СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ОБРАЩЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ
SYNCHRONOUS ELECTROMECHANICAL ENERGY CONVERTER OF INVERTED STRUCTURE

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в магнитоэлектрических машинах, применяемых в современных установках автономной энергии.
Известна бесконтактная электрическая машина (патент РФ 2406212 С2, Н02K 21/20, 20.02.2010), содержащая ротор в виде явно полюсного индуктора, у которого ось симметрии от полюса N к полюсу S совпадает с осью вращения ротора, и статор с проводниками, расположенными на внутренней поверхности статора вдоль его цилиндрических образующих, проводники разбиты на две группы, в одной из которых проводники расположены вокруг полюса индуктора с полярностью N, а в другой - вокруг полюса индуктора с полярностью S. Проводники одной группы расположены зеркально-симметрично по отношению к проводникам другой группы, то есть так, что начала (концы) активной части проводников расположены вблизи крышек машины, а их концы (начала) - вблизи центральной части статора. Вал машины и ее боковые крышки могут быть выполнены из немагнитных материалов.
Недостатками такой конструкции являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные малой быстроходностью электрической машины, а также низкое значение КПД, недостаточная надежность конструкции и высокие массогабаритные показатели.
Известна бесконтактная синхронная электрическая машина (патент РФ 2091965 C1, Н02K 19/38, 27.09.1997), содержащая статор, ротор, на статоре якорную обмотку и обмотку возбуждения возбудителя, а на роторе систему возбуждения, выполненную как минимум из двух обмоток, соединенных между собой электрически. Отличительной особенностью является то, что каждая обмотка системы возбуждения выполнена по меньшей мере из двух частей, соединенных между собой через переключающие устройства, например диоды, с возможностью их включения последовательно или параллельно. При этом одноименные зажимы частей обмоток системы возбуждения, не имеющие связи с разноименными зажимами других частей данных обмоток через переключающее устройство, соединены между собой электрически.
Недостатками такой конструкции являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные малой быстроходностью электрической машины, а также низкое значение КПД, недостаточная надежность конструкции и высокие массогабаритные показатели.
Известна конструкция сверхпроводящей бесконтактной синхронной машины (патент US 4352033 C1, Н02K 9/19, 1982 г.), содержащая статор, ротор, на статоре якорную обмотку и обмотку возбуждения возбудителя, а на роторе систему возбуждения, выполненную в виде многофазной обмотки.
Недостатками такой конструкции являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные малой быстроходностью электрической машины, а также низкое значение КПД, недостаточная надежность конструкции и высокие массогабаритные показатели.
Известен бесконтактный синхронный генератор (А.С. СССР №169658, Н02K 19/38, 1955), содержащий статор, ротор, на статоре основную и дополнительную обмотки, а на роторе обмотку возбуждения, питаемую от дополнительной роторной обмотки через полупроводниковые выпрямители, с целью упрощения и уменьшения расхода активных материалов, указанная дополнительная обмотка статора питается от основной статорной обмотки через линейный дроссель, осуществляющий фазовое компаундирование совместно с токовой обмоткой, расположенной на статоре.
Недостатками такой конструкции являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные малой быстроходностью электрической машины, а также низкое значение КПД, недостаточная надежность конструкции и высокие массогабаритные показатели.
Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату является конструкция бесконтактной синхронной машины с вращающимися выпрямителями (Д.А. Бут. Бесконтактные электрические машины // М. - Высшая школа. - 1990 г. - с. 108), содержащая вал, статор с пазами, ротор, насаженный на вал, основную обмотку, уложенную в пазах статора, на роторе расположена обмотка возбуждения, электрически соединенная через блок вращающихся выпрямителей со вторичной обмоткой вращающегося трансформатора, уложенной в подвижном магнитопроводе, насаженном на валу, первичную обмотку вращающегося трансформатора, уложенную в неподвижном магнитопроводе, установленном в корпусе концентрично с воздушным зазором относительно подвижного магнитопровода.
Недостатками такой конструкции являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные малой быстроходностью электрической машины, а также низкое значение КПД, недостаточная надежность конструкции и высокие массогабаритные показатели.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей, увеличение КПД, эффективности, надежности и получение минимальных массогабаритных показателей за счет обращенной конструкции.
Технический результат - увеличение КПД синхронного электромеханического преобразователя энергии, увеличение надежности при минимальных массогабаритных показателях за счет обращенной конструкции.
Поставленная задача достигается тем, что в синхронном электромеханическом преобразователе энергии, содержащем вал, статор с пазами, ротор, основную обмотку, уложенную в пазах статора, вращающийся трансформатор, отличающийся тем, что статор выполнен подвижным и насажен на вал, при этом выводы обмотки статора соединены с выводами вращающегося трансформатора, при этом диаметр подвижного магнитопровода вращающегося трансформатора равен диаметру ротора, а диаметр расточки неподвижного магнитопровода вращающегося трансформатора равен диаметру расточки статора, свободное пространство между вращающимся трансформатором и вращающимся статором залито теплопроводящим компаундом с целью повышения механической прочности конструкции.
Основные преимущества предложенной обращенной конструкции синхронного электромеханического преобразователя энергии заключаются: в высоком КПД и уменьшенном нагреве из-за отсутствия потерь на возбуждение и в скользящем контакте; в увеличенном кинетическом моменте ротора; меньших по величине радиопомехах благодаря отсутствию скользящих контактов; малой постоянной времени; минимальном воздушном зазоре, а, следовательно, и максимальной индукции в нем благодаря отказу от бандажной оболочки ротора; минимальных массогабаритных показателях.
Существо изобретения поясняется чертежом. На чертеже изображена схема устройства.
Устройство содержит вал 1, вращающийся статор 2, на котором расположена обмотка 3. Вращающий трансформатор содержит первичную цепь 4 с обмоткой и сердечником и вторичную цепь 5 с обмоткой и сердечником. На сердечник 1 устанавливается первичная цепь 4 с обмоткой вращающегося трансформатора, при этом выводы обмотки статора соединены с выводами вращающегося трансформатора проводами 6. Свободное пространство между вращающимся трансформатором и вращающимся статором 2 залито теплопроводящим компаундом 7. Вторичная цепь 5 с обмоткой вращающегося трансформатора устанавливается на неподвижном корпусе. Постоянные магниты фиксируются на неподвижном роторе 8.
При работе электрической машины статор 2 вращается в магнитном поле. Электрическая энергия, вырабатываемая статором 2, питает первичную обмотку 4 трансформатора переменным током, образуя переменный магнитный поток, замыкающийся через сердечник 1 ротора 8 и статора 2. Этот поток наводит ЭДС во вторичной обмотке 5, подключаемой к основной обмотке возбуждения. Далее электрическая энергия поступает к потребителю.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет достичь наибольших значений КПД и надежности при минимальных массогабаритных показателях за счет обращенной конструкции синхронного электромеханического преобразователя энергии.