Магнитоэлектрическая машина

Изобретение относится к электротехнике, к синхронным машинам с возбуждением от постоянных магнитов. Технический результат состоит в упрощении регулирования скорости и пуска, повышении КПД за счет одновременного присутствия элементов генератора и двигателя, взаимодействующих между собой. Обмотки каждого генераторного полюса соединены с двумя соседними обмотками двигательных полюсов. Поочередно возникающие в активных проводах каждого генераторного полюса электрические токи одного направления потекут по виткам обмоток соседних двигательных полюсов, где они создают сильные локальные импульсы магнитного поля за счет высокой магнитной проницаемости их сердечников. Эти импульсы магнитного поля начнут взаимодействовать с магнитными полями, созданными постоянными магнитами индуктора, из-за чего ротор машины начинает ускоряться. После ухода одного постоянного магнита с одним полюсом из зоны генераторного полюса, других двоих - из зоны двигательных полюсов, в эти зоны приходят другие постоянные магниты индуктора, но уже с противоположным полюсом. Это приводит к возникновению в активных проводах генераторного полюса ЭДС другого знака. В витках тех же обмоток двигательных полюсов потекут токи другого направления, меняющие полярность последних. В течение одного оборота направления токов меняются четырежды. В это время происходит взаимное превращение электрической, магнитной и механической энергий и взаимодействие импульсных магнитных полей статора с магнитными полями постоянных магнитов индуктора, которые приводят к устойчивой работе магнитоэлектрической машины. 2 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам. Наиболее близко по конструкции предложенная машина относится к синхронным машинам с возбуждением от постоянных магнитов. Названная машина наряду с известными ее достоинствами имеет и некоторые недостатки, заключающиеся в том, что у нее достаточно сложные регулировочные и пусковые характеристики, требующие специального источника питания с регулируемым напряжением и частотой. Необходимо отметить, что у нее и относительно низкий КПД.

Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение регулировочных и пусковых ее характеристик, а также существенное повышение КПД.

Технический результат достигается тем, что в предложенной конструкции магнитоэлектрической машины присутствуют как элементы генератора, так и элементы двигателя, которые одновременно участвуют в процессе ее работы и взаимодействуют друг с другом.

Предложенная магнитоэлектрическая машина, содержащая статор и ротор, разделенные воздушным зазором, отличающаяся тем, что статор ее состоит из внешнего полого цилиндрического магнитопровода, на внутренней стенке которого поочередно установлены по три отодвинутые друг от друга на 120° генераторные и двигательные полюсы, в пазах первых из которых размещены активные провода обмотки якоря, соединенные с основными обмотками вторых, имеющими общие ферромагнитные сердечники с пусковыми двигательными обмотками, а ее ротор состоит из вращающегося на валу центрального цилиндрического магнитопровода, на котором крестообразно установлены своими соответствующими полюсами четыре стержневых постоянных магнита, северные полюса у одной пары из которых диаметрально противоположно расположены друг от друга, а южные полюса у другой направлены в сторону статорных обмоток.

На фигурах приняты следующие обозначения: 1) внешний магнитопровод; 2) обмотка генераторного полюса; 3) генераторный полюс; 4) стержневой постоянный магнит; 5) центральный магнитопровод; 6) вал вращения; 7) соединительный провод генераторных и двигательных обмоток; 8) основная обмотка двигательного полюса; 9) пусковая двигательная обмотка; 10) двигательный полюс; 11) соединительный провод пусковых обмоток.

Магнитоэлектрическая машина работает следующим образом. Для успешного запуска ротора-индуктора поставим в специальное исходное положение, как это показано на фиг.1. После этого подадим постоянное напряжение необходимой величины U на пусковые обмотки 9. Тогда двигательный полюс 10, находящийся с левой стороны, станет северным, а находящийся справа - южным. Нижний двигательный полюс в свою очередь станет северным электромагнитным полюсом. Это происходит из-за того, что пусковые обмотки намотаны соответствующим образом. В этом случае южный полюс постоянного магнита 4 индуктора, находящийся слева, резко потянется к северному двигательному полюсу 10, находящемуся на той же стороне чуть дальше от него. А южный полюс постоянного магнита 4, находящийся с правой стороны, резко оттолкнется дальше от находящегося поблизости другого двигательного полюса, принявшего в этот момент ту же полярность. Одновременно оттолкнется влево по часовой стрелке и северный полюс нижнего постоянного магнита 4 индуктора, так как тогда находящийся там же третий двигательный полюс приобретает ту же полярность. Вследствие этого весь ротор-индуктор начинает резко поворачиваться по направлению часовой стрелки и силовые линии индукции, исходящие из северных полюсов и сходящиеся на южных полюсах его постоянных магнитов 4, будут пересекать последовательно активные провода обмоток генераторных полюсов 2, из-за чего в них индуцируются ЭДС одного направления. Указанные ЭДС в этот момент вызовут токи в витках основных обмоток 8 того же направления, что и в пусковых обмотках 9. Эти токи в этом случае создадут в двигательных полюсах магнитное поле с величиной магнитной индукции тем большей, чем больше число витков в обмотках и величины магнитных проницаемостей µ их ферромагнитных сердечников. Созданное ими результирующее магнитное поле моментально начнет взаимодействовать с магнитными полями стержневых постоянных магнитов ротора-индуктора, который из-за этого быстро начнет вращаться. После этого пусковые обмотки 9, соединенные между собой своими концами, необходимо отключать от внешнего источника напряжения, т.к. в них периодически в дальнейшем будут наводиться токи такого же направления и знака, как и в основных, путем трансформации. Когда активные провода обмоток генераторных полюсов 2 будут пересекать силовые линии магнитной индукции постоянных магнитов индуктора другим направлением, в них будут также индуцироваться ЭДС другого знака. Это в свою очередь синхронно поменяет знак полярности соседних двигательных электромагнитных полюсов 10 статора. Дальше эти процессы будут повторяться, и в ходе вращения ротора-индуктора машины в активных проводах обмоток каждого генераторного полюса 3 поочередно будет меняться знак наводимых ЭДС. В соответствии с этим будут меняться поочередно направления токов в обмотках соседних с ним двигательных полюсов 10, а значит, и знаки их полярностей. В итоге двигательные полюсы 10 будут все время притягивать к себе постоянные магниты индуктора, находящихся сзади по ходу его вращения и отталкивать тех, которые спереди.

После набора ротором номинальной угловой скорости к генераторным обмоткам якоря 2 можно будет подключать параллельно основным двигательным обмоткам 8 соответствующую нагрузку, т.к. в них при этом будет поддерживаться переменное напряжение достаточной величины. К его валу вращения 6 в свою очередь можно будет подключить определенный рабочий механизм, т.к. он в это время будет иметь достаточно большой момент вращения.

Таким образом, в предложенной магнитоэлектрической машине в ходе ее работы все время буде происходить взаимное превращение электроэнергии, выработанной в генераторных ее частях, в магнитную энергию двигательных ее частей. А она, взаимодействуя с магнитной энергией постоянных магнитов ее подвижного индуктора, превращается в механическую энергию ротора, которая в областях генераторной ее части переходит обратно в электрическую. Эти процессы в ходе одного оборота ротора в данном случае повторяются трижды и машина будет работать за счет размагничивания постоянных магнитов индуктора, т.е. за счет их накопленных магнитных энергий в ходе их намагничивания.

В заключение можно констатировать, что с совершенной конструкцией машина работает только от взаимодействий и взаимопревращений различных энергий в рамках всеобщего закона их сохранения, а затраты ее очень минимальны, как, например, затраты магнитной энергии постоянных магнитов индуктора, происходящих в предложенной магнитно-электрической машине.

Источники информации

1. Бертинов А.И. Специальная электрическая машина. - М.: Энергия, 1982.

2. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. - М.: Высшая школа, 1990.

3. Иванов-Смоленский. Электрическая машина. - М.: Энергия, 1980.

4. Калашников С.Г. Электричество. - М.: Наука, 1985.

5. Копылов И.П. Электрическая машина. - М.: Энергоатомиздат, 1986.

6. Парселл Э. Электричество и магнетизм. - М.: Наука, 1983.

7. Скобелев В.Е. Двигатели пульсирующего тока. - Л.: Энергоатомиздат, 1985.

Магнитоэлектрическая машина, содержащая статор и ротор, разделенные воздушным зазором, отличающаяся тем, что статор ее состоит из внешнего полого цилиндрического магнитопровода, на внутренней стенке которого поочередно установлены по три отодвинутые друг от друга на 120° генераторные и двигательные полюса, в пазах первых из которых размещены активные провода обмотки якоря, соединенные с основными обмотками вторых, имеющими общие ферромагнитные сердечники с пусковыми двигательными обмотками, а ее ротор состоит из вращающегося на валу центрального цилиндрического магнитопровода, на котором крестообразно установлены своими соответствующими полюсами четыре стержневые постоянные магниты, северные полюса у одной пары из которых диаметрально противоположно расположены друг от друга, и южные полюса - у другой направлены в сторону статорных обмоток.