RU2256995C2

RU2256995C2 - Motor-generator

Info

Publication number: RU2256995C2
Application number: RU2003107002/09A
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Исачкин (RU); А.Ф. Исачкин
Original assignee: Исачкин Анатолий Федорович
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2005-07-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; electric motor and generator manufacture.

SUBSTANCE: motor-generator has stator and rotor disks and frame; stator disks mount coils and rotor disks, permanent magnets. Stator is longitudinally divided into two parts; stator disks are also divided minimum into two parts, and rotor is installed in one of stator parts after half of stator disks are installed therein; after that other stator part is installed, and stator is fully assembled and secured within frame together with rotor.

EFFECT: simplified design and reduced cost, facilitated assembly and repairs of machine, provision for interchangeability of structural components.

4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении электродвигателей и генераторов.The invention relates to electrical engineering and can be used in the manufacture of electric motors and generators.

Уже давно известны электродвигатели и генераторы с дисковыми роторами и статорами, так, например, известен генератор с фазным ротором с параметрами 100 кВА, 9000 об/мин, в котором магниты ротора из SmCo5 трапециевидной формы закрепляются в диске из алюминиевого сплава или любого другого подходящего материала. Для каждого диска требуется 14 таких магнитов. Пять таких дисков с магнитами длиной 8 мм и два торцовых диска с магнитами длиной 4 мм закреплены на одном валу. Статор состоит из 6 рядов зубцов по 14 в каждом ряду, изготовленных из пермендюровых пластин. Он закрепляется на внешнем замыкающем корпусе. В местах, где размещается обмотка, зубцы имеют постоянное сечение, а на концах придается форма, та же, что и у магнитов. Магниты на последовательных дисках имели одинаковую полярность для достижения высокой индукции, необходимой для получения хорошего отношения мощности к массе. В то время как магниты на роторных дисках находятся все в одном и том же угловом положении, зубцы статора расположены в шахматном порядке для корректировки разности фаз (см. “Магниты из сплавов редкоземельных металлов с кобальтом”, Москва “Металлургия”, 1978 г. “Материалы второго международного семинара по постоянным магнитам из сплавов редкоземельных металлов с кобальтом и их применению”, перевод с английского, стр.84. “Многофазный генератор переменного тока”).Electric motors and generators with disk rotors and stators have long been known, for example, a generator with a phase rotor with parameters of 100 kVA, 9000 rpm, in which trapezoidal SmCo5 rotor magnets are mounted in a disk made of aluminum alloy or any other suitable material, is known . Each disc requires 14 such magnets. Five such disks with magnets 8 mm long and two end disks with magnets 4 mm long are mounted on one shaft. The stator consists of 6 rows of teeth of 14 in each row, made of permendure plates. It is mounted on an external closing housing. In places where the winding is placed, the teeth have a constant cross-section, and at the ends they are shaped, the same as with magnets. The magnets on the serial disks had the same polarity to achieve the high induction required to obtain a good power to mass ratio. While the magnets on the rotor disks are all in the same angular position, the stator teeth are staggered to adjust the phase difference (see “Magnets from rare-earth metal alloys with cobalt”, Moscow “Metallurgy”, 1978 “ Materials of the second international seminar on permanent magnets from rare-earth metal alloys with cobalt and their application ", translation from English, p. 84." Multiphase alternating current generator ").

Известна также электрическая машина, в частности двигатель, содержащий корпус, в котором закреплен дисковый статор, дисковый ротор, катушки обмоток, установленные на дисках статора, также постоянные магниты, установленные на дисках ротора (см. патент US 4358693 А, Н 02 К 37/00, 09.11.1982 г.).An electric machine is also known, in particular an engine comprising a housing in which a disk stator, a disk rotor, coil coils mounted on the stator disks are fixed, also permanent magnets mounted on the rotor disks (see US Pat. No. 4,358,693 A, H 02 K 37 / 00, 11/09/1982).

Несмотря на исключительно хорошее отношение мощности к массе, такие генераторы и электродвигатели до сих пор не получили широкого распространения, видимо, из-за каких-то своих недостатков, одним из недостатков является их дороговизна, т.к. очень дороги магниты из редкоземельных материалов, другим недостатком является сложность сборки, а при необходимости и ремонт. Также очень сложно заменить существующие электродвигатели на электродвигатели с редкоземельными магнитами из-за большой разности в габаритах.Despite the exceptionally good power-to-mass ratio, such generators and electric motors are still not widely used, apparently due to some of their drawbacks, one of the drawbacks is their high cost, because magnets made of rare-earth materials are very expensive, another drawback is the complexity of assembly, and, if necessary, repair. It is also very difficult to replace existing electric motors with electric motors with rare-earth magnets due to the large difference in size.

Поставленная задача - удешевить и упростить изготовление электродвигателей и генераторов с дисковыми роторами и статорами, облегчить их сборку, а при необходимости и ремонт, обеспечить взаимозаменяемость электродвигателей и генераторов с дисковыми роторами и статорами с существующими электродвигателями и генераторами.The task is to reduce the cost and simplify the manufacture of electric motors and generators with disk rotors and stators, to facilitate their assembly, and if necessary repair, to ensure the interchangeability of electric motors and generators with disk rotors and stators with existing electric motors and generators.

Для этого в электродвигателе-генераторе, состоящем из корпуса и дискового статора и ротора, в которых на дисках статора установлены катушки обмоток, а на дисках ротора установлены магниты, статор разделен продольно на две части, также, как минимум, на две части разделены диски статора, одна часть или половина всех частей, когда их больше двух, закрепляется в одной половине статора, оставшаяся часть закрепляется в другой половине статора, после установки дискового ротора в одну из половин статора статор собирается полностью и вместе с ротором закрепляется в корпусе. При этом в электродвигателях катушки статора на каждом диске разделяются, как минимум, на две обмотки, катушки которых чередуются между собой, катушки одной обмотки смещены относительно катушек другой обмотки на некоторую величину, т.е. расстояние между катушками двух обмоток с одной стороны каждой катушки меньше расстояния между катушками двух обмоток с другой стороны той же катушки. Катушки обмоток статора электродвигателя-генератора могут быть собраны из одной или более пар однослойных катушек, при этом каждая вторая катушка поворачивается другой стороной к первой катушке (в каждой паре) так, что начальный внутренний виток второй катушки является продолжением такого же витка первой катушки, эти внутренние концы соединяются между собой, а наружные концы, если катушек только одна пара, являются выходными концами получившейся катушки, если же катушек несколько пар, то наружный конец второй катушки первой пары соединяется с наружным концом первой катушки следующей пары, также у последующих пар катушек наружный конец второй катушки соединяется с наружным концом первой катушки последующей пары, а наружные концы первой катушки первой пары и второй катушки последней пары являются выходными концами всей получившейся катушки. Диски ротора электродвигателя-генератора могут быть сборными, так, например, снаружи (на периферии) диска может быть установлена металлическая лента в виде обода, прикрепленная к диску винтами или заклепками, а при необходимости еще и с клеем или просто на клею, магниты могут закрепляться в диске с помощью клея, например эпоксидного, магниты для уменьшения центробежного усилия, воспринимаемого ободом, могут собираться из нескольких частей, также соединенных клеем, при этом между частями магнита должны быть установлены металлические стяжки, прикрепленные к ободу и диску ротора. Для экономии материала части диска, находящиеся между магнитами, могут быть изготовлены отдельно, а затем установлены и закреплены на диске ротора.To do this, in an electric motor-generator, consisting of a housing and a disk stator and a rotor, in which winding coils are installed on the stator disks and magnets are installed on the rotor disks, the stator is divided longitudinally into two parts, and the stator disks are divided into at least two parts , one part or half of all parts, when there are more than two, is fixed in one half of the stator, the remaining part is fixed in the other half of the stator, after installing the disk rotor in one of the halves of the stator, the stator is fully assembled and together with the rotor m is fastened in the housing. At the same time, in the electric motors, the stator coils on each disk are divided into at least two windings, the coils of which alternate with each other, the coils of one winding are offset relative to the coils of the other winding by a certain amount, i.e. the distance between the coils of two windings on one side of each coil is less than the distance between the coils of two windings on the other side of the same coil. The stator coils of the motor-generator stator can be assembled from one or more pairs of single-layer coils, with each second coil turning the other side to the first coil (in each pair) so that the initial inner turn of the second coil is a continuation of the same turn of the first coil, these the inner ends are connected to each other, and the outer ends, if there are only one pair of coils, are the output ends of the resulting coil, but if there are several pairs of coils, then connect the outer end of the second coil of the first pair is connected with the outer end of the first coil of the next pair, also at subsequent pairs of coils the outer end of the second coil is connected to the outer end of the first coil of the next pair, and the outer ends of the first coil of the first pair and the second coil of the last pair are the output ends of the entire resulting coil. The rotor disks of the electric motor-generator can be prefabricated, for example, on the outside (on the periphery) of the disk, a metal tape can be installed in the form of a rim attached to the disk with screws or rivets, and if necessary also with glue or just glue, magnets can be fixed In the disk with the help of glue, for example epoxy, magnets to reduce the centrifugal force perceived by the rim can be assembled from several parts, also connected by glue, while metal ties must be installed between the parts of the magnet and attached to the rim and disc of the rotor. To save material, parts of the disk located between the magnets can be manufactured separately, and then mounted and fixed on the rotor disk.

Если данное устройство будет использоваться только как генератор, нет необходимости обязательно соединять катушки в две или более обмоток, если только это не специальный генератор, например трехфазный, а тем более нет необходимости смещать обмотки одну относительно другой, если это также не специальный генератор, например опять же трехфазный.If this device will only be used as a generator, there is no need to connect the coils to two or more windings, unless it is a special generator, for example a three-phase, and even more so there is no need to move the windings one relative to the other, if it is also not a special generator, for example again same three-phase.

Такой электродвигатель-генератор легко собирается и разбирается, на нем легко можно заменить испорченные катушки, заменив соответствующий диск. Обеспечив при изготовлении привязочные размеры (размер от подошвы двигателя до оси вала, размер по длине и ширине крепежных отверстий), его при одинаковой мощности и оборотах можно будет установить вместо изготовленного ранее электродвигателя-генератора.Such an electric motor-generator is easy to assemble and disassemble, it is easy to replace damaged coils on it, replacing the corresponding disk. Having provided the anchor dimensions during manufacture (the size from the motor sole to the shaft axis, the size along the length and width of the mounting holes), it can be installed at the same power and speed instead of the previously manufactured electric motor-generator.

На фиг.1 показан продольный разрез электродвигателя-генератора и разрез по А-А.Figure 1 shows a longitudinal section of an electric motor-generator and a section along aa.

На фиг.2 показана выноска I на разрезе А-А (вариант) и выноска II, соединение однослойных катушек (вариант).Figure 2 shows the leader I in section AA (option) and leader II, the connection of single-layer coils (option).

На фиг.3 показаны разрез по В-В и выноска III на разрезе В-В (вариант).Figure 3 shows a section along bb and leader III on section bb (option).

Электродвигатель-генератор состоит из корпуса поз. 1, из двух половинок дискового статора поз.2а и поз.2б, дискового ротора поз.3, половинок дисков статора поз.4а и поз.4б, катушек статора поз.5, дисков ротора поз.6, магнитов поз.7, при необходимости обода поз.8, стяжек поз.9 и промежуточных вставок поз.10. При этом катушки поз.5 соединяются, как минимум, в две обмотки, например катушки поз.5а соединяются в одну обмотку, а катушки поз.5б в другую, катушки этих обмоток чередуются между собой, катушки одной обмотки смещены относительно катушек другой обмотки на некоторую величину, т.е. расстояние “а” между катушками двух обмоток с одной стороны каждой катушки меньше расстояния “в” между катушками двух обмоток с другой стороны той же катушки. Катушки поз.5 обмоток статора электродвигателя-генератора могут быть собраны из одной или более пар однослойных катушек, при этом каждая вторая катушка поворачивается другой стороной к первой катушке (в каждой паре) так, что начальный внутренний виток второй катушки является продолжением такого же витка первой катушки, эти внутренние концы соединяются между собой, а наружные концы, если катушек только одна пара, являются выходными концами получившейся катушки, если же катушек несколько пар, то наружный конец второй катушки первой пары соединяется с наружным концом первой катушки следующей пары, также у последующих пар катушек, наружный конец второй катушки соединяется с наружным концом первой катушки последующей пары, а наружные концы первой катушки первой пары и второй катушки последней пары являются выходными концами всей получившейся катушки. Диски поз.6 ротора поз.3 электродвигателя-генератора могут быть сборными, так, например, снаружи (на периферии) диска может быть установлена металлическая лента в виде обода поз.8, прикрепленная к диску винтами или заклепками, а при необходимости еще и клеем или просто на клею, магниты поз.7 могут закрепляться в диске с помощью клея, например эпоксидного, магниты поз.7 для уменьшения центробежного усилия, воспринимаемого ободом поз.8, могут собираться из нескольких частей, также соединенных клеем, при этом между частями магнита могут быть установлены металлические стяжки поз.9, прикрепленные к ободу поз.8 и диску ротора поз.6. Для экономии материала части поз. 10 диска поз.6, находящиеся между магнитами поз.7, могут быть изготовлены отдельно, а затем установлены и закреплены на диске поз.6 ротора поз.3.The electric motor-generator consists of a housing pos. 1, of the two halves of the disk stator pos.2a and pos.2b, the disk rotor pos.3, the halves of the stator disks pos.4a and pos.4b, the stator coils pos.5, the rotor disks pos.6, magnets pos.7, the need for a rim in pos. 8, couplers in pos. 9 and intermediate inserts in pos. 10. In this case, the coils of pos.5 are connected at least in two windings, for example, the coils of pos.5a are connected to one winding, and the coils of pos.5b to another, the coils of these windings alternate with each other, the coils of one winding are offset relative to the coils of the other winding by some value, i.e. the distance “a” between the coils of two windings on one side of each coil is less than the distance “b” between the coils of two windings on the other side of the same coil. The coils in pos. 5 of the stator windings of the electric motor-generator can be assembled from one or more pairs of single-layer coils, with each second coil turning the other side to the first coil (in each pair) so that the initial inner turn of the second coil is a continuation of the same turn of the first coils, these inner ends are interconnected, and the outer ends, if there are only one pair of coils, are the output ends of the resulting coil, if there are several pairs of coils, then the outer end of the second coil of the first pair with Dinh to the outer end of the first coil next pair is also at subsequent pairs of coils, the outer end of the second coil is connected to the outer end of the first coil pair follow, as the outer ends of the first coil pair of the first and second coil pairs are final output ends of all of the resulting coil. The disks of pos. 6 of the rotor of pos. 3 of the electric motor-generator can be prefabricated, for example, on the outside (at the periphery) of the disk, a metal tape can be installed in the form of a rim of pos. 8, attached to the disk with screws or rivets, and, if necessary, also with glue or simply on glue, the magnets in pos. 7 can be secured to the disk using glue, such as epoxy, magnets in pos. 7 to reduce the centrifugal force perceived by the rim of pos. 8, can be assembled from several parts, also connected by glue, between the parts of the magnet can be installed claimed pos.9 metal ties attached to the rim of the rotor disk and pos.8 pos.6. To save material parts pos. 10 of the disk pos.6 located between the magnets of pos.7 can be manufactured separately, and then installed and fixed on the disk pos.6 of the rotor pos.3.

Если данное устройство будет использоваться только как генератор, нет необходимости обязательно соединять катушки поз.5 в две или более обмоток, если только это не специальный генератор, например трехфазный, а тем более нет необходимости смещать обмотки одну относительно другой, если это также не специальный генератор, например опять же трехфазный.If this device will only be used as a generator, there is no need to connect the coils of pos.5 to two or more windings, unless it is a special generator, for example, three-phase, and even more so there is no need to move the windings one relative to the other, if it is also not a special generator , for example, again three-phase.

Работает электродвигатель-генератор следующим образом. В режиме электродвигателя система управления с датчиками положения ротора поз.3 электродвигателя (на рисунке условно не показаны) заставляют ротор поз.3 электродвигателя занять определенное положение, подавая напряжение определенной полярности на одну из обмоток, при этом магниты поз.7 встанут напротив катушек поз.5 этой обмотки, следующие за этими магнитами магниты поз.7 не будут совпадать с катушками поз.5 следующей обмотки, т.к. эти катушки смещены, в этот момент система управления подаст напряжение необходимой полярности и на вторую обмотку, которая заставит переместиться следующие магниты поз.7, а предыдущие магниты поз.7 сместятся относительно первой обмотки и на нее, системой управления будет снова подано напряжение необходимой полярности, которое заставит ротор поз.3 двигаться дальше, когда магниты поз.7 сместятся относительно катушек поз.5 второй обмотки, на нее также снова будет подано напряжение, которое также заставит ротор поз.3 двигаться дальше, электродвигатель наберет обороты и будет продолжать работать. В процессе работы обмотки только на короткое время совпадения магнитов поз.7 с катушками поз.5 будут без напряжения, но в этот период может быть подано кратковременно повышенное напряжение на другую обмотку, поэтому общий крутящий момент останется прежним. Датчики положения ротора поз.3 будут постоянно следить за положением магнитов поз.7 относительно катушек поз.5 одной и другой обмотки, а система управления будет постоянно подавать напряжение определенной полярности в соответствии с сигналами датчиков. При необходимости движения электродвигателя в другую сторону система управления подаст напряжение на катушки поз.5 другой обмотки (второй в первом случае), после этого подаст напряжение на катушки поз.5 следующей обмотки, а дальше, как и в первом случае. При работе электродвигателя-генератора в режиме генератора система управления переключит обмотки для работы в режиме генератора и ротор поз.3, приводимый во вращение, будет перемещать магниты поз.7 относительно катушек поз.5, в которых будет вырабатываться электричество.The electric motor generator operates as follows. In the electric motor mode, the control system with rotor position sensors of the electric motor pos. 3 (not shown conditionally in the figure) force the rotor of the electric motor pos. 3 to take a certain position by supplying a voltage of a certain polarity to one of the windings, while the magnets of pos. 7 will stand opposite to the coils of pos. 5 of this winding, the magnets pos. 7 following these magnets will not coincide with the coils of pos. 5 of the next winding, because these coils are displaced, at this moment the control system will apply the voltage of the required polarity to the second winding, which will cause the next magnets of pos.7 to move, and the previous magnets of pos.7 will move relative to the first winding and to it, the control system will again supply the voltage of the required polarity, which will cause the rotor of pos.3 to move on, when the magnets of pos.7 move relative to the coils of pos.5 of the second winding, voltage will also be applied to it again, which will also cause the rotor of pos.3 to move further, electro vigatel picks up the pace and will continue to work. During the operation of the winding, only for a short time that the magnets of pos.7 coincide with the coils of pos.5 they will be without voltage, but during this period a briefly increased voltage can be applied to the other winding, so the total torque will remain the same. The rotor position sensors pos.3 will constantly monitor the position of the magnets pos.7 relative to the coils pos.5 of one and the other winding, and the control system will constantly supply a voltage of a certain polarity in accordance with the sensor signals. If it is necessary to move the electric motor in the other direction, the control system will apply voltage to the coils of pos.5 of the other winding (the second in the first case), after that it will apply voltage to the coils of pos.5 of the next winding, and then, as in the first case. When the electric motor-generator is operating in generator mode, the control system will switch the windings for operation in generator mode and the rotor pos. 3, driven into rotation, will move the magnets pos. 7 relative to the coils pos. 5, in which electricity will be generated.

Такой электродвигатель-генератор легко собирается и разбирается, на нем легко можно заменить испорченные катушки, заменив соответствующий диск. Обеспечив при изготовлении привязочные размеры (размер Н - от подошвы двигателя до оси вала, размер L - по длине и размер С - по ширине между крепежными отверстиями), такой электродвигатель при одинаковой мощности и оборотах можно будет установить вместо какого-либо изготовленного ранее электродвигателя или генератора.Such an electric motor-generator is easy to assemble and disassemble, it is easy to replace damaged coils on it, replacing the corresponding disk. Having provided the anchor dimensions during manufacture (size H — from the base of the engine to the shaft axis, size L — along the length and size C — across the width of the mounting holes), such an electric motor can be installed at the same power and speed instead of any previously manufactured electric motor or generator.

Claims

1. An electric motor-generator, consisting of a housing, of a disk stator and a rotor, on the stator disks of which winding coils are installed, and magnets are installed on the rotor disks, characterized in that the stator is divided longitudinally into two parts, as well as at least two parts stator disks, one part of the disk or half of all parts of the disk, when there are more than two, is fixed in one half of the stator, the remaining part is fixed in the other half of the stator, after installing the disk rotor in one of the halves of the stator, the stator is fully assembled and with the rotor is fixed in the housing.

2. The electric motor-generator according to claim 1, characterized in that the stator winding coils can be assembled from one or more pairs of single-layer coils, with each second coil turning the other side to the first coil (in each pair) so that the initial inner turn the second coil is a continuation of the same turn of the first coil, these inner ends are connected to each other, and the outer ends, if the coils are only one pair, are the output ends of the resulting coil, if the coils are several pairs, then the outer end of the second the coils of the first pair are connected to the outer end of the first coil of the next pair, also for subsequent pairs of coils: the outer end of the second coil is connected to the outer end of the first coil of the next pair, and the outer ends of the first coil of the first pair and the second coil of the last pair are the output ends of the entire resulting coil .

3. The electric motor-generator according to claim 1, characterized in that the rotor disks can be prefabricated, for example, on the outside (at the periphery) of the disk, a metal tape in the form of a rim can be installed, attached to the disk with screws or rivets, and if necessary, and with glue or just glue, magnets can be fixed in the disk with glue, for example, epoxy, magnets to reduce the centrifugal force perceived by the rim can be assembled from several parts, also connected by glue, while between the parts of the magnet can be installed metal ties are attached to the rim and the rotor disk to save material, parts of the disk located between the magnets can be made separately, and then mounted and fixed on the rotor disk.

4. The electric motor-generator according to claim 1, characterized in that the stator coils on each disk are divided into at least two windings, the coils of which alternate with each other, the coils of one winding are offset from the coils of the other winding by a certain amount, that is, the distance between the coils of two windings on one side of each coil are less than the distance between the coils of two windings on the other side of the same coil.