная протяженность постоянных магнитов индуктора в данном электродвигателе соответствует длине прямой части проводников секций обмотки якоря. Использование в устройстве отмеченных аксиальных соотношений приводит к увеличению габаритных размеров электродвигателя за счет конструктивного вылета лобовых соединений, не участвующих в процессе электромеханического преобразования энергии, и соответствующему снижению использования его активного объема.
Технический результат в предлагаемом устройстве достигается за счет того, что прямая часть секций обмотки диэлектрического якоря, расположенная в зоне размещения постоянных магнитов индуктора, вплоть до полной ее длины, замещена лобовыми соединениями, выполненными криволинейными с образованием геометрической формы, описываемой алгебраической кривой порядка выше первого, что позволяет уменьшить аксиальный размер обмотки, сократить длину витка секции, снизить электрические потери и, в целом, повысить использование активного объема электрической машины.
Оптимальный технический результат устройства с подобной аксиально сокращенной обмоткой достигается приближением геометрической формы ее лобовых соединений к алгебраическим кривым, например: к полуэллипсу, эллиптическому полуовалу либо приближением формы лобовых соединений к параболам четвертого или более высшего порядков. Последнее способствует достижению практически наибольшего значения обмоточного коэффициента такой аксиально сокращенной обмотки, максимально приближенному к величине обмоточного коэффициента прямоугольной секции, обеспечивая одновременно возможность пространственного размещения секций и, соответственно, конструктивную выполнимость двухслойной обмотки.
6
2
2
2
2
2
4
4
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1,а представлена конструктивная схема синхронной электрической машины, содержащая корпус 1, магнитопровод ярма статора 2, диэлектрическую зону 3, в которой уложены секции обмотки якоря, состоящие из прямых частей 4 и лобовых соединений 5. На длине прямой части обмотки якоря размещены постоянные магниты индуктора 6. На фиг. 1,б представлена конструктивная схема синхронной электрической машины с прямой частью секций, частично замещенной лобовыми соединениями. На фиг. 1,в представлено устройство с прямой частью секций, полностью замещенных лобовыми соединениями. На фиг. 2 приведены схемы укладок одной из фаз 3-фазных обмоток петлевого типа диэлектрического якоря с традиционной конфигурацией секций (фиг. 2,а) и предлагаемого исполнения (фиг. 2,б и 2,в). Две остальные фазы укладываются тождественным образом согласно своим пространственным сдвигам. На фиг. 3 показаны виды лобовых соединений, в том числе и описывающиеся кривыми линиями, соответствие лобовых соединений обмотки которым, способствует достижению наибольшего значения обмоточного коэффициента, как секции, так и обмотки в целом: традиционная конфигурация секции отрезками прямых линий (фиг. 3,а), полуэллипс (фиг. 3,б), парабола шестого порядка (у=kх) (фиг. 3,в), эллиптический полуовал ((х+у)-2с(х-у)=(а-с)) (фиг. 3,г). Здесь τ - полюсное деление, β - коэффициент сокращения шага обмотки устройства,  - длина пакета статора,  - длина магнита ротора.
Обмотка диэлектрического якоря (фиг. 2,а) характеризуется общей зоной ее размещения на якоре 7, которая сформирована зонами размещения прямой части 8 и двумя зонами 9 и 10 размещения лобовых соединений. Зона 11, совпадающая с зоной 8, определяет зону размещения постоянных магнитов индуктора электрической машины, в том числе и для обмоток в предлагаемом устройстве.
Обмотки (фиг. 2,б и 2,в) с замещением лобовыми соединениями их прямых частей, характеризуются конструктивным размещением секций приближенным либо совпадающим с аксиальным размером зоны 8, что и обуславливает достижение технического результата заявленного устройства.
Предлагаемое устройство может быть использовано как в качестве электродвигателя при подаче электрической энергии на обмотку, так и в качестве генератора при подводе механической энергии к его валу.