RU2302692C1 - Electromechanical converter - Google Patents

Electromechanical converter Download PDF

Info

Publication number
RU2302692C1
RU2302692C1 RU2005130805/09A RU2005130805A RU2302692C1 RU 2302692 C1 RU2302692 C1 RU 2302692C1 RU 2005130805/09 A RU2005130805/09 A RU 2005130805/09A RU 2005130805 A RU2005130805 A RU 2005130805A RU 2302692 C1 RU2302692 C1 RU 2302692C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stator
rotor
integer
phase
cores
Prior art date
Application number
RU2005130805/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005130805A (en
RU2302692C9 (en
Inventor
Алексей Федорович Авдонин (RU)
Алексей Федорович Авдонин
Олег Григорьевич Дашко (RU)
Олег Григорьевич Дашко
Андрей Борисович Захаренко (RU)
Андрей Борисович Захаренко
Юрий Прокопьевич Кривоспицкий (RU)
Юрий Прокопьевич Кривоспицкий
Александр Васильевич Литвинов (RU)
Александр Васильевич Литвинов
Владимир Никонович Литвинов (RU)
Владимир Никонович Литвинов
Сергей Иванович Машуров (RU)
Сергей Иванович Машуров
Александр Петрович Смага (RU)
Александр Петрович Смага
Александр Федорович Стрекалов (RU)
Александр Федорович Стрекалов
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственное Предприятие "Инкар-М"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственное Предприятие "Инкар-М" filed Critical Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственное Предприятие "Инкар-М"
Priority to RU2005130805/09A priority Critical patent/RU2302692C9/en
Publication of RU2005130805A publication Critical patent/RU2005130805A/en
Publication of RU2302692C1 publication Critical patent/RU2302692C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2302692C9 publication Critical patent/RU2302692C9/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering; low-speed drives, vehicle motor-wheels, elevator drive motors, generators, including windmill ones, as well as low- and medium-speed water-wheel generator,s synchronous condensers, and the like.
SUBSTANCE: proposed electromechanical converter has at least one stator-and-rotor pair in which stator has high-magnetic-permeability core whose butt-ends are attached to stator supporting ring and positioned in parallel with main magnetic flux. Multiphase winding conductors are disposed between these cores. Rotor is assembled of two coaxially disposed inductors, external and internal ones, made of high-magnetic-permeability material in the form of cylinders, they function as magnetic circuits and are mounted for rotation about stator and carry alternating-polarity poles disposed on circumference facing stator through working clearances and enclosing this stator. Polarity of poles disposed on internal and external inductors opposing one another is additive. Stator core number z and number of coil groups per phase d are correlated by equation p/d = k, where p is pole pair number; k = 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5 ... is integer positive number or number differing from the latter by 0.5; d is integer even number. When k is integer number, coil group windings of each phase are connected cumulatively. When k differs from integer number by 0.5, coil group windings are connected differentially in each phase. and 0.5 < z/(2 x p) < 2. In this case z/(2 x p) ≠ 1.
EFFECT: improved power characteristics, enhanced specific power output.
3 cl, 2 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к электротехнике и касается выполнения электромеханического преобразователя (ЭМП) для преимущественно низкооборотных устройств, который может быть использован, например, в качестве электродвигателя в барабанных лебедках или в мотор-колесах легких транспортных средств, в частности электротележках и электромобилях, а также в качестве электрогенератора в ветроэнергоустановках или в качестве стартер-генератора в бензо- или дизельгенераторных станциях. Он может быть также использован в электромобилях с комбинированной энергоустановкой, в качестве синхронного компенсатора, а также в других устройствах, где требуются высокие удельные характеристики или расширенные функциональные возможности.The invention relates to electrical engineering and for the implementation of an electromechanical converter (EMF) for mainly low-speed devices, which can be used, for example, as an electric motor in drum winches or in the motor wheels of light vehicles, in particular electric carts and electric vehicles, as well as an electric generator in wind power plants or as a starter-generator in gas or diesel generator stations. It can also be used in electric vehicles with a combined power plant, as a synchronous compensator, as well as in other devices where high specific characteristics or advanced functionality are required.

Уровень техникиState of the art

Известен электромагнитный преобразователь [патент RU 2076431], содержащий статор с многофазной обмоткой, ротор, одна часть которого выполнена в виде магнитопровода с короткозамкнутой обмоткой, а другая часть - в виде магнитопровода из магнитотвердого материала, при этом статор состоит из двух частей, на которых расположены многофазные обмотки с неодинаковым числом пар полюсов. Ротор выполнен в виде стакана, на одной части которого нанесен слой токопроводящего материала, а на другой - слой из магнитотвердого материала, а статор состоит из внешней и внутренней частей. Недостатком известного преобразователя является недостаточные получаемые величины вращающего момента и удельного момента.A known electromagnetic converter [patent RU 2076431] containing a stator with a multiphase winding, a rotor, one part of which is made in the form of a magnetic circuit with a short-circuited winding, and the other part is in the form of a magnetic circuit of magnetically hard material, while the stator consists of two parts on which are located multiphase windings with an unequal number of pole pairs. The rotor is made in the form of a glass, on one part of which a layer of conductive material is applied, and on the other - a layer of hard magnetic material, and the stator consists of external and internal parts. A disadvantage of the known Converter is the insufficient received values of torque and specific torque.

Известен электромагнитный преобразователь [патент RU 2083051], содержащий ротор с магнитопроводом и источником магнитного потока и статор с обмоткой и магнитопроводом, при этом обмотка статора состоит из секций, образованных проводниками, а магнитопровод статора выполнен в виде отдельных элементов из материала с высокой магнитной проницаемостью, которые размещены между секциями обмотки якоря, а элементы магнитопровода и секции обмотки якоря скреплены между собой с помощью связующего вещества. Индуктор и якорь выполнены цилиндрическими и имеют возможность вращения относительно друг друга. Индуктор установлен с возможностью вращения относительно якоря, а якорь выполнен в виде полого тонкостенного цилиндра. Электромагнитный преобразователь содержит корпус, при этом магнитопровод индуктора выполнен цилиндрическим и установлен на валу коаксиально с ним, а проводники секций обмотки якоря образуют катушки. Магнитопровод индуктора содержит установленные на крепежном диске коаксиально друг другу две кольцевые части, каждая из которых выполнена с внутренней и внешней кольцевой стенками, по крайней мере, на одной из которых размещены источники магнитного потока, а якорь размещен в зазоре между кольцевыми частями магнитопровода индуктора. Хотя известный электромагнитный преобразователь предназначен для преобразования большой мощности, однако при работе на пониженных частотах вращения не обеспечивает получения требуемой величины вращающего момента и удельного момента, а также не обеспечивает требуемой надежности, так как конструкция статора предусматривает крепление элементов магнитопровода и секций обмотки якоря с помощью связующего, она не обладает требуемой жесткостью и не способна длительно выдерживать импульсные нагрузки.A known electromagnetic converter [patent RU 2083051], containing a rotor with a magnetic circuit and a magnetic flux source and a stator with a winding and a magnetic circuit, the stator winding consists of sections formed by conductors, and the stator magnetic circuit is made in the form of individual elements from a material with high magnetic permeability, which are placed between sections of the armature winding, and the elements of the magnetic circuit and sections of the armature winding are fastened together using a binder. The inductor and the armature are made cylindrical and have the ability to rotate relative to each other. The inductor is mounted for rotation relative to the armature, and the armature is made in the form of a hollow thin-walled cylinder. The electromagnetic converter contains a housing, while the magnetic circuit of the inductor is cylindrical and mounted on the shaft coaxially with it, and the conductors of the armature winding sections form coils. The inductor magnetic circuit contains two annular parts mounted on the mounting disk coaxially to each other, each of which is made with an inner and outer annular wall, at least one of which has magnetic flux sources, and an anchor is placed in the gap between the annular parts of the inductor magnetic circuit. Although the known electromagnetic converter is designed to convert high power, however, when operating at low speeds it does not provide the required magnitude of torque and specific torque, and also does not provide the required reliability, since the stator design provides for the mounting of magnetic circuit elements and sections of the armature winding using a binder , it does not have the required rigidity and is not able to withstand pulsed loads for a long time.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению (его прототипом) является приводное устройство для передвижных средств [патент RU 2074761], содержащее статорно-роторную пару, в которой статор выполнен из сердечников, торцами прикрепляемых к опорному статорному кольцу и ориентированных параллельно магнитному потоку, и между которыми расположены активные проводники многофазной, например двух или более, сосредоточенной обмотки, ротор выполнен в виде двух коаксиально расположенных наружного и внутреннего индукторов - магнитопроводов в форме полых цилиндров с возможностью вращения относительно статора, несущих расположенные по окружностям полюса с чередующейся полярностью, обращенные через рабочие зазоры к статору и охватывающие его, при этом полярность магнитов, расположенных на внутреннем и наружном индукторах друг напротив друга, согласная.The closest in technical essence to the present invention (its prototype) is a drive device for mobile vehicles [patent RU 2074761], containing a stator-rotor pair, in which the stator is made of cores, ends attached to the supporting stator ring and oriented parallel to the magnetic flux, and between which there are active conductors of a multiphase, for example, two or more, concentrated windings, the rotor is made in the form of two coaxially located external and internal inductors - a magnet wires in the form of hollow cylinders with the possibility of rotation relative to the stator, bearing alternating poles located around the circumferences of the pole, facing the stator through the working gaps and covering it, while the polarity of the magnets located on the inner and outer inductors opposite each other, consonant.

В формуле изобретения-прототипа указано, что катушки расположены с шагом, отличным от шага размещения постоянных магнитов на величину α(n-1)...α/n, где α - угловая ширина зазора между магнитами, n - число катушек в группе.In the claims of the prototype invention, it is indicated that the coils are arranged with a step different from the step of placing permanent magnets by the amount α (n-1) ... α / n, where α is the angular width of the gap between the magnets, n is the number of coils in the group.

Проведенные патентообладателем (он же заявитель данной заявки) исследования показали, что указанное соотношение не является универсальным. По существу оно было адекватным конкретной модификации приводного устройства (электродвигателя) и попытки следовать ему при проектировании электрических машин с иными конструктивными параметрами показали, что при проектировании машин как большего диаметра, так и меньшего диаметра угловая ширина зазора между постоянными магнитами чрезмерно увеличивается, в результате чего снижается величина магнитного потока, проникающего из ротора в статор, а значит, и величина действующего значения ЭДС и, как следствие, ухудшаются потребительские характеристики изделия, в первую очередь КПД.The studies carried out by the patent holder (who is also the applicant of this application) showed that this ratio is not universal. In essence, it was adequate to a specific modification of the drive device (electric motor) and attempts to follow it when designing electric machines with other structural parameters showed that when designing machines of both a larger diameter and a smaller diameter, the angular width of the gap between the permanent magnets is excessively increased, as a result of which the magnitude of the magnetic flux penetrating from the rotor into the stator decreases, and hence the magnitude of the effective value of the EMF and, as a result, consumer x product characteristics, primarily efficiency.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей данного изобретения является создание электромеханического преобразователя с повышенной удельной мощностью и вращающим моментом при низких угловых частотах вращения.The objective of the invention is to provide an electromechanical transducer with increased specific power and torque at low angular speeds.

Другой задачей изобретения является создание ЭМП компактного исполнения и уменьшенного веса.Another objective of the invention is the creation of a compact EMF and reduced weight.

Еще одной задачей изобретения является повышение экономичности и КПД ЭМП, расширение области его применения.Another objective of the invention is to increase the efficiency and efficiency of EMF, expanding its scope.

Указанные задачи решаются в соответствии с настоящим изобретением благодаря созданию электромеханического преобразователя в конструктивном выполнении, подобном выполнению указанного прототипа, но в котором соблюдены следующие соотношения между числом сердечников статора z, числом полюсов 2·р, числом пар полюсов р и числом катушечных групп в фазе d:These problems are solved in accordance with the present invention by creating an electromechanical transducer in a structural embodiment similar to the implementation of the specified prototype, but in which the following relations are observed between the number of stator cores z, the number of poles 2 · p, the number of pairs of poles p and the number of coil groups in phase d :

Figure 00000003
Figure 00000003

где k - целое положительное число или число, отличающееся от целого на 0,5, то есть 1, 1.5, 2, 2.5, 3,..., и d является целым четным числом.where k is a positive integer or a number that differs from the integer by 0.5, that is, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, ..., and d is an even integer.

Figure 00000004
и
Figure 00000004
and

при этом z/2·р не равно 1.while z / 2 · p is not equal to 1.

В случае, если k в соотношении (1) целое число, обмотки катушечных групп в каждой фазе соединены согласно, а при k - отличном от целого числа на 0.5, обмотки катушечных групп в каждой фазе соединены встречно. При соблюдении этого соотношения наведенные в каждой из катушечных групп ЭДС геометрически складываются, при отступлении от него вычитаются, что приводит к потере полезной мощности машины.If k in the relation (1) is an integer, the windings of the coil groups in each phase are connected according to, and when k is different from the integer by 0.5, the windings of the coil groups in each phase are connected in the opposite direction. Subject to this ratio, the EMF induced in each of the coil groups are geometrically added; when deviating from it, they are subtracted, which leads to a loss in the useful power of the machine.

Соотношение (1) позволяет получитьRelation (1) allows us to obtain

в генераторном режиме работы преобразователя - одинаковые по фазе напряжение и ток во всех катушечных группах одной и той же фазы,in the generator operating mode of the converter, the voltage and current are identical in phase in all coil groups of the same phase,

в двигательном режиме - одинаковое положение сердечников каждой группы одной и той же фазы, относительно полюсов индукторов.in motor mode - the same position of the cores of each group of the same phase, relative to the poles of the inductors.

Выражение (2) определяет оптимальные границы соотношения числа сердечников и числа полюсов (от 0,5 до 2) при условии, что оно не равно 1. В то же время наиболее оптимальным вариантом является выполнение преобразователя с указанным соотношением, близким к единице, в частности, исходя из соотношения (3)Expression (2) determines the optimal boundaries of the ratio of the number of cores and the number of poles (from 0.5 to 2), provided that it is not equal to 1. At the same time, the most optimal option is to perform a converter with the specified ratio close to unity, in particular based on the relation (3)

Figure 00000005
Figure 00000005

где b - число сердечников статора, приходящихся на одну фазовую группу, иwhere b is the number of stator cores per phase group, and

m - число фаз.m is the number of phases.

Приведенные соотношения могут быть использованы при проектировании и изготовлении электромеханических преобразователей с различными структурными компоновками и режимами использования (генераторный, двигательный, компенсаторный).The above relations can be used in the design and manufacture of electromechanical transducers with various structural layouts and modes of use (generator, motor, compensatory).

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 изображен вариант выполнения статорно-роторной пары в соответствии с настоящим изобретениемFigure 1 shows an embodiment of a stator-rotor pair in accordance with the present invention

На фиг.2 изображен вариант выполнения преобразователя в соответствии с настоящим изобретением с четырьмя статорно-роторными парами.Figure 2 shows an embodiment of a converter in accordance with the present invention with four stator-rotor pairs.

Примеры осуществления изобретения.Examples of carrying out the invention.

Обратимся к фиг.1, на которой представлен вариант статорно-роторной пары ЭМП с числом z=18 сердечников (зубцов) 6, числом m=3 фаз, числом d=2 групп 20 и 21 сердечников 6, числом b=3 сердечников 6 в группах 20 и 21.Refer to figure 1, which shows a variant of the stator-rotor pair of EMFs with the number z = 18 cores (teeth) 6, the number m = 3 phases, the number d = 2 groups of 20 and 21 cores 6, the number b = 3 cores 6 in groups 20 and 21.

Соотношение между числом 2·р полюсов, числом d групп, числом b сердечников 6 (зубцов) в группах 20 и 21 и числом m фаз в статорно-роторной паре 1 указывает, когда достигается максимальное взаимодействие магнитного потока индукторов 9 и 10 статорно-роторной пары и магнитного потока, создаваемого обмоткой 7 статора 4. На фиг.1 представлен вариант статорно-роторной пары ЭМП, удовлетворяющий соотношению (3) для определения числа 2·р полюсов:The ratio between the number of 2 · p poles, the number of d groups, the number b of cores 6 (teeth) in groups 20 and 21 and the number m of phases in the stator-rotor pair 1 indicates when the maximum interaction of the magnetic flux of the inductors 9 and 10 of the stator-rotor pair is achieved and the magnetic flux generated by the winding 7 of the stator 4. Figure 1 shows a variant of the stator-rotor pair of the EMF that satisfies relation (3) to determine the number of 2 · p poles:

Figure 00000006
Figure 00000006

а соотношение (2)and the ratio (2)

Figure 00000007
Figure 00000007

то есть близко к единице.i.e. close to one.

Фазная обмотка 7 ЭМП может быть выполнена с использованием параллельных ветвей, содержащих, в свою очередь, одну или более групп 20 и 21 сердечников 6. Соединения катушек одной группы 20 и 21 может быть выполнено без разрыва обмоточного провода, получаемого за счет сквозной намотки на намоточном станке за одну технологическую операцию. Это позволяет уменьшить количество соединений, уменьшить трудоемкость при сборке, упростить конструкцию, снизить стоимость статора, повысить надежность.The EMF phase winding 7 can be performed using parallel branches, which, in turn, contain one or more groups of 20 and 21 cores 6. The coils of one group 20 and 21 can be connected without breaking the winding wire obtained by through winding on the winding the machine in one technological operation. This allows you to reduce the number of connections, reduce the complexity of the Assembly, simplify the design, reduce the cost of the stator, increase reliability.

Выполнение соединений выводов параллельных ветвей фазных обмоток 7 статоров 4 может быть выполнено с помощью кольцеобразных проводников в виде шин, которые могут быть расположены с внешней стороны опорного статорного 5 и(или) прижимного 30 колец и(или) во внутренней полости внутреннего индуктора 10.The connection of the terminals of the parallel branches of the phase windings 7 of the stators 4 can be performed using ring-shaped conductors in the form of tires, which can be located on the outside of the supporting stator 5 and (or) clamping 30 rings and (or) in the inner cavity of the internal inductor 10.

Сердечники 6 и(или) наружный 11 и(или) внутренний 12 магнитопроводы статорно-роторных пар могут быть выполнены из ферромагнитного порошка, например путем прессования, что позволяет уменьшить стоимость ЭМП. Кроме того, сердечники 6 могут быть шихтованы из листовой электротехнической стали, что позволяет достичь максимальных значений магнитной индукции и, в конечном счете, наибольших значений вращающего момента и удельной мощности. Направление шихтовки параллельно оси вращения ЭМП с целью увеличения электрического сопротивления для протекания наведенных токов, создающих дополнительные потери. Скрепление пластин сердечников 6 выполняется путем склеивания, стягивания шпильками или сварки, причем только по линиям симметрии на поверхностях, обращенных к рабочим зазорам 2 и 3.The cores 6 and (or) the outer 11 and (or) the inner 12 magnetic circuits of the stator-rotor pairs can be made of ferromagnetic powder, for example by pressing, which reduces the cost of EMF. In addition, the cores 6 can be burdened from sheet electrical steel, which allows to achieve maximum values of magnetic induction and, ultimately, the highest values of torque and power density. The direction of the charge parallel to the axis of rotation of the EMF in order to increase the electrical resistance for the flow of induced currents, creating additional losses. The fastening of the plates of the cores 6 is carried out by gluing, tightening with studs or welding, and only along the lines of symmetry on the surfaces facing the working gaps 2 and 3.

Принцип действия ЭМП в целом соответствует принципу работы синхронных электрических машин переменного тока. При неподвижном роторе 8 магнитный поток каждого наружного полюса 13 внешнего индуктора 9 проходит через наружный основной рабочий зазор 2, через ближайшие сердечники 6 статора 4, через внутренний основной рабочий зазор 3, достигает внутреннего полюса 14 внутреннего индуктора 10, проходит сквозь внутренний полюс 14, затем разветвляется по внутреннему магнитопроводу 12 (ярму).The principle of operation of the EMF in general corresponds to the principle of operation of synchronous electrical AC machines. When the rotor 8 is stationary, the magnetic flux of each outer pole 13 of the external inductor 9 passes through the outer main working gap 2, through the nearest cores 6 of the stator 4, through the inner main working gap 3, reaches the inner pole 14 of the inner inductor 10, passes through the inner pole 14, then branches on the internal magnetic circuit 12 (yoke).

В двигательном режиме на зажимы обмотки статора ЭМП каждой статорно-роторной пары подается переменное напряжение, по обмотке протекает ток, вызывая вращающуюся МДС статора. При протекании электрического тока в обмотке 7 статора 4 происходит силовое взаимодействие магнитного потока обмотки 7 с основным магнитным потоком полюсов 13 и 14 ЭМП. Перемещаясь, волна МДС статора вращает ротор 8, магнитный поток полюсов 13 и 14 перемещается от одного сердечника 6 к следующему сердечнику 6, при этом наводит электродвижущую силу (ЭДС) в активных проводниках 22, находящихся в пазах между сердечниками 6. Величина ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока, обусловленная величиной суммарного магнитного потока всех полюсов 13 и 14 обоих индукторов 9 и 10 и частотой вращения ротора 8. При вращении ротора с некоторой частотой вращения, ЭМП будет отдавать механическую мощность в нагрузку.In the motor mode, alternating voltage is applied to the terminals of the stator winding of the EMF of each stator-rotor pair, a current flows through the winding, causing the stator to rotate MDS. When an electric current flows in the winding 7 of the stator 4, a force interaction of the magnetic flux of the winding 7 with the main magnetic flux of the EMF poles 13 and 14 occurs. Moving, the MDS stator wave rotates the rotor 8, the magnetic flux of the poles 13 and 14 moves from one core 6 to the next core 6, while inducing an electromotive force (EMF) in the active conductors 22 located in the grooves between the cores 6. The magnitude of the EMF is directly proportional to the speed changes in magnetic flux due to the magnitude of the total magnetic flux of all poles 13 and 14 of both inductors 9 and 10 and the rotational speed of the rotor 8. When the rotor rotates with a certain rotation frequency, the EMF will give mechanical power to manual ultrasonic inspection.

В режиме генератора ротор 8 ЭМП приводится во вращение сторонним источником механической энергии, например ветродвигателем, при этом вращающий момент прикладывают к ротору 8, например, с помощью шкива с ременной передачей. Получаемая при этом электрическая энергия используется во внешней цепи.In the generator mode, the EMF rotor 8 is driven into rotation by an external source of mechanical energy, for example, a wind turbine, while the torque is applied to the rotor 8, for example, by means of a pulley with a belt drive. The resulting electrical energy is used in an external circuit.

При работе в режиме синхронного компенсатора ЭМП подключен к сети, но вал его необходим лишь для вращения в подшипниках и не приспособлен для стыковки с другими устройствами. При этом число витков 22 обмотки статора 7 должно быть так согласовано с потоком полюсов 13 и 14, чтобы ЭМП потреблял из сети активную мощность, а отдавал в нее реактивную. При этом ЭМП, фактически играя роль конденсатора большой емкости, повышает коэффициент мощности сети. Реактивная мощность обычно расходуется в сети для создания электромагнитного поля в многочисленных асинхронных двигателях.When operating in the synchronous compensator mode, the EMF is connected to the network, but its shaft is necessary only for rotation in the bearings and is not suitable for docking with other devices. In this case, the number of turns 22 of the stator winding 7 must be so coordinated with the flow of poles 13 and 14 so that the EMF consumes active power from the network and gives reactive power to it. In this case, the EMF, in fact playing the role of a large capacitor, increases the power factor of the network. Reactive power is usually consumed in the network to create an electromagnetic field in numerous asynchronous motors.

В общем случае количество статорно-роторных пар в одном ЭМП может быть различно - от одной до 10 и даже более. Их количество определяется конструкцией изделия и удобством размещения компонентов ЭМП внутри изделия. Роторы статорно-роторных пар могут быть не скреплены друг с другом и вращаться самостоятельно или быть объединены в отдельные роторные группы или объединены все вместе, что определяется конкретным назначением ЭМП. На фиг.2 показан ЭМП с четырьмя статорно-роторными парами, в котором роторы объединены (скреплены) в две роторные группы. В каждой из статорно-роторных пар имеются наружный 2 и внутренний 3 рабочие зазоры, статор 4, содержащий опорное статорное кольцо 5 и сердечники 6, между которыми проложены активные проводники обмотки 7, ротор 8, содержащий наружный 9 и внутренний 10 индукторы с наружными 11 и внутренними 12 магнитопроводами (ярмами) с наружными 13 и внутренними 14 полюсами и роторное кольцо 15. Опорные статорные кольца 5 статоров 4 всех статорно-роторных пар жестко связаны с неподвижным полым валом 16. Левые роторы 8 скреплены между собой и их результирующий вращающий момент от их роторных колец 15 передается через первое болтовое соединение 17, правые роторы 8 также скреплены и их результирующий вращающий момент от их роторных колец 15 передается через второе болтовое соединение 18, а результирующий реактивный момент всех статорно-роторных пар - через опорные статорные кольца 5, неподвижный полый вал 16 и шпоночный паз 19. Одна из нескольких статорно-роторных пар может выполнять информационную функцию, например, m-фазного датчика положения ротора.In the general case, the number of stator-rotor pairs in one EMF can be different - from one to 10 or even more. Their quantity is determined by the design of the product and the ease of placement of EMF components inside the product. The rotors of the stator-rotor pairs may not be bonded to each other and rotate independently or be combined into separate rotor groups or all together, which is determined by the specific purpose of the EMF. Figure 2 shows the EMF with four stator-rotor pairs, in which the rotors are combined (fastened) in two rotor groups. In each of the stator-rotor pairs there are external 2 and internal 3 working gaps, a stator 4 containing a supporting stator ring 5 and cores 6, between which active conductors of the winding 7 are laid, a rotor 8 containing external 9 and internal 10 inductors with external 11 and internal 12 magnetic cores (yokes) with external 13 and internal 14 poles and a rotor ring 15. Support stator rings 5 stators 4 of all stator-rotor pairs are rigidly connected to a stationary hollow shaft 16. The left rotors 8 are fastened together and their resulting rotating m The moment from their rotor rings 15 is transmitted through the first bolt connection 17, the right rotors 8 are also fastened and their resulting torque from their rotor rings 15 is transmitted through the second bolt connection 18, and the resulting reactive moment of all stator-rotor pairs through the supporting stator rings 5 , a stationary hollow shaft 16 and a keyway 19. One of several stator-rotor pairs can perform an information function, for example, an m-phase rotor position sensor.

Одна или несколько статорно-роторных пар 1 ЭМП могут иметь число пар полюсов и(или) число фаз и(или) число сердечников (зубцов или пазов), не совпадающее с соответствующими числами других статорно-роторных пар. Это позволяет получить одну или несколько генераторных многофазных систем со своим номинальным напряжением и номинальной частотой, например 50 и 400 Гц одновременно. Например, на фиг.2 ЭМП приводится во вращение извне, и все статорно-роторные пары 1 работают в генераторном режиме. Возможен второй вариант ЭМП, когда к обмотке 7 одной статорно-роторной пары 1, работающей в качестве двигателя, подводится напряжение U0 с частотой f0 и числом m0 фаз. Создаваемый ею вращающий момент приводит во вращение остальные статорно-роторные пары 1, которые работают в генераторном режиме, формируя две электрические системы U1, m1, f1, U2, m2, f2. Такой ЭМП может быть применен в качестве основы для умформера с целью получения нескольких уровней постоянного напряжения. Возможен третий вариант ЭМП, выполненный по схеме "генератор-двигатель", когда при несвязанных роторах 8 двух статорно-роторных пар можно получить электрический редуктор. Ротор 8 первой статорно-роторной пары приводят во вращение извне с угловой частотой nг. Получаемое напряжение с обмотки 7 подают на обмотку 7 второй статорно-роторной пары 1, и ее ротор 8 самостоятельно и синхронно с первым приводится во вращение, но с угловой частотой nд=i·nг, где i есть коэффициент редукции. Для этого необходимо выполнить условия равенства напряжения Uг=Uд и числа фаз mг=mд, а также условие редукции по числу пар полюсов pг=i·pд.One or more stator-rotor pairs 1 EMF may have the number of pole pairs and (or) the number of phases and (or) the number of cores (teeth or grooves) that do not coincide with the corresponding numbers of other stator-rotor pairs. This allows you to get one or more generator multiphase systems with their rated voltage and rated frequency, for example 50 and 400 Hz at the same time. For example, in FIG. 2, the EMF is driven from the outside, and all the stator-rotor pairs 1 operate in a generator mode. A second variant of EMF is possible, when voltage U 0 with frequency f 0 and number m 0 of phases is supplied to the winding 7 of one stator-rotor pair 1 operating as an engine. The torque created by it brings into rotation the remaining stator-rotor pairs 1, which operate in the generator mode, forming two electrical systems U 1 , m 1 , f 1 , U 2 , m 2 , f 2 . Such an EMF can be used as the basis for an umformer with the aim of obtaining several levels of constant voltage. A third variant of the EMF, made according to the “generator-engine” scheme, is possible, when with disconnected rotors 8 of two stator-rotor pairs, an electric reducer can be obtained. The rotor 8 of the first stator-rotor pair is driven from the outside with an angular frequency of n g . The voltage obtained from the winding 7 is fed to the winding 7 of the second stator-rotor pair 1, and its rotor 8 is independently and synchronously with the first rotated, but with an angular frequency n d = i · n g , where i is the reduction coefficient. To do this, it is necessary to fulfill the conditions of equality of voltage U g = U d and the number of phases m g = m d , as well as the reduction condition for the number of pole pairs p g = i · p d .

Возможно использование одной из нескольких статорно-роторных пар для информационных целей, например, в качестве m-фазного датчика положения ротора. Такой датчик может быть применен в качестве абсолютного в высокоточных системах автоматического управления с замкнутым контуром по положению. Наличие датчика упрощает построение системы управления ЭМП.It is possible to use one of several stator-rotor pairs for informational purposes, for example, as an m-phase rotor position sensor. Such a sensor can be used as an absolute in high-precision closed-loop automatic control systems in position. The presence of a sensor simplifies the construction of an EMF control system.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Для мотор-колеса электромобиля при осуществлении изобретения в соответствии с вариантом, представленным на фиг.1, получены следующие параметры: номинальная мощность 3 кВт при частоте вращения 700 об/мин без принудительного охлаждения, масса мотор-колеса вместе с шиной и встроенным тормозом - 25 кг, из них чисто электродвигатель - 13 кг. Величина удельного момента - 1,7 Н·м/кг на мотор-колесо в целом, в пересчете на массу электродвигателя - 3,3 Н·м/кг. В пиковом режиме - при разгоне и торможении - пиковый вращающий момент в 5...6 раз больше, при этом удельный момент достигает значений порядка 16...20 Н·м/кг.For the motor-wheel of an electric vehicle when implementing the invention in accordance with the embodiment shown in FIG. 1, the following parameters were obtained: rated power of 3 kW at a speed of 700 rpm without forced cooling, the mass of the motor-wheel with a tire and an integrated brake is 25 kg, of which purely electric motor - 13 kg. The magnitude of the specific moment is 1.7 N · m / kg per motor wheel as a whole, in terms of the mass of the electric motor - 3.3 N · m / kg. In peak mode - during acceleration and braking - the peak torque is 5 ... 6 times more, while the specific torque reaches values of the order of 16 ... 20 N · m / kg.

Для электрогенератора при осуществлении изобретения получены следующие параметры: номинальная мощность 5 кВт при частоте вращения 500 об/мин без принудительного охлаждения, масса 32 кг. Номинальная величина вращающего момента - 100 Н·м, величина удельного момента - 3 Н·м/кг.For the electric generator during the implementation of the invention, the following parameters were obtained: rated power of 5 kW at a speed of 500 rpm without forced cooling, weight 32 kg The nominal value of the torque is 100 N · m, the specific gravity is 3 N · m / kg.

Claims (3)

1. Электромеханический преобразователь, содержащий, по меньшей мере, одну статорно-роторную пару, в которой статор состоит из сердечников из материала с высокой магнитной проницаемостью, торцами прикрепленных к опорному статорному кольцу и ориентированных параллельно основному магнитному потоку, и между которыми расположены проводники многофазной обмотки, ротор выполнен в виде двух коаксиально расположенных наружного и внутреннего индукторов-магнитопроводов из материала с высокой магнитной проницаемостью в форме полых цилиндров, закрепленных с возможностью вращения относительно статора, несущих расположенные по окружностям полюса с чередующейся полярностью, обращенные через рабочие зазоры к статору и охватывающие его, при этом полярность полюсов, расположенных на внутреннем и наружном индукторах друг напротив друга, согласная, отличающийся тем, что число полюсов 2·р, число пар полюсов р, число сердечников статора z и число катушечных групп в фазе d связаны соотношениями1. Electromechanical transducer containing at least one stator-rotor pair, in which the stator consists of cores of material with high magnetic permeability, the ends attached to the supporting stator ring and oriented parallel to the main magnetic flux, and between which there are multiphase winding conductors , the rotor is made in the form of two coaxially located external and internal inducers-magnetic cores of a material with high magnetic permeability in the form of hollow cylinders, mounted rotatably relative to the stator, bearing alternating poles located around the circumference of the pole, facing the stator through working gaps and covering it, while the polarity of the poles located on the internal and external inductors opposite each other, consonant, characterized in that the number of poles 2 · P, the number of pole pairs p, the number of stator cores z and the number of coil groups in phase d are related by
Figure 00000008
Figure 00000008
где k=1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5 ... - целое положительное число или число, отличающееся от него на 0.5, d - целое четное число, при этом, если k - целое число, обмотки катушечных групп в каждой фазе соединены согласно, а при k - отличном от целого числа на 0.5, обмотки катушечных групп в каждой фазе соединены встречно и
Figure 00000009
where k = 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5 ... is a positive integer or a number different from it by 0.5, d is an even integer, while if k is an integer, the windings of the coil groups in each phase are connected according to, and at k - other than an integer by 0.5, the windings of the coil groups in each phase are connected in opposite and
Figure 00000009
и при этом z/(2·p)≠1.and moreover, z / (2 · p) ≠ 1.
2. Электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что отношение z/(2·p) для статорно-роторной пары устанавливают близким к единице.2. The electromechanical converter according to claim 1, characterized in that the ratio z / (2 · p) for the stator-rotor pair is set close to unity. 3. Электромеханический преобразователь по п.2, отличающийся тем, что соотношение z/(2·p) устанавливают исходя из соотношения
Figure 00000010
3. The electromechanical converter according to claim 2, characterized in that the ratio z / (2 · p) is set based on the ratio
Figure 00000010
где b - число сердечников статора, приходящихся на одну фазовую группу, и m - число фаз.where b is the number of stator cores per phase group, and m is the number of phases.
RU2005130805/09A 2005-10-05 2005-10-05 Electromechanical converter RU2302692C9 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005130805/09A RU2302692C9 (en) 2005-10-05 2005-10-05 Electromechanical converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005130805/09A RU2302692C9 (en) 2005-10-05 2005-10-05 Electromechanical converter

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2005130805A RU2005130805A (en) 2007-04-10
RU2302692C1 true RU2302692C1 (en) 2007-07-10
RU2302692C9 RU2302692C9 (en) 2007-11-10

Family

ID=38000101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005130805/09A RU2302692C9 (en) 2005-10-05 2005-10-05 Electromechanical converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2302692C9 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009051515A1 (en) * 2007-10-19 2009-04-23 Zakrytoe Akcionernoe Obschestvo Nauchno-Proizvodstvennoe Predpriyatie 'inkar-M' Synchronous electrical machine
WO2014038971A1 (en) 2012-09-06 2014-03-13 Общество С Ограниченной Ответственностью "Товарищество Энергетических И Электромобильных Проектов" Electromechanical converter

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009051514A1 (en) * 2007-10-19 2009-04-23 Zao Npp 'inkar-M' Electromechanical converter
RU2716489C2 (en) * 2018-05-14 2020-03-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" Electromechanical converter
WO2020002967A1 (en) * 2018-06-25 2020-01-02 Burov Alexander Devices for power multiplication during electromechanical energy conversion

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009051515A1 (en) * 2007-10-19 2009-04-23 Zakrytoe Akcionernoe Obschestvo Nauchno-Proizvodstvennoe Predpriyatie 'inkar-M' Synchronous electrical machine
WO2014038971A1 (en) 2012-09-06 2014-03-13 Общество С Ограниченной Ответственностью "Товарищество Энергетических И Электромобильных Проектов" Electromechanical converter

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005130805A (en) 2007-04-10
RU2302692C9 (en) 2007-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7134180B2 (en) Method for providing slip energy control in permanent magnet electrical machines
US9397543B2 (en) Electrical machine
US7960887B2 (en) Permanent-magnet switched-flux machine
Rasmussen et al. Experimental evaluation of a motor-integrated permanent-magnet gear
JPS59129558A (en) Variable speed rotary electric machine
JP2013502199A (en) Constant-gap pulse motor cluster with multi-rotor
RU2302692C1 (en) Electromechanical converter
US6891301B1 (en) Simplified hybrid-secondary uncluttered machine and method
RU2390086C1 (en) Contactless reductor electric machine with combined excitation
US20100026103A1 (en) Driving or power generating multiple phase electric machine
US20110037336A1 (en) homopolar machine
WO2019125347A1 (en) Contra-rotating synchronous electro-mechanical converter
WO2009051514A1 (en) Electromechanical converter
RU2716489C2 (en) Electromechanical converter
RU2339147C1 (en) Electrical machine
Wang et al. Design of a multi-power-terminals permanent magnet machine with magnetic field modulation
EP2894772A1 (en) Electromechanical converter
WO2009051515A1 (en) Synchronous electrical machine
RU85044U1 (en) TORTSOVA ELECTRIC MACHINE
RU2246168C1 (en) Face-type electrical machine
RU2736232C1 (en) Engine and generator unit for hybrid aircraft power plant
RU2355909C1 (en) Wind double-rotation electric generator (versions)
RU2244996C1 (en) Alternating-current generator
Hsu Method for providing slip energy control in permanent magnet electrical machines
RU16046U1 (en) VENT ELECTRIC CAR

Legal Events

Date Code Title Description
TH4A Reissue of patent specification
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20100624

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20120802

QC41 Official registration of the termination of the licence agreement or other agreements on the disposal of an exclusive right

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20100624

Effective date: 20120807

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20120921

QB4A Licence on use of patent

Free format text: SUB-LICENCE

Effective date: 20121221