RU123264U1 - Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с постоянными магнитами - Google Patents
Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с постоянными магнитами Download PDFInfo
- Publication number
- RU123264U1 RU123264U1 RU2012128948/07U RU2012128948U RU123264U1 RU 123264 U1 RU123264 U1 RU 123264U1 RU 2012128948/07 U RU2012128948/07 U RU 2012128948/07U RU 2012128948 U RU2012128948 U RU 2012128948U RU 123264 U1 RU123264 U1 RU 123264U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- permanent magnets
- array
- electric machine
- htsc
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y02E40/622—
Abstract
Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с постоянными магнитами, содержащая статор с шихтованным сердечником, размещенную в его пазах многофазную многополюсную обмотку, цилиндрический ротор, состоящий из массива блоков постоянных магнитов, отличающаяся тем, что массив блоков постоянных магнитов ротора содержит чередующиеся постоянные магниты с радиальной и тангенциальной намагниченностью, установленные в пазах немагнитного пакета ротора, и диамагнитные пластины из объемного высокотемпературного сверхпроводникового (ВТСП) материала, размещенные в середине полюсов ротора.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к синхронным электрическим машинам с постоянными магнитами (ПМ) и высокотемпературными сверхпроводниковыми (ВТСП) элементами и может найти применение в криогенной и аэрокосмической технике, в электроприводе транспортных систем.
Синхронные машины с постоянными магнитами имеют относительно простую конструкцию, отличаются высокой надежностью и длительным сохранением первоначальных магнитных характеристик (до 5-10 лет). Кроме того, такие машины просты в эксплуатации, обладают высоким КПД из-за отсутствия потерь на возбуждение и в скользящем контакте, что особенно важно для их применения в ряде областей современной науки и техники.
Известны синхронные машины с ПМ с различным конструктивным выполнением роторов: ротор типа «звездочка», роторы, содержащие массив блоков призматических постоянных магнитов, намагниченных либо в радиальном, либо в тангенциальном направлениях, когтеобразные роторы и т.д. (см. книги В.А.Балагуров, Ф.Ф.Галтеев. Электрические генераторы с постоянными магнитами -М.: Энергоатомиздат, 1998. -280 с.; Д.А.Бут. Основы электромеханики - М.: Изд-во МАИ, 1996; Специальные электрические машины. Под ред. Б.Л.Алиевского. -М.: Энергоатомиздат, 1993. -230 с.). Общий недостаток известных устройств - относительно невысокие значения мощности, механического момента, КПД и коэффициента мощности (cosφ). Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемой полезной модели являются синхронные машины с постоянными магнитами, приведенные в книге Д.А.Бута Основы электромеханики - М.: Изд-во МАИ, 1996 на стр.157, содержащие статор с шихтованным сердечником, в пазах которого размещена многофазная многополюсная обмотка, цилиндрический ротор, состоящий из массива блоков постоянных магнитов.
Техническим результатом использования данной полезной модели является повышение энергетических (мощности, механического момента, коэффициента мощности и КПД) и массогабаритных показателей машины.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в сверхпроводниковой синхронной электрической машине с постоянными магнитами, содержащей магнитопроводящий статор, выполненный шихтованным, и имеющий пазы, распределенные по его внутренней поверхности, размещенную в этих пазах многофазную многополюсную обмотку и установленный на валу машины цилиндрический ротор, состоящий из массива блоков постоянных магнитов, массив блоков постоянных магнитов, установленных в пазах немагнитного пакета ротора, выполнен в виде чередующихся постоянных магнитов из редкоземельных материалов (РЗМ) с радиальной и тангенциальной намагниченностью и содержит диамагнитные пластины из объемного высокотемпературного сверхпроводникового материала, размещенные в середине полюсов ротора.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в отличие от прототипа, представляющего собой синхронную машину с ПМ на роторе, выполненными в виде массива блоков радиальных или тангенциальных магнитов в конструкции данной машины магнитное поле создается чередующимися радиальными и тангенциальными магнитами одновременно. Использование массива чередующихся высокоэнергетических ПМ из редкоземельных материалов и размещенных в середине полюсов ротора диамагнитных пластин из объемного высокотемпературного сверхпроводникового материала позволяет существенно улучшить ее мощностные характеристики, что следует из известной угловой зависимости электромагнитной мощности синхронной машины с возбуждением от постоянных магнитов [4]:
Здесь xd и xq - полные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям ротора; mф - число фаз; θ - угол между направлениями векторов ЭДС E0 ротора и напряжением питания U. Составляющая определяется возбуждением машины от ПМ в роторе и индуктивным сопротивлением хd вдоль оси d. Величина связана с взаимодействием явнополюсного ротора с токами якоря и существенно зависит от анизотропии магнитных свойств ротора и от соотношения индуктивных сопротивлений вдоль осей d и q (хd и xq).
Так как индуктивные сопротивления машины по осям d и q существенно зависят от структуры ротора, то использование в его составе диамагнитных массивных ВТСП элементов позволяет заметно менять их значения. Расположение ВТСП пластин в середине полюсов позволяет существенно изменить соотношение индуктивных сопротивлений Xad, Xaq, что ведет к улучшению выходных энергетических характеристик двигателя. Анализ физических процессов в ВТСП элементах показывает, что при комнатных температурах керамические элементы не имеют диамагнитных свойств и магнитные поля от ПМ ротора не экранируются. При их охлаждении ниже критической температуры (Т≤90К) они переходят в сверхпроводящее состояние и магнитное поле постоянных магнитов оказывается «вмороженным» в ВТСП элементы. При этом распределение магнитного поля постоянных магнитов не меняется. В то же время ВТСП элементы обладают ярко выраженными диамагнитными свойствами, экранирующими магнитное поле статорных обмоток, что снижает индуктивное сопротивление машины и увеличивает ее мощность. Выбор оптимальной толщины ВТСП пластин в роторе проводится на основе оценки глубины проникновения магнитного поля в объем ВТСП при этом учитывалась возможная работа двигателя в режиме перегрузки, когда возрастает значение тока статора и величина приложенного к ВТСП пластине внешнего магнитного поля, что приводит к увеличению глубины проникновения поля в объем ВТСП.
Следует отметить, что отсутствие ферромагнитных материалов во внутренней области ротора двигателя с постоянными магнитами радиально-тангенциальной намагниченности оказывает положительное влияние на его выходные характеристики вследствие существенного снижения индуктивных сопротивлений.
Расчет параметров рассматриваемой конструкции показал, что чередующиеся РЗМ постоянные магниты с радиальной и тангенциальной намагниченностью, установленные в пазах немагнитного пакета ротора и диамагнитные пластины из объемного высокотемпературного сверхпроводникового материала, размещенные в середине полюсов ротора улучшают по сравнению с прототипом выходные характеристики машины. Так наличие ВТСП пластин в роторах синхронных двигателей с ПМ благодаря своим диамагнитным свойствам создает магнитную анизотропию и приводит к повышению реактивной составляющей мощности, при этом выигрыш в мощности по предварительным оценкам составляет ~20% по сравнению с синхронным двигателем без ВТСП пластин в роторе.
Поперечный разрез сверхпроводниковой синхронной электрической машины с постоянными магнитами и ВТСП элементами показан на фиг.1.
Основной элемент магнитной системы синхронной машины с радиально-тангенциальными магнитами представляет собой цилиндр, составленный из массива ПМ с чередующейся радиальной и тангенциальной намагниченностью. Такое расположение ПМ позволяет концентрировать магнитный поток во внешней активной области ротора.
Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с постоянными магнитами и ВТСП элементами содержит сердечник статора 1, выполненный шихтованным и имеющий пазы, распределенные по его внутренней поверхности, в которых размещена многофазная многополюсная обмотка 2, установленный на валу машины цилиндрический ротор 3, представляющий собой немагнитный пакет, в пазах которого размещены чередующиеся постоянные магниты с радиальной 4 и тангенциальной 5 намагниченностью, пластины из объемного высокотемпературного сверхпроводникового материала 6, например, YBCO керамики, работающей в криогенной среде при температуре жидкого азота (77,8К), установленные в середине полюсов ротора, немагнитный вал 7.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При электромагнитном взаимодействии полюсов вращающегося магнитного поля статора и возбужденных полюсов ротора возникает момент, который будет вращать ротор с синхронной частотой. Возникающий вращающий момент складывается из двух составляющих. Одна составляющая определяется (как в прототипе) э.д.с., наведенной в обмотке статора магнитным потоком ПМ из редкоземельных материалов вращающегося ротора. Другая - существенной анизотропией магнитных свойств ротора по продольной d и поперечной q осям машины. В прототипе вторая составляющая момента отсутствует. Суммарный момент в предлагаемой полезной модели будет выше по сравнению с прототипом.
Отсутствие электротехнических сталей внутри ротора машины позволяет также снизить его массу, что особенно важно для электромашиностроения авиационно-космической отрасли и высокодинамичных промышленных приводов.
Данная полезная модель положена в основу разработки сверхпроводникового синхронного двигателя с ПМ и ВТСП элементами мощностью 150 кВт. Результаты проектных расчетов позволяют заключить, что данная конструкция обеспечивает повышение энергетических и улучшение массогабаритных показателей по сравнению с прототипом.
По мнению авторов, предлагаемая модель может быть использована в промышленности по назначению, а совокупность ее существенных признаков необходима и достаточна для достижения заявленного технического результата.
Литература
1. В.А.Балагуров, Ф.Ф.Галтеев. Электрические генераторы с постоянными магнитами - М.: Энергоатомиздат, 1998. -280 с.
2. Д.А.Бут. Основы электромеханики - М.: Изд-во МАИ, 1996
3. Специальные электрические машины. Под ред. Б.Л.Алиевского. -М.: Энергоатомиздат, 1993. -230 с.
4. Электрические машины и устройства на основе массивных высокотемпературных сверхпроводников /Под редакцией Л.К.Ковалева, К.Л.Ковалева, С.М.-А.Конеева. - М.: Изд-во ФИЗМАТЛИТ, 2010. 396 с.
Claims (1)
- Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с постоянными магнитами, содержащая статор с шихтованным сердечником, размещенную в его пазах многофазную многополюсную обмотку, цилиндрический ротор, состоящий из массива блоков постоянных магнитов, отличающаяся тем, что массив блоков постоянных магнитов ротора содержит чередующиеся постоянные магниты с радиальной и тангенциальной намагниченностью, установленные в пазах немагнитного пакета ротора, и диамагнитные пластины из объемного высокотемпературного сверхпроводникового (ВТСП) материала, размещенные в середине полюсов ротора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012128948/07U RU123264U1 (ru) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с постоянными магнитами |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012128948/07U RU123264U1 (ru) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с постоянными магнитами |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU123264U1 true RU123264U1 (ru) | 2012-12-20 |
Family
ID=49257124
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012128948/07U RU123264U1 (ru) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с постоянными магнитами |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU123264U1 (ru) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2544002C1 (ru) * | 2014-04-14 | 2015-03-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Электромашина |
RU2544914C1 (ru) * | 2014-04-14 | 2015-03-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Электромашина |
RU2546645C1 (ru) * | 2014-04-14 | 2015-04-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Электромашина |
RU2558661C2 (ru) * | 2013-12-30 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Радиальный синхронный генератор |
RU2648677C1 (ru) * | 2017-07-06 | 2018-03-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Электрическая машина с постоянными магнитами и обмотками из высокотемпературного сверхпроводникового материала |
RU2660821C1 (ru) * | 2017-02-13 | 2018-07-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) | Электромашина |
RU200923U1 (ru) * | 2019-12-06 | 2020-11-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Электрическая машина из композитных материалов |
RU2747884C1 (ru) * | 2020-11-17 | 2021-05-17 | Общество с ограниченной ответственностью «ЭТК» | Электрическая машина с модульными зубцами статора и обмотками из сверхпроводникового материала |
-
2012
- 2012-07-10 RU RU2012128948/07U patent/RU123264U1/ru active
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2558661C2 (ru) * | 2013-12-30 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Радиальный синхронный генератор |
RU2544002C1 (ru) * | 2014-04-14 | 2015-03-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Электромашина |
RU2544914C1 (ru) * | 2014-04-14 | 2015-03-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Электромашина |
RU2546645C1 (ru) * | 2014-04-14 | 2015-04-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Электромашина |
RU2660821C1 (ru) * | 2017-02-13 | 2018-07-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) | Электромашина |
RU2648677C1 (ru) * | 2017-07-06 | 2018-03-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Электрическая машина с постоянными магнитами и обмотками из высокотемпературного сверхпроводникового материала |
RU200923U1 (ru) * | 2019-12-06 | 2020-11-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Электрическая машина из композитных материалов |
RU2747884C1 (ru) * | 2020-11-17 | 2021-05-17 | Общество с ограниченной ответственностью «ЭТК» | Электрическая машина с модульными зубцами статора и обмотками из сверхпроводникового материала |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU123264U1 (ru) | Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с постоянными магнитами | |
Shi et al. | A novel linear permanent magnet Vernier machine with consequent-pole permanent magnets and Halbach permanent magnet arrays | |
Nagorny et al. | Design aspects of a high speed permanent magnet synchronous motor/generator for flywheel applications | |
Rahman et al. | Promising applications of neodymium boron iron magnets in electrical machines | |
KR101098459B1 (ko) | 초전도 코일 장치 및 유도자형 동기기(同期機) | |
RU2664716C1 (ru) | Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с обмотками якоря и возбуждения в неподвижном криостате | |
RU2692760C2 (ru) | Сверхпроводящий электродвигатель и генератор | |
Ma et al. | Rotating permanent magnets based flux pump for HTS no-insulation coil | |
RU2541513C2 (ru) | Синхронная машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора | |
US10020716B2 (en) | Transverse flux induction motor with passive braking system | |
Kovalev et al. | High output power electric motors with bulk HTS elements | |
RU132642U1 (ru) | Синхронный втсп электродвигатель с постоянными магнитами | |
RU2648677C1 (ru) | Электрическая машина с постоянными магнитами и обмотками из высокотемпературного сверхпроводникового материала | |
US20200044494A1 (en) | High-magnetic-flux discrete stator electrical machine | |
CN106451834B (zh) | 一种k形定子铁心混合励磁型磁通切换电机 | |
RU126535U1 (ru) | Многополюсная синхронная втсп электрическая машина | |
RU134370U1 (ru) | Сверхпроводниковая электрическая машина с композитным слоистым ротором | |
RU2546970C1 (ru) | Униполярный генератор постоянного тока | |
CN100502205C (zh) | 一种电磁永磁电机 | |
Zhao et al. | Influence factor analysis of PMSM air gap flux density | |
RU116714U1 (ru) | Магнитоэлектрическая дисковая машина | |
RU71190U1 (ru) | Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с композитным ротором | |
RU2393615C1 (ru) | Однофазный бесконтактный магнитоэлектрический генератор | |
RU2129329C1 (ru) | Синхронная реактивная машина | |
CN106981963B (zh) | 基于电磁感应驱动的弧线电机 |