Універсальна електрична машина

 

Винахід відноситься до електротехніки, конкретно до універсальним електричним машинам, які можуть застосовуватися для виробництва електроенергії, так і для механічної роботи в будь-якій галузі народного господарства.

Відомі електричні машини, містять корпус з полюсами індуктора і ротор з обмоткою (див., наприклад, патенти US №5057726 або US №7188403). Відома також електрична машина, що містить статор в вигляді має якірну обмотку кільцевого осердя, розміщеного між полюсами індуктора (див. патент на винахід UA №2207692).

Найбільш близькою, на наш погляд, до пропонованого винаходу є універсальна електрична машина постійного струму за патентом UA №2385525, публікація 2010 р. - прототип. Зазначена машина містить корпус, індуктор з явно вираженими полюсами, на яких розташована катушечна обмотка збудження, підшипникові щити для валу якоря, який має явно виражені полюса, якірну обмотку, механізм щітково-контактного вузла.

Недоліком прототипу (як і інших електричних машин) є надмірна вага якірної обмотки, якої, як правило, обмотують всю поверхню якоря. Слід зауважити, що електрична потужність створюється у тих ві�дуктора. Витки, розташовані на торцях якоря, практично не додають електричної потужності машині, так як їх розташування не дозволяє їм перетинати магнітні лінії поля. Ці витки фактично є баластними проводами, істотно підвищуючи вага і вартість машини.

Технічною задачею є спрощення конструкції і зниження матеріаломісткості електричної машини шляхом зменшення маси якірної обмотки.

Технічний результат досягається тим, що універсальна електрична машина, що включає корпус, індуктор з явно вираженими полюсами, на яких розташована обмотка збудження, якір, на бічній поверхні якого виконані зубці для якірної обмотки, щітково-контактний вузол, що включає щонайменше два контактних кільця, індуктор містить щонайменше два явно виражених однойменних полюса з обмоткою збудження і щонайменше два неправдивих полюса у вигляді зубців, розташованих між явно вираженими полюсами з обмоткою збудження, обмотка якоря виконана у вигляді однакових якірних котушок, намотаних з певною товщиною навколо якірних зубців, якірні котушки послідовно з'єднані між собою, початок першої якірної котушки з'єднане з одним конт�зубців зменшена відносно довжини бічної поверхні якоря на величину, дорівнює, щонайменше, подвоєній товщині якірної обмотки котушки.

Пропонована машина може містити три явно виражених однойменних полюса з обмоткою збудження і три неправдивих полюса у вигляді зубців без обмотки. У пропонованій машині зубці якоря з якірними котушками можуть бути встановлені відносно утворює якоря під кутом, величина якого дорівнює від 1° до 45°.

Винахід пояснюється кресленнями. На фіг.1 показаний загальний вигляд універсальної електричної машини (далі - машина). На фіг.2 показана розгортка бічної поверхні якоря. На конкретному прикладі показаний варіант машини з трьома полюсами з обмотками збудження, з трьома помилковими полюсами і з вісьмома якірними котушками.

Машина містить корпус 1, на якому закріплені явно виражені полюса 2 з обмотками збудження. Усередині корпусу розміщений якір 3. На бічній поверхні якоря є зубці 4. На зубцях 4 намотані однаковим чином якірні котушки 5. Довжина зубців 4 менше довжини бічної поверхні якоря 3 на подвоєну товщину котушки 5 так, що витки котушок 5 повністю вміщуються на бічній поверхні якоря. Якір має вал 6 для установки в підшипниках. Щітково-контактний вузол містить контактні кільця 7, 8, щітки 9. На ко�ке їх розташування символами від Я1 до Я8. Початок першої якірної котушки (Я1) з'єднане з кільцем 7 (стрілка «а»). Кінець останньої якірної котушки (Я8) з'єднаний з кільцем 8 (стрілка «б»). Для згладжування характеристики генерованого струму зубці 4 з котушками 5 можуть бути встановлені відносно осі якоря 3 під кутом від 1° до 45°.

Корпус 1 виконаний з магнитомягкой сталі (або з чавуну з високою магнітною проникністю). Полюси 2 виконані з цілісних шматків магнитомягкой сталі або набрані з листів електротехнічної сталі, скріплених в аксіальному напрямку. Сердечник якоря 3 виконаний шихтованним пакетом з електротехнічної сталі. Котушки 5 виконані з обмотувального мідного дроту або з обмоточной мідної шини (для великих струмів). Щітково-контактний вузол виконаний відомим способом. Помилкові полюса 10 виготовлені з листів електротехнічної сталі або з цілісних шматків магнитомягкой сталі.

Обмотка збудження на полюсах 2 виконана з обмотувального мідного дроту або з обмоточной мідної шини. Обмотка збудження намотана так, що полюси 2 створюють в радіальному напрямку всередину корпусу «північні» магнітні полюси «N». При цьому помилкові полюса 10 служать «південними» магнітними полюсами «S», концентруючи і впорядковуючи лінії маатимости, тобто одна і та ж машина може працювати і як двигун, і як генератор. Для простоти розглянемо роботу пропонованої машини в якості генератора постійного струму з незалежним збудженням індуктора.

Від незалежного джерела постійної напруги подають живлення на обмотку збудження. Постійний струм, що протікає в котушках полюсів 2, створює усередині машини стаціонарне, симетричне відносно осі якоря 3 магнітне поле. Силові лінії поля виходять з явно виражених «північних» полюсів 2, пронизують якірних котушок обмотки 5, сходяться в полюсах 10 і повертаються через корпус 1 назад у котушки збудження на полюсах 2.

При обертанні вала 6 стороннім джерелом крутного моменту якірні котушки 5 перетинають своїми витками лінії магнітного поля. При цьому в кожній котушці 5 виникає змінюється за величиною, але постійний за напрямом струм. Так як котушки 5 з'єднані послідовно, струми в них підсумовуються. При достатній кількості якірних котушок наведені в котушках 5 струми в сумі створюють в обмотці якоря е. д. с. практично постійної величини. Таким чином, навантаження, підключеного до кілець 7, 8, буде протікати постійний струм. Керують вихідним струмом шляхом змінено�приготування обмотки якоря потрібно набагато менше мідного дроту, так як якірна обмотка заповнює тільки бічну поверхню якоря. Неочевидним (винахідницький рівень) є те, що істотна (до 50%) економія міді досягається за рахунок відмови від витків, які в інших машинах намотують також і на торці якоря. Оскільки витки на торцях якоря не беруть участь у генерації струму (так як вони фактично не перетинають лінії магнітного поля) потужність машини (при інших рівних параметрах) практично не змінюється (економія матеріалу без втрати потужності). При цьому спрощується складання машини, так як однакові якірні котушки більш технологічні.

Згідно з описаною вище схемою розроблена технічна документація, розпочата підготовка до виготовлення дослідного зразка виробу.

Описане вище нове пристрій, що відповідає критеріям винахідницького рівня та промислової придатності, пропонується до захисту патентом на винахід.

1. Універсальна електрична машина, що включає корпус, індуктор з явно вираженими полюсами, на яких розташована обмотка збудження, якір, на бічній поверхні якого виконані зубці для якірної обмотки, щітково-контактний вузол, що включає щонайменше два контактних кільця, відрізняється тим, що � міру два додаткових полюсів у вигляді виступів без обмотки, які розташовані між явно вираженими полюсами, обмотка якоря виконана у вигляді однакових якірних котушок, намотаних навколо якірних зубців, якірні котушки послідовно з'єднані між собою, причому початок першої якірної котушки з'єднане з одним контактним кільцем, кінець останньої якірної котушки з'єднаний з іншим контактним кільцем, при цьому довжина якірних зубців зменшена відносно довжини бічної поверхні якоря на величину, рівну щонайменше подвоєній товщині намотування якірних котушок.

2. Машина по п. 1, яка відрізняється тим, що містить три явно виражених однойменних полюса з обмоткою збудження і три додаткових полюсів у вигляді виступів без обмотки.

3. Машина по п. 1, яка відрізняється тим, що якірні зубці з якірними котушками встановлені щодо твірної поверхні якоря під кутом від 1 до 45 кутових градусів.



 

Схожі патенти:

Явнополюсная колекторна магнітоелектричні машина

Винахід відноситься до області електротехніки, стосується конструктивного виконання колекторних електричних машин постійного струму з незалежним збудженням від постійних магнітів і може бути використано в якості силових микродвигателей в автоматичних пристроях тахогенераторов, а також в якості силових електричних двигунів і генераторів постійного струму потужністю до декількох кіловат у всіх галузях економіки

Явнополюсний колекторний електричний двигун

Винахід відноситься до області електротехніки, стосується конструктивного виконання однофазних колекторних електричних двигунів змінного струму і універсальних колекторних двигунів, може бути використане в пристроях автоматики, у побутовій техніці і в якості силових тягових електричних двигунів

Явнополюсная колекторна електрична машина

Винахід відноситься до області електротехніки, стосується конструктивного виконання колекторних електричних машин постійного струму з електромагнітним збудженням і може бути використано в якості електричних двигунів і генераторів постійного струму будь-яких потужностей у всіх галузях економіки

Колекторна магнітоелектричні машина з полюсним якорем

Винахід відноситься до області електротехніки, стосується особливостей конструктивного виконання колекторних електричних машин постійного струму зі збудженням від постійних магнітів і може бути використано в якості силових микродвигателей і тахогенераторов в автоматичних пристроїв, а також силових електричних двигунів і генераторів постійного струму потужністю до декількох кіловат в усіх галузях народного господарства

Колекторний електродвигун з полюсним якорем

Винахід відноситься до області електротехніки і стосується конструктивного виконання однофазних колекторних електричних двигунів з послідовним збудженням і універсальних колекторних двигунів і може бути використане в пристроях автоматики, у побутовій техніці і в якості силових тягових електричних двигунів

Колекторна електрична машина постійного струму з полюсним якорем

Винахід відноситься до області електротехніки і може бути використане у всіх галузях народного господарства в якості електричних двигунів і генераторів постійного струму будь-якої потужності з незалежним, паралельним, послідовним і змішаним збудженням

Двигун постійного струму

Винахід відноситься до області електротехніки, а саме до двигунів постійного струму, і може бути використане в електроприводах, де потрібні двигуни постійного струму необхідної потужності при відносно малій вазі і габаритах порівняно з існуючими двигунами

Колекторна електрична машина постійного струму

Винахід відноситься до області електротехніки, а саме до конструкції колекторних електричних машин постійного струму з явно вираженими полюсами, що застосовуються в промислових і тягових установках в якості двигунів і генераторів. Електрична колекторна машина постійного струму містить головні полюси трапецеїдальної форми з центральними і бічними немагнітними вставками в кількості не менше 5 штук, розміщеними паралельно осі головних полюсів. Сумарна ширина немагнітних вставок повинна бути не менше величини рівномірного повітряного зазору між головним полюсом і якорем. Центральні немагнітні вставки мають висоту, рівну сумарної висоті сердечника індуктора і магнітопровода ярма по осі головного полюса. Висота бічних немагнітних вставок зменшується при наближенні до бічних поверхонь сердечника головних полюсів. Винахід дозволяє зменшити негативний вплив поля якоря і виконати конструкцію двигуна з рівномірним повітряним зазором без демпферних обмоток на головних полюсах. Також винахід дозволяє збільшити коефіцієнт корисної дії двигуна за рахунок зменшення електричних втрат в додаткових полюсах. 5 іл.

Колекторний електродвигун

Винахід відноситься до електромашинобудування та може бути використане для виробництва колекторних електродвигунів. Колекторний електродвигун містить корпус зі статором, в підшипникових вузлах якого встановлений приводний вал з якорем, электрообмотки якого з'єднані з колекторними пластинами, щітковий вузол, з'єднаний з ввідними електропроводами, канали для проходження всередині корпусу охолоджуючого повітря. В корпусі двигуна, з протилежного від вентилятора області якоря частини корпусу, виконані додаткові наскрізні отвори для проходження охолоджуючого повітря, а торцева частина внутрішнього об'єму корпусу, що примикає до додаткових наскрізним отворам з боку щіткового вузла, перекрита прикріпленим до корпусу фланцем, внутрішній отвір якого із зазором охоплює примикає частина колекторного вузла до якоря. В нижній частині корпусу під щітковим вузлом виконано технологічне отвір з герметично закривається кришкою. Технічним результатом є підвищення екологічної безпеки двигуна. 1 іл.

Електричний генератор для штучного супутника землі

Винахід відноситься до електричної техніки, зокрема до пристроїв отримання електричної енергії, і може бути використано для отримання електричної енергії на космічних апаратах, які переміщаються в просторі відносно силових ліній магнітного поля Землі. Технічним результатом винаходу є підвищення ефективності та надійності електричного генератора. Технічний результат досягається тим, що обмотка якоря генератора складається не менше ніж з трьох котушок, осі яких розташовані під кутом один до одного і лежать у різних площинах, обмотки котушок з'єднані послідовно і відповідно. 2 іл.

Комутаційна система електродвигуна постійного струму

Винахід відноситься до області електротехніки, зокрема до занурюваних електродвигунів постійного струму, і стосується особливостей конструктивного виконання комутаційної системи для електродвигуна постійного струму, що працює в навколишньому середовищі в забої свердловини

Колекторний електродвигун з полюсним якорем

Винахід відноситься до області електротехніки і стосується конструктивного виконання однофазних колекторних електричних двигунів з послідовним збудженням і універсальних колекторних двигунів і може бути використане в пристроях автоматики, у побутовій техніці і в якості силових тягових електричних двигунів

Колекторна електрична машина постійного струму з полюсним якорем

Винахід відноситься до області електротехніки і може бути використане у всіх галузях народного господарства в якості електричних двигунів і генераторів постійного струму будь-якої потужності з незалежним, паралельним, послідовним і змішаним збудженням

Колекторна електрична машина з полюсним якорем

Винахід відноситься до області електротехніки, стосується конструктивного виконання колекторних електричних машин постійного і змінного струму, а також універсальних колекторних електричних двигунів

Електрична машина

Винахід відноситься до області електротехніки, а саме до електричних машин, і може бути використано для передачі крутного моменту, наприклад, до коліс электротранспортного кошти, валки прокатного стану та іншого

Индукторний електродвигун (варіанти)

Винахід відноситься до області електротехніки і стосується особливостей конструктивного виконання електродвигунів постійного струму, зокрема - безредукторних колекторних електродвигунів низької напруги, і може бути використане в різних галузях техніки, наприклад в якості мотор-коліс у таких транспортних засобах, як електроприводні скутери, мотоцикли, електро-автомобілі тощо

Електричний двигун постійного струму індукторного типу

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використане в електроприводах загальнопромислових механізмів для підтримки стійкої регульованої частоти обертання в широкому діапазоні швидкостей
Up!