EA012811B1

EA012811B1 - Electric drive with a multi-anchor generator

Info

Publication number: EA012811B1
Application number: EA200601910A
Authority: EA
Inventors: Петр Николаевич Черкашин
Original assignee: Петр Николаевич Черкашин
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2009-12-30
Also published as: EA200601910A1

Abstract

The invention relates to independent electromechanical devices and has an electric multiarmature generator in its structure. An electric drive is assigned for including in a structural system of transport means as an independent source for power generation to be used for providing operation of electric motor transmitting torque to actuating units of transport means for its motion. The electric drive can be used as an independent power source in industry, agriculture and common civil needs. Taking into consideration structural feature of the electric drive a substantial reduction of natural energy sources consumption such as oil, gas coal can be estimated.

Description

Изобретение относится к разряду автономных элекромеханических устройств и имеет в своей структуре электрический генератор с несколькими якорями.The invention relates to the category of autonomous electromechanical devices and has in its structure an electric generator with several anchors.

Электропривод предназначен для включения в конструктивную схему транспортных средств как независимый источник по выработке электроэнергии, которая используется для приведения в действие электродвигателя, передающего крутящий момент на исполнительные органы транспортного средства для обеспечения его движения.The electric drive is designed to be included in the constructive scheme of vehicles as an independent source of power generation, which is used to actuate the electric motor that transmits torque to the executive bodies of the vehicle to ensure its movement.

Электропривод может быть использован как автономный источник питания электроэнергией в промышленности, сельском хозяйстве и общегражданской сфере.The electric drive can be used as an autonomous power source for electricity in industry, agriculture and the civil sector.

Учитывая конструктивную особенность электропривода, можно рассчитывать на сущетвенное снижение уровня потребления природных источников энергии, таких как нефть, газ, уголь.Given the design feature of the electric drive, you can count on a substantial reduction in the level of consumption of natural energy sources such as oil, gas, coal.

Аналогичные работы проводились в СССР. В часности, известно устройство (патент СССР № 828326, Н02К 16/00, Н02К 17/02, 1979) - многороторная электрическая машина, содержащая статоры с обмотками и размещенные в нем роторы, отличающаяся тем, что с целью расширения функциональных возможностей оси роторов размещены под углом одна к другой.Similar work was carried out in the USSR. In particular, the device is known (USSR Patent No. 828326, NC 16/00, NC 17/02, 1979) - a multi-rotor electric machine containing stators with windings and rotors placed in it, characterized in that in order to expand the functionality of the axis of the rotors at an angle to one another.

Существует устройство электропривода (патент РФ № 2104606, Н02К 16/00, 51/00, 7/116, 23/24, 1998) - электропривод, содержащий два соосных ротора переменного тока, установленных с возможностью вращения в противоположных направлениях.There is an electric drive device (RF patent No. 2104606, NC 16/00, 51/00, 7/116, 23/24, 1998) - an electric drive containing two coaxial AC rotors installed rotatably in opposite directions.

Имеется разработка многороторного генератора (патент РФ № 2047258, Н02К 16/00, 1991), содержащего установленные с возможностью вращения один относительно другого роторы с обмотками, который отличается тем, что количество роторов равно четырем, роторы кинематически связаны друг с другом, размещены на стойках опор во взаимно перпендикулярных плоскостях и закреплены на отдельных валах вращения, два ротора выполнены цилиндрическими и размещены на одной оси вращения, а два других ротора выполнены торцовыми и размещены на оси вращения, перпендикулярно первой.There is a development of a multi-rotor generator (RF Patent No. 2047258, NC 16/00, 1991) containing rotors installed with the possibility of rotation relative to another with windings, which differs in that the number of rotors is four, the rotors are kinematically connected to each other, are placed on racks supports in mutually perpendicular planes and mounted on separate shafts of rotation, two rotors are cylindrical and placed on the same axis of rotation, and the other two rotors are face-mounted and placed on the axis of rotation, perpendicular about the first.

Сущность изобретения заключается в том, чтобы создать электропривод со встроенным, объединённым единой кинематической схемой многоякорным генератором, позволяющим производить генераторами первого каскада постоянный электрический ток, а с якорей второго каскада снимать переменный ток. Это позволит создать транспортное средство для системы железных дорог, способное работать на рельсовых путях с линиями электропередач постоянного и переменного тока, а также и без них; обеспечит внедрение асинхронных двигателей для приводов электротепловозов без применения сложных электронных систем, регулирующих режимы их работы. Кроме того, такой генератор может найти широкое применение в промышленности, в обеспечении электроэнергией химических процессов и общегражданских нужд.The essence of the invention is to create an electric drive with an integrated, united kinematic scheme of a multi-anchor generator, which allows producing first-stage generators with a constant electric current, and removing alternating current from the anchors of the second stage. This will allow to create a vehicle for the rail system, capable of operating on rail tracks with and without DC and AC power lines; will ensure the introduction of asynchronous motors for electric locomotive drives without the use of complex electronic systems regulating their operation. In addition, such a generator can be widely used in industry, in the provision of electricity for chemical processes and civil needs.

На фиг. 1 показана схема комбинированного двигателя, содержащего двигатель внутреннего сгорания (1), редуктор (2), маховик, кинематически соединённый с маховиком (3), источник питания (11); обмотки возбуждения (15), распределительный блок (6), соединённый с генератором (5) и электродвигателем (9) исполнительного органа, распределительный блок (12), соединённый с генератором (5), и электродвигатель (8), вал которого соединён с колесом (27) многоякорного генератора (5).FIG. 1 shows a diagram of a combined engine containing an internal combustion engine (1), a gearbox (2), a flywheel connected kinematically with a flywheel (3), a power source (11); field windings (15), a distribution block (6) connected to a generator (5) and an electric motor (9) of an executive body, a distribution block (12) connected to a generator (5), and an electric motor (8) whose shaft is connected to a wheel (27) multi-anchor generator (5).

Многоякорный генератор, показанный на фиг. 2, содержит станину (13), корпус (14), главные полюса с обмотками возбуждения (15), якоря (16), которые образуют конструктивный ряд, показанный на фиг. 3, и включает в себя передний кожух (17), блок шестерён (18), передний подшипниковый ряд (19), ряд малых всасывающих вентиляторов (20), ряд статоров и якорей (21): коллекторный (22), задний подшипниковый ряд (23), вентилятор нагнетательный (24), задний кожух (25), вал-водило с передней и задней муфтой (26).The multi-anchor generator shown in FIG. 2, contains a frame (13), a housing (14), main poles with excitation windings (15), anchors (16), which form the structural series shown in FIG. 3, and includes a front cover (17), a gear unit (18), a front bearing row (19), a series of small suction fans (20), a row of stators and anchors (21): collector (22), rear bearing row ( 23), blower fan (24), rear casing (25), shaft-carrier with front and rear clutch (26).

На фиг. 4 показана кинематическая схема блока шестерён (18), позволяющая соединить многоякорный генератор в единую вращающую систему, которая состоит из шестерни-водила (27) и сателлитов (28).FIG. 4 shows the kinematic diagram of the gear unit (18), which allows to connect the multi-anchor generator into a single rotating system, which consists of a gear-carrier (27) and satellites (28).

Предложенная конструктивная схема генератора с расположенными по кругу якорями разработана применительно к транспортному средству грузоподъёмностью 10 т, подкреплена расчётами суммарной мощности первичного двигателя для генератора в 225 кВт, расчетом маховика с требуемым моментом энергии и расчетом встроенного одноякорного генератора 25 кВт.The proposed design scheme of the generator with anchors arranged in a circle has been developed for a vehicle with a carrying capacity of 10 tons, supported by calculations of the total power of the prime mover for a generator of 225 kW, the calculation of the flywheel with the required moment of energy and the calculation of the embedded single-anchor generator 25 kW.

В зависимости от предназначения и габаритно-массовых требований электропривод может компоноваться с двумя, тремя, четырьмя, пятью и т.д. якорями, которые соединяются кинематической системой зубчатых шестерен или ременных передач. Примеры такого соединения приведены на фиг. 5.Depending on the purpose and overall mass requirements, the drive can be combined with two, three, four, five, etc. anchors that are connected by the kinematic system of gears or belt drives. Examples of such a compound are shown in FIG. five.

Работа электропривода осуществляется в следующей последовательности.The operation of the drive is carried out in the following sequence.

Двигатель внутреннего сгорания 1 через редуктор 2 раскручивает маховик 3, при этом одновременно от внешнего источника питания 11 на обмотку возбуждения главных полюсов 15 якорей первого каскада 29, соединение которых показано на фиг. 6, подается ток. При достижении маховиком 3 оборотов, достаточных для раскручивания блока якорей 18, включается муфта 4, через которую начинает вращаться вал-водило 26, на котором насажена шестерня-водило 27, вращаясь вместе с валом 26, водило 27, начинает вращать сателлиты 28, которые жестко соединены с валом якоря 16. В результате вращения в обмотках якорей 16 первого каскада 29 индуктируется ЭДС. Выработанный ток поступает на коллектора коллекторного ряда 22, от которого отводится в распределительное устройство 12, через которое подаетThe internal combustion engine 1 through the gearbox 2 spins the flywheel 3, while simultaneously from an external power source 11 to the excitation winding of the main poles 15 of the anchors of the first stage 29, the connection of which is shown in FIG. 6, current is applied. When the flywheel reaches 3 revolutions, which are sufficient to unwind the anchor block 18, clutch 4 is engaged, through which shaft-carrier 26 begins to rotate, on which gear-carrier 27 is mounted, rotating with the shaft 26, carrier 27, begins to rotate satellites 28, which are rigidly connected to the shaft of the armature 16. As a result of rotation in the windings of the anchors 16 of the first cascade 29 is induced EMF. The generated current flows to the collector of the collector row 22, from which it is diverted to the switchgear 12, through which it supplies

- 1 012811 ся на электродвигатель 8 усиления мощности первичного двигателя 1. После достижения электродвигателем 8 максимальной мощности включается муфта 7, которая соединяет электродвигатель 8 с валом 26 водила, а через него с муфтой 4, которая соединена с маховиком 3. Таким образом, двигатель внутреннего сгорания 1 и электродвигатель 8 начинают работать в единой системе. По достижению устойчивой работы системы первичного двигателя на обмотке возбуждения главных полюсов 15, якорей второго каскада 30, параллельное соединение которых показано на фиг. 6, через распределительное устройство 12 подается ток.- 1 012811 to the electric motor 8 amplification of the power of the primary motor 1. After the electric motor 8 reaches its maximum power, the clutch 7 is turned on, which connects the electric motor 8 to the shaft 26 of the carrier and through it to the clutch 4, which is connected to the flywheel 3. combustion 1 and the electric motor 8 begin to work in a single system. To achieve a stable operation of the primary motor system on the excitation winding of the main poles 15, the anchors of the second stage 30, the parallel connection of which is shown in FIG. 6, current is supplied through switchgear 12.

В результате в обмотках якорей второго каскада индуктируется ЭДС, которая подается на распределительный щит 6, а через него на исполнительный двигатель 9 транспортного устройства, а также может быть использована как источник электроэнергии в промышленности, сельском хозяйстве и общегражданском секторе. Электропривод управляется с единого центра 10.As a result, in the windings of the anchors of the second stage, an emf is induced, which is fed to the switchboard 6, and through it to the executive engine 9 of the transport device, and can also be used as a source of electricity in industry, agriculture and the civil sector. The drive is controlled from a single center 10.

Система охлаждения многоякорного генератора построена по двухконтурному принципу. Первый контур - это нагнетательный вентилятор 24. Нагнетаемый вентилятором воздух через отверстие в заднем подшипниковом ряду 23 поступает в коллекторный ряд 22, омывает коллекторы, протекает по оксиальным отверстиям в станине и якоре и охлаждает их. Для увеличения скорости воздушного потока имеется ряд всасывающих вентиляторов второго контура 18.The cooling system of the multi-anchor generator is built according to the two-circuit principle. The first circuit is an injection fan 24. Air blown by the fan through the hole in the rear bearing row 23 enters the collector row 22, washes the collectors, flows through the axial holes in the frame and the anchor and cools them. To increase the speed of the air flow there are a number of suction fans of the second circuit 18.

Claims

CLAIM

1. Electric drive with mnogoyakorny generator containing an internal combustion engine (1);

a flywheel (3), kinematically connected to the output shaft of an internal combustion engine; multi-anchor (multi-rotor) generator (5) connected to the flywheel (3);

power supply (11) excitation windings (15);

distribution block (6) connected to the generator (5) and the engine (9) of the executive body;

distribution block (12) connected to a generator (5) and an electric motor (8), whose shaft is connected to the central wheel (27) of a multi-anchor generator (5).

2. Electric drive with mnogoyakorny generator according to claim 1, characterized in that the armature of each generator has a gear wheel (28) that meshes with the central wheel (27) mounted on the shaft (17) of the generator (5).

3. Electric drive with multi-anchor generator according to claims 1 and 2, characterized in that the transmission from the shaft (26) of the generator (5) to the anchors is made of wedge-shaped.

4. Electric drive with mnogoyakorny generator according to claims 1-3, characterized in that the anchors and stators are grouped into the first and second stages, included in different independent electrical systems.

5. Electric drive with mnogoyakorny generator according to claim 4, characterized in that the first stage generates electricity for the electric motor (8), connected by means of a coupling (7) to the shaft (26) of the generator (5).

6. Electric drive with mnogoyakorny generator according to claim 4, characterized in that the second stage generates electricity to actuate the executive body.