RU133372U1

RU133372U1 - ELECTRIC MACHINE

Info

Publication number: RU133372U1
Application number: RU2011154702/07U
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Копырин
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2013-10-10

Abstract

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования механической энергии в электрическую, а также служить приводом для различных механизмов. Сущность изобретения: электрическая машина состоит из статора и ротора. Статор содержит корпус, выполненный из немагнитного материала, на котором неподвижно установлены и распределены по окружности магнитопроводы, выполненные из пластин электротехнической стали. На магнитопроводах, расположены обмотки статора. Для возможности вращения, ротор, при помощи подшипников, установлен на корпус статора. Ротор выполнен из немагнитного материала. Для возможности регулирования магнитного потока возбуждения на ротор установлены обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения представляют собой магнитопроводы, на которые намотан проводник. Между магнитопроводами обмоток возбуждения, для уменьшения взаимодействия между собой, имеются вставка из немагнитного материала. Концы проводника обмотки возбуждения соединены с контактными кольцами так, чтобы полюса намагниченности двух соседних магнитопроводов обмоток возбуждения противоположны. Для возможности вращения обмоток возбуждения, установленных на роторе, через магнитопроводы, между полюсами магнитопроводов и полюсами магнитопроводов обмоток возбуждения имеется воздушный зазор. The invention relates to electrical engineering and can be used to convert mechanical energy into electrical energy, and also serve as a drive for various mechanisms. The inventive electric machine consists of a stator and a rotor. The stator contains a housing made of non-magnetic material on which magnetic circuits made of plates of electrical steel are fixedly mounted and distributed around the circumference. On the magnetic circuits, the stator windings are located. For rotation, the rotor, with bearings, is mounted on the stator housing. The rotor is made of non-magnetic material. To control the magnetic flux of the excitation, the field windings are installed on the rotor. Field windings are magnetic cores on which a conductor is wound. Between the magnetic circuits of the field windings, to reduce the interaction between each other, there is an insert of non-magnetic material. The ends of the conductor of the field winding are connected to the contact rings so that the magnetization poles of two adjacent magnetic circuits of the field windings are opposite. To enable rotation of the field windings mounted on the rotor through the magnetic cores, there is an air gap between the poles of the magnetic cores and the poles of the magnetic cores of the field windings.

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования механической энергии в электрическую, а также служить приводом для различных механизмов.The invention relates to electrical engineering and can be used to convert mechanical energy into electrical energy, and also serve as a drive for various mechanisms.

Известна электрическая моментная машина с постоянными магнитами /RU 72366 U1 МПК Н02К 26/00, от 10.04.2008 г./, содержащая статор с тороидальным магнитопроводом и кольцевой обмоткой, два диска ротора, установленных на немагнитном валу и имеющих постоянные магниты со встречной осевой намагниченностью, отличающаяся тем, что в эту машину дополнительно введены радиально намагниченные постоянные магниты, закрепленные на внутренней цилиндрической поверхности магнитопровода ротора, который выполнен П-образным, в поперечном сечении дополнительные постоянные магниты обращены к торцевым и к радиальным сторонам торцевой обмотки статора и имеют одинаковую полярность, П-образный магнитопровод ротора выполнен разъемным, в разъем которого введено магнитопроводящее кольцо, а дополнительные постоянные магниты отделены друг от друга немагнитным материалом, магнитопровод статора выполнен составным, в котором внешний тороидальный магнитопровод намотан из ленточной стали, внутренний магнитопровод набран из штампованных колец, а обе эти части объединены изоляционным материалом в единый неразъемный магнитопровод статора.Known electric torque machine with permanent magnets / RU 72366 U1 MPK Н02К 26/00, dated April 10, 2008 /, containing a stator with a toroidal magnetic circuit and an annular winding, two rotor disks mounted on a non-magnetic shaft and having permanent magnets with opposite axial magnetization , characterized in that radially magnetized permanent magnets are additionally introduced into this machine, mounted on the inner cylindrical surface of the rotor magnetic circuit, which is made U-shaped, additional constant in cross section The magnets are facing the end and radial sides of the stator end winding and have the same polarity, the U-shaped rotor magnetic circuit is detachable, the magnet-conducting ring is inserted into the connector, and additional permanent magnets are separated by non-magnetic material, the stator magnetic circuit is composite, in which the external toroidal magnetic core is wound from steel tape, the internal magnetic core is drawn from stamped rings, and both of these parts are combined with insulating material into a single ny magnetic stator.

Известен также магнитный генератор /RU 2169423 С1 МПК7 Н02К 21/12, от 18.01.2000 г./, содержащий рабочие обмотки и сердечники статора, неподвижно установленные в корпусе и равномерно распределенные по окружности, ротор с валом, отличающийся тем, что сердечники рабочей обмотки статора состоят из магнитопровода и постоянного магнита, образующих замкнутый магнитный поток и зазор для перемещения в нем экранов, закрепленных на торцах выполненного из немагнитного материала ротора постоянных магнитов, экраны обеспечивают усиливающий эффект переключения магнитного потока постоянных магнитов статора на постоянные магниты ротора, при этом постоянные магниты ротора и статора по магнитному полю сориентированы разнополярно, а по количеству отличаются на единицу.Also known is a magnetic generator / RU 2169423 C1 MPK7 Н02К 21/12, dated January 18, 2000 /, containing working windings and stator cores fixedly installed in the housing and evenly distributed around the circumference, a rotor with a shaft, characterized in that the working winding cores the stator consists of a magnetic circuit and a permanent magnet, forming a closed magnetic flux and a gap for moving screens in it, mounted on the ends of the permanent magnet rotor made of non-magnetic material, the screens provide an amplifying effect of switching the mag the flow of permanent stator magnets to the permanent rotor magnets, while the permanent rotor and stator magnets are oriented in a magnetic field in different polarity, and differ in quantity by one.

Недостатком данных генераторов является невозможность регулирования магнитного потока ротора, так как на ротор установлены постоянные магниты, и как следствие не возможность регулировать основные характеристики электрической машины, например КПД и напряжение.The disadvantage of these generators is the inability to control the magnetic flux of the rotor, since the permanent magnets are installed on the rotor, and as a result, it is not possible to regulate the main characteristics of an electric machine, for example, efficiency and voltage.

Наиболее близким по технической сущности является магнитный генератор /RU 2169423 С1 МПК7 Н02К 21/12, от 18.01.2000 г./, содержащий рабочие обмотки и сердечники статора, неподвижно установленные в корпусе и равномерно распределенные по окружности, ротор с валом, отличающийся тем, что сердечники рабочей обмотки статора состоят из магнитопровода и постоянного магнита, образующих замкнутый магнитный поток и зазор для перемещения в нем экранов, закрепленных на торцах выполненного из немагнитного материала ротора постоянных магнитов, экраны обеспечивают усиливающий эффект переключения магнитного потока постоянных магнитов статора на постоянные магниты ротора, при этом постоянные магниты ротора и статора по магнитному полю сориентированы разнополярно, а по количеству отличаются на единицу.The closest in technical essence is a magnetic generator / RU 2169423 C1 MPK7 Н02К 21/12, dated 01/18/2000 /, containing working windings and stator cores, fixedly mounted in the housing and evenly distributed around the circumference, a rotor with a shaft, characterized in that the cores of the working stator winding consist of a magnetic circuit and a permanent magnet, forming a closed magnetic flux and a gap for moving screens in it, mounted on the ends of the permanent magnet rotor made of non-magnetic material, the screens provide silivayuschy effect switching of the magnetic flux of permanent magnets of the stator to the rotor permanent magnets, the permanent magnets of the rotor and the stator are oriented in the magnetic field of opposite polarity, and the number vary by one.

Задачей изобретения является создание электрической при осуществлении которой достигается технический результат, заключающийся в регулировании магнитного потока ротора, для изменения ее характеристик.The objective of the invention is the creation of electrical, the implementation of which achieves a technical result, which consists in regulating the magnetic flux of the rotor to change its characteristics.

Технический результат достигается тем, что в заявляемом изобретении магнитная система статора выполнена в виде магнитопроводов, на которые намотаны обмотки, магнитопроводы равномерно распределены по окружности и неподвижно установлены на корпусе статора, ротор выполнен из не магнитного материала, на ротор установлены обмотки возбуждения, причем обмотки возбуждения присоединены к контактным кольцам так, что полюса намагниченности двух рядом установленных магнитопроводов обмоток возбуждения противоположны, между полюсами магнитопроводов статора и полюсами магнитопроводов обмоток возбуждения имеется воздушный зазор, между магнитопроводами обмоток возбуждения имеется вставка из немагнитного материала.The technical result is achieved by the fact that in the claimed invention the stator magnetic system is made in the form of magnetic cores on which the windings are wound, the magnetic cores are uniformly distributed around the circumference and are fixedly mounted on the stator housing, the rotor is made of non-magnetic material, the excitation windings are installed on the rotor, and the excitation windings connected to the contact rings so that the magnetization poles of two adjacent installed magnetic cores of the field windings are opposite, between the poles of the magneto vodov stator poles and field windings cores has an air gap between the magnetic cores has a drive coil insert of nonmagnetic material.

Таким образом, в заявляемом изобретении в сравнении с прототипом, на ротор электрической машины вместо постоянных магнитов установлена обмотка возбуждения. Для возможности подачи напряжения на обмотку возбуждения на ротор устанавливаются контактные кольца со щетками. Магнитная система статора выполнена в виде магнитопроводов через которые вращается обмотка возбуждения.Thus, in the claimed invention in comparison with the prototype, an excitation winding is installed on the rotor of an electric machine instead of permanent magnets. To enable voltage supply to the field winding, rotor rings with brushes are installed on the rotor. The stator magnetic system is made in the form of magnetic circuits through which the field winding rotates.

На фиг.1 - изображена электрическая машина в продольном разрезе (условно).Figure 1 - shows an electric machine in longitudinal section (conditionally).

На фиг.2 - изображены ротор и обмотки статора электрической машины, вид спереди.Figure 2 - shows the rotor and stator windings of an electric machine, front view.

На фиг.3 - схематично показан момент времени замкнутого магнитного потока через магнитопровод одной обмотки статора, в первом положении «SN», во втором «NS».Figure 3 - schematically shows the time instant of the closed magnetic flux through the magnetic circuit of one stator winding, in the first position "SN", in the second "NS".

На фиг.4 - изображены ротор и обмотки статора электрической машины, вид в пространстве.Figure 4 - shows the rotor and stator windings of an electric machine, a view in space.

На фиг.5 - изображена часть разреза ротора.Figure 5 - shows a section of a rotor.

На фиг.6 - изображено взаимодействие магнитных полюсов статора и ротора.Figure 6 - shows the interaction of the magnetic poles of the stator and rotor.

На фиг.1 изображено: корпус 1, магнитопроводы 2, обмотки 3 статора, подшипники 4, ротор 5, обмотки возбуждения 6, контактные кольца 7, электрические щетки 8.Figure 1 shows: housing 1, magnetic circuits 2, stator windings 3, bearings 4, rotor 5, field windings 6, slip rings 7, electric brushes 8.

На фиг.2 изображено: магнитопроводы 2, обмотки 3 статора, ротор 5, обмотки возбуждения 6, контактные кольца 7, электрические щетки 8.Figure 2 shows: magnetic cores 2, stator windings 3, rotor 5, field windings 6, contact rings 7, electric brushes 8.

На фиг.3 изображено: магнитопроводы 2, обмотки 3 статора, обмотки 6 возбуждения.Figure 3 shows: magnetic cores 2, stator windings 3, field windings 6.

На фиг.4 изображено: магнитопроводы 2, обмотки 3 статора, ротор 5, обмотки возбуждения 6, контактные кольца 7, электрические щетки 8, стрелкой показано направление вращения ротора.Figure 4 shows: magnetic cores 2, stator windings 3, rotor 5, field windings 6, contact rings 7, electric brushes 8, the arrow shows the direction of rotation of the rotor.

На фиг.5 изображено: ротор 5, обмотки 6 возбуждения.Figure 5 shows: rotor 5, field winding 6.

На фиг.6 изображено: магнитопроводы 2, обмотки возбуждения 6, волнистой линией показаны упругие силы взаимодействие магнитных полюсов магнитопроводов 2 и магнитных полюсов обмоток 6 возбуждения.Figure 6 shows: magnetic cores 2, field windings 6, a wavy line shows the elastic forces of the interaction of the magnetic poles of the magnetic circuits 2 and the magnetic poles of the field windings 6.

Электрическая машина состоит из статора и ротора. Статор содержит корпус 1 (фиг.1), выполненный из немагнитного материала, например дюралюминий, на котором неподвижно установлены и равномерно распределены по окружности магнитопроводы 2 (фиг.1, 2, 4), выполненные из пластин электротехнической стали. На магнитопроводах 2 (фиг.1, 2, 4) установлены обмотки 3 статора (фиг.1, 2, 3, 4). Обмотки 3 статора соединены между собой последовательно или параллельно, в зависимости от технических условий, например требуемого ЭДС или тока. Для возможности вращения ротор 5 при помощи подшипников 4 установлен на корпус 1 статора (фиг.1). Ротор 5 выполнен из немагнитного материала, например дюралюминий, бронза и другие. Для возможности регулирования магнитного потока возбуждения на ротор 5 установлены обмотки 6 возбуждения (фиг.1, 2, 4, 5). Обмотки 6 возбуждения представляют собой магнитопроводы, на которые намотан проводник. Магнитопроводы обмоток 6 возбуждения, для уменьшения взаимодействия между собой, разделены вставкой L из немагнитного материала, например дюралюминий (фиг.5). Для возможности подачи напряжения проводники обмотки 6 возбуждения присоединены к контактным кольцам 7, по которым скользят электрические щетки 8 (фиг.1, 2, 4). Концы проводника обмотки 6 возбуждения соединены с контактными кольцами 7 так, чтобы полюса намагниченности двух рядом установленных магнитопроводов обмоток 6 возбуждения были противоположны (фиг.2, 4, 5). Для возможности перемещения обмоток 6 возбуждения, установленных на роторе 5 через магнитопроводы 2, между полюсами магнитопроводов 2 и полюсами магнитопроводов обмоток 6 возбуждения имеется воздушный зазор D (фиг.1, 3).The electric machine consists of a stator and a rotor. The stator contains a housing 1 (Fig. 1) made of non-magnetic material, for example duralumin, on which the magnetic circuits 2 (Figs. 1, 2, 4), made of plates of electrical steel, are fixedly mounted and evenly distributed around the circumference. On the magnetic circuits 2 (1, 2, 4) installed windings 3 of the stator (1, 2, 3, 4). The stator windings 3 are interconnected in series or in parallel, depending on the technical conditions, for example, the required EMF or current. For the possibility of rotation of the rotor 5 using bearings 4 mounted on the housing 1 of the stator (figure 1). The rotor 5 is made of non-magnetic material, for example duralumin, bronze and others. To be able to control the magnetic flux of the excitation on the rotor 5 installed winding 6 of the excitation (Fig.1, 2, 4, 5). Field windings 6 are magnetic cores on which a conductor is wound. The magnetic cores of the field windings 6, to reduce the interaction between themselves, are separated by an insert L of non-magnetic material, for example duralumin (Fig. 5). To supply voltage, the conductors of the field winding 6 are connected to the contact rings 7, along which the electric brushes 8 slide (Figs. 1, 2, 4). The ends of the conductor of the field winding 6 are connected to the contact rings 7 so that the magnetization poles of two adjacent magnetic cores of the field windings 6 are opposite (Figs. 2, 4, 5). To be able to move the field windings 6 mounted on the rotor 5 through the magnetic circuits 2, there is an air gap D between the poles of the magnetic circuits 2 and the poles of the magnetic circuits of the field windings 6 (Figs. 1, 3).

Электрическая машина работает следующим образом.The electric machine operates as follows.

В генераторном режиме при вращении ротора 5, как показано стрелкой (фиг.2), в магнитопроводах 2, служащих для замыкания разнонаправленных магнитных потоков Ф1 и Ф2 (направление которых показано на фиг.З от S полюса к N обмоток 6 возбуждения), создается переменный магнитный поток Ф, равный алгебраической сумме магнитных потоков Ф1 и Ф2. Под воздействием магнитного потока Ф по закону электромагнитной индукции, в обмотках 3 статора будет наводится ЭДС(электродвижущая сила) равная:In the generator mode, when the rotor 5 is rotated, as shown by the arrow (Fig. 2), in the magnetic cores 2, which serve to close the multidirectional magnetic fluxes F1 and F2 (the direction of which is shown in Fig. 3 from the S pole to N field windings 6), a variable magnetic flux Ф equal to the algebraic sum of magnetic fluxes Ф1 and Ф2. Under the influence of the magnetic flux Ф according to the law of electromagnetic induction, an EMF (electromotive force) equal to:

где с - конструктивный коэффициент, Ф - магнитный поток создаваемый ротором, Вб, ƒ - частота индуктируемых в обмотках ЭДС, Гц, которая находится по формуле:where c is the design coefficient, Ф is the magnetic flux created by the rotor, Wb, ƒ is the frequency of the emf induced in the windings, Hz, which is found by the formula:

где р - число пар полюсов обмотки 6 возбуждения ротора, n - обороты вращения ротора, об/мин.where p is the number of pairs of poles of the winding 6 of the rotor excitation, n is the rotational speed of the rotor, rpm

Из формулы 1 видно, что ЭДС статора есть функция Е(Ф), при ƒ -const, a магнитный поток в свою очередь функция от тока ротора Ф(I_P). Таким образом, изменяя величину тока I_P, мы изменяем магнитный поток Ф и как следствие можем добиться нужной нам ЭДС.From formula 1 it can be seen that the stator EMF is a function E (Ф), for ƒ -const, and the magnetic flux, in turn, is a function of the rotor current Ф (I _P ). Thus, changing the magnitude of the current I _P , we change the magnetic flux Ф and as a result, we can achieve the desired EMF.

В двигательном режиме электрическая машина работает следующим образом.In motor mode, the electric machine operates as follows.

Принцип действия электрической машины в двигательном режиме основан на взаимодействии магнитного поля полюсов магнитопроводов 2 статора и магнитного поля полюсов магнитопроводов обмотки 6 возбуждения.The principle of operation of an electric machine in a motor mode is based on the interaction of the magnetic field of the poles of the magnetic circuits 2 of the stator and the magnetic field of the poles of the magnetic circuits of the field winding 6.

При подаче переменного напряжения на обмотки 3 статора, полюса магнитопроводов 2 намагничиваются. На обмотки 6 возбуждения подается постоянное напряжение. Одноименные полюса намагниченности магнитопроводов 2 и магнитопроводов обмоток 6 возбуждения начинают отталкиваться. Между полюсами S (или N) магнитопроводов 2 и полюсом N (или S) магнитопроводов обмоток 6 возбуждения возникают упругие силы взаимодействия, как показано волнистыми линиями (фиг.6). В результате чего полюса магнитопроводов обмоток 6 возбуждения начинают притягиваться к полюсам магнитопроводов 2 статора, и ротор 5 приходит в движение, как показано стрелкой (фиг.6), со скоростью равной:When applying alternating voltage to the stator windings 3, the poles of the magnetic circuits 2 are magnetized. A constant voltage is applied to the field windings 6. The same magnetization poles of the magnetic cores 2 and the magnetic cores of the field windings 6 begin to repel. Between the poles S (or N) of the magnetic cores 2 and the pole N (or S) of the magnetic cores of the field windings 6, elastic interaction forces arise, as shown by wavy lines (Fig.6). As a result, the poles of the magnetic circuits of the field windings 6 begin to be attracted to the poles of the magnetic circuits 2 of the stator, and the rotor 5 is set in motion, as shown by the arrow (Fig.6), with a speed equal to:

где р - число пар полюсов ротора, ƒ - частота питаемого напряжения, Гц.where p is the number of pairs of rotor poles, ƒ is the frequency of the supplied voltage, Hz.

Электромагнитный момент создаваемый электрической машиной в двигательном режиме зависит от магнитного потока Ф ротора, а магнитный поток в свою очередь функция от тока ротора Ф(I_P). По закону Ома ток ротора I_P=U_P/Z_P, где U_P - напряжение подводимое к обмотке возбуждения ротора, a Z_P ее сопротивление. Таким образом, изменяя величину напряжения U_P, при Z_P - const, мы изменяем ток ротора I_P, что в свою очередь ведет к изменения магнитного потока Ф ротора и электромагнитного момента создаваемого электрической машиной. Таким образом, изменяя величину напряжения подводимого к обмотке возбуждения, мы изменяем электромагнитный момент.The electromagnetic moment created by the electric machine in the motor mode depends on the magnetic flux Ф of the rotor, and the magnetic flux, in turn, is a function of the rotor current Ф (I _P ). According to Ohm's law, the rotor current is I _P = U _P / Z _P , where U _P is the voltage supplied to the rotor field winding, and Z _{P is} its resistance. Thus, by changing the voltage U _P , at Z _P - const, we change the rotor current I _P , which in turn leads to a change in the magnetic flux Ф of the rotor and the electromagnetic moment created by the electric machine. Thus, by changing the magnitude of the voltage supplied to the excitation winding, we change the electromagnetic moment.

Claims

An electric machine containing a stator, a stator winding and its magnetic system, a rotor, a stator magnetic system is made in the form of magnetic cores on which the windings are wound, the magnetic cores are uniformly distributed around the circumference and fixedly mounted on the stator housing, the rotor is made of non-magnetic material, characterized in that excitation windings are installed on the rotor, and the excitation windings are connected to the contact rings so that the magnetization poles of two adjacent magnetic cores of the excitation windings n They are opposite, between the poles of the stator magnetic circuits and the poles of the magnetic field windings there is an air gap, between the magnetic circuits of the field windings there is an insert of non-magnetic material.