ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для генерирования электроэнергии и преобразования электроэнергии в механическую энергию.
Наиболее близким по технической сущности являются электрические машины типа электрические двигатели-генераторы тока, состоящие из устройства для создания магнитного поля и устройства для преобразования одного вида энергии в другой, в которых в качестве индуктора используются постоянные магниты или постоянные электромагниты (Л.М.Пиотровский, «Электрические машины», Госэнергоиздат 1958 г., гл.1 «Машины постоянного тока», гл.19 «Синхронные машины»).
Недостатком таких электрических машин является то, что в работе электрической машины используется только один магнитный поток из двух, создаваемых магнитным полем индуктора. Этот магнитный поток называется основным магнитным потоком Фо., а второй магнитный поток рассеяния Фр. просто рассеивается по корпусу (ярму) электрической машины. Это является причиной препятствующей более эффективной эксплуатации электрических машин.
Причиной препятствующей получению указанного ниже технического результата при эксплуатации выпускаемых промышленностью подобных электрических машин, является принятая конструкция устройства для создания магнитного поля (см. фиг.1). Постоянные магниты и постоянные электромагниты имеют два постоянных полюса N-S. Принято считать, что магнитные силовые линии выходят из полюса N и входят в полюс S.
На фиг.1, на примере электрической машины, где в качестве индуктора используются постоянные магниты видно, что принятая конструкция устройства для создания магнитного поля позволяет взаимодействовать с обмоткой устройства для преобразования одного вида энергии в другой, только магнитным потокам одного из полюсов постоянных магнитов. Эти магнитные потоки называются основными Фо. Магнитные потоки других полюсов постоянных магнитов проходят вхолостую через наружную часть устройства для создания магнитного поля, так называемое «ярмо». Эти магнитные потоки называются магнитными потоками рассеяния Фр.
Технический результат достигаемый при реализации заявленного изобретения заключается в повышении эффективности работы электрических машин, вследствие использования магнитных потоков Фр., одновременно с магнитными потоками Фо. во взаимодействии с устройством для преобразования одного вида энергии в другой. Так как в работу включается ранее не используемый магнитный поток рассеяния Фр., по величине равный основному магнитному потоку Фо., то эффективность электрических машин повысится и электродвигателей, и генераторов тока.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая машина состоит из устройства для создания магнитного поля, где в качестве индуктора используются постоянные магниты или постоянные электромагниты и устройства для преобразования одного вида энергии в другой. Согласно изобретению, устройство для создания магнитного поля выполнено отдельным блоком, в виде обоймы, изготовленной из немагнитного материала, в сквозных пазах выполненных радиально на стенке которой, в определенном порядке, закреплены постоянные магниты или сердечники постоянных электромагнитов, образующие полюса электрической машины.
Постоянные магниты или сердечники постоянных электромагнитов могут закрепляться в обойме путем совместной отливки с обоймой. Оба полюса постоянных магнитов или постоянных электромагнитов должны быть открытыми как внутри обоймы, так и снаружи.
Устройство для преобразования одного вида энергии в другой должно состоять из двух роторов. Один из роторов устанавливается внутри устройства для создания магнитного поля (обоймы) и взаимодействует с магнитными потоками полюсов постоянных магнитов или постоянных электромагнитов обращенных внутрь, а другой ротор охватывает наружную часть устройства для создания магнитного поля (обойму) и взаимодействует с магнитными потоками полюсов постоянных магнитов или постоянных электромагнитов обращенных наружу. Внешний ротор устанавливается совместно с внутренним ротором на одном валу, но конструктивно может устанавливаться раздельно.
Используя одновременно для взаимодействия с устройством для преобразования одного вида энергии в другой магнитные потоки обоих полюсов постоянных магнитов или постоянных электромагнитов Фо., Фр., мы повышаем эффективность электрических машин. Генераторы тока будут вырабатывать больше электрической энергии, а электрические двигатели увеличат Мкр. на валу по сравнению с электрическими машинами в которых используется только один магнитный поток Фо., а другой магнитный поток Фр. - рассеивается.
По своей физической сущности, постоянные магниты и постоянные электромагниты являются одними и темы же источниками постоянного магнитного поля. Каждый из них имеют два постоянных полюса N-S. Поэтому изменение конструкции устройства для создания магнитного поля, где в качестве индуктора используются постоянные магниты, приемлемы и к электрическим машинам, где в устройствах для создания магнитного поля в качестве индуктора используются постоянные электромагниты. В этом случае, в сквозных пазах обоймы закрепляются сердечники постоянных магнитов, на которые крепятся индукционные катушки, которые могут быть установлены на сердечник по одну из сторон стенки обоймы, а могут быть поделены на две части и установлены на сердечник по обе стороны стенки обоймы. Обмотки индукционных катушек должны быть подключены так, что бы их магнитные поля суммировались, образуя одно магнитное поле.
На фиг.4 показаны обойма 7, сердечники постоянных электромагнитов 11 и индукционные катушки 12.
На фиг.5 показаны обойма 7, и постоянные магниты 6.
Далее все изменения в конструкции устройства для создания магнитного поля, будут показаны на примере электрической машины, где в качестве индуктора в устройствах для создания магнитного поля используются постоянные магниты.
На фиг.1 изображена схема движения магнитных потоков магнитного поля индуктора состоящего из постоянных магнитов электрических машин выпускаемых промышленностью, в которых не используется магнитный поток рассеяния Фр. На фиг.1 условно не показаны добавочные полюса.
На фиг.1 видно, что одна часть магнитного поля проходит через корпус (ярмо) электрической машины, образуя магнитный поток рассеяния Фр. Другая часть магнитного поля проходит в ротор образуя основной магнитный поток Фо., который взаимодействует с обмоткой ротора.
На фиг.2 изображена схема движения магнитных потоков магнитного поля индуктора состоящего из постоянных магнитов закрепленных в обойме 7 изготовленной из немагнитного материала. На фиг.2 условно не показаны добавочные полюса индуктора. На фиг.2 видно, что так называемый основной магнитный поток индуктора Фо., проходит во внутренний ротор 9 и взаимодействует с ним, а так называемый магнитный поток рассеяния Фр. проходит во внешний ротор 3 и взаимодействует с обмоткой 5.
Таким образом, если электрическая машина используется в качестве генератора тока, то в генерации электрической энергии участвуют оба магнитных потока - Фо., Фр.
Если электрическая машина используется как электрический двигатель, то в создании Мкр. на валу, также участвуют оба магнитных потока - Фо., Фр.
На фиг.3 изображена электрическая машина, в которой в качестве индуктора в устройстве для создания магнитного поля используются постоянные магниты 6. На фиг.3 условно не изображены добавочные полюса и коллекторное устройство.
Электрическая машина состоит: вал 1, передний фланец 2, внешний ротор 3, корпус машины 4, обмотка внешнего ротора 5, полюса электрической машины из постоянных магнитов 6, обойма изготовленная из немагнитного материала 7.
Принцип работы электрических машин, в которых в качестве индуктора в устройствах для создания магнитного поля используются постоянные магниты, описан во многих учебных пособиях, в том числе Л.М.Пиотровский «Электрические машины» Госэнергоиздат 1958 г. стр.24 «Машины постоянного тока».
Если электрическая машина работает в режиме генератора тока, то вал 1 приводится во вращение любым внешним источником энергии. Это могут быть вода рек, энергия ветра и т.д. При вращении, обмотки роторов 3, 9 пересекают магнитные потоки, образованные полюсами постоянных магнитов 6. Согласно закону электромагнитной индукции, в обмотках роторов наводится Э.Д.С. Возникший электрический ток отводится к потребителю с помощью коллекторного устройства, которое условно не показано.
Если электрическая машина работает в режиме электрического двигателя, то в обмотку роторов 3, 9, с помощью коллекторного устройства подается электрический ток, при прохождении которого по проводникам обмоток роторов образуется магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем устройства для создания магнитного поля, состоящего из постоянных магнитов.
В результате взаимодействия магнитных полей роторов 3, 9 и полюсов постоянных магнитов закрепленных в обойме 7 (индуктор), возникает крутящий момент на валу электрической машины.
Принцип работы предлагаемой электрической машины, в которой изменена конструкция устройства для создания магнитного поля, что позволяет участвовать во взаимодействии с устройством для преобразования одного вида энергии в другой обоим магнитным потокам Фо., Фр. идентичен принципу работы электрических машин выпускаемых промышленностью в настоящее время.