RU21986U1

RU21986U1 - INDUCTOR ELECTRIC MACHINE

Info

Publication number: RU21986U1
Application number: RU2001121837/20U
Authority: RU
Inventors: А.М. Камалдинов; В.М. Чергештов
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ТЕХНОМАШ"
Priority date: 2001-08-06
Filing date: 2001-08-06
Publication date: 2002-02-27

Abstract

Индукторная электрическая машина, содержащая статор, состоящий из магнитопровода, выполненного в виде нескольких секций с обмотками, и ротор, отличающаяся тем, что активные магнитные элементы секций статора, образующие момент, выполнены в виде дисков, на внутреннем диаметре которых имеются равномерно расположенные z зубцов, а наружные диаметры замкнуты пассивными участками магнитопровода, обмотка выполнена кольцевой и расположена в полостях между дисками секции и пассивными участками магнитопровода, ротор выполнен из магнитомягкого материала цилиндрическим диаметром d с тем же количеством зубцов, что и у статора секции и разделен по длине канавками глубиной δ = (0,2...2)τ, (где τ - зубцовое деление τ = πd/z) на то же число секций, что и статор, при этом m секций статора повернуты относительно друг друга на угол 2π/z/m и разделены немагнитными промежутками величиной не менее δ.An inductor electric machine containing a stator, consisting of a magnetic circuit made in the form of several sections with windings, and a rotor, characterized in that the active magnetic elements of the stator sections that form the moment are made in the form of disks, on the inner diameter of which there are evenly spaced z teeth, and the outer diameters are closed by passive sections of the magnetic circuit, the winding is made circular and located in the cavities between the disks of the section and the passive sections of the magnetic circuit, the rotor is made of soft magnetic m of the material with a cylindrical diameter d with the same number of teeth as that of the stator section and is divided along the length by grooves of depth δ = (0.2 ... 2) τ, (where τ is the tooth division τ = πd / z) by the same number sections, as the stator, with m stator sections rotated relative to each other by an angle of 2π / z / m and separated by non-magnetic gaps of at least δ.

Description

Индукторная электрическая машинаInductive Electric Machine

Полезная модель относится к области электротехники, а именно, к конструкциям электрических машин переменного тока с разделенными магнитопроводами.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely, to the designs of electrical AC machines with separated magnetic circuits.

Известна индукторная электрическая машина, содержащая корпус со статором и ротор. Статор включает в себя мапштонровод в виде комплектов зубчатых пакетов, а каждый комплект состоит из нескольких П-образных аксиально расположенных пакетов, образующих зубцы в зазоре. Каждый из статорных накетов имеет якорную обмотку и обмотку возбуждения. Ротор состоит из трех комнлектов магнитопроводов. шихтованных в радиальных плоскостях и насаженных на втулку на валу ротора. На роторе также имеется короткозамкнутая обмотка, стержни которой соединимы накоротко кольцами на торцах ротора, (см. патент РФ .№215495, кл. НО2 К19/06,1999 г.) - наиболее близкий аналог.Known induction electric machine containing a housing with a stator and a rotor. The stator includes a map-wire in the form of sets of gear packages, and each set consists of several U-shaped axially arranged packages that form the teeth in the gap. Each of the stator races has an anchor winding and an excitation winding. The rotor consists of three sets of magnetic cores. burnt in radial planes and mounted on a sleeve on the rotor shaft. The rotor also has a short-circuited winding, the rods of which are short-circuited by rings at the ends of the rotor (see RF patent. No. 215495, class HO2 K19 / 06.1999) - the closest analogue.

В результате анализа известной конструкции индукторной электрической машины необходимо отметить, что в данной конструкции необходимо обеспечивать . надежное крепление отдельных П-образных зубчатых пакетов, на которые действуют значительные нагрузки, величина нагрузки пронорциоиальна величине момента создаваемого электрической машиной. Нагрузки, действующие на П-образные пакеты, изменяют направление н величину как в процессе вращения в одном направлении, так и при изменении направления вращения, как бы пытаясь «раскачать и «вырвать пакет из места его закрепления. Наличие источников тенла - кольцевой обмотки и нагревание Побразных пакетов и других элементов конструкции токами Фуко еще более усложняет задачу надежного закрепления пакетов. Для обеспечения надежного закрепления пакетов необходимо учитывать не только коэффициенты линейного расширения различных материалов использованных в конструкции, но и изменение линейных размеров пакетов в результате магнитострикции. Периодическое изменеиие линейных размеров элементов конструкции приводит к их относительному перемещению и. как следствие, постепенному износу трущихся поверхностей. Появление незначительных люфтов в результате износа приводит к существенному ухудщению эксплуатационных параметров электрической мащины - сначала росту вибрации, шума, а затем и заклиниванию в результате контакта П-образных пакетов ротора и статора.As a result of the analysis of the known design of the inductor electric machine, it should be noted that in this design it is necessary to provide. reliable fastening of individual U-shaped gear packages, which are subjected to significant loads, the magnitude of the load is pronorial to the magnitude of the moment created by the electric machine. The loads acting on the U-shaped packages change direction and magnitude both in the process of rotation in one direction and when the direction of rotation changes, as if trying to “swing and“ tear the package out of its place of fastening. The presence of sources of a ten - a ring winding and heating of shaped bags and other structural elements with Foucault currents further complicates the task of reliable fastening of packages. To ensure reliable fastening of the packages, it is necessary to take into account not only the linear expansion coefficients of various materials used in the design, but also the change in the linear dimensions of the packages as a result of magnetostriction. Periodic changes in the linear dimensions of structural elements leads to their relative displacement and. as a result, gradual wear of rubbing surfaces. The appearance of slight backlash as a result of wear leads to a significant deterioration in the operational parameters of the electric machine - first, an increase in vibration, noise, and then jamming as a result of the contact of the U-shaped packages of the rotor and stator.

Проявление перечисленных явлений увеличивается при росте вращающего момента, создаваемого электрической мащиной серьезно затрудняя создание мащин с большими вращающими моментами.The manifestation of these phenomena increases with increasing torque generated by the electric machine, seriously complicating the creation of machines with large torques.

Задачей настоящей полезной модели является повышение вращающего момента при малых скоростях вращения ротора двигателя. Поставленная задача решается тем, что в электрической машине, содержащей статор, состоящий из магнитопровода, выполненного в виде нескольких секций с обмотками, и ротор, активные магнитные элементы секций статора, образующие момент, выполнены в виде дисков, на внутреннем диаметре которых имеются равномерно расположенные z зубцов, а наружные диаметры замкнуты пассивными участками магиитопровода, обмотка выполнена кольцевой и расположена в полостях между дисками секции и пассивными }частками магнитопровода, ротор выполнен из магиитомягкого материала цилиндрическим диаметром d с тем же количеством зубцов что и у статора секции и разделен по длине канавками глубиной 6(0.2...2)т, (где т-зубцовое деление т 7к1/г) на тоже число секций что и статор, при этом m секций статора повернуты относительно друг друга на угол 2л/г/т и разделены немагнитными промежутками величиной не менее 5.The objective of this utility model is to increase the torque at low rotational speeds of the motor rotor. The problem is solved in that in an electric machine containing a stator, consisting of a magnetic circuit made in the form of several sections with windings, and a rotor, the active magnetic elements of the stator sections forming the moment are made in the form of disks, on the inner diameter of which there are uniformly spaced z teeth, and the outer diameters are closed by passive sections of the magnetic circuit, the winding is made circular and is located in the cavities between the disks of the section and passive} parts of the magnetic circuit, the rotor is made of soft magnetic of the material with a cylindrical diameter d with the same number of teeth as the stator section and is divided along the length by grooves with a depth of 6 (0.2 ... 2) t, (where the t-tooth division is 7k1 / g t) by the same number of sections as the stator, wherein m stator sections are rotated relative to each other by an angle of 2 l / g / t and are separated by non-magnetic gaps of at least 5.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где: На фиг. 1 - индукторная электрическая мащина, осевой разрез: На фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1; На фиг. 3 - разрез Б-Б по фиг. 1.The essence of the utility model is illustrated by graphic materials, where: In FIG. 1 - induction electric machine, axial section: In FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; In FIG. 3 is a section BB in FIG. 1.

Индукторная электрическая машина содержит ротор 1. выполненный из магнитомягкого материала. На наружной поверхности ротора 1 диаметром d имеются z прямых зубцов 2, расположенных по всей образующей. На роторе 1 закреплены цапфы 3 и 4. Втулка 5 установлена в крышке 6, закрепленной на корпусе 7, а втулка 8 - в крышке 9. Втулки 5 и 8 совместно с цапфами 3 и 4 образуют опоры скольжения и обеспечивают вращение ротора 1.Induction electric machine contains a rotor 1. made of soft magnetic material. On the outer surface of the rotor 1 with a diameter d there are z straight teeth 2 located along the entire generatrix. The trunnions 3 and 4 are fixed on the rotor 1. The sleeve 5 is installed in the cover 6, mounted on the housing 7, and the sleeve 8 in the cover 9. The bushings 5 and 8 together with the trunnions 3 and 4 form sliding bearings and provide rotation of the rotor 1.

Крышки 6 и 10 и корпус 7 образуют замкнутый обьем в котором расположен статор охватывающий ротор 1. Статор состоит из m секций, разделенных между собой немагнитными промежутками шириной не менее б, обеспечивающими отсутствие взаимного влияния магнитных полей расположенных рядом секций. Ротор также разделен на секции канавками шириной и глубиной 8, которые не только существенно снижают влияния магнитного поля соседнего статора, но и препятствуют возникновению осевой силы (вредной) при работе каждого из статоров.The covers 6 and 10 and the housing 7 form a closed volume in which the stator is located enclosing the rotor 1. The stator consists of m sections separated by non-magnetic gaps with a width of at least b, ensuring the absence of mutual influence of magnetic fields of adjacent sections. The rotor is also divided into sections by grooves with a width and depth of 8, which not only significantly reduce the influence of the magnetic field of the adjacent stator, but also prevent the occurrence of axial force (harmful) during the operation of each of the stators.

Каждая из m секций статора выполнена в виде двух магнитомягких цельнометаллических дисков 11 и 12, являющихся основными элементами, которые создают силовое магиитное поле и размещенными между ними пассивными кольцевыми магнитопроводами 13 и кольцевой обмоткой 14. На внутренней новерхности каждого диска 11 и 12 имеются z прямых зубцов 15, число которых равно числ) зубцов ротора 1. а на наружной поверхности пазы для элементрв крепления статора и укладки проводов. При этом m секций статора повернуты относительно друг друга на угол 2я/г/т.Each of the m sections of the stator is made in the form of two magnetically soft all-metal disks 11 and 12, which are the main elements that create a magnetic force field and passive ring magnetic circuits 13 and ring winding placed between them 14. There are z straight teeth on the inner surface of each disk 11 and 12 15, the number of which is equal to the number of) teeth of the rotor 1. and on the outer surface of the grooves for the elements of fastening the stator and laying the wires. In this case, the m stator sections are rotated relative to each other by an angle of 2π / g / t.

Электрическая машина также содержит закрепленный на роторе 1 информационный диск 16 с Z зубцами 17, число которых равно числу зубцов ротора 1. Информационный диск размещен на втулке 18, установленной на цапфе 4 ротора и поджат к буртику втулки кольцом 19 и гайкой 20, навинченной на резьбовой конец цапфы 4.The electric machine also contains an information disk 16 mounted on the rotor 1 with Z teeth 17, the number of which is equal to the number of teeth of the rotor 1. The information disk is placed on the sleeve 18 mounted on the axle 4 of the rotor and is pressed against the collar of the sleeve by a ring 19 and a nut 20 screwed onto a threaded pin end 4.

Информация с диска 16 снимается блоком датчиков 21 при вращении ротора 1 в одном направлении и блоком, датчиков 22, при вращении ротора 1 в противоположном направлении. Блоки датчиков размещены на крышке 9.Information from the disk 16 is removed by the sensor unit 21 when the rotor 1 rotates in one direction and the sensor unit 22, when the rotor 1 rotates in the opposite direction. Sensor blocks are placed on the cover 9.

Секции статора обозначены позициями 23, 24, 25, 26. 27, 28. Секции стагора . закреплены в корпусе 7 и относительно друг друга деталями 29.Stator sections are indicated by 23, 24, 25, 26. 27, 28. Stagor sections. fixed in the housing 7 and relative to each other with parts 29.

Индукторная электрическая машина работает следующим образом.Induction electric machine operates as follows.

В соответствии с выбранным направлением вращения блок датчиков 21 или 22 вырабатывают сигнал для подачи напряжения в кольцевые обмотки тех двух секций статора зубцы на внутреннем диаметре которых имеют минимальные расстояния ( с учетом направления вращения) до зубцов ротора. Возникающий вращающий момент преодолевает момент создаваемый нагрузкой, и ротор приходит во вращение. При изменении относительного положения зубцов ротора и статора срабатываел блок датчиков 21 или 22 и переключаются напряжения на обмотки. Например, отключается обмотка одной секции и подключается обмотка другой секции. Таким образом, работают обмотки 24 и 25, при этом момент создаваемый секцией 24 больше момента создаваемого секцией 25, но они направлены в одну сторону и складываются. Движение продолжается в выбранном направлении. При следующем срабатывании блока датчиков 21 или 22 происходит выключение обмотки секции 24 и включение обмотки секции 26, при этом обмотка секции 25 продолжает работать.In accordance with the selected direction of rotation, the sensor unit 21 or 22 generate a signal for supplying voltage to the ring windings of those two sections of the stator, the teeth on whose inner diameter have minimum distances (taking into account the direction of rotation) to the teeth of the rotor. The resulting torque overcomes the moment created by the load, and the rotor comes into rotation. When the relative position of the teeth of the rotor and stator changes, the sensor unit 21 or 22 is activated and the voltage to the windings is switched. For example, the winding of one section is turned off and the winding of another section is connected. Thus, the windings 24 and 25 work, while the moment created by section 24 is greater than the moment created by section 25, but they are directed in one direction and add up. The movement continues in the selected direction. The next time the sensor block 21 or 22 is triggered, the winding of section 24 is turned off and the winding of section 26 is turned on, while the winding of section 25 continues to work.

При изменении направления вращения переключения происходят в обратном порядке. Новыщение вращающего момента электрической машины происходит за счет того, что работают одновременно две обмотки, вращающие моменты которых складываются.When changing the direction of rotation of the switch occur in the reverse order. The saturation of the torque of the electric machine occurs due to the fact that two windings work simultaneously, the torques of which add up.

To, что магнитопроводы секций статора и ротор выполнены цельнометаллическими обеспечивает простоту крепления, точность взаимной ориентации и надежность их фиксации.To the fact that the magnetic circuits of the stator and rotor sections are made all-metal, it provides ease of fastening, accuracy of mutual orientation and reliability of their fixation.

Для уменьшения потерь на вихревые токи (токи Фуко) питание электрической машины осуществляется постоянным током, при этом потери возникают только в моменты коммутации обмоток. Частота коммутации каждой из m секций снижена за счет того, что обмотка практически работает на протяжении двойного угла между зубцами, постепенно увеличивая развиваемый момент по мере уменьшения расстояния между зубцами ротора и статора. Кроме того, уменьшению потерь способствует наличие немагнитных промежутков между секциями статора и наличие канавок на роторе шириной не менее 8. Наличие немагнитных промежутков и канавок уменьшает потери на рассеяние магнитного потока, препятствует возникновению обратных (тормозяших) моментов в соседних секциях и устраняет потери, связанные с возникновением осевой силы.To reduce losses due to eddy currents (Foucault currents), the electric machine is supplied with direct current, while losses occur only at the moments of switching of the windings. The switching frequency of each of the m sections is reduced due to the fact that the winding practically works for a double angle between the teeth, gradually increasing the developed moment as the distance between the teeth of the rotor and the stator decreases. In addition, the presence of non-magnetic gaps between the stator sections and the presence of grooves on the rotor with a width of at least 8 contribute to the reduction of losses. The presence of non-magnetic gaps and grooves reduces the loss of magnetic flux scattering, prevents the occurrence of reverse (braking) moments in neighboring sections and eliminates losses associated with the occurrence of axial force.

Claims

An inductor electric machine containing a stator, consisting of a magnetic circuit made in the form of several sections with windings, and a rotor, characterized in that the active magnetic elements of the stator sections that form the moment are made in the form of disks, on the inner diameter of which there are evenly spaced z teeth, and the outer diameters are closed by passive sections of the magnetic circuit, the winding is made circular and located in the cavities between the disks of the section and the passive sections of the magnetic circuit, the rotor is made of soft magnetic m of the material with a cylindrical diameter d with the same number of teeth as that of the stator section and is divided along the length by grooves of depth δ = (0.2 ... 2) τ, (where τ is the tooth division τ = πd / z) by the same number sections, as the stator, while m stator sections are rotated relative to each other by an angle of 2π / z / m and are separated by non-magnetic gaps of at least δ.