RU2057389C1

RU2057389C1 - Reluctance motor

Info

Publication number: RU2057389C1
Application number: RU94005546A
Authority: RU
Inventors: О.Б. Давыденко; Б.В. Литвинов; А.В. Савельев; В.А. Шаврин
Original assignee: Новосибирский государственный технический университет
Priority date: 1994-02-16
Filing date: 1994-02-16
Publication date: 1996-03-27

Abstract

FIELD: synchronous machine. SUBSTANCE: rotor core is built up of U-shaped laminated stacks whose radially oriented sections are arranged within active space of rotor and have varying height in axial direction that changes from zero on external radius to maximum value on internal radius of machine active zone obeying linear law; tangentially oriented section of stacks are of permanent height and are located in region confined by internal radius of machine active space. EFFECT: improved speed, power characteristics, mass and size, facilitated manufacture. 4 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к синхронным реактивным двигателям (СРД) торцового исполнения, и может быть использовано как в силовых электроприводах, так и в различных системах автоматики. The invention relates to electric machines, namely to synchronous jet engines (SRD) of mechanical design, and can be used both in power electric drives and in various automation systems.

Известен синхронный реактивный электродвигатель [1] содержащий статор с многофазной обмоткой и явнополюсный ротор, магнитопровод которого выполнен из расположенных вдоль активной поверхности двигателя ферромагнитных пакетов. Known synchronous jet motor [1] containing a stator with a multiphase winding and explicit pole rotor, the magnetic circuit of which is made of ferromagnetic packets located along the active surface of the engine.

Недостатком известного двигателя являются низкие энергетические показатели, обусловленные недостаточно высоким уровнем отношение Gd/Gg магнитных проводимостей по продольной и поперечной осям ротора. A disadvantage of the known engine is its low energy performance due to the insufficiently high level of the Gd / Gg ratio of magnetic conductivities along the longitudinal and transverse axes of the rotor.

Наиболее близким к предлагаемому является двигатель [2] содержащий статор с m-фазной обмоткой и явнополюсный ротор, магнитопровод которого выполнен из расположенных вдоль активной поверхности двигателя ферромагнитных пакетов, отделенных друг от друга слоями немагнитного материала. Указанные ферромагнитные пакеты состоят из отдельных элементов с прорезями и имеют длину вдоль активной поверхности машины, превышающую длину пакета статора. Наличие прорезей в элементах пакетов приводит к уменьшению магнитной проводимости по поперечной оси при сохранении на достаточно высоком уровне магнитной проводимости по продольной оси, следствием чего является повышенный уровень энергетических характеристик рассматриваемого СРД. Однако известный СРД в торцовом исполнении характеризуется рядом недостатков, основными из которых являются: усложненность технологии изготовления роторов, связанный с необходимостью использования прессового оборудования при штамповочных работах; недостаточно высокие массогабаритные показатели, обусловленные недоиспользованием активных материалов ротора; малое быстродействие за счет повышенного момента инерции ротора; низкие энергетические характеристики вследствие недостаточно высокого отношения Gd/Gg магнитных проводимостей по продольной и поперечной осям ротора. Closest to the proposed one is an engine [2] containing a stator with an m-phase winding and an explicit pole rotor, the magnetic circuit of which is made of ferromagnetic packets located along the active surface of the engine, separated from each other by layers of non-magnetic material. These ferromagnetic packets consist of individual elements with slots and have a length along the active surface of the machine that exceeds the length of the stator packet. The presence of slots in the package elements leads to a decrease in the magnetic conductivity along the transverse axis while maintaining a sufficiently high level of magnetic conductivity along the longitudinal axis, which results in an increased level of energy characteristics of the considered SRD. However, the well-known SDR in the face design is characterized by a number of disadvantages, the main of which are: the complexity of the manufacturing technology of rotors associated with the need to use press equipment for stamping operations; insufficiently high overall dimensions due to underutilization of the active materials of the rotor; low speed due to the increased moment of inertia of the rotor; low energy characteristics due to the insufficiently high Gd / Gg ratio of magnetic conductivities along the longitudinal and transverse axes of the rotor.

Цель изобретения улучшение массогабаритных показателей СРД торцового исполнения, увеличение их быстродействия, повышение энергетических характеристик, упрощение технологии изготовления. The purpose of the invention is the improvement of the overall dimensions of the end-to-end SRD, an increase in their speed, an increase in energy characteristics, and simplification of manufacturing technology.

Цель достигается тем, что в СРД торцового исполнения, содержащем статор с m-фазной обмоткой и явнополюсный ротор с магнитопроводом, образованным расположенными вдоль активной поверхности двигателя ферромагнитными пакетами, состоящими из отдельных элементов, указанные ферромагнитные пакеты выполнены П-образной формы из элементов, боковые поверхности которых параллельны оси вращения ротора, радиально ориентированные участки пакетов расположены в пределах активной зоны машины и имеют переменную высоту, изменяющуюся по линейному закону от нуля на внешнем радиусе до максимального значения на внутреннем радиусе активной зоны машины, а тангенциально ориентированные участки пакетов имеют постоянную высоту и размещены в области, ограниченной внутренним радиусом активной зоны машины. The goal is achieved by the fact that in the front-end DDS, which contains a stator with an m-phase winding and an explicit pole rotor with a magnetic circuit formed by ferromagnetic packages located along the active surface of the engine, consisting of individual elements, these ferromagnetic packages are made in a U-shape from the elements, side surfaces which are parallel to the axis of rotation of the rotor, radially oriented sections of the packages are located within the active zone of the machine and have a variable height, which varies linearly from zero at the outer radius to the maximum value at the inner radius of the active zone of the machine, and tangentially oriented packet portions have a constant height and are placed in a region bounded by an inner radius of the active zone of the machine.

На фиг. 1 представлен СРД, продольный разрез; на фиг. 2 магнитопровод ротора СРД; на фиг. 3 П-образный пакет магнитопровода ротора; на фиг. 4 один из возможных способов изготовления П-образных пакетов магнитопровода ротора посредством разрезания рулона, намотанного из ленточной электротехнической стали. In FIG. 1 shows a DRS, a longitudinal section; in FIG. 2 magnetic core of the rotor SRD; in FIG. 3 U-shaped package of the rotor magnetic circuit; in FIG. 4 is one of the possible methods for manufacturing U-shaped packages of the rotor magnetic circuit by cutting a roll wound from tape electrical steel.

Предлагаемый СРД (фиг. 1 и 2) состоит из статора 1 с m-фазной обмоткой 2 и явнополюсного ротора 3. На немагнитном остове 4 ротора 3 установлены П-образные ферромагнитные пакеты 5, состоящие из отдельных элементов, боковые поверхности которых параллельны оси вращения двигателя. Радиально ориентированные участки 6 П-образных пакетов 5 размещены в пределах активной зоны машины и имеют переменную высоту, а тангенциально ориентированные участки 7 П-образных пакетов 5 расположены за пределами активной зоны машины и имеют постоянную высоту. Каждый из полюсов ротора образован радиальными участками 6 смежных П-образных пакетов, которые образуют ярмовые перемычки между полюсами. The proposed SRD (Figs. 1 and 2) consists of a stator 1 with an m-phase winding 2 and an explicit pole rotor 3. U-shaped ferromagnetic packages 5 are installed on a non-magnetic core 4 of the rotor 3, consisting of individual elements, the side surfaces of which are parallel to the axis of rotation of the motor . Radially oriented sections 6 of the U-shaped packages 5 are located within the active zone of the machine and have a variable height, and tangentially oriented sections 7 of U-shaped packages 5 are located outside the active zone of the machine and have a constant height. Each of the poles of the rotor is formed by radial sections of 6 adjacent U-shaped packets that form yoke bridges between the poles.

Электродвигатель работает следующим образом. The electric motor operates as follows.

Питаемая m-фазным переменным током обмотка 2 статора 1 (фиг. 1) создает в зазоре машины бегущее с синхронной скоростью магнитное поле. В пределах ротора магнитный поток замыкается так, как показано на фиг. 2. За счет магнитной несимметрии ротора 3 возникает электромагнитный момент, приводящий ротор 3 во вращение. Величина электромагнитного момента синхронной реактивной машины определяется отношением магнитных проводимостей по продольной и поперечной осям ротора 3. The winding 2 of the stator 1, fed by the m-phase alternating current (Fig. 1), creates a magnetic field running at a synchronous speed in the gap of the machine. Within the rotor, the magnetic flux closes as shown in FIG. 2. Due to the magnetic asymmetry of the rotor 3, an electromagnetic moment arises, bringing the rotor 3 into rotation. The magnitude of the electromagnetic moment of a synchronous jet machine is determined by the ratio of magnetic conductivities along the longitudinal and transverse axes of the rotor 3.

Заявляемый СРД обладает пониженным моментом инерции и, как результат, повышенным быстродействием вследствие того, что маховые массы ротора 3 смещены к оси вращения. Обусловлено это тем, что ярмовые перемычки полюсов (тангенциальные участки 7 П-образных пакетов 5) размещены вне активной зоны в области, приближенной к валу ротора. Кроме того, переменная высота радиальных участков 6 пакетов 5, возрастающая от нуля на внешнем радиусе до максимального значения на внутреннем радиусе активной зоны ротора, также приводит к снижению момента инерции ротора и улучшению динамических свойств заявляемого двигателя. The inventive SLD has a reduced moment of inertia and, as a result, increased speed due to the fact that the fly masses of the rotor 3 are shifted to the axis of rotation. This is due to the fact that the yoke jumpers of the poles (tangential sections 7 of the U-shaped packets 5) are located outside the active zone in the region close to the rotor shaft. In addition, the variable height of the radial sections 6 of the packages 5, increasing from zero on the outer radius to the maximum value on the inner radius of the active zone of the rotor, also reduces the moment of inertia of the rotor and improves the dynamic properties of the inventive engine.

С учетом того, что в радиальных участках 6 пакетов 5 магнитопровода ротора 3 магнитный поток направлен вдоль радиуса (фиг. 2) от внешнего диаметра активной зоны ротора 3 к ярмовым перемычкам 7, величина потока, пронизывающего радиальные участки 6 пакетов 5, возрастает от нуля на внешнем диаметре до максимального значения на внутреннем диаметре активной зоны машины. Линейное возрастание высоты радиальных участков 6 П-образных пакетов 5 от нуля на внешнем диаметре до максимального значения на внутреннем диаметре активного объема машины предопределяет близкое к постоянному значению индукции во всех сечениях П-образных пакетов 5. Результатом этого является максимальное использование электротехнической стали в магнитопроводе ротора 3 и улучшение массогабаритных показателей электродвигателя в целом. Given that in the radial sections 6 of the packages 5 of the magnetic circuit of the rotor 3, the magnetic flux is directed along the radius (Fig. 2) from the outer diameter of the active zone of the rotor 3 to the yoke jumpers 7, the magnitude of the thread penetrating the radial sections 6 of the packages 5 increases from zero by outer diameter to the maximum value on the inner diameter of the core of the machine. A linear increase in the height of the radial sections 6 of the U-shaped packages 5 from zero on the outer diameter to the maximum value on the inner diameter of the active volume of the machine determines a close to constant value of induction in all sections of the U-shaped packages 5. The result is the maximum use of electrical steel in the rotor core 3 and the improvement of overall dimensions of the electric motor as a whole.

Следствием переменной высоты радиальных участков 6 П-образных пакетов 5 является также значительное снижение магнитной проводимости ротора 3 по поперечной оси при сохранении на достаточно высоком уровне магнитной проводимости ротора 3 по продольной оси, что приводит к существенному улучшению энергетических характеристик заявляемого СРД по сравнению с прототипом. The consequence of the variable height of the radial sections 6 of the U-shaped packages 5 is also a significant decrease in the magnetic conductivity of the rotor 3 along the transverse axis while maintaining a sufficiently high level of the magnetic conductivity of the rotor 3 along the longitudinal axis, which leads to a significant improvement in the energy characteristics of the claimed SRD compared to the prototype.

Таким образом выполнение магнитопровода ротора из П-образных пакетов, радиальные участки которых имеют переменную высоту, а тангенциальные участки расположены вне активного объема ротора в области, ограниченной внутренним радиусом активной зоны машины, приводит к существенному повышению быстродействия, улучшению энергетических, массогабаритных показателей синхронных реактивных машин торцового исполнения при одновременном упрощении технологии их изготовления. Thus, the implementation of the rotor magnetic circuit from U-shaped packages, the radial sections of which are of variable height, and the tangential sections are located outside the active volume of the rotor in the region bounded by the internal radius of the active zone of the machine, leads to a significant increase in speed, improvement of energy, weight and size characteristics of synchronous jet machines end execution while simplifying the technology of their manufacture.

Claims

SYNCHRONOUS REACTIVE ELECTRIC MOTOR of end design, comprising a stator with m-phase winding and an explicit pole rotor, the magnetic circuit of which is made of ferromagnetic packages consisting of individual elements located along the active surface of the engine, characterized in that the ferromagnetic packages are made U-shaped from elements whose side surfaces are parallel to the axis of rotation of the rotor, radially oriented sections of the packages are located within the active volume of the rotor and have a variable height, varying according to the linear law, from zero on the outer radius to the maximum value on the inner radius of the core of the machine, the tangentially oriented sections of the packets have a constant height and are located in a region bounded by the inner radius of the active engine volume.