многофазная электрическая машина

Формула изобретения

1. Многофазная электрическая машина, содержащая статор, состоящий из двух групп аксиально размещенных, кольцевых или четырех дуговых зубчатых магнитопроводов, причем первый и третий магнитопроводы, размещенные без смещения друг относительно друга и образующие трансформаторную группу, смещены на полюсное деление относительно второго и четвертого магнитопроводов, также размещенных без смещения друг относительно друга и образующих двигательную группу с размещенными на магнитопроводах кольцевыми или дуговыми обмотками и безобмоточный зубчатый ротор, зубцовое деление которого равно зубцовому делению статора, отличающаяся тем, что в каждой группе статора установлены дополнительно зубчатые магнитопроводы с обмотками, причем число магнитопроводов в группе равно 4, при выполнении их дуговыми и 4 или 2, при выполнении их кольцевыми, обмотка, размещенная на средней части трансформаторной группы, предназначена для подключения к однофазной сети переменного тока, две обмотки той же группы, размещенные на крайних магнитопроводах группы, подключены через выпрямители к выполненной из двух параллельных ветвей обмотке средней части двигательной группы, при выполнении магнитопроводов дуговыми группы смещены друг относительно друга на 2/m рад. где m число фаз, при выполнении магнитопроводов кольцевыми группы смещены друг относительно друга аксиально, ротор выполнен из двух составных частей каждой группы, при выполнении двигательной части из четырех магнитопроводов роторы групп одинаковы и выполнены из продольных магнитопроводящих брусков, при выполнении двигательной группы из двух магнитопроводов выполнены из брусков постоянных магнитов, размещенных с чередованием полярности по окружности ротора.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что группы магнитопроводов выполнены в виде двух коаксиально размещенных статоров, между которыми размещен ротор.

3. Машина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что она выполнена с одной трансформаторной и несколькими двигательными группами, обмотки которых параллельно подключены к выходам выпрямителей.

4. Машина по пп.1 3, отличающаяся тем, что обмотка трансформаторной группы подключена к однофазной сети, а обмотка двигательной группы к выходам выпрямителей через регулирующие устройства.

5. Машина по пп. 1 4, отличающаяся тем, что связь между составными частями ротора обеспечена регулируемой по углу следящей системой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в бесконтактных электроприводах.

Известна многофазная машина с раздельными фазами индукторного типа (авт. свид. N 1580492).

Техническое решение, защищенное в указанном изобретении, имеет значительное преимущество перед традиционными электрическими машинами оно надежнее, проще и технологичнее благодаря отсутствию пазовых обмоток; улучшены массо-габаритные показатели благодаря высокой индукции в рабочем зазоре и позволяет создать низкоскоростные, высокоэффективные безредукторные электроприводы.

Технический результат, достигаемый данным изобретением, состоит в создании полностью бесконтактного электродвигателя с характеристиками машины коллекторного типа "автосинхронного", у которого частота тока равна или кратна частоте вращения собственного ротора. Кроме того, у машины по данному изобретению все обмотки сосредоточенные, наиболее технологичные и надежные.

Для создания автосинхронной машины с характеристиками коллекторной машины с независимым возбуждением и широкими пределами регулирования предлагается: многофазная электрическая машина с раздельными фазами, содержащая статор, снабженный смещенными вдоль оси машины зубчатыми кольцевыми или дуговыми магнитопроводами группами по 4 в каждой фазе. Совпадающие оси зубцов ("пар полюсов") 1-го и 3-го магнитопроводов смещены на одно полюсное деление от оси зубцов 2-го и 4-го магнитопроводов, с кольцевыми или дуговыми обмотками, размещенными между указанными магнитопроводами. Ротор выполнен зубчатым, с числом зубцов ("пар полюсов") на единицу дуги, равным числу зубцов на магнитопроводах статора. В каждой фазе статора установлена дополнительно группа зубчатых магнитопроводов с обмотками, с 4-мя магнитопроводами при дуговом выполнении и 4-мя или 2-мя при кольцевом выполнении статора, причем средняя обмотка первой трансформаторной группы подключена к внешней части однофазного переменного тока, а крайние его обмотки к выпрямителям, выход которых встречно подключен к катушкам средней обмотки двигательной группы и при дуговом исполнении группы фаз статора смещены по дуге общего зубчатого ротора друг относительно друга на угол 2/m (где m число фаз; при двухфазной машине m=4), а при кольцевом выполнении группы смещены друг относительно друга вдоль оси машины. Роторы каждой из групп отдельные и механически связаны друг с другом. При 4-х магнитопроводах у двигательной группы ротор аналогичен ротору 1-ой группы (трансформаторной) и состоит из продольных магнитопроводящих брусков, а при 2-х магнитопроводах двигательной группы из расположенных вдоль оси машины брусков постоянных магнитов, смещенных друг относительно друга по дуге ротора на одно полюсное деление. Все нечетные бруски в этом случае имеют одну полярность, а все четные - противоположную. Питание всей многофазной системы: от однофазной сети (для всех первичных обмоток трансформаторных модулей) и от сети постоянного тока (при электромагнитном возбуждении двигательных модулей).

Изобретение иллюстрируется фиг.1-4 и графиком наведенных и выпрямленных токов фиг.5.

На фиг. 1 изображена принципиальная конструкция двухфазной машины в дуговом исполнении два дуговых модуля трансформаторных и два двигательных с общим ротором с продольными зубцами и полюсами ("шестеренка").

На фиг.2 принципиальная конструкция двухфазной машины с двумя кольцевыми модулями на внутреннем статоре и двумя дуговыми модулями на наружном статоре для конкретности основные размеры (масштаб 1:10) приведены для магистрального электровоза двигателя, устанавливаемого непосредственно на оси колес; роторные бруски "спицы" намечено при этом закрепить во внутреннем ободе колес.

На фиг.3 показан разрез А-А модуля; на фиг.4 электрическая схема включения обмоток с элементами регулирования, соответствующими обычным элементам регулирования коллекторного двигателя постоянного тока, например, тягового. На фиг.5 показаны:

а) график потокосцепления ₂₁ одной из вторичных обмоток, например, левой трансформаторного модуля первой фазы, и соответственно, ток, поступающий на вход выпрямительного мостика этой обмотки при повороте ротора на дугу, равную расстоянию между осями соседних зубцов;

б) i₂₁ выпрямленный ток этого мостика;

в) i₂₂ выпрямленный ток, например, левой вторичной обмотки соответствующего мостика 2-ой фазы;

г) i₂₃ выпрямленный ток другой (например, правой) вторичной обмотки первой фазы;

д) i₂₄ выпрямленный ток мостика правой вторичной обмотки второй фазы;

е) i_ф1 результирующий ток (i_ф1=i₂₁-i₂₃ якорной обмотки первой фазы двигательного модуля;

ж) i_ф2 результирующий ток (i_ф2=i₂₂-i₂₄ якорной обмотки второй фазы двигательного модуля.

На рис. 1-4: 1 опорная плита машины; 2 зубец полюс ротора (при наличии внутреннего статора продольный ферромагнитный брусок "спица" ротора); 3 зубец-полюс магнитопровода наружного статора; 4 магнитопровод наружного статора; 5 обмотка наружного статора; 6 продольный замыкающий магнитопровод наружного статора; 7 корпус машины; 8 рельс; 9 колесо; 10 зубец полюс внутреннего статора; 11 кольцевая обмотка внутреннего статора; 12 кольцевой магнитопровод внутреннего статора; 13 вал машины; 14 подшипник; 15 крышка машины; 16 выпрямительный мостик; 17 - регулировочные элементы в цепи возбуждения машины; 18 регулировочные элементы якорной цепи машины.

Работа машины ясна из рассмотрения фиг.5 в якорных обмотках двигателя действуют результирующие тока частоты вращения ротора машины, смещенные по фазе вращения ротора и по размещению на статоре. При их взаимодействии с потоками возбуждения, соответственно смещенными, создается знакопостоянный вращающий момент, и частота вращения ротора установится в зависимости от величины потока возбуждения, создающего соответствующую противоЭДС в якорных обмотках двигателя и величины преодолеваемого момента совершенно аналогично тем же процессам, происходящим в коллекторной машине постоянного тока, но при этом предлагаемая машина полностью бесконтактна, имеет только высоконадежные и технологичные, малотрудоемкие сосредоточенные обмотки, ротора "шестеренку" или "спицы", хорошее использование объемов благодаря высоким значениям индукции в зазорах особенно при электромагнитном возбуждении в двигательной части.

Рассчитанные конкретные машины (данные одной из них приведены на фиг.2) показывают на значительные преимущества предлагаемой машины перед обычными, в том числе по использованию объема. Возникают и дополнительные возможности использования предлагаемой машины для многодвигательного электропривода с трансформаторными модулями только у ведущей машины. Регулирование работы машины обычным воздействием на цепи возбуждения и якоря и при введении вместо механической связи следящей системы между роторами и трансформаторной и двигательной групп воздействием на угол поворота роторов друг относительно друга.