RU2392723C1 - Contactless reductor magnetoelectric machine with pole geared inductor - Google Patents
Contactless reductor magnetoelectric machine with pole geared inductor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2392723C1 RU2392723C1 RU2009118541/09A RU2009118541A RU2392723C1 RU 2392723 C1 RU2392723 C1 RU 2392723C1 RU 2009118541/09 A RU2009118541/09 A RU 2009118541/09A RU 2009118541 A RU2009118541 A RU 2009118541A RU 2392723 C1 RU2392723 C1 RU 2392723C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inductor
- pole
- poles
- gear
- armature
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/30—Wind power
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
Description
Описание изобретенияDescription of the invention
Изобретение относится к электротехнике, в частности к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается конструктивного исполнения бесконтактных магнитоэлектрических машин с электромагнитной редукцией и может быть использовано в системах автоматики, в качестве мотор-колес, мотор-барабанов, стартер-генераторов, электроусилителей руля, прямых приводов в бытовой технике (электромясорубки, электросоковыжималки, стиральные машины и пр.), электроприводов бетоносмесителей, грузоподъемных механизмов, ленточных транспортеров, насосов для перекачки жидкостей, механизмов с высокими моментами на валу и низкими частотами вращения вала, а также в качестве ветрогенераторов, гидрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов и синхронных преобразователей частоты.The invention relates to electrical engineering, in particular to low-speed high-torque electric motors, electric drives and generators, for the design of non-contact magnetoelectric machines with electromagnetic reduction and can be used in automation systems, as motor wheels, motor drums, starter generators, electric power steering , direct drives in household appliances (electric meat grinders, electric juicers, washing machines, etc.), electric drives of concrete mixers, load-lifting m nisms, conveyor belts, pumps for pumping liquids mechanisms with high shaft torque and low rotational frequencies, as well as wind turbines, hydro-generators, high frequency electric power generators and synchronous inverters.
Известен бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами (Патент RU, 2303849 С1, МПК H02K 21/18, H02K 21/14, автор: Шкондин В.В.), содержащий, по крайней мере, одну круговую секцию, включающую ротор с круговым магнитопроводом, на котором с одинаковым шагом закреплено четное количество постоянных магнитов, образующих два параллельных ряда полюсов с продольно и поперечно чередующейся полярностью, статор, несущий четное число подковообразных электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга, устройство для выпрямления электрического тока, где каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки, при этом каждая из катушек электромагнитов расположена над одним из параллельных рядов полюсов ротора и количество полюсов в одном ряду n удовлетворяет соотношению n=10+4·k, где k - целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д. Недостатком аналога является сложность конструкции и невысокие энергетические показатели, обусловленные нерациональным использованием полезного объема машины.Known brushless synchronous generator with permanent magnets (Patent RU, 2303849 C1, IPC H02K 21/18, H02K 21/14, author: Shkondin VV), containing at least one circular section including a rotor with a circular magnetic circuit, on which, with the same step, an even number of permanent magnets is fixed, forming two parallel rows of poles with longitudinally and transversely alternating polarity, a stator carrying an even number of horseshoe-shaped electromagnets located in pairs opposite each other, an electric rectifier current, where each of the electromagnets has two coils with a successively opposite direction of the winding, while each of the electromagnet coils is located above one of the parallel rows of rotor poles and the number of poles in one row n satisfies the relation n = 10 + 4 · k, where k - integer taking
Известна индукторная электрическая машина (Патент RU, 2009599 С1, МПК 5 H02K 19/06, H02K 19/24, авторы: Жуловян В.В.; Новокрещенов О.И.; Шаншуров Г.А.), содержащая явнополюсный с числом полюсов Z0 зубчатый статор с многофазной катушечной обмоткой, каждая катушка которой размещена на одном полюсе статора, безобмоточный ферромагнитный зубчатый ротор и преобразователь, к которому подключена обмотка статора, статор и ротор выполнены с четными и не равными друг другу числами зубцов и каждая фаза обмотки выполнена из р встречно включенных катушек, размещенных со сдвигом на двойное полюсное деление 2·τ, где p - число четное, 2·τ=Z0/p.A known induction electric machine (Patent RU, 2009599 C1, IPC 5 H02K 19/06, H02K 19/24, authors: Zhulovyan V.V .; Novokreschenov O.I .; Shanshurov G.A.), containing explicitly with the number of poles Z 0 a gear stator with a multiphase coil winding, each coil of which is located on one pole of the stator, a winding winding ferromagnetic gear rotor and a converter, to which the stator winding is connected, the stator and rotor are made with even and unequal numbers of teeth and each phase of the winding is made of p counterclockwise coils placed with by moving to the
Известен синхронный редукторный двигатель (Патент RU, 2054220 С1, МПК 6 H02K 37/00, H02K 19/06, авторы: Шевченко А.Ф.; Калужский Д.Л.), содержащий ротор с Zp зубцами и статор с 4·р полюсами (р=1, 2, 3,…), на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы по Zs зубцов на каждом полюсе, причем Zr=4·p-(Zs+K)±р (где K=0, 1, 2, … - целое число), в большие пазы между полюсами уложены катушки однофазной обмотки по одной на каждом полюсе, катушки, расположенные на одноименных полюсах с номерами, различающимися на 4, соединены последовательно "конец" с "началом" и образуют четыре ветви, "конец" первой ветви, образованной 1, 5, …, 1+4·(р-1) катушками, соединен с "началом" третьей ветви, образованной 3, 7, …, 3+4·(р-1) катушками, и точка соединения этих ветвей подключена к первому выводу обмотки, "конец" второй ветви, образованной 2, 6, …, 2+4·(р-1) катушками, соединен с "началом" четвертой ветви, образованной 4, 8, …, 4+4·(р-1) катушками, и точка соединения этих ветвей через последовательно включенный конденсатор также подключена к первому выводу, а ко второму выводу подключены два диода таким образом, что с анодом первого из них соединены первая и четвертая ветви, а с катодом второго диода - вторая и третья ветви.Known synchronous geared motor (Patent RU, 2054220 C1,
Недостатком описанной индукторной электрической машины и синхронного редукторного двигателя являются невысокие энергетические показатели. Кроме этого, указанные технические устройства чаще всего выполняют с малыми воздушными зазорами, что затрудняет их изготовление при массовом (серийном) производстве.The disadvantage of the described inductor electric machine and synchronous gear motor are low energy performance. In addition, these technical devices are most often performed with small air gaps, which complicates their manufacture in mass (mass) production.
Известен принятый за прототип синхронный электродвигатель (Патент RU, 2059994 С1, МПК 6 H02K 19/12, автор: Шевченко А.Ф.), содержащий статор с явно выраженными полюсами, на которых расположена m-фазная обмотка, выполненная в виде катушек, расположенных в 2·m·k равных чередующихся зонах по одной катушке на полюс, где k=1, 2, 3, …, а в каждой фазной зоне размещены n катушек, где n=2, 3, 4, …, принадлежащих одной фазе, катушки в фазных зонах, расположенные на соседних полюсах, соединены встречно, катушки в фазных зонах, расположенные через 180°/k при n - нечетном, соединены согласно, при n - четном соединены встречно, а числа полюсов статора и ротора отличаются на 2·k, и активный ротор с чередующейся полярностью полюсов. Недостатком описанного синхронного электродвигателя является отличие числа полюсов статора и ротора только на 2·k, что уменьшает возможные применения данного устройства. Кроме того, прототип имеет меньший по сравнению с заявляемым изобретением удельный (отнесенный к массе активных материалов) момент на валу.Known adopted for the prototype synchronous electric motor (Patent RU, 2059994 C1, IPC 6 H02K 19/12, author: Shevchenko AF), containing a stator with pronounced poles, on which the m-phase winding, made in the form of coils located in 2 · m · k equal alternating zones, one coil per pole, where k = 1, 2, 3, ..., and in each phase zone there are n coils, where n = 2, 3, 4, ... belonging to one phase, coils in phase zones located at adjacent poles are connected in opposite directions, coils in phase zones located at 180 ° / k with n - odd are connected according to n-even, they are connected in opposite directions, and the numbers of poles of the stator and rotor differ by 2 · k, and the active rotor with alternating polarity of the poles. A disadvantage of the described synchronous electric motor is the difference in the number of poles of the stator and rotor by only 2 · k, which reduces the possible applications of this device. In addition, the prototype has a lower relative to the claimed invention specific (referred to the mass of active materials) moment on the shaft.
Целью настоящего изобретения является создание новой, технологичной, надежной в эксплуатации, высокоремонтопригодной конструкции бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором.The aim of the present invention is to provide a new, technologically advanced, reliable, highly repairable design of a contactless gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor.
Задачей настоящего изобретения является оптимальный выбор числа явно выраженных полюсов якоря и числа зубчатых полюсов индуктора, числа явно выраженных полюсов якоря в фазе, общего числа зубцов якоря и общего числа зубцов индуктора, числа элементарных зубцов на явно выраженном полюсе якоря и числа элементарных зубцов на зубчатом полюсе индуктора при выполнении сосредоточенной на явно выраженных полюсах якоря m-фазной катушечной обмотки якоря и индуктора с постоянными магнитами бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором.The present invention is the optimal choice of the number of pronounced anchor poles and the number of toothed poles of the inductor, the number of pronounced anchor poles in phase, the total number of teeth of the anchor and the total number of teeth of the inductor, the number of elementary teeth on the pronounced pole of the anchor and the number of elementary teeth on the toothed pole an inductor when performing an armature of an m-phase coil winding of an armature and an inductor with permanent magnets of a contactless geared magnetoelectric machine focused on the pronounced poles of the armature pole gear inductor.
Техническим результатом настоящего изобретения является получение высоких энергетических показателей и большого удельного вращающего момента на валу при высокой электромагнитной редукции частоты вращения в режиме электрического двигателя и при большой удельной мощности и высокой электромагнитной редукции частоты ЭДС в режиме электрического генератора и высоких эксплуатационных характеристик бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором.The technical result of the present invention is to obtain high energy performance and a large specific torque on the shaft with high electromagnetic speed reduction in the electric motor mode and with high specific power and high electromagnetic frequency reduction of the EMF in the electric generator mode and high performance non-contact magnetoelectric gear machine with pole gear inductor.
С целью достижения задачи и технического результата изобретения статор содержит шихтованный сердечник якоря с явно выраженными полюсами, на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы, катушечную m-фазную обмотку якоря, каждая катушка которой размещена на соответствующем явно выраженном полюсе якоря по одной на полюсе, ротор содержит индуктор с симметрично распределенными по цилиндрической поверхности зубчатыми полюсами с одинаковым числом элементарных зубцов на каждом полюсе, между зубчатыми полюсами индуктора располагаются постоянные магниты для возбуждения индуктора, постоянные магниты намагничены в тангенциальном направлении и прилегают своими полюсами к полюсам индуктора таким образом, что с одним и тем же полюсом индуктора соприкасаются постоянные магниты полюсами одной и той же полярности, при этом все элементарные зубцы одного полюса индуктора оказываются намагниченными в радиальном направлении в сторону воздушного зазора одной полярности, а все элементарные зубцы соседнего полюса индуктора оказываются намагниченными в радиальном направлении в сторону воздушного зазора другой полярности. Зубчатые полюса индуктора и постоянные магниты крепятся к немагнитной втулке или немагнитному валу (при малых диаметрах ротора).In order to achieve the objective and the technical result of the invention, the stator contains a lined core of the armature with distinct poles, on the inner surface of which elementary teeth are made, a coil m-phase winding of the armature, each coil of which is placed on the corresponding distinct pole of the armature, one per pole, the rotor contains inductor with toothed poles symmetrically distributed over the cylindrical surface with the same number of elementary teeth at each pole, between the toothed poles of the inductor Permanent magnets are assumed to excite the inductor, permanent magnets are magnetized in the tangential direction and adhere with their poles to the poles of the inductor in such a way that the permanent magnets are in contact with the poles of the same polarity, while all elementary teeth of the same pole of the inductor are magnetized in the radial direction towards the air gap of the same polarity, and all elementary teeth of the adjacent pole of the inductor turn out to be magnetized in the radial board towards the air gap of a different polarity. Toothed poles of the inductor and permanent magnets are attached to a non-magnetic sleeve or non-magnetic shaft (for small rotor diameters).
При применении бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором в качестве синхронного электрического двигателя питание обмотки якоря осуществляется:When using a non-contact gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor as a synchronous electric motor, the armature winding is powered by:
- от m-фазного источника переменного напряжения постоянной частоты,- from an m-phase source of alternating voltage of constant frequency,
- от m-фазного источника переменного напряжения регулируемой частоты,- from an m-phase variable voltage source of adjustable frequency,
- от однофазного источника переменного напряжения при помощи фазосдвигающего элемента,- from a single-phase AC voltage source using a phase-shifting element,
- от источника постоянного напряжения посредством управляемого инвертора, подающего синусоидальное напряжение на фазы обмотки якоря в зависимости от показаний датчика углового положения ротора для достижения максимального вращающего момента.- from a constant voltage source by means of a controlled inverter supplying a sinusoidal voltage to the phases of the armature winding, depending on the readings of the rotor angular position sensor to achieve maximum torque.
При применении бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором в качестве двигателя постоянного тока с независимым возбуждением питание обмотки якоря осуществляется прямоугольными импульсами напряжения от электронного коммутатора по определенному алгоритму в зависимости от показаний датчика углового положения ротора для достижения максимального вращающего момента.When using a non-contact gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor as a direct current motor with independent excitation, the armature winding is supplied with rectangular voltage pulses from the electronic switch according to a certain algorithm depending on the readings of the rotor angular position sensor to achieve maximum torque.
Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина с полюсным зубчатым индуктором может также работать в качестве синхронного m-фазного генератора синусоидальной ЭДС и в качестве синхронного m-фазного генератора переменной ЭДС прямоугольной формы без постоянной составляющей.A non-contact gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor can also work as a synchronous m-phase generator of a sinusoidal EMF and as a synchronous m-phase generator of a variable EMF of rectangular shape without a constant component.
В настоящем изобретении индуктор является ротором, а якорь - статором. Возможны исполнения бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором с внешним якорем и внутренним индуктором, с внутренним якорем и внешним индуктором.In the present invention, the inductor is the rotor and the armature is the stator. Possible designs of a non-contact geared magnetoelectric machine with a pole gear inductor with an external armature and an internal inductor, with an internal armature and an external inductor.
Сущность изобретения поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
фиг.1 - общий вид бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором с внешним якорем и внутренним индуктором,figure 1 - General view of a contactless gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor with an external armature and an internal inductor,
фиг.2÷11 - примеры реализации изобретения в виде поперечных разрезов бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором, схем соединений катушек m-фазных обмоток якоря и включение m-фазных обмоток якоря на источники напряжений с различным числом фаз и диаграмм фазных токов якоря (МДС).figure 2 ÷ 11 - examples of the invention in the form of cross sections of a non-contact gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor, connection diagrams of coils of m-phase armature windings and the inclusion of m-phase armature windings on voltage sources with a different number of phases and phase diagrams of armature currents ( MDS).
В соответствии с настоящим изобретением для получения наилучших энергетических показателей при максимальном удельном моменте на валу бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором число явно выраженных полюсов якоря Z1p, число элементарных зубцов на явно выраженном полюсе якоря Z1s, число фаз m-фазной обмотки якоря m=3, 4, 5, 6, …, число явно выраженных полюсов якоря в фазе Z1m=1, 2, 3, 4, …, общее число зубцов якоря Z1, число зубчатых полюсов индуктора Z2p, число элементарных зубцов на зубчатом полюсе индуктора Z2s, общее число зубцов индуктора Z2 связаны равенствами (1), (2), (3), (4), (5):In accordance with the present invention, in order to obtain the best energy performance at the maximum specific moment on the shaft of a non-contact gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor, the number of pronounced armature poles Z 1p , the number of elementary teeth on the distinct armature pole Z 1s , the number of phases of the m-phase armature winding m = 3, 4, 5, 6, ..., the number of pronounced anchor poles in phase Z 1m = 1, 2, 3, 4, ..., the total number of teeth of the armature Z 1 , the number of tooth poles of the inductor Z 2p , the number of elementary teeth per toothed pole inductance pa Z 2s , the total number of teeth of the inductor Z 2 are related by equalities (1), (2), (3), (4), (5):
причем число элементарных зубцов на явно выраженном полюсе якоря равно четному натуральному числу, т.е. Z1s=2, 4, 6, 8, …, при m - нечетном, т.е. при m=3, 5, 7, 9, …, число элементарных зубцов на явно выраженном полюсе якоря равно натуральному числу, т.е. Z1s=1, 2, 3, 4, …, при m - четном, т.е. при m=4, 6, 8, 10, …, ширина коронок элементарных зубцов полюсов индуктора определяется выражением: bz2≤0,5·tz2, где tz2 представляет собой зубцовое деление зубчатого полюса индуктора в угловом измерении и определяется равенством: tz2=360°/(Z2+Z1m), ширина коронок элементарных зубцов явно выраженных полюсов якоря определяется выражением: bz1≤0,5·tz1, где tz1 представляет собой зубцовое деление явно выраженного полюса якоря в угловом измерении и определяется равенством: tz1=tz2. moreover, the number of elementary teeth at the pronounced pole of the anchor is equal to an even natural number, i.e. Z 1s = 2, 4, 6, 8, ..., when m is odd, i.e. for m = 3, 5, 7, 9, ..., the number of elementary teeth at the pronounced pole of the anchor is equal to the natural number, i.e. Z 1s = 1, 2, 3, 4, ..., when m is even, i.e. for m = 4, 6, 8, 10, ..., the width of the crowns of the elementary teeth of the poles of the inductor is determined by the expression: b z2 ≤0.5 · t z2 , where t z2 is the tooth division of the gear pole of the inductor in the angular dimension and is determined by the equality: t z2 = 360 ° / (Z 2 + Z 1m ), the width of the crowns of the elementary teeth of the pronounced anchor poles is determined by the expression: b z1 ≤0.5 · t z1 , where t z1 is the tooth division of the pronounced anchor pole in the angular dimension and is determined by the equality: t z1 = t z2.
Согласно изобретению за один период изменения магнитного поля якоря ротор перемещается в угловом измерении на одно зубцовое деление зубчатого полюса индуктора. Этим и достигается большая электромагнитная редукция.According to the invention, for one period of change in the magnetic field of the armature, the rotor moves in the angular dimension by one tooth division of the gear pole of the inductor. This achieves a large electromagnetic reduction.
Катушки m-фазной обмотки якоря в фазе должны быть соединены между собой таким образом, чтобы векторы наведенных в них ЭДС, геометрически складываясь, образовывали максимальную суммарную ЭДС фазы якоря бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором.The coils of the m-phase armature winding in the phase must be interconnected so that the vectors of the emf induced in them, geometrically folding, form the maximum total emf of the armature phase of the contactless gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor.
На фиг.2-11 представлены примеры реализации изобретения в соответствии с формулами (1), (2), (3), (4), (5). Соответствие чертежей разрезов бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором и чертежей схем соединений катушек m-фазных обмоток якоря поясняется в таблице.Figure 2-11 presents examples of the implementation of the invention in accordance with formulas (1), (2), (3), (4), (5). The correspondence of the section drawings of the contactless geared magnetoelectric machine with a pole gear inductor and the drawings of the connection diagrams of the coils of the m-phase armature windings is explained in the table.
Буква m в таблице обозначает количество фаз m-фазной обмотки якоря бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором, а mист. - количество фаз источника напряжения. Положение полюсного зубчатого индуктора относительно явно выраженных полюсов якоря на чертеже в двигательном режиме соответствует моменту времени, при котором показано положение векторов фазных токов якоря на соответствующем чертеже схемы соединения катушек m-фазной обмотки якоря (таблица).The letter m in the table indicates the number of phases of the m-phase winding of the armature of a contactless gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor, and m ist. - the number of phases of the voltage source. The position of the pole gear inductor with respect to the pronounced armature poles in the drawing in the motor mode corresponds to the point in time at which the position of the phase currents of the armature currents is shown in the corresponding drawing of the connection diagram of the coils of the m-phase armature winding (table).
На фиг.7 представлена схема соединений катушек 4x-фазной обмотки якоря с подключением к однофазной сети переменного тока промышленной частоты. Сдвиг фаз источника напряжения, необходимый для работоспособности машины, обеспечивается при помощи фазосдвигающего элемента, в данном случае при помощи емкости С. При этом wAN - это числа витков катушек обмотки якоря, подключенных непосредственно к фазе «А» и нулю, wCN - это числа витков катушек обмотки якоря, подключенных к фазе «А» и нулю через фазосдвигающую емкость С. Коэффициент трансформации обмоток фаз якоря лежит в пределах kтр=wCN/wAN=1÷2.Fig. 7 shows a connection diagram of coils of a 4 x -phase armature winding with connection to a single-phase AC network of industrial frequency. The phase shift of the voltage source necessary for the machine’s operability is ensured by a phase-shifting element, in this case, by the capacitor C. Moreover, w AN is the number of turns of the armature winding coils connected directly to phase “A” and zero, w CN is the number of turns of the armature winding coils connected to phase “A” and zero through a phase-shifting capacitance C. The transformation coefficient of the armature phase windings lies within k tr = w CN / w AN = 1 ÷ 2.
Рассмотрим конструкцию бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором с внешним якорем и внутренним индуктором (фиг.1, фиг.2, фиг.4, фиг.6, фиг.8, фиг.10). Перемагничиваемый с высокой частотой сердечник 2 якоря выполнен шихтованным из электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью и запрессован в корпусе 1, выполненном из стали или сплава алюминия. На каждом явно выраженном полюсе 3 якоря выполнены элементарные зубцы 4. На явно выраженных полюсах 3 якоря размещена катушечная m-фазная обмотка якоря, состоящая из катушек 5, сосредоточенных на соответствующих полюсах якоря по одной на каждом полюсе. Катушки m-фазной обмотки якоря выполняются из обмоточного медного провода или медной обмоточной шины. Катушки 5 в фазе могут быть соединены последовательно, если их количество не менее двух, параллельно, если их количество четное, и смешанно, если их количество четное и не менее четырех. Фазы m-фазной обмотки якоря могут быть соединены в звезду, а также в многоугольник. Индуктор при помощи подшипников 12, вала 6 и подшипниковых щитов 11 позиционирован относительно якоря. Вал 6 выполнен из магнитной или немагнитной стали или из титана. Если вал 6 магнитный, то на нем закреплена немагнитная втулка 7, необходимая для того, чтобы постоянный магнитный поток, созданный постоянными магнитами, не замыкался сам на себя через полюса индуктора и вал. Толщина немагнитной втулки 7 по этой причине в радиальном направлении значительно превышает величину рабочего воздушного зазора между статором и ротором. Немагнитная втулка 7 может быть выполнена из сплавов алюминия, из меди, из титана, из нержавеющей стали. Если вал 6 выполнен из немагнитной стали или титана, то немагнитная втулка 7 может не устанавливаться. К немагнитной втулке 7 крепятся зубчатые полюса 8 индуктора, выполненные из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью или из шихтованных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, скрепленных между собой в аксиальном направлении. На каждом зубчатом полюсе 8 индуктора выполнены элементарные зубцы 9. Между зубчатыми полюсами 8 индуктора расположены постоянные магниты 10, намагниченные в тангенциальном направлении. Постоянные магниты 10 прилегают своими полюсами к полюсам 8 индуктора таким образом, что с одним и тем же полюсом 8 индуктора соприкасаются постоянные магниты полюсами одной и той же полярности, при этом все элементарные зубцы одного полюса индуктора оказываются намагниченными в радиальном направлении в сторону воздушного зазора одной полярности, а все элементарные зубцы соседнего полюса индуктора оказываются намагниченными в радиальном направлении в сторону воздушного зазора другой полярности.Consider the design of a non-contact gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor with an external armature and an internal inductor (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 4, Fig. 6, Fig. 8, Fig. 10).
Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина с полюсным зубчатым индуктором работает в двигательном и генераторном режимах.Non-contact gear magnetoelectric machine with pole gear inductor operates in motor and generator modes.
Рассмотрим двигательный режим (фиг.1, фиг.2, фиг.4, фиг.6, фиг.8, фиг.10). Возбуждение индуктора создается постоянными магнитами 10. При этом образуется постоянное магнитное поле индуктора с постоянной во времени МДС индуктора и постоянным магнитным потоком индуктора. Постоянный магнитный поток выходит из северных «N» полюсов постоянных магнитов, проходит через полюса 8 и элементарные зубцы 9 полюсов 8 индуктора в радиальном направлении, воздушный зазор между индуктором и якорем, элементарные зубцы 4 полюсов 3 якоря и полюса 3 якоря, расположенные напротив северных «N» полюсов 8 индуктора, сердечник 2 якоря в тангенциальном направлении, полюса 3 якоря, расположенные напротив южных «S» полюсов 8 индуктора, и элементарные зубцы 4 полюсов 3 якоря в радиальном направлении, воздушный зазор между якорем и индуктором, элементарные зубцы 9 южных «S» полюсов 8 индуктора и южные «S» полюса 8 индуктора и замыкается через южные «S» полюса постоянных магнитов. Зубцы 9 полюсов 8 индуктора, через которые проходит постоянный магнитный поток в сторону от полюса индуктора к полюсу якоря через воздушный зазор, намагничиваются и образуют северные «N» элементарные магнитные полюса, а зубцы 9 полюсов 8 индуктора, через которые проходит постоянный магнитный поток в сторону от полюса якоря к полюсу индуктора через воздушный зазор, намагничиваются и образуют южные «S» элементарные магнитные полюса. На фазы m-фазной обмотки якоря подают переменное напряжение, по обмотке якоря протекает переменный электрический ток, создающий переменное вращающееся магнитное поле якоря. При этом образуется переменная во времени МДС якоря и переменный во времени магнитный поток якоря. На фиг.3, фиг.5, фиг.7, фиг.9, фиг.11 представлены векторные диаграммы фазных токов якоря, протекающих по катушкам соответствующих m-фазных обмоток якоря, схемы соединений катушек m-фазных обмоток якоря представлены на этих же чертежах. Симметричные m-фазные напряжения, поданные на зажимы m-фазных обмоток якоря, изменяются во времени, и векторы 13 фазных токов якоря поворачиваются в осях координат ху против часовой стрелки. Рассмотрим момент времени, когда векторы 13 фазных токов якоря проецируются на ось ординат. Катушки 5 обмотки якоря названы буквой, обозначающей принадлежность к соответствующей фазе, и цифрой, обозначающей номер явно выраженного полюса 3 якоря. Например, катушка В2 - катушка фазы В, расположенная на втором явно выраженном полюсе 3 якоря. На фиг.3, фиг.5, фиг.7, фиг.9, фиг.11 обозначены направления фазных токов якоря в катушках m-фазной обмотки якоря в соответствии с проекцией векторов токов на ось у. При этом элементарные зубцы 4 соответствующих явно выраженных полюсов 3 якоря, на которых расположены катушки 5 обмотки якоря, образуют южные «S» элементарные магнитные полюса и северные «N» элементарные магнитные полюса, которые меняют свою полярность в зависимости от направления фазных токов, протекающих по катушкам 5. Вследствие взаимодействия переменного магнитного поля якоря с постоянным магнитным полем индуктора к ротору приложен однонаправленный в течение всего времени работы электрического двигателя вращающий момент. Так как согласно изобретению одному периоду изменения магнитного поля якоря соответствует перемещение ротора на одно зубцовое деление зубчатого полюса индуктора, то при изменении питающих m-фазных напряжений, поданных на m-фазную обмотку якоря с частотой f (Гц), ротор вращается с синхронной частотой вращения n=60·f/(Z2+Z1m) об/мин. Направление вращения ротора на чертежах показано стрелкой с буквой «n». Ротор вращается согласно с магнитным полем якоря. Для изменения направления вращения ротора необходимо изменить направление чередования фаз обмотки якоря в противоположную сторону.Consider the motor mode (figure 1, figure 2, figure 4, figure 6, figure 8, figure 10). Excitation of the inductor is created by
Рассмотрим генераторный режим (фиг.1, фиг.2, фиг.4, фиг.6, фиг.8, фиг.10). При вращении ротора сторонним источником момента с частотой вращения n постоянный магнитный поток индуктора, созданный постоянными магнитами, пронизывает воздушный зазор и явно выраженные полюса 3 якоря, при этом за счет того, что полюса 8 индуктора и полюса 3 якоря выполнены зубчатыми, в полюсах 3 якоря происходит пульсация магнитного потока от его максимального значения до минимального. Пульсирующий с высокой частотой в полюсах 3 якоря магнитный поток является переменным, он наводит в катушках m-фазной обмотки якоря переменную во времени ЭДС. Если внешняя цепь - цепь нагрузки замкнута, то по m-фазной обмотке якоря протекает переменный электрический ток, электрическая мощность отдается потребителю.Consider the generator mode (figure 1, figure 2, figure 4, figure 6, figure 8, figure 10). When the rotor rotates with an external source of torque with a rotational speed n, the constant magnetic flux of the inductor created by the permanent magnets penetrates the air gap and the
Следует отметить, что чем выше глубина пульсации магнитного потока в полюсах якоря при прочих равных условиях, тем выше энергетические показатели электрической машины. Глубина пульсации магнитного потока зависит от отношения ширины элементарных зубцов полюсов индуктора и якоря к величине рабочего воздушного зазора. Чем выше эти показатели, тем выше глубина пульсации проводимости рабочего воздушного зазора, а следовательно, и магнитного потока.It should be noted that the higher the depth of pulsation of the magnetic flux at the poles of the armature, ceteris paribus, the higher the energy performance of an electric machine. The depth of pulsation of the magnetic flux depends on the ratio of the width of the elementary teeth of the poles of the inductor and the armature to the size of the working air gap. The higher these indicators, the higher the depth of the pulsation of the conductivity of the working air gap, and hence the magnetic flux.
За счет того, что явно выраженные полюса якоря и полюса индуктора выполнены зубчатыми, можно получать переменную ЭДС высокой частоты при сравнительно небольших частотах вращения ротора в генераторном режиме и очень низкие частоты вращения ротора (до нескольких оборотов в минуту и ниже) с очень высокими показателями вращающего момента в двигательном режиме бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором.Due to the fact that the pronounced poles of the armature and the poles of the inductor are serrated, it is possible to obtain a variable EMF of high frequency at relatively low rotor speeds in the generator mode and very low rotor speeds (up to several revolutions per minute or lower) with very high rotational speeds torque in the motor mode of a contactless gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118541/09A RU2392723C1 (en) | 2009-05-19 | 2009-05-19 | Contactless reductor magnetoelectric machine with pole geared inductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118541/09A RU2392723C1 (en) | 2009-05-19 | 2009-05-19 | Contactless reductor magnetoelectric machine with pole geared inductor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2392723C1 true RU2392723C1 (en) | 2010-06-20 |
Family
ID=42682937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009118541/09A RU2392723C1 (en) | 2009-05-19 | 2009-05-19 | Contactless reductor magnetoelectric machine with pole geared inductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2392723C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU167697U1 (en) * | 2015-12-30 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Structural diagram-1 of the gearbox with induction sensors for monitoring gear wear |
| CN107327501A (en) * | 2017-08-09 | 2017-11-07 | 哈尔滨电气动力装备有限公司 | Canned motor pump motor rotor axle journal tube-in-tube structure |
-
2009
- 2009-05-19 RU RU2009118541/09A patent/RU2392723C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU167697U1 (en) * | 2015-12-30 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Structural diagram-1 of the gearbox with induction sensors for monitoring gear wear |
| CN107327501A (en) * | 2017-08-09 | 2017-11-07 | 哈尔滨电气动力装备有限公司 | Canned motor pump motor rotor axle journal tube-in-tube structure |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101241078B1 (en) | Planetary geared motor and dynamo | |
| RU2407135C2 (en) | Contactless reducer electromagnetic machine | |
| RU2390086C1 (en) | Contactless reductor electric machine with combined excitation | |
| RU2437201C1 (en) | Non-contact electric machine with axial excitation | |
| RU2437202C1 (en) | Non-contact magnetoelectric machine with axial excitation | |
| RU2356154C1 (en) | Electrical machine with double-pack inductor (versions) | |
| RU2392723C1 (en) | Contactless reductor magnetoelectric machine with pole geared inductor | |
| RU2719685C1 (en) | Electric motor stator | |
| RU2478250C1 (en) | Reduction magnetoelectric machine with pole gear-type inductor | |
| RU2477917C1 (en) | Electric reducer machine with polar gear inducer | |
| RU2437200C1 (en) | Non-contact reduction machine with axial excitation | |
| RU2412519C1 (en) | Reluctance machine | |
| RU2416858C1 (en) | Electric reduction machine with salient-pole armature | |
| RU2414039C1 (en) | Modular synchronous electric machine | |
| RU2392724C1 (en) | Single-phased electric generator | |
| RU2416860C1 (en) | Non-contact magnetic electric reduction machine with salient-pole armature | |
| RU2382475C1 (en) | Contactless reducer electromagnetic machine with multipack inductor | |
| RU2393615C1 (en) | Single-phase contact-free electromagnetic generator | |
| RU2437198C1 (en) | Electric reduction machine with axial excitation | |
| RU2354032C1 (en) | Contactless electromagnetic machine | |
| RU2407134C2 (en) | Contactless reducer electric machine with electromagnet excitation | |
| RU2414793C1 (en) | Non-contact modular magnetoelectric machine | |
| RU2393614C1 (en) | Electric reducer machine with polar gear inducer | |
| RU2437203C1 (en) | Non-contact reduction magnetoelectric machine with axial excitation | |
| RU2416859C1 (en) | Non-contact electric reduction machine with salient-pole armature |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 17-2010 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120520 |