Патент на изобретение №2256995

(54) ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ-ГЕНЕРАТОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении электродвигателей и генераторов. Сущность изобретения состоит в том, что электродвигатель-генератор содержит диски статора и ротора, а также корпус, на дисках статора установлены катушки, а на дисках ротора – постоянные магниты. Статор разделен продольно на две части, как минимум на две части разделены и диски статора, после установки половины ДС в половинки статора в одну из них устанавливается ротор, а затем и вторая половина статора, после чего статор собирается полностью и вместе с ротором закрепляется в корпусе. Технический результат – упрощение и удешевление генераторов, облегчение их сборки и ремонта, обеспечение взаимозаменяемости конструктивных элементов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении электродвигателей и генераторов.

Уже давно известны электродвигатели и генераторы с дисковыми роторами и статорами, так, например, известен генератор с фазным ротором с параметрами 100 кВА, 9000 об/мин, в котором магниты ротора из SmCo5 трапециевидной формы закрепляются в диске из алюминиевого сплава или любого другого подходящего материала. Для каждого диска требуется 14 таких магнитов. Пять таких дисков с магнитами длиной 8 мм и два торцовых диска с магнитами длиной 4 мм закреплены на одном валу. Статор состоит из 6 рядов зубцов по 14 в каждом ряду, изготовленных из пермендюровых пластин. Он закрепляется на внешнем замыкающем корпусе. В местах, где размещается обмотка, зубцы имеют постоянное сечение, а на концах придается форма, та же, что и у магнитов. Магниты на последовательных дисках имели одинаковую полярность для достижения высокой индукции, необходимой для получения хорошего отношения мощности к массе. В то время как магниты на роторных дисках находятся все в одном и том же угловом положении, зубцы статора расположены в шахматном порядке для корректировки разности фаз (см. “Магниты из сплавов редкоземельных металлов с кобальтом”, Москва “Металлургия”, 1978 г. “Материалы второго международного семинара по постоянным магнитам из сплавов редкоземельных металлов с кобальтом и их применению”, перевод с английского, стр.84. “Многофазный генератор переменного тока”).

Известна также электрическая машина, в частности двигатель, содержащий корпус, в котором закреплен дисковый статор, дисковый ротор, катушки обмоток, установленные на дисках статора, также постоянные магниты, установленные на дисках ротора (см. патент US 4358693 А, Н 02 К 37/00, 09.11.1982 г.).

Несмотря на исключительно хорошее отношение мощности к массе, такие генераторы и электродвигатели до сих пор не получили широкого распространения, видимо, из-за каких-то своих недостатков, одним из недостатков является их дороговизна, т.к. очень дороги магниты из редкоземельных материалов, другим недостатком является сложность сборки, а при необходимости и ремонт. Также очень сложно заменить существующие электродвигатели на электродвигатели с редкоземельными магнитами из-за большой разности в габаритах.

Поставленная задача – удешевить и упростить изготовление электродвигателей и генераторов с дисковыми роторами и статорами, облегчить их сборку, а при необходимости и ремонт, обеспечить взаимозаменяемость электродвигателей и генераторов с дисковыми роторами и статорами с существующими электродвигателями и генераторами.

Для этого в электродвигателе-генераторе, состоящем из корпуса и дискового статора и ротора, в которых на дисках статора установлены катушки обмоток, а на дисках ротора установлены магниты, статор разделен продольно на две части, также, как минимум, на две части разделены диски статора, одна часть или половина всех частей, когда их больше двух, закрепляется в одной половине статора, оставшаяся часть закрепляется в другой половине статора, после установки дискового ротора в одну из половин статора статор собирается полностью и вместе с ротором закрепляется в корпусе. При этом в электродвигателях катушки статора на каждом диске разделяются, как минимум, на две обмотки, катушки которых чередуются между собой, катушки одной обмотки смещены относительно катушек другой обмотки на некоторую величину, т.е. расстояние между катушками двух обмоток с одной стороны каждой катушки меньше расстояния между катушками двух обмоток с другой стороны той же катушки. Катушки обмоток статора электродвигателя-генератора могут быть собраны из одной или более пар однослойных катушек, при этом каждая вторая катушка поворачивается другой стороной к первой катушке (в каждой паре) так, что начальный внутренний виток второй катушки является продолжением такого же витка первой катушки, эти внутренние концы соединяются между собой, а наружные концы, если катушек только одна пара, являются выходными концами получившейся катушки, если же катушек несколько пар, то наружный конец второй катушки первой пары соединяется с наружным концом первой катушки следующей пары, также у последующих пар катушек наружный конец второй катушки соединяется с наружным концом первой катушки последующей пары, а наружные концы первой катушки первой пары и второй катушки последней пары являются выходными концами всей получившейся катушки. Диски ротора электродвигателя-генератора могут быть сборными, так, например, снаружи (на периферии) диска может быть установлена металлическая лента в виде обода, прикрепленная к диску винтами или заклепками, а при необходимости еще и с клеем или просто на клею, магниты могут закрепляться в диске с помощью клея, например эпоксидного, магниты для уменьшения центробежного усилия, воспринимаемого ободом, могут собираться из нескольких частей, также соединенных клеем, при этом между частями магнита должны быть установлены металлические стяжки, прикрепленные к ободу и диску ротора. Для экономии материала части диска, находящиеся между магнитами, могут быть изготовлены отдельно, а затем установлены и закреплены на диске ротора.

Если данное устройство будет использоваться только как генератор, нет необходимости обязательно соединять катушки в две или более обмоток, если только это не специальный генератор, например трехфазный, а тем более нет необходимости смещать обмотки одну относительно другой, если это также не специальный генератор, например опять же трехфазный.

Такой электродвигатель-генератор легко собирается и разбирается, на нем легко можно заменить испорченные катушки, заменив соответствующий диск. Обеспечив при изготовлении привязочные размеры (размер от подошвы двигателя до оси вала, размер по длине и ширине крепежных отверстий), его при одинаковой мощности и оборотах можно будет установить вместо изготовленного ранее электродвигателя-генератора.

На фиг.1 показан продольный разрез электродвигателя-генератора и разрез по А-А.

На фиг.2 показана выноска I на разрезе А-А (вариант) и выноска II, соединение однослойных катушек (вариант).

На фиг.3 показаны разрез по В-В и выноска III на разрезе В-В (вариант).

Электродвигатель-генератор состоит из корпуса поз. 1, из двух половинок дискового статора поз.2а и поз.2б, дискового ротора поз.3, половинок дисков статора поз.4а и поз.4б, катушек статора поз.5, дисков ротора поз.6, магнитов поз.7, при необходимости обода поз.8, стяжек поз.9 и промежуточных вставок поз.10. При этом катушки поз.5 соединяются, как минимум, в две обмотки, например катушки поз.5а соединяются в одну обмотку, а катушки поз.5б в другую, катушки этих обмоток чередуются между собой, катушки одной обмотки смещены относительно катушек другой обмотки на некоторую величину, т.е. расстояние “а” между катушками двух обмоток с одной стороны каждой катушки меньше расстояния “в” между катушками двух обмоток с другой стороны той же катушки. Катушки поз.5 обмоток статора электродвигателя-генератора могут быть собраны из одной или более пар однослойных катушек, при этом каждая вторая катушка поворачивается другой стороной к первой катушке (в каждой паре) так, что начальный внутренний виток второй катушки является продолжением такого же витка первой катушки, эти внутренние концы соединяются между собой, а наружные концы, если катушек только одна пара, являются выходными концами получившейся катушки, если же катушек несколько пар, то наружный конец второй катушки первой пары соединяется с наружным концом первой катушки следующей пары, также у последующих пар катушек, наружный конец второй катушки соединяется с наружным концом первой катушки последующей пары, а наружные концы первой катушки первой пары и второй катушки последней пары являются выходными концами всей получившейся катушки. Диски поз.6 ротора поз.3 электродвигателя-генератора могут быть сборными, так, например, снаружи (на периферии) диска может быть установлена металлическая лента в виде обода поз.8, прикрепленная к диску винтами или заклепками, а при необходимости еще и клеем или просто на клею, магниты поз.7 могут закрепляться в диске с помощью клея, например эпоксидного, магниты поз.7 для уменьшения центробежного усилия, воспринимаемого ободом поз.8, могут собираться из нескольких частей, также соединенных клеем, при этом между частями магнита могут быть установлены металлические стяжки поз.9, прикрепленные к ободу поз.8 и диску ротора поз.6. Для экономии материала части поз. 10 диска поз.6, находящиеся между магнитами поз.7, могут быть изготовлены отдельно, а затем установлены и закреплены на диске поз.6 ротора поз.3.

Если данное устройство будет использоваться только как генератор, нет необходимости обязательно соединять катушки поз.5 в две или более обмоток, если только это не специальный генератор, например трехфазный, а тем более нет необходимости смещать обмотки одну относительно другой, если это также не специальный генератор, например опять же трехфазный.

Работает электродвигатель-генератор следующим образом. В режиме электродвигателя система управления с датчиками положения ротора поз.3 электродвигателя (на рисунке условно не показаны) заставляют ротор поз.3 электродвигателя занять определенное положение, подавая напряжение определенной полярности на одну из обмоток, при этом магниты поз.7 встанут напротив катушек поз.5 этой обмотки, следующие за этими магнитами магниты поз.7 не будут совпадать с катушками поз.5 следующей обмотки, т.к. эти катушки смещены, в этот момент система управления подаст напряжение необходимой полярности и на вторую обмотку, которая заставит переместиться следующие магниты поз.7, а предыдущие магниты поз.7 сместятся относительно первой обмотки и на нее, системой управления будет снова подано напряжение необходимой полярности, которое заставит ротор поз.3 двигаться дальше, когда магниты поз.7 сместятся относительно катушек поз.5 второй обмотки, на нее также снова будет подано напряжение, которое также заставит ротор поз.3 двигаться дальше, электродвигатель наберет обороты и будет продолжать работать. В процессе работы обмотки только на короткое время совпадения магнитов поз.7 с катушками поз.5 будут без напряжения, но в этот период может быть подано кратковременно повышенное напряжение на другую обмотку, поэтому общий крутящий момент останется прежним. Датчики положения ротора поз.3 будут постоянно следить за положением магнитов поз.7 относительно катушек поз.5 одной и другой обмотки, а система управления будет постоянно подавать напряжение определенной полярности в соответствии с сигналами датчиков. При необходимости движения электродвигателя в другую сторону система управления подаст напряжение на катушки поз.5 другой обмотки (второй в первом случае), после этого подаст напряжение на катушки поз.5 следующей обмотки, а дальше, как и в первом случае. При работе электродвигателя-генератора в режиме генератора система управления переключит обмотки для работы в режиме генератора и ротор поз.3, приводимый во вращение, будет перемещать магниты поз.7 относительно катушек поз.5, в которых будет вырабатываться электричество.

Такой электродвигатель-генератор легко собирается и разбирается, на нем легко можно заменить испорченные катушки, заменив соответствующий диск. Обеспечив при изготовлении привязочные размеры (размер Н – от подошвы двигателя до оси вала, размер L – по длине и размер С – по ширине между крепежными отверстиями), такой электродвигатель при одинаковой мощности и оборотах можно будет установить вместо какого-либо изготовленного ранее электродвигателя или генератора.

Формула изобретения

1. Электродвигатель-генератор, состоящий из корпуса, из дисковых статора и ротора, на дисках статора которого установлены катушки обмоток, а на дисках ротора установлены магниты, отличающийся тем, что статор разделен продольно на две части, так же как минимум на две части разделены диски статора, одна часть диска или половина всех частей диска, когда их больше двух, закрепляется в одной половине статора, оставшаяся часть закрепляется в другой половине статора, после установки дискового ротора в одну из половин статора статор собирается полностью и вместе с ротором закрепляется в корпусе.

2. Электродвигатель-генератор по п.1, отличающийся тем, что катушки обмоток статора могут быть собраны из одной или более пар однослойных катушек, при этом каждая вторая катушка поворачивается другой стороной к первой катушке (в каждой паре) так, что начальный внутренний виток второй катушки является продолжением такого же витка первой катушки, эти внутренние концы соединяются между собой, а наружные концы, если катушек только одна пара, являются выходными концами получившейся катушки, если же катушек несколько пар, то наружный конец второй катушки первой пары соединяется с наружным концом первой катушки следующей пары, так же у последующих пар катушек: наружный конец второй катушки соединяется с наружным концом первой катушки последующей пары, а наружные концы первой катушки первой пары и второй катушки последней пары являются выходными концами всей получившейся катушки.

3. Электродвигатель-генератор по п.1, отличающийся тем, что диски ротора могут быть сборными, так, например, снаружи (на периферии) диска может быть установлена металлическая лента в виде обода, прикрепленная к диску винтами или заклепками, а при необходимости еще и клеем или просто на клею, магниты могут закрепляться в диске с помощью клея, например, эпоксидного, магниты для уменьшения центробежного усилия, воспринимаемого ободом, могут собираться из нескольких частей, также соединенных клеем, при этом между частями магнита могут быть установлены металлические стяжки, прикрепленные к ободу и диску ротора, для экономии материала, части диска, находящиеся между магнитами, могут быть изготовлены отдельно, а затем установлены и закреплены на диске ротора.

4. Электродвигатель-генератор по п.1, отличающийся тем, что катушки статора на каждом диске разделяются, как минимум, на две обмотки, катушки которых чередуются между собой, катушки одной обмотки смещены относительно катушек другой обмотки на некоторую величину, то есть расстояние между катушками двух обмоток с одной стороны каждой катушки меньше расстояния между катушками двух обмоток с другой стороны той же катушки.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 07.03.2009

Извещение опубликовано: 27.03.2010 БИ: 09/2010