RU2436221C1 - Contactless magnetoelectric machine with axial excitation - Google Patents
Contactless magnetoelectric machine with axial excitation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2436221C1 RU2436221C1 RU2010147895/07A RU2010147895A RU2436221C1 RU 2436221 C1 RU2436221 C1 RU 2436221C1 RU 2010147895/07 A RU2010147895/07 A RU 2010147895/07A RU 2010147895 A RU2010147895 A RU 2010147895A RU 2436221 C1 RU2436221 C1 RU 2436221C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inductor
- cores
- armature
- phase
- pole
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и высокочастотным генераторам, касается конструктивного исполнения бесконтактных синхронных магнитоэлектрических машин и может быть использовано при широком диапазоне частот вращения вала машины (от единиц оборотов в минуту до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту) в системах автоматики, в автономных системах электрооборудования, в военной, космической, бытовой технике, на авиационном и автомобильном транспорте, в качестве тяговых управляемых и неуправляемых электроприводов, погружных нефтяных насосов, ветрогенераторов, гидрогенераторов, многофазных синхронных электрических двигателей, многофазных высокочастотных синхронных электрических генераторов переменного тока и многофазных генераторов преобразователей частоты (включая трехфазные системы), а также, при выпрямлении выходного переменного напряжения и тока генераторов при помощи полупроводниковых выпрямительных устройств и с возможностью применения сглаживающих фильтров для уменьшения пульсаций выходных параметров, - в качестве источников питания постоянным (выпрямленным) током, возбудителей синхронных генераторов передвижных мини-электростанций, подвозбудителей главных возбудителей синхронных генераторов на стационарных электростанциях.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to high-torque electric motors, electric drives and high-frequency generators, for the design of non-contact synchronous magnetoelectric machines and can be used with a wide range of machine shaft speeds (from units of revolutions per minute to several tens of thousands of revolutions per minute) in automation systems, in autonomous systems of electrical equipment, in military, space, household appliances, in aviation and automobile trans orte, as traction controlled and uncontrolled electric drives, submersible oil pumps, wind generators, hydro generators, multiphase synchronous electric motors, multiphase high-frequency synchronous electric alternators and multiphase generators of frequency converters (including three-phase systems), as well as when rectifying the output alternating voltage and current generators using semiconductor rectifier devices and with the possibility of using smoothing filters for mensheniya ripple output parameters, - as a constant power supply (rectified) current synchronous generators pathogens mobile mini power podvozbuditeley major pathogens of synchronous generators at stationary power plants.
Известны генераторы переменного тока с постоянными магнитами (В.А.Балагуров, Ф.Ф.Галтеев. Электрические генераторы с постоянными магнитами. - М.: Энергоатомиздат, 1988. Стр.23-46), имеющие магнитные системы с вращающимися и неподвижными магнитами. По конструктивному выполнению роторы машин с постоянными магнитами можно разделить на следующие группы:Famous alternating current generators with permanent magnets (V.A. Balagurov, F.F.Galteev. Electric generators with permanent magnets. - M .: Energoatomizdat, 1988. Pages 23-46) having magnetic systems with rotating and fixed magnets. By design, the rotors of machines with permanent magnets can be divided into the following groups:
- с цилиндрическим магнитом в виде кольца, намагниченным в радиальном направлении;- with a cylindrical magnet in the form of a ring, magnetized in the radial direction;
- типа «звездочка» с явно выраженными полюсами без полюсных башмаков и с полюсными башмаками;- type "asterisk" with pronounced poles without pole shoes and pole shoes;
- типа «звездочка» с призматическими магнитами и полюсными башмаками;- type "asterisk" with prismatic magnets and pole shoes;
- коллекторные с призматическими магнитами и тангенциальным намагничиванием;- collector with prismatic magnets and tangential magnetization;
- когтеобразные с цилиндрическими постоянными магнитами, намагниченными в аксиальном направлении.- claw-shaped with cylindrical permanent magnets magnetized in the axial direction.
К магнитным системам с вращающимися магнитами относится также система торцевого типа. Магнитные системы бесконтактных генераторов с неподвижными постоянными магнитами выполняются следующих видов: с внешнезамкнутым магнитопроводом, индукторного и коммутаторного типов. Кроме этого известны магнитные системы и конструкции генераторов переменного тока комбинированного возбуждения, в которых магнитный рабочий поток создается совместным действием постоянных магнитов и электромагнитных обмоток возбуждения при протекании по ним постоянного электрического тока. Недостатки указанных магнитных систем и конструкций генераторов переменного тока описаны на страницах 25, 26÷30, 33, 36, 40, 43, 44, 46 указанного источника.An end-type system is also a magnetic system with rotating magnets. Magnetic systems of non-contact generators with fixed permanent magnets are made of the following types: with an externally closed magnetic circuit, inductor and commutator types. In addition, magnetic systems and constructions of alternating current generators of combined excitation are known, in which the magnetic working stream is created by the combined action of permanent magnets and electromagnetic field windings when direct current flows through them. The disadvantages of these magnetic systems and designs of alternators are described on pages 25, 26 ÷ 30, 33, 36, 40, 43, 44, 46 of the specified source.
Известна бесконтактная магнитоэлектрическая машина (патент RU, 2354032 C1, МПК H02K 21/12, H02K 29/00, авторы: Чернухин В.М.; Захаренко А.Б.), содержащая якорь с числом зубцов Z1=m·Z1m·с, где m=2, 3, 4, 5, 6 … - число фаз обмотки якоря, каждая из фаз состоит из катушек, охватывающих по одному зубцу якоря, и индуктор с полюсами, сердечник индуктора состоит из скрепленных между собой первого и второго сердечников и намагниченного в осевом направлении постоянного магнита, расположенного между сердечниками индуктора, первый и второй сердечники индуктора размещены относительно друг друга так, что ось каждого зубца первого сердечника совпадает с осью каждого паза второго сердечника индуктора, бесконтактная магнитоэлектрическая машина состоит из модулей - «элементарных машин», число зубцов на любом сердечнике индуктора Z2N=Z2S=(m·Z1m±1)·с, где с=1, 2, 3, 4, … - число модулей, Z1m=1, 2, 3, 4, … - число зубцов фазы якоря в одном модуле. Недостатком аналога является невозможность сохранения высоких энергетических показателей при применении в тех конструкциях, когда активная длина значительно превышает диаметр расточки статора машины.Known non-contact magnetoelectric machine (patent RU, 2354032 C1, IPC H02K 21/12, H02K 29/00, authors: Chernukhin V.M .; Zakharenko AB), containing an anchor with the number of teeth Z 1 = m · Z 1m · c, where m = 2, 3, 4, 5, 6 ... is the number of phases of the armature winding, each phase consists of coils covering one armature tooth, and the inductor with poles, the core of the inductor consists of the first and second cores bonded together and axially magnetized permanent magnet located between the cores of the inductor, the first and second cores of the inductor are placed relative each other so that the axis of each tooth of the first core coincides with the axis of each groove of the second core of the inductor, the non-contact magnetoelectric machine consists of modules - “elementary machines”, the number of teeth on any core of the inductor Z 2N = Z 2S = (m · Z 1m ± 1) · s, where c = 1, 2, 3, 4, ... is the number of modules, Z 1m = 1, 2, 3, 4, ... is the number of teeth of the armature phase in one module. The disadvantage of the analogue is the inability to maintain high energy performance when used in those designs when the active length is significantly greater than the diameter of the bore of the stator of the machine.
Известен принятый за прототип однофазный бесконтактный магнитоэлектрический генератор (патент RU, 2393615 C1, МПК H02K 21/12, H02K 21/26, H02K 21/02, автор Чернухин В.М.), содержащий статор с шихтованным сердечником якоря с явно выраженными полюсами и катушечной однофазной обмоткой якоря, катушки которой размещены на соответствующих явно выраженных полюсах якоря по одной на каждом полюсе, катушки однофазной обмотки якоря соединены между собой согласно в магнитном отношении, и безобмоточный ротор с индуктором с нечетными и четными сердечниками и с одинаковым числом явно выраженных полюсов на каждом сердечнике, сердечники индуктора выполнены в виде пакетов, набранных из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, число сердечников индуктора не менее двух, активная длина крайних сердечников индуктора в аксиальном направлении одинакова, четные сердечники индуктора смещены относительно нечетных сердечников индуктора в тангенциальном направлении на половину полюсного деления сердечника индуктора, сердечники индуктора напрессованы на соответствующие втулки, являющиеся магнитопроводами индуктора, выполненные из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью и насаженные на немагнитную втулку, толщина которой в радиальном направлении значительно больше величины воздушного зазора между статором и ротором, между магнитопроводами индуктора расположены кольцевые слои аксиально намагниченных в одном направлении сегментарных постоянных магнитов, постоянные магниты прилегают к магнитопроводам индуктора в аксиальном направлении и расположены таким образом, чтобы к втулкам с нечетными сердечниками индуктора прилегали постоянные магниты полюсами одной полярности, а к втулкам с четными сердечниками индуктора прилегали постоянные магниты полюсами другой полярности, число кольцевых слоев сегментарных постоянных магнитов на один меньше числа сердечников индуктора, число явно выраженных полюсов якоря определяется равенством: Z1P=2·k, число явно выраженных полюсов каждого сердечника индуктора определяется равенством: Z2p=k, где k=2, 3, 4, 5, … - целое положительное число, начиная с двух, ширина полюсной дуги явно выраженных полюсов якоря в угловом измерении определяется выражением b1p=(0,76÷1,0)·t1P, ширина полюсной дуги явно выраженных полюсов каждого сердечника индуктора в угловом измерении определяется выражением: b2P=(0,38÷0,5)·t2P, при этом t1P=360°/Z1P представляет собой полюсное деление явно выраженных полюсов якоря в угловом измерении, t2p=360°/Z2P представляет собой полюсное деление явно выраженных полюсов каждого сердечника индуктора в угловом измерении. Недостатком прототипа является ограниченность применения, так как он может использоваться только в качестве необратимой электрической машины - генератора - и генерировать только однофазный переменный электрический ток, а при выпрямлении переменного напряжения и тока при помощи полупроводниковых устройств неизбежны значительные пульсации выпрямленного электрического тока, для уменьшения которых дополнительно используют сглаживающие фильтры.Known adopted for the prototype single-phase non-contact magnetoelectric generator (patent RU, 2393615 C1, IPC H02K 21/12, H02K 21/26, H02K 21/02, author Chernukhin V.M.), containing a stator with a lined core of the armature with pronounced poles and single-phase coil windings of the armature, the coils of which are located on the corresponding distinct poles of the armature, one at each pole, coils of the single-phase armature winding are magnetically interconnected, and the windingless rotor with an inductor with odd and even cores and with the same by the number of pronounced poles on each core, the cores of the inductor are made in the form of packets drawn from insulated sheets of electrical steel with high magnetic permeability, the number of cores of the inductor is at least two, the active length of the extreme cores of the inductor in the axial direction is the same, the even cores of the inductor are offset relative to the odd cores of the inductor in the tangential direction by half the polar division of the core of the inductor, the cores of the inductor are pressed into the corresponding bushings, which are the inductor’s magnetic cores, made of soft magnetic steel with high magnetic permeability and mounted on a non-magnetic bushing, the thickness of which in the radial direction is much larger than the air gap between the stator and the rotor, ring layers of axially magnetized segmental permanent magnets axially magnetized in one direction are located, permanent magnets are adjacent to the inductor magnetic cores in the axial direction and are located so that to the bushings with the odd cores of the inductor were fixed by permanent magnets with poles of one polarity, and the bushings with even cores of the inductor were adjacent by permanent magnets by poles of another polarity, the number of annular layers of segmental permanent magnets was one less than the number of cores of the inductor, the number of pronounced anchor poles is determined by the equality: Z 1P = 2 · k, the number of poles of each core inductor express defined by: Z 2p = k, where k = 2, 3, 4, 5, ... - a positive integer, ranging from two, the width of the pole arc clearly expr nnyh armature poles in the angular dimension defined by the expression b 1p = (0,76 ÷ 1,0) · t 1P, the width of the pole arc express each core inductor pole in the angular dimension defined by the expression: b 2P = (0,38 ÷ 0,5 ) · T 2P , with t 1P = 360 ° / Z 1P representing the pole division of the pronounced poles of the armature in the angular dimension, t 2p = 360 ° / Z 2P representing the pole division of the pronounced poles of each core of the inductor in the angular dimension. The disadvantage of the prototype is the limited use, since it can only be used as an irreversible electric machine - a generator - and generate only a single-phase alternating electric current, and when rectifying an alternating voltage and current using semiconductor devices, significant ripples of the rectified electric current are inevitable, to reduce which additionally use smoothing filters.
Целью настоящего изобретения является создание конструкции многофазной бесконтактной магнитоэлектрической машины с аксиальным возбуждением от постоянных магнитов, расположенных на роторе, с высокими энергетическими показателями при широком диапазоне частот вращения вала (от единиц оборотов в минуту до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту).The aim of the present invention is to provide a design of a multiphase non-contact magnetoelectric machine with axial excitation from permanent magnets located on the rotor, with high energy performance over a wide range of shaft speeds (from units of revolutions per minute to several tens of thousands of revolutions per minute).
Задачей настоящего изобретения является установление связи, необходимой для работоспособности машины и получения наилучших энергетических показателей, между числом явно выраженных полюсов якоря, числом фаз m-фазной катушечной обмотки якоря, числом явно выраженных полюсов якоря в фазе и числом полюсных выступов каждого сердечника индуктора, а также разработка алгоритма построения схемы соединений m-фазной катушечной обмотки якоря бесконтактной магнитоэлектрической машины с аксиальным возбуждением.The objective of the present invention is to establish the connection necessary for the operation of the machine and obtaining the best energy performance, between the number of pronounced armature poles, the number of phases of the m-phase coil winding of the armature, the number of distinct armature poles in phase and the number of pole protrusions of each inductor core, and development of an algorithm for constructing a circuit diagram of the m-phase coil winding of the armature of a non-contact magnetoelectric machine with axial excitation.
Техническим результатом настоящего изобретения является получение высоконадежной, технологичной и высокоремонтопригодной конструкции многофазной бесконтактной магнитоэлектрической машины с аксиальным возбуждением с высокими энергетическими показателями и эксплуатационными характеристиками при широком диапазоне частот вращения вала и с различным соотношением активной длины и диаметра расточки статора машины.The technical result of the present invention is to obtain a highly reliable, technologically advanced and highly repairable design of a multiphase non-contact magnetoelectric machine with axial excitation with high energy performance and operational characteristics for a wide range of shaft speeds and with a different ratio of the active length and diameter of the stator bore of the machine.
Отличительной особенностью данного изобретения от большинства используемых электрических машин является конструктивное исполнение статора с явно выраженными полюсами якоря и сосредоточенной на них многофазной катушечной обмоткой и безобмоточного ротора, на котором расположена активная часть индуктора в виде кольцевых слоев сегментарных постоянных магнитов, что позволяет выполнить машину бесконтактной и с возможностью работы при очень высоких частотах вращения вала.A distinctive feature of this invention from most used electric machines is the design of the stator with pronounced armature poles and a multiphase coil winding and a windingless rotor concentrated on them, on which the active part of the inductor is located in the form of annular layers of segmental permanent magnets, which allows the machine to be made contactless and with the ability to work at very high shaft speeds.
С целью достижения задачи и технического результата изобретения бесконтактная магнитоэлектрическая машина с аксиальным возбуждением содержит статор с шихтованным из изолированных листов электротехнической стали сердечником якоря, запрессованным в магнитомягком корпусе, с явно выраженными полюсами и катушечной многофазной обмоткой якоря, катушки которой размещены на соответствующих явно выраженных полюсах якоря по одной на каждом полюсе, и безобмоточный ротор, на валу которого насажена немагнитная втулка толщиной в радиальном направлении, значительно превышающей величину рабочего воздушного зазора, на которой соосно расположены нечетные и четные с полюсными выступами сердечники индуктора, представляющие собой магнитопроводы индуктора, число сердечников индуктора не менее двух, активная длина крайних сердечников индуктора в аксиальном направлении одинакова, при наличии сердечников индуктора более двух активная длина сердечников индуктора в аксиальном направлении, находящихся между крайними сердечниками индуктора, в два раза больше активной длины крайних сердечников, четные сердечники индуктора смещены относительно нечетных сердечников индуктора в тангенциальном направлении на половину полюсного деления сердечника индуктора, между сердечниками индуктора расположены кольцевые слои сегментарных постоянных магнитов, в кольцевых слоях постоянные магниты прилегают в аксиальном направлении к нечетным сердечникам индуктора полюсами одной магнитной полярности, а к четным сердечникам - другой, число кольцевых слоев сегментарных постоянных магнитов на один меньше числа сердечников индуктора.In order to achieve the objective and technical result of the invention, a non-contact magnetoelectric machine with axial excitation contains a stator with an anchor core pressed from insulated sheets of electrical steel, pressed into a magnetically soft housing, with distinct poles and a multiphase coil winding of the armature, the coils of which are placed on the corresponding clearly defined armature poles one at each pole, and a non-winding rotor, on the shaft of which a non-magnetic sleeve with a thickness of radial the pressure is much larger than the working air gap, on which the odd and even cores of the inductor are coaxially arranged, which are the inductor magnetic cores, the number of inductor cores is at least two, the active length of the end cores of the inductor in the axial direction is the same, with more than two inductor cores the active length of the axial cores of the inductor between the extreme cores of the inductor is two times the active length of the extreme At the same time, even inductor cores are offset relative to the odd inductor cores in the tangential direction by half the pole division of the inductor core, annular layers of segmental permanent magnets are located between the inductor cores, permanent magnets lie in the axial direction in the axial direction to the odd inductor cores with poles of the same magnetic polarity, and even cores - another, the number of annular layers of segmental permanent magnets is one less than the number of cores .
В соответствии с настоящим изобретением для работоспособности бесконтактной магнитоэлектрической машины с аксиальным возбуждением и получения наилучших энергетических показателей при максимальном удельном моменте на валу между числом явно выраженных полюсов якоря Z1P, числом фаз m-фазной катушечной обмотки якоря m=3, 4, 5, 6, …, числом явно выраженных полюсов якоря в фазе Z1m и числом полюсных выступов каждого сердечника индуктора Z2P установлена связь, которая выражается равенствами (1) и (2):In accordance with the present invention, for the operability of a non-contact magnetoelectric machine with axial excitation and obtaining the best energy performance at the maximum specific moment on the shaft between the number of pronounced armature poles Z 1P , the number of phases of the m-phase coil winding of the armature m = 3, 4, 5, 6 , ..., by the number of pronounced anchor poles in the phase Z 1m and the number of pole protrusions of each core of the inductor Z 2P, a relationship is established that is expressed by equalities (1) and (2):
причем, при m=3, 5, 7, 9, … - число явно выраженных полюсов якоря в фазе Z1m=1, 2, 3, 4, …, при m=4, 6, 8, 10, … - число явно выраженных полюсов якоря в фазе Z1m=2, 4, 6, 8, …, ширина полюсной дуги явно выраженных полюсов якоря в угловом измерении лежит в пределах b1P=(2/3÷1,0)·t1P, ширина полюсной дуги полюсных выступов каждого сердечника индуктора в угловом измерении лежит в пределах b2P=(1/3÷1/2)·t2P, при этом t1P и t2P представляют собой полюсные деления якоря и каждого сердечника индуктора соответственно.moreover, with m = 3, 5, 7, 9, ... - the number of pronounced anchor poles in phase Z 1m = 1, 2, 3, 4, ..., with m = 4, 6, 8, 10, ... - the number is clearly pronounced anchor poles in phase Z 1m = 2, 4, 6, 8, ..., the width of the pole arc of the pronounced anchor poles in the angular measurement lies within b 1P = (2/3 ÷ 1,0) · t 1P , the width of the pole arc the angular dimension of the pole protrusions of each inductor core lies in the range b 2P = (1/3 ÷ 1/2) · t 2P , while t 1P and t 2P are the pole divisions of the armature and each core of the inductor, respectively.
Алгоритм построения схемы соединений обмотки якоря прост: катушки в фазе могут быть соединены между собой последовательно, параллельно, либо смешанно, но в магнитном отношении при нечетном числе фаз должны быть соединены встречно, а при четном числе фаз - согласно по порядку, начиная с той катушки фазы, которой принадлежит начало фазы, начала фаз обмотки якоря при нечетном числе фаз могут принадлежать любым катушкам в соответствующей фазе, а при четном числе фаз - катушкам в соответствующих фазах, сосредоточенным на первых согласно нумерации полюсов Z1P/Z1m явно выраженных полюсах якоря, фазы обмотки якоря могут быть соединены между собой «в звезду», либо «в многоугольник».The algorithm for constructing the connection diagram of the armature winding is simple: the coils in phase can be connected together in series, parallel, or mixed, but in the magnetic ratio with an odd number of phases they must be connected in the opposite direction, and with an even number of phases - in order, starting from that coil the phase to which the beginning of the phase belongs, the beginning of the phase of the armature winding for an odd number of phases can belong to any coils in the corresponding phase, and for an even number of phases to coils in the corresponding phases, focused on the first according to the numbering and the poles Z 1P / Z 1m of the pronounced poles of the armature, the phases of the armature winding can be connected to each other “into a star” or “into a polygon”.
Сущность изобретения поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
фиг.1 - общий вид с продольным разрезом бесконтактной магнитоэлектрической машины с аксиальным возбуждением с четырьмя слоями сегментарных постоянных магнитов;figure 1 is a General view with a longitudinal section of a contactless magnetoelectric machine with axial excitation with four layers of segmental permanent magnets;
фиг.2 - поперечный разрез бесконтактной магнитоэлектрической машины с аксиальным возбуждением;figure 2 is a cross section of a contactless magnetoelectric machine with axial excitation;
фиг.3 - пример реализации схемы соединений катушек 4х-фазной обмотки якоря, фазы которой соединены «в многоугольник»;figure 3 is an example implementation of the connection diagram of the coils of the 4 x- phase winding of the armature, the phases of which are connected "into a polygon";
фиг.4 - пример реализации схемы соединений катушек 4х-фазной обмотки якоря, фазы которой соединены «в звезду», в режиме работы машины генератором при использовании ее в качестве источника питания постоянным (выпрямленным) электрическим током. В качестве сглаживающего фильтра на фигуре показан конденсатор.figure 4 is an example of the implementation of the connection diagram of the coils of the 4 x- phase winding of the armature, the phases of which are connected "into a star", in the operation mode of the machine by the generator when using it as a power source with direct (rectified) electric current. As a smoothing filter, the figure shows a capacitor.
На фиг.2÷4 буквой и цифрой обозначены катушки многофазной обмотки якоря, расположенные на соответствующих явно выраженных полюсах якоря. Например, В3 - это катушка фазы «B», расположенная на третьем полюсе якоря. Нумерация полюсов осуществлена в направлении движения против часовой стрелки.2 ÷ 4, the letters and numbers indicate the coils of the multiphase winding of the armature located on the corresponding clearly defined poles of the armature. For example, B3 is a “B” phase coil located at the third pole of the armature. The poles are numbered counterclockwise.
В настоящем изобретении возможны различные исполнения многофазной бесконтактной магнитоэлектрической машины с аксиальным возбуждением:In the present invention, various versions of a multi-phase non-contact magnetoelectric machine with axial excitation are possible:
- с внешним якорем, являющимся статором, и внутренним индуктором, являющимся ротором;- with an external anchor, which is a stator, and an internal inductor, which is a rotor;
- с внутренним якорем, являющимся статором, и внешним индуктором, являющимся ротором;- with an internal armature, which is a stator, and an external inductor, which is a rotor;
- с внутренним якорем, являющимся ротором, и внешним индуктором, являющимся статором (например, для возбудителя синхронного генератора с вращающимися полупроводниковыми выпрямительными устройствами).- with an internal armature, which is the rotor, and an external inductor, which is the stator (for example, for the pathogen of a synchronous generator with rotating semiconductor rectifier devices).
Рассмотрим конструкцию описываемой машины с внешним якорем и внутренним индуктором (фиг.1, фиг.2). Перемагничиваемый с высокой частотой сердечник 2 якоря выполнен шихтованным из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью и запрессован в магнитомягком корпусе 1. Сердечник 2 якоря имеет явно выраженные полюса 3 якоря, на которых размещена катушечная многофазная обмотка якоря, выполненная катушками 4, расположенными на соответствующих явно выраженных полюсах 3 якоря по одной на каждом полюсе. Катушки 4 обмотки якоря выполняются из обмоточного медного провода или обмоточной медной шины. Индуктор при помощи вала 5, подшипников 12 и подшипниковых щитов 13 позиционирован относительно якоря. Вал 5 выполнен из магнитной или немагнитной стали или из титана. На валу закреплена немагнитная втулка 6, толщина которой в радиальном направлении значительно превышает величину рабочего воздушного зазора. Немагнитная втулка 6 может быть выполнена из титана, нержавеющей стали, меди, сплавов алюминия. При малых диаметрах ротора, если вал 5 изготовлен из немагнитной стали или титана, немагнитная втулка 6 может не устанавливаться. На немагнитной втулке 6 насажены нечетные 7 и четные 8 сердечники индуктора, являющиеся магнитопроводами индуктора. Они могут выполняться сплошными из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью, шихтованными пакетами из листов электротехнической стали или комбинированными, то есть представлять собой шихтованные пакеты из листов электротехнической стали, напрессованные на втулки из магнитомягкой стали. Активная длина крайних сердечников индуктора в аксиальном направлении одинакова, активная длина находящихся между ними сердечников индуктора в аксиальном направлении в два раза больше. Нечетные 7 и четные 8 сердечники индуктора имеют одинаковое число полюсных выступов Р, равномерно распределенных на каждом сердечнике. Четные 8 сердечники индуктора смещены относительно нечетных 7 сердечников индуктора в тангенциальном направлении на половину полюсного деления сердечника индуктора. Между нечетными 7 и четными 8 сердечниками индуктора расположены кольцевые слои 10 сегментарных постоянных магнитов. В кольцевых слоях 10 постоянные магниты прилегают в аксиальном направлении к нечетным 7 сердечникам индуктора полюсами одной магнитной полярности, а к четным 8 сердечникам - другой. При использовании машин с малыми диаметрами роторов возможно применение в кольцевых слоях 10 цельных кольцеобразных постоянных магнитов. Число кольцевых слоев 10 сегментарных постоянных магнитов на один меньше числа сердечников индуктора. Для усиления прочности кольцевых слоев 10 сегментарных постоянных магнитов при высоких частотах вращения вала могут применяться тонкостенные цилиндрические бандажи 11, выполненные из немагнитного материала, например из титана.Consider the design of the described machine with an external armature and an internal inductor (figure 1, figure 2). High-frequency
Бесконтактная магнитоэлектрическая машина с аксиальным возбуждением может работать в режиме неуправляемого и управляемого синхронного двигателя, в режиме управляемого шагового двигателя, в режиме управляемого двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, а также в качестве синхронного m-фазного генератора переменного напряжения. Кроме того, при выпрямлении выходного переменного напряжения и электрического тока магнитоэлектрической машины в режиме ее работы генератором при помощи полупроводниковых выпрямительных устройств и с возможностью применения сглаживающих фильтров для уменьшения пульсаций выходных электрических параметров» она может использоваться в качестве источника питания постоянным (выпрямленным) электрическим током. В этом случае выходные концы обмотки якоря подсоединяются к входу полупроводникового выпрямительного устройства (фиг.4).A contactless magnetoelectric machine with axial excitation can operate in an uncontrolled and controlled synchronous motor mode, in a stepper motor controlled mode, in a controlled DC motor mode with independent excitation, and also as a synchronous m-phase alternating voltage generator. In addition, when rectifying the output alternating voltage and electric current of a magnetoelectric machine in the mode of its operation by a generator using semiconductor rectifying devices and with the possibility of using smoothing filters to reduce ripple of the output electrical parameters, it can be used as a constant (rectified) electric current power source. In this case, the output ends of the armature winding are connected to the input of the semiconductor rectifier device (figure 4).
Рассмотрим двигательный режим (фиг.1÷3). Возбуждение индуктора создается кольцевыми слоями 10 сегментарных постоянных магнитов, расположенными на роторе между сердечниками индуктора и образующими постоянное магнитное поле индуктора с постоянной во времени МДС индуктора и постоянным униполярным магнитным потоком, замыкающимся через ярма и полюсные выступы 9 нечетных 7 и четных 8 сердечников индуктора, рабочий воздушный зазор, явно выраженные полюса 3 и ярмо сердечника 2 якоря и магнитомягкий корпус 1 статора. При подаче на m-фазную обмотку якоря переменного напряжения от m-фазного источника питания и под действием этого напряжения по обмотке якоря будет протекать переменный электрический ток, создавая при этом переменное вращающееся магнитное поле якоря с переменной во времени МДС якоря и переменным во времени магнитным потоком якоря. Вследствие взаимодействия переменного магнитного поля якоря с постоянным магнитным полем индуктора, к ротору приложен однонаправленный в течение всего времени работы магнитоэлектрического двигателя вращающий момент. Согласно изобретению, за один период изменения магнитного поля якоря ротор перемещается на одно полюсное деление магнитопровода ротора. Следует отметить, что в данной конструкции ротор вращается в направлении, обратном направлению вращения магнитного поля якоря.Consider the motor mode (figure 1 ÷ 3). Excitation of the inductor is created by annular layers of 10 segmental permanent magnets located on the rotor between the cores of the inductor and forming a constant magnetic field of the inductor with a time-constant MDS inductor and a constant unipolar magnetic flux closing through yokes and pole projections of 9 odd 7 and even 8 inductor cores, working air gap, pronounced
Рассмотрим генераторный режим (фиг.1÷4). Возбуждение индуктора создается кольцевыми слоями 10 сегментарных постоянных магнитов, расположенными на роторе между сердечниками индуктора и образующими постоянное магнитное поле индуктора с постоянной во времени МДС индуктора и постоянным униполярным магнитным потоком, замыкающимся через ярма и полюсные выступы 9 нечетных 7 и четных 8 сердечников индуктора, рабочий воздушный зазор, явно выраженные полюса 3 и ярмо сердечника 2 якоря и магнитомягкий корпус 7 статора. При вращении ротора сторонним источником момента магнитный поток индуктора будет сохранять свое направление в магнитомягком корпусе 1 статора и в нечетных 7 и четных 8 сердечниках ротора, пульсируя в явно выраженных полюсах 3 сердечника 2 якоря из-за полюсных выступов 9 сердечников ротора. Этот переменный (пульсирующий) магнитный поток будет наводить в катушках 4 обмотки якоря переменную во времени ЭДС. Следует отметить, что, при наличии в фазе более одной катушки 4, величина наводимой в каждой катушке фазы обмотки якоря переменной ЭДС в любой момент времени будет одинакова, а переменная ЭДС фазы обмотки якоря будет равна алгебраической сумме индуктированных ЭДС в каждой катушке 4 фазы вследствие соединений катушек в фазе, исходя из алгоритма построения схемы соединений обмотки якоря. Если внешняя цепь - цепь нагрузки замкнута, то в многофазной обмотке якоря будет протекать переменный электрический ток, электрическая мощность будет отдаваться потребителю. Частота f (Гц) переменной ЭДС многофазной обмотки якоря связана с частотой вращения n (об/мин) ротора и определяется равенством: f=n·Z2P/60.Consider the generator mode (figure 1 ÷ 4). Excitation of the inductor is created by annular layers of 10 segmental permanent magnets located on the rotor between the inductor cores and forming a constant magnetic field of the inductor with a time-constant MDS inductor and a constant unipolar magnetic flux closing through yokes and pole projections of 9 odd 7 and even 8 inductor cores, working air gap, pronounced
Claims (18)
причем при m=3, 5, 7, 9, … - число явно выраженных полюсов якоря в фазе Z1m=1, 2, 3, 4, …, при m=4, 6, 8, 10, … - число явно выраженных полюсов якоря в фазе Z1m=2, 4, 6, 8, …, ширина полюсной дуги явно выраженных полюсов якоря в угловом измерении лежит в пределах b1P=(2/3÷1,0)·t1P, ширина полюсной дуги полюсных выступов каждого сердечника индуктора в угловом измерении лежит в пределах b2P=(1/3÷1/2)·t2P, при этом t1P и t2P представляют собой полюсные деления якоря и каждого сердечника индуктора соответственно.1. A contactless magnetoelectric machine with axial excitation, comprising a stator with an anchor core pressed from insulated sheets of electrical steel with high magnetic permeability, pressed into a magnetically soft housing, with distinct poles and coil windings of the armature, the coils of which are placed on the corresponding clearly defined armature poles one by one at each pole, and a non-winding rotor, on the shaft of which a non-magnetic sleeve is mounted with a thickness in the radial direction, significantly exceeding the lead the cause of the working air gap, on which the odd and even cores of the inductor are coaxially located, the number of inductor cores is at least two, the active length of the end cores of the inductor in the axial direction is the same, if there are more than two inductor cores, the active length of the inductor cores in the axial direction between the extreme cores , twice the active length of the outermost cores of the inductor, the even cores of the inductor are offset relative to the odd cores of the inductor in tangential direction by half of the pole division of the core of the inductor, between the cores of the inductor are ring layers of segmental permanent magnets, the number of ring layers of segmental permanent magnets is one less than the number of cores of the inductor, characterized in that the coil winding of the armature is multiphase with the number of phases m = 3, 4, 5, 6, ..., the odd and even cores of the inductor are made with pole protrusions, between the number of pronounced armature poles Z 1P , the number of phases m of the armature winding of the armature, the number of distinct poles anchors in the phase Z 1m and the number of pole protrusions of each core of the inductor Z 2P established a connection, which is expressed by equalities (1) and (2):
moreover, with m = 3, 5, 7, 9, ... - the number of pronounced anchor poles in phase Z 1m = 1, 2, 3, 4, ..., with m = 4, 6, 8, 10, ... - the number of pronounced the poles of the armature in phase Z 1m = 2, 4, 6, 8, ..., the width of the pole arc of pronounced poles of the armature in the angular dimension lies in the range b 1P = (2/3 ÷ 1,0) · t 1P , the width of the pole arc of the pole the protrusions of each core of the inductor in the angular measurement lies in the range b 2P = (1/3 ÷ 1/2) · t 2P , while t 1P and t 2P are the pole divisions of the armature and each core of the inductor, respectively.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010147895/07A RU2436221C1 (en) | 2010-11-24 | 2010-11-24 | Contactless magnetoelectric machine with axial excitation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010147895/07A RU2436221C1 (en) | 2010-11-24 | 2010-11-24 | Contactless magnetoelectric machine with axial excitation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2436221C1 true RU2436221C1 (en) | 2011-12-10 |
Family
ID=45405765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010147895/07A RU2436221C1 (en) | 2010-11-24 | 2010-11-24 | Contactless magnetoelectric machine with axial excitation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2436221C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2518906C2 (en) * | 2012-09-05 | 2014-06-10 | Закрытое акционерное общество "АНТАРЕС ПРО" | Contactless electrical machine |
-
2010
- 2010-11-24 RU RU2010147895/07A patent/RU2436221C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БАЛАГУРОВ В.А., ГАЛТЕЕВ Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с.23-46. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2518906C2 (en) * | 2012-09-05 | 2014-06-10 | Закрытое акционерное общество "АНТАРЕС ПРО" | Contactless electrical machine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20160049838A1 (en) | Synchronous machine | |
| Zulu et al. | Topologies for wound-field three-phase segmented-rotor flux-switching machines | |
| EP2814146A2 (en) | Permanent magnet synchronous machines with magnetic flux regulation | |
| CN104682648A (en) | Biharmonic excitation mixed excitation permanent magnet motor | |
| RU2437202C1 (en) | Non-contact magnetoelectric machine with axial excitation | |
| RU2437201C1 (en) | Non-contact electric machine with axial excitation | |
| KR20150114941A (en) | Electric machines | |
| RU2390086C1 (en) | Contactless reductor electric machine with combined excitation | |
| RU2407135C2 (en) | Contactless reducer electromagnetic machine | |
| Kataoka et al. | Design of high torque PM vernier motor | |
| RU2436221C1 (en) | Contactless magnetoelectric machine with axial excitation | |
| RU2392724C1 (en) | Single-phased electric generator | |
| RU2393615C1 (en) | Single-phase contact-free electromagnetic generator | |
| RU2412519C1 (en) | Reluctance machine | |
| RU2414039C1 (en) | Modular synchronous electric machine | |
| RU2437200C1 (en) | Non-contact reduction machine with axial excitation | |
| RU2478250C1 (en) | Reduction magnetoelectric machine with pole gear-type inductor | |
| RU2414793C1 (en) | Non-contact modular magnetoelectric machine | |
| RU2392723C1 (en) | Contactless reductor magnetoelectric machine with pole geared inductor | |
| RU2416858C1 (en) | Electric reduction machine with salient-pole armature | |
| RU2667661C1 (en) | Method of manufacturing improved magneto-electric machine | |
| RU175549U1 (en) | High speed electromechanical energy converter | |
| RU2477917C1 (en) | Electric reducer machine with polar gear inducer | |
| RU175895U1 (en) | ELECTRIC MACHINE ANCHOR RING | |
| RU2437198C1 (en) | Electric reduction machine with axial excitation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121125 |