RU2632805C2 - Электрическая машина - Google Patents
Электрическая машина Download PDFInfo
- Publication number
- RU2632805C2 RU2632805C2 RU2016108133A RU2016108133A RU2632805C2 RU 2632805 C2 RU2632805 C2 RU 2632805C2 RU 2016108133 A RU2016108133 A RU 2016108133A RU 2016108133 A RU2016108133 A RU 2016108133A RU 2632805 C2 RU2632805 C2 RU 2632805C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- core
- rotor
- jumper
- coils
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
- H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, в частности, для генерации электрической энергии. Технический результат - увеличение КПД электрического генератора. Электрическая машина содержит двухполюсный ротор с внутренним или внешним расположением по отношению к статору. Статор имеет магнитомягкий сердечник и дополнительно соответственно с внешним, окружающим статор, или внутренним, находящимся в расточке статора, сердечником в виде перемычки. Перемычка выполнена либо с зазорами в двух противоположных частях сердечника статора, отделяющими ее от сердечника статора, для осуществления вращения этой перемычки в зависимости от вращения ротора, либо без зазора в двух противоположных частях сердечника статора и без ее вращения. Катушки обмотки статора представляют собой систему с не менее чем двумя тангенциальными катушками, последовательно и/или встречно соединенными, каждая из которых имеет электрические выводы, с которыми соединено управляющее устройство. 4 ил., 2 пр.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для генерации электрической энергии. Эта электрическая машина, выполненная в виде электрического генератора, экологически чиста и может найти применение в энергетике, транспорте, машиностроении, строительной индустрии, космонавтике и других областях техники.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время поставленная задача частично решается с помощью коллекторных и бесколлекторных электрических машин (Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам. М.: Издательский центр «Академия», 2005, 480 с, ISBN №5-7695-1686-0; с. 9). К коллекторным относятся универсальные электрические машины и машины постоянного электрического тока, например, с постоянными магнитами и с обмоткой возбуждения. К бесколлекторным относятся синхронные и асинхронные электрические машины, например, с короткозамкнутым и фазным ротором, однофазные, трехфазные, конденсаторные, реактивные, гистерезисные, линейные, вентильные, а также электрическая машина автора (патент РФ на изобретение №2600311. Электрическая машина).
Из этого списка наиболее близким к изобретению является электрический генератор постоянного или переменного тока с тангенциальной обмоткой из указанного выше патента.
Отличие заключается в наличии в настоящем электрическом генераторе дополнительно: в первом варианте внешнего сердечника в виде перемычки, отдельно окружающей сердечник статора (с двумя зазорами на его противоположных частях, отделяющими ее от сердечника статора, для осуществления вращения этой перемычки в зависимости от вращения ротора или без зазора и без ее вращения), предназначенной для отвода в эту перемычку, минуя ротор, части или всего магнитного поля сердечника статора, создаваемого в сердечнике статора тангенциальной обмоткой, и, во-втором варианте, аналогично, внутреннего сердечника в виде перемычки, находящейся в расточке сердечника статора и соединяющей противоположные его части с зазором или без зазора, при этом вместо внутреннего ротора используется внешний ротор, который представляет собою двухполюсный ротор, с внешней стороны которого находится сердечник внешнего ротора, окружающего сердечник статора, с прикрепленными внутри к нему постоянными магнитами и/или электромагнитами. Конечно, не исключается тот тривиальный случай, когда противоположные части перемычки смыкаются и эта перемычка внутренняя или внешняя соединяется с сердечником статора во всех соответственно внутренних или внешних точках.
Указанные отличия существенно уменьшают тормозной момент на роторе и, следовательно, существенно увеличивается КПД настоящего электрического генератора. В существующем уровне технике таких двух видов перемычек не имеется. При необходимости на сердечнике в виде перемычки (сердечнике-перемычке) можно поместить дополнительную обмотку.
К примеру, данное устройство отличается от устройства, изображенного на Фиг. 1, или Фиг. 3, или Фиг. 4 (см. там же), наличием внешнего сердечника-перемычки (см. здесь Фиг. 1 и Фиг. 2).
В электрическом генераторе катушки обмотки статора представляют собой систему из двух или более двух последовательно или встречно соединенных тангенциальных катушек. Не о каких фазах, многофазном электрическом токе, соединении звездой или треугольником в заявке не говорится и не подразумевается. Во всех катушках течет однофазный переменный электрический ток. Слово «однофазный» в таких случаях обычно опускается.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Описываемое изобретение направлено на создание высокоэффективного, удобного в эксплуатации, экологически чистого с высоким коэффициентом полезного действия (КПД) и удельной мощностью устройства для генерации электрической энергии. Таким образом, технической задачей изобретения является расширение области применения, снижение затрат, увеличение удельной мощности и КПД электрического генератора (электрической машины). В зависимости от назначения электрическая машина может работать в качестве электрического генератора, электрического двигателя-генератора, в котором, в частности, электрический двигатель, питаясь постоянным электрическим током, вращает электрический генератор, который выдает в сеть переменный электрический ток, выполняя роль преобразователя постоянного тока в переменный с высоким КПД.
Указанная задача решается с помощью генератора постоянного или переменного электрического тока, содержащего ротор и статор с не менее чем двумя тангенциальными катушками обмотки статора и управляющим устройством и характеризуется тем, что ротор представляет собой двухполюсный ротор с внутренним или внешним расположением по отношению к статору, а статор имеет магнитомягкий сердечник соответственно с внешним, окружающим статор, или внутренним, находящимся в расточке статора, сердечником в виде перемычки; катушки обмотки магнитомягкого сердечника статора представляют собой систему тангенциальных катушек, последовательно и/или встречно соединенных, каждая из которых имеет электрические выводы, а управляющее устройство выполнено с возможностью соединения своими электрическими контактами с электрическими выводами соответствующих катушек с обеспечением управления подачи электрического тока в соответствующие катушки обмотки статора и реализации во времени заданного магнитного поля статора в электрической машине, в том числе вращающегося в зависимости от пространственного положения ротора, совершающего вращательное движение.
О новизне устройства. Предложенный электрический генератор отличается от электрического генератора из указанного выше патента тем, что содержит сердечник-перемычку, отводящую, по крайней мере, часть магнитного поля статора от ротора, что уменьшает тормозной момент на роторе. Таким образом, в рассматриваемом электрическом генераторе имеется асимметрия при магнитном взаимодействии ротора и статора. Указанная новизна устройства способствует существенному увеличению удельной мощности и КПД электрической машины, ее широкому применению в народном хозяйстве.
В конкретных частных случаях (которые не охватывают и, тем более, не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстративными материалами частных случаев выполнения) электрический генератор может быть выполнен, например, в виде:
1) электрического генератора постоянного электрического тока, ротор которого содержит двухполюсный сердечник, а статор содержит магнитомягкий сердечник с двумя или более чем двумя тангенциальными, последовательно соединенными между собой, катушками обмотки статора, их электрическими контактами (выводами), при этом управляющее устройство выполнено с возможностью соединения своими электрическими контактами с электрическими выводами катушек обмотки статора с обеспечением реализации во времени вращающегося магнитного поля статора в зависимости от пространственного положения ротора; при этом рассматриваемый генератор дополнительно содержит внешний сердечник в виде перемычки (сердечник-перемычку), окружающей сердечник статора, с двумя зазорами на его противоположных частях, отделяющими ее от магнитомягкого сердечника статора, для осуществления вращения этой перемычки в зависимости от вращения ротора, предназначенной для отвода в эту перемычку, минуя ротор, части или всего магнитного поля сердечника статора, создаваемого в сердечнике статора тангенциальной обмоткой;
2) электрического генератора переменного электрического тока, содержащего ротор, статор с двумя равновеликими тангенциальными катушками обмотки магнитомягкого сердечника статора и сердечник-перемычку, в котором ротор представляет собой двухполюсный ротор, а статор имеет магнитомягкий сердечник, дополнительно внешний сердечник-перемычку, окружающую сердечник статора и соединенную с ним на его противоположных частях, и две равновеликие тангенциальные катушки обмотки магнитомягкого сердечника статора, соединенные последовательно или встречно, с их двумя электрическими выводами; при этом в случае последовательного соединения двух указанных катушек эти два электрических вывода расположены в противоположных частях статора (обмотки статора), а в случае встречного соединения двух указанных катушек они расположены рядом, причем внешний сердечник-перемычка находится вне магнитомягкого сердечника статора и, соединяясь с ним без зазоров (в районе выводов 16 и 17), отделяет одну катушку от другой; при необходимости на внешнем сердечнике-перемычке можно поместить дополнительную обмотку.
В электрическом генераторе сердечник ротора может быть постоянным магнитом или электромагнитом и т.д. В предложенном электрическом генераторе при вращении ротора его магнитное поле (ротора) будет проходить по магнитомягкому сердечнику статора, индуцируя электрический ток в статорных катушках. В результате торможение вращения ротора (мизерным статорным магнитным полем, ибо существенная его часть пройдет через внешний сердечник-перемычку) резко уменьшится, а КПД этого генератора резко возрастет! В этом случае данный уникальный сердечник статора в целом состоит из собственно сердечника статора и дополнительно внешней (в сердечнике-перемычке) части. При необходимости на внешнем сердечнике-перемычке можно разместить дополнительную обмотку. Таким образом, данное устройство отличается от ранее запатентованного устройства (см. там же) наличием внешнего сердечника-перемычки и, при необходимости, катушек на этом сердечнике-перемычке.
ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР
Конкретные частные примеры магнитной системы электрического генератора, описываемого в пункте 1 формулы изобретения, с торца в статике изображены на Фиг. 1 и Фиг. 2.
ПРИМЕРЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1. На Фиг. 1 с торца изображена магнитная система электрического генератора постоянного электрического тока, состоящая из магнитомягкого сердечника статора 1 с двумя или более чем двумя тангенциальными, последовательно соединенными между собою, катушками 2 обмотки статора, их электрическими выводами 3 (контактами), а также управляющего устройства (не показанного), которое в каждый момент времени соединяет внешнюю двухпроводную сеть с помощью электрических контактов 4 и 5 с указанными последовательно соединенными тангенциальными катушками 2 обмотки статора. При этом рассматриваемый генератор дополнительно содержит внешний сердечник 6 в виде перемычки (сердечника-перемычки) с двумя зазорами 7 и 8 на ее противоположных концах, отделяющими ее от магнитомягкого сердечника статора 1, для осуществления вращения этой перемычки в зависимости от вращения ротора, предназначенной для отвода в эту перемычку, минуя ротор, части или практически всего магнитного поля сердечника статора, создаваемого в сердечнике статора тангенциальной обмоткой 2. Линии 9 и 10 являются силовыми линиями соответственно сердечников ротора 11 и статора 1. В этом случае силовые линии 10 магнитного поля сердечника статора 1 при малых зазорах 7 и 8 между сердечниками перемычки и статора практически не будут пронизывать сердечник двухполюсного ротора 11 и потому при его вращении не будут оказывать существенного тормозного влияния на ротор.
Пример 2. На Фиг. 2 с торца изображена магнитная система электрического генератора переменного электрического тока, состоящая из магнитомягкого сердечника статора 12 с внешним сердечником-перемычкой 13, окружающей сердечник статора и соединяющейся с ним на его противоположных частях, и тангенциальными, последовательно соединенными между собой, двумя равновеликими катушками 14 и 15 обмотки статора, их электрическими выводами 16 и 17 (контактами) для соединения посредством управляющего устройства (не показанного) с внешней двухпроводной сетью. В этом случае силовые линии 18 магнитного поля сердечника статора 12 из-за наличия зазора между сердечниками ротора и статора практически не будут пронизывать сердечник двухполюсного ротора 19 и потому при его вращении не будут оказывать существенного тормозного влияния на ротор. Данная схема допускает также и встречное соединение тангенциальных катушек 14 и 15 аналогично п. 4 (Фиг. 4) формулы изобретения указанного выше патента.
В данной электрической машине сердечник ротора может быть постоянным магнитом, или электромагнитом, или с поверхностным расположением постоянных магнитов (прикрепленных к немагнитной основе ротора), или из магнитомягкой стали, в расточки которой вложены постоянные магниты таким образом, чтобы сердечник ротора в целом представлял собой постоянный магнит и т.д.
Конкретные частные примеры работают следующим образом.
В примере 1 (Фиг. 1) электрическая машина является электрическим генератором постоянного электрического тока. Если ротор 11 этой электрической машины будет приведен во вращение внешним устройством, то на двух стационарных электрических контактах 4 и 5 обмоток статора 2, соединенных с внешней электрической сетью посредством управляющего устройства, появится переменное электрическое напряжение, которое можно использовать для получения постоянного электрического тока во внешней электрической сети. Последнее является следствием индуктивно наведенного ротором электрического тока в указанных катушках обмотки статора, обеспечивающим получение технического результата - электрического тока во внешней двухпроводной сети.
В примере 2 (см. Фиг. 2) рассматриваемая электрическая машина является электрическим генератором переменного электрического тока. Если ротор 19 этой электрической машины будет приведен во вращение внешним устройством, то на двух стационарных электрических контактах 16 и 17 обмоток статора 14 и 15 появится переменное электрическое напряжение, которое (посредством управляющего устройства) можно использовать для получения переменного электрического тока во внешней электрической сети. Последнее является следствием индуктивно наведенного переменного электрического тока (при вращении ротора) в указанных двух катушках обмотки статора, обеспечивающим получение технического результата - переменного электрического тока во внешней двухпроводной сети.
Итак, в рассмотренных двух примерах указаны два вида сердечника в виде перемычки (находящейся во внешней части сердечника статора): вращающейся вместе с ротором или невращающейся; в первом случае необходим зазор в двух противоположных частях сердечника статора между сердечником статора и этой перемычкой, окружающей сердечник статора; во втором случае соответственно зазор может отсутствовать. Таким образом, введенная здесь новая конструктивная часть электрической машины в виде сердечника-перемычки открывает дорогу к созданию высокоэффективных электрических генераторов постоянного и переменного электрического тока.
Аналогично, электрический генератор переменного электрического тока с выводами 30 и 31 или 32 и 33 (там же Фиг. 4) можно изменить, добавив внутренний сердечник-перемычку, находящуюся в расточке сердечника статора, соединяющуюся с ним в районе выводов 30 и 31 и отделяющую одну катушку от другой. В этом случае сердечник статора вместе с сердечником-перемычкой будет тэта-образным, а внешне - круглым. Это устройство вместо внутреннего ротора имеет внешний ротор, который может представлять собой двухполюсный ротор, с внешней стороны которого находится сердечник внешнего ротора (окружающего сердечник статора) с прикрепленными внутри к нему постоянными магнитами или электромагнитами. При вращении внешнего ротора его магнитное поле будет проходить по сердечнику статора, индуцируя электрический ток в статорных катушках. В результате торможение вращения внешнего ротора (мизерным внешним статорным магнитным полем - оно практически все проходит через внутренний сердечник-перемычку) резко уменьшится, а КПД этого генератора резко возрастет. Таким образом, данное устройство отличается от устройства, изображенного на Фиг. 4 (там же), внешним двухполюсным ротором, внутренним сердечником-перемычкой и, при необходимости, катушек на этом сердечнике-перемычке.
Аналогично, электрический генератор постоянного электрического тока с выводами 4 и 5 (там же Фиг. 1) можно изменить, добавив, во-первых, внутренний сердечник-перемычку (находящуюся в расточке сердечника статора) с зазором между ней и сердечником статора (вращающуюся вместе с внешним ротором) и, во-вторых, внешний ротор, описанный в предыдущем абзаце.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
К настоящему моменту изготовлен экспериментальный образец электрической машины, который можно использовать в качестве электрического генератора. Современный технологический уровень позволяет создать серийное производство электрических машин нового уровня малой, средней и большой мощности.
Claims (1)
- Электрическая машина в виде электрического генератора постоянного или переменного электрического тока, содержащая ротор, статор с катушками обмотки статора и управляющее устройство, отличающаяся тем, что содержит двухполюсный ротор с внутренним или внешним расположением по отношению к статору, а статор имеет магнитомягкий сердечник и дополнительно соответственно с внешним, окружающим статор, или внутренним, находящимся в расточке статора, сердечником в виде перемычки; эта перемычка выполнена либо с зазорами в двух противоположных частях сердечника статора, отделяющими ее от сердечника статора, для осуществления вращения этой перемычки в зависимости от вращения ротора либо без зазора и без ее вращения; она предназначена для отвода в эту перемычку, минуя ротор, части или всего магнитного поля сердечника статора, создаваемого в этом сердечнике катушками обмотки статора; катушки обмотки статора представляют собой систему с не менее чем двумя тангенциальными катушками, последовательно и/или встречно соединенными, каждая из которых имеет электрические выводы, причем управляющее устройство выполнено с возможностью соединения своими электрическими контактами с электрическими выводами соответствующих катушек с обеспечением управления подачи электрического тока в соответствующие катушки обмотки статора и реализации во времени заданного магнитного поля статора в электрической машине, в том числе вращающегося в зависимости от пространственного положения ротора, совершающего вращательное движение; ротор с внешним расположением по отношению к статору представляет собой двухполюсный ротор, сердечник которого окружает сердечник статора, с прикрепленными внутри к сердечнику ротора постоянными магнитами и/или электромагнитами.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016108133A RU2632805C2 (ru) | 2016-03-09 | 2016-03-09 | Электрическая машина |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016108133A RU2632805C2 (ru) | 2016-03-09 | 2016-03-09 | Электрическая машина |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016108133A RU2016108133A (ru) | 2017-09-14 |
RU2632805C2 true RU2632805C2 (ru) | 2017-10-09 |
Family
ID=59893409
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016108133A RU2632805C2 (ru) | 2016-03-09 | 2016-03-09 | Электрическая машина |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2632805C2 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2030067C1 (ru) * | 1988-01-26 | 1995-02-27 | Александр Иванович Краснопевцев | Шаговый электродвигатель |
US6455970B1 (en) * | 1998-03-19 | 2002-09-24 | Bombardier Transportation Gmbh | Multi-phase transverse flux machine |
RU2202849C2 (ru) * | 2000-12-14 | 2003-04-20 | Томский политехнический университет | Скважинный электромашинный источник питания инклинометрической системы |
RU2301488C1 (ru) * | 2005-12-19 | 2007-06-20 | Владимир Александрович Соломин | Шаговый электродвигатель |
-
2016
- 2016-03-09 RU RU2016108133A patent/RU2632805C2/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2030067C1 (ru) * | 1988-01-26 | 1995-02-27 | Александр Иванович Краснопевцев | Шаговый электродвигатель |
US6455970B1 (en) * | 1998-03-19 | 2002-09-24 | Bombardier Transportation Gmbh | Multi-phase transverse flux machine |
RU2202849C2 (ru) * | 2000-12-14 | 2003-04-20 | Томский политехнический университет | Скважинный электромашинный источник питания инклинометрической системы |
RU2301488C1 (ru) * | 2005-12-19 | 2007-06-20 | Владимир Александрович Соломин | Шаговый электродвигатель |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016108133A (ru) | 2017-09-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9543876B2 (en) | Three phase flux switching generator in a three stage wound field synchronous machine | |
Chalmers | Electric motor handbook | |
CN102197574A (zh) | 包括同步电机和异步电机的混合机器 | |
US10992190B2 (en) | Self-exciting synchronous reluctance generators | |
JP2010025342A (ja) | 永久磁石励磁式ラジアル磁気軸受並びにそのラジアル磁気軸受を備えた磁気軸受装置 | |
CN104821668A (zh) | 一种新型定子永磁型电机 | |
EP2815488A2 (en) | Synchronous electric machine | |
Ayub et al. | Fault-tolerant operation of wound field synchronous machine using coil switching | |
RU2437201C1 (ru) | Бесконтактная электрическая машина с аксиальным возбуждением | |
RU2632805C2 (ru) | Электрическая машина | |
RU2600311C2 (ru) | Электрическая машина | |
CN105790480A (zh) | 一种采用pcb绕组的永磁电机 | |
CN103904856B (zh) | 一种具有初始自励磁能力的无刷谐波励磁同步发电机 | |
CN202395551U (zh) | 一种电励磁无刷起动、发电机 | |
Zhou et al. | Research on the rotor suspension force of bearingless flux-switching machine | |
CN109599962A (zh) | 一种新分相形式的双凸极电机 | |
RU2392724C1 (ru) | Однофазный электрический генератор | |
CN205489874U (zh) | 一种采用pcb绕组的永磁电机 | |
RU2534756C1 (ru) | Высокоскоростная бесконтактная электрическая машина (варианты) | |
RU2414793C1 (ru) | Бесконтактная модульная магнитоэлектрическая машина | |
Elgerd et al. | Induction machines | |
Li et al. | Analysis and control of seven-phase permanent-magnet bearingless motor with single set of half-coiled winding | |
CN109149893A (zh) | 双感应式无刷励磁电机 | |
RU2334344C1 (ru) | Бесконтактный генератор постоянного тока | |
RU2513986C1 (ru) | Однофазный генератор с кольцевой якорной обмоткой |