RU2267855C2 - Electric engine - Google Patents

Electric engine Download PDF

Info

Publication number
RU2267855C2
RU2267855C2 RU2003137205/11A RU2003137205A RU2267855C2 RU 2267855 C2 RU2267855 C2 RU 2267855C2 RU 2003137205/11 A RU2003137205/11 A RU 2003137205/11A RU 2003137205 A RU2003137205 A RU 2003137205A RU 2267855 C2 RU2267855 C2 RU 2267855C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
poles
stator
rotor
engine
electric motor
Prior art date
Application number
RU2003137205/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003137205A (en
Inventor
Евгений Алексеевич Рудаков (RU)
Евгений Алексеевич Рудаков
Юрий Иванович Калинин (RU)
Юрий Иванович Калинин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие Летно-исследовательский институт им. М.М. Громова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие Летно-исследовательский институт им. М.М. Громова filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие Летно-исследовательский институт им. М.М. Громова
Priority to RU2003137205/11A priority Critical patent/RU2267855C2/en
Publication of RU2003137205A publication Critical patent/RU2003137205A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2267855C2 publication Critical patent/RU2267855C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Abstract

FIELD: electric engineering, namely, engineering of electric machines, in particular, electric engines, possible use, for example, for steering servo of an aircraft autopilot for manufacturing simplified electric engine with higher specific energy coefficients.
SUBSTANCE: electric engine consists of rotor with magnetic drive, shaft, bearing lids of non-magnetic material, stator, having U-shaped poles, positioned radially and evenly along circle. Engine is made of two stator parts. Each part of stator is made of one winding, U-shaped poles, positioned on own frame, made of cylindrical part and side walls with radial slits, carrying U-shaped poles. Frames are connected by ends. Poles of one part of stator are positioned in the middle between polar space of another stator part. Rotor poles are magnetically connected to poles of each stator part, are made of same set of rectangular poles with height of side plates being less, than height of middle plates forming additional shelf. Poles of rotor are mounted along engine axis, in slits of non-magnetic bushings, pinned on a shaft on both ends, held in upper part and on end sides. Each frame is made of dielectric material with low heat expansion coefficient. Side walls of frames are made in form of flat thin discs, outer surfaces of which are made with projecting ribs for mounting and holding stator poles on them. Frames are connected by ends and equipped with holding ring and coupling screws, ends of which are held in bearing lids. Value of air gap between rotor and stator poles ranges from 0,25 to 0,8 millimeters. Transverse width of middle plates of rotor poles, forming a shelf towards air gap, is limited by 80-85%. Engine can be made with three-positioned or neutrally positioned switch and with diodes connected to beginnings of windings, or with enabling two-polar device.
EFFECT: increased reliability, simplified construction, increased specific energy coefficients.
5 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к электричеству, а именно к электрическим машинам, более конкретно к электродвигателю, и может быть использовано, в частности, в авиации для рулевого сервопривода автопилота летательного аппарата для создания упрощенной конструкции электродвигателя с более высокими удельными энергетическими показателями.The invention relates to electricity, and in particular to electric machines, more specifically to an electric motor, and can be used, in particular, in aviation for the steering servo drive of an autopilot of an aircraft to create a simplified design of an electric motor with higher specific energy indices.

Уровень техникиState of the art

Известна электрическая машина для рулевого сервопривода автопилота, выполненная в виде однофазного асинхронного конденсаторного реверсивного двигателя (А.И.Бертинов, «Электрические машины авиационной автоматики», изд. Москва, 1961 г., стр.65).Known is an electric machine for autopilot steering servo, made in the form of a single-phase asynchronous capacitor reversible motor (A.I. Bertinov, “Electric Aviation Automation Machines”, Moscow ed., 1961, p. 65).

Асинхронный двигатель содержит статор, ротор, магнитопровод, конденсатор, необходимый для запуска двигателя и его рабочего режима.An induction motor contains a stator, a rotor, a magnetic circuit, a capacitor, necessary to start the engine and its operating mode.

Однако конденсатор не может быть оптимальным по величине емкости, необходимой для запуска двигателя и его рабочего режима. Выполнение обмотки статора трудно поддается механизации особенно для мелко- и среднесерийного производства, обмотка статора выполняется вручную. Длина лобовых частей обмотки превышает длину активной части проводов, уложенных в пазу, что снижает КПД. Такой двигатель сложен в изготовлении.However, the capacitor cannot be optimal in terms of the capacity required to start the engine and its operating mode. The stator winding is difficult to mechanize, especially for small and medium-sized production, the stator winding is performed manually. The length of the frontal parts of the winding exceeds the length of the active part of the wires laid in the groove, which reduces the efficiency. Such an engine is difficult to manufacture.

Известен однофазный синхронный реактивный двигатель /А.С. №155223, 63 г./, содержащий ротор, статор с обмотками. Статор выполнен из листов электротехнической стали, вырубленных в них зубцов, с половиной укороченных зубцов. Обмотка статора разделена на две части, каждая из которых через вентиль подключена к однофазной сети переменного тока. Под половиной полюсов зазор увеличен, что снижает крутящий момент и мощность реактивного двигателя, так как в этом случае реактанс Х по продольной оси будет меньше.Known single-phase synchronous jet engine / A.C. No. 155223, 63 g. /, Comprising a rotor, a stator with windings. The stator is made of sheets of electrical steel, teeth cut out in them, and half of the shortened teeth. The stator winding is divided into two parts, each of which is connected through a valve to a single-phase AC network. Under the half poles, the gap is increased, which reduces the torque and power of the jet engine, since in this case the reactance X along the longitudinal axis will be less.

Однако данный двигатель при запуске не обеспечивает вращение вала двигателя в заданном направлении. Кроме того, требуются сложные дорогостоящие штампы для вырубки пластин статора и ротора. Каждая катушка перед закладкой ее в статор должна быть изолирована по всей поверхности, что при мелко- и среднесерийном производстве выполняется вручную.However, this engine at startup does not provide rotation of the motor shaft in a given direction. In addition, complex, expensive dies are required for cutting stator and rotor plates. Each coil, before laying it in the stator, must be insulated over the entire surface, which is done manually in small- and medium-series production.

Обмотка в статоре должна быть закреплена с помощью изоляционного клина, забиваемого в прорези зубцов статора, что может привести к обрывам в обмотках. Несмотря на разделение обмоток, потери в стали статора обусловлены как потерями на вихревые токи, так и на гистерезис за счет изменения направления магнитного потока при поочередном прохождении по обмотке статора положительной и отрицательной полуволны переменного тока, что снижает КПД двигателя.The winding in the stator must be secured with an insulating wedge clogged in the slots of the stator teeth, which can lead to breaks in the windings. Despite the separation of the windings, the losses in the stator steel are caused by both losses due to eddy currents and hysteresis due to a change in the direction of the magnetic flux when alternating the positive and negative half-waves of alternating current through the stator winding, which reduces the motor efficiency.

Известна индукторная электрическая машина /Патент №2159495, Н 02 К 19-06, 19-24, 99 г. /, содержащая ротор с магнитопроводом, валом, крышки подшипников, статор, содержащий комплекты П-образных полюсов, расположенные радиально, равномерно по окружности, кольцевые обмотки, каркас, выполненный в виде шпули.Known induction electric machine / Patent No. 2159495, H 02 K 19-06, 19-24, 99 g. /, Containing a rotor with a magnetic circuit, a shaft, bearing caps, a stator containing sets of U-shaped poles located radially, uniformly around the circumference , ring windings, frame made in the form of a spool.

Однако данная конструкция имеет П-образные полюса на роторе, что увеличивает воздушный зазор между внутренними витками обмотки статора и значительным по длине участком магнитопровода ротора, находящимся между зубцами, что приводит к увеличению ее индуктивного сопротивления, что снижает коэффициент мощности (косинус угла φ) и ухудшает энергетические и массогабаритные показатели машины. Кроме того, короткозамкнутая обмотка в виде беличьей клетки малоэффективна для запуска двигателя, так как ее стержни проложены вдоль оси ротора и при неподвижном роторе магнитный поток обмотки статора пульсирует вдоль оси стержней и не наводит в них ЭДС, когда в момент запуска полюса-зубцы ротора находятся напротив межполюсного (межзубцового) пространства статора. Невозможно выполнить обмотку на сплошной шпуле, проходящей под всеми полюсами, так как внутренний диаметр полюсов статора существенно меньше диаметра шпули.However, this design has U-shaped poles on the rotor, which increases the air gap between the inner turns of the stator winding and the considerable section of the rotor magnetic circuit located between the teeth, which leads to an increase in its inductive resistance, which reduces the power factor (cosine of the angle φ) and worsens the energy and weight and overall performance of the machine. In addition, a short-circuited squirrel cage winding is ineffective for starting the engine, since its rods are laid along the axis of the rotor and when the rotor is stationary, the magnetic flux of the stator winding pulsates along the axis of the rods and does not induce EMF in them when the rotor teeth are at the moment of launch opposite the interpolar (interdental) space of the stator. It is not possible to carry out winding on a solid spool passing under all poles, since the inner diameter of the stator poles is much smaller than the diameter of the spool.

Кроме того, непонятно, как и на чем крепятся полюса и обмотка статора. Обмотку в виде беличьей клетки на роторе, отдельные пакеты магнитопровода ротора нельзя без дополнительных деталей насаживать на втулку вала ротора. Применение для каждого магнитопровода ротора отдельного комплекта П-образных полюсов увеличивает трудоемкость изготовления машины и усложняет крепление полюсов на роторе. Таким образом, конструкция в целом перетяжелена, что снижает ее удельные энерготехнические показатели (Вт кг, cosφ). При запуске двигателя его ротор не может обеспечить определенное направленное вращение или реверс.In addition, it is not clear how and on what the poles and stator windings are attached. The squirrel cage winding on the rotor, individual packages of the rotor magnetic circuit, cannot be fitted onto the rotor shaft sleeve without additional details. The use of a separate set of U-shaped poles for each magnetic circuit of the rotor increases the complexity of manufacturing the machine and complicates the mounting of the poles on the rotor. Thus, the design as a whole is overweight, which reduces its specific energy performance (W kg, cosφ). When the engine starts, its rotor cannot provide a certain directional rotation or reverse.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей изобретения является создание электродвигателя, обеспечивающего определенное направленное вращение или реверс, например, для рулевого сервопривода автопилота (РСАП), обладающего надежным запуском. Кроме того, двигатель должен обладать достаточно высокими удельными энергетическими показателями.The objective of the invention is to provide an electric motor that provides a certain directional rotation or reverse, for example, for a steering servo-drive of an autopilot (RSAP) having a reliable start. In addition, the engine must have a sufficiently high specific energy performance.

Более того, двигатель должен быть выполнен в виде упрощенной конструкции, не требующей при изготовлении больших затрат. Он также может быть использован в бытовой технике.Moreover, the engine should be made in the form of a simplified design that does not require large costs in the manufacture. It can also be used in household appliances.

В соответствии с изобретением поставленная задача достигается тем, что в электродвигателе, содержащем ротор с магнигопроводом, валом, крышки подшипников из немагнитного материала, статор с П-образными полюсами, расположенными радиально, равномерно по окружности, обмотку, каркас, статор выполнен из двух частей. Каждая часть выполнена из одной статорной обмотки и П-образных полюсов, размещенных на своем каркасе. Каждый каркас выполнен из цилиндрической части и боковых стенок с радиальными прорезями, несущих П-образные полюса. При этом каркасы соединены торцами, а полюса одной части статора расположены посередине между полюсным пространством другой части статора. Полюса ротора магнитно связаны с полюсами каждой части статора, выполнены из одного комплекта прямоугольных шихтованных полюсов с высотой крайних пластин, меньшей, чем высота средней пластины, образующие небольшой выступ. Полюса ротора установлены вдоль оси двигателя в прорезях немагнитных втулок, насаженных на вал с обоих концов, зафиксированных сверху и с торцевых сторон.In accordance with the invention, the task is achieved in that in an electric motor containing a rotor with a magnitude conductor, a shaft, bearing caps made of non-magnetic material, a stator with U-shaped poles arranged radially, uniformly in circumference, the winding, frame, and stator are made of two parts. Each part is made of one stator winding and U-shaped poles placed on its frame. Each frame is made of a cylindrical part and side walls with radial slots carrying U-shaped poles. In this case, the frames are connected by the ends, and the poles of one part of the stator are located in the middle between the pole space of the other part of the stator. The rotor poles are magnetically connected with the poles of each part of the stator, made of one set of rectangular charged poles with the height of the outer plates less than the height of the middle plate, forming a small ledge. The rotor poles are installed along the axis of the motor in the slots of non-magnetic bushings, mounted on the shaft from both ends, fixed from above and from the end sides.

Кроме того, каждый каркас выполнен из диэлектрического материала с малым коэффициентом теплового расширения, боковые стенки каркасов выполнены в виде плоских тонких дисков, наружные поверхности которых выполнены с выступающими вырезами для установки и крепления в них полюсов и цилиндрическим отверстием с буртиком для ротора. Каркасы соединены торцами и снабжены немагантным фиксирующим кольцом и стяжными винтами, концы которых закреплены в крышках подшипников, при этом фиксирующее кольцо установлено на буртики каркасов.In addition, each frame is made of a dielectric material with a small coefficient of thermal expansion, the side walls of the frames are made in the form of flat thin disks, the outer surfaces of which are made with protruding notches for installation and mounting of poles and a cylindrical hole with a shoulder for the rotor. The frames are connected by ends and are provided with a non-magnetic locking ring and coupling screws, the ends of which are fixed in the bearing caps, while the locking ring is mounted on the flanges of the frames.

Более того, величина воздушного зазора между полюсами статора и ротора равна 0,25-0,8 мм, а поперечная ширина средних пластин полюсов ротора, образующих выступ в сторону воздушного зазора, ограничена 80-85%.Moreover, the air gap between the poles of the stator and rotor is 0.25-0.8 mm, and the transverse width of the middle plates of the poles of the rotor, forming a protrusion towards the air gap, is limited to 80-85%.

В одном частном варианте двигатель выполнен с двухполюсным трехпозиционным с нейтральным положением переключателем, диодами, при этом одноименные полюса первой и второй части статора выполнены с короткозамкнутым витком, размещенным на противоположных сторонах этих полюсов, соединенные вместе концы статорных обмоток подключены к двум клеммам, а начала обмоток через диоды Д1 и Д2 соединены с третьей и четвертой клеммами переключателя для обеспечения реверса при подключении к цепи однофазного переменного тока.In one particular embodiment, the motor is made with a two-pole, three-position with a neutral position switch, diodes, while the same poles of the first and second parts of the stator are made with a short-circuited coil located on opposite sides of these poles, the ends of the stator windings connected together are connected to two terminals, and the beginning of the windings through diodes D1 and D2 are connected to the third and fourth terminals of the switch to provide reverse when connected to a single-phase alternating current circuit.

В другом частном варианте электродвигатель выполнен с включающим двухполюсным устройством, диодами, при этом одноименные полюса первой и второй части статора выполнены с короткозамкнутым витком, размещенным на одноименных сторонах этих полюсов. Концы двух статорных обмоток соединены вместе и подключены к клемме двухполюсного устройства, а начала обмоток через диоды Д1 и Д2 подключены к другой клемме двухполюсного устройства для обеспечения однонаправленного вращения при подключении к цепи однофазного переменного тока.In another particular embodiment, the electric motor is made with a bipolar device including diodes, while the poles of the first and second parts of the stator with the same name are made with a short-circuited coil located on the same sides of these poles. The ends of the two stator windings are connected together and connected to the terminal of the bipolar device, and the beginning of the windings through the diodes D1 and D2 are connected to the other terminal of the bipolar device to provide unidirectional rotation when connected to a single-phase alternating current circuit.

Таким образом, с учетом указанных выше признаков машина может быть выполнена как однофазный синхронный реактивный электродвигатель, работающий в нереверсивном режиме, или двигатель, работающий в реверсивном режиме.Thus, taking into account the above characteristics, the machine can be made as a single-phase synchronous jet electric motor operating in non-reverse mode, or a motor operating in reverse mode.

Такое выполнение двигателя обеспечивает повышение надежной работы, в частности, для привода РСАП и позволит повысить энергетические показатели электродвигателя.This embodiment of the engine provides an increase in reliable operation, in particular for an RSAP drive, and will increase the energy performance of the electric motor.

Перечень фигур на чертежахThe list of figures in the drawings

Изобретение поясняется чертежами, на которыхThe invention is illustrated by drawings, in which

Фиг.1 представляет продольный разрез электродвигателя сFigure 1 is a longitudinal section of a motor with

каркасом, выполненного в соответствии с изобретением;a frame made in accordance with the invention;

Фиг.2 представляет вид сбоку на статор электродвигателя, показанный в уменьшенном виде;Figure 2 is a side view of the stator of the electric motor, shown in a reduced form;

Фиг.3 изображает сечение Б-Б фиг.2, показанное в уменьшенном виде;Figure 3 depicts a section bB of figure 2, shown in a reduced form;

Фиг.4 показывает развернутую схему расположения полюсов по окружности статора и размещение короткозамкнутых витков на концах полюсов двух частей статора для реверсивного режима при виде по стрелке Х (сторон А и В) фиг.1;Figure 4 shows a detailed arrangement of the poles around the circumference of the stator and the placement of short-circuited turns at the ends of the poles of the two parts of the stator for reverse mode when viewed along arrow X (sides A and B) of figure 1;

Фиг.5 показывает развернутую схему расположения полюсов по окружности статора и размещение короткозамкнутых витков на концах полюсов двух частей статора для нереверсивного электродвигателя при виде по стрелке Х (сторон А и В) фиг.1;Figure 5 shows a detailed arrangement of the poles around the circumference of the stator and the placement of short-circuited turns at the ends of the poles of the two parts of the stator for a non-reversible electric motor when viewed along arrow X (sides A and B) of figure 1;

Фиг.6 показывает электрическую схему соединения обмоток для подключения реверсивного электродвигателя к сети однофазного переменного тока;6 shows an electrical connection diagram of windings for connecting a reversible electric motor to a single-phase alternating current network;

Фиг.7 показывает электрическую схему соединения обмоток для подключения нереверсивного электродвигателя к сети однофазного переменного тока.7 shows an electrical connection diagram of windings for connecting a non-reversible electric motor to a single-phase alternating current network.

фиг.8 показывает продольный разрез ротора;Fig.8 shows a longitudinal section of a rotor;

фиг.9 представляет вид сбоку на ротор (со снятым кольцом).Fig.9 is a side view of the rotor (with the ring removed).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention

Электродвигатель содержит ротор 1 с магнитопроводом 2, валом 3, крышки подшипников 4 из немагнитного материала. Согласно изобретению в электродвигатель введены две части статора 5 и 6, две кольцевые обмотки 7 и 8, размещенные каждая на своем каркасе 9 (см. фиг.1). Каждый каркас выполнен из цилиндрической части и боковых стенок 10 с радиальными прорезями (см.фиг.2 и 3), несущих П-образные полюса 11 и 12. При этом каркасы соединены торцами, а полюса каждой части статора 5 и 6 повернуты относительно друг к другу по окружности на 180 электрических градусов. Полюса 11 части статора 5 расположены посредине между полюсным пространством другой части статора 6 (см. фиг.4).The electric motor contains a rotor 1 with a magnetic circuit 2, a shaft 3, bearing caps 4 of non-magnetic material. According to the invention, two parts of the stator 5 and 6, two ring windings 7 and 8, each placed on its frame 9 (see FIG. 1), are introduced into the electric motor. Each frame is made of a cylindrical part and side walls 10 with radial slots (see Figs. 2 and 3), bearing U-shaped poles 11 and 12. In this case, the frames are connected by ends, and the poles of each part of the stator 5 and 6 are turned relative to each other a friend around a circle of 180 electrical degrees. The poles 11 of the stator part 5 are located in the middle between the pole space of the other part of the stator 6 (see figure 4).

Полюса 2 ротора 1 магнитно связаны с полюсами каждой частя статора 5 и 6, выполнены из одного комплекта вытянутых прямоугольных полюсов с высотой крайних пластин меньше, чем средние пластины, образующие небольшой выступ 3-4 мм. Поперечная ширина средних пластин полюсов ротора, образующих выступ в сторону воздушного зазора, ограничена 80-85% от поперечных размеров верхней площади поверхности полюса (см. фиг.8).The poles 2 of the rotor 1 are magnetically connected with the poles of each part of the stator 5 and 6, made of one set of elongated rectangular poles with a height of the outer plates less than the middle plate, forming a small protrusion of 3-4 mm The transverse width of the middle plates of the rotor poles forming a protrusion towards the air gap is limited to 80-85% of the transverse dimensions of the upper surface area of the pole (see Fig. 8).

Полюса ротора установлены вдоль оси двигателя, в прорезях немагнитных втулок 13, насаженных на вал 3 с обоих концов по прессовой посадке, зафиксированных сверху и с торцевых сторон кольцом 22.The rotor poles are installed along the axis of the engine, in the slots of the non-magnetic bushings 13, mounted on the shaft 3 at both ends by a press fit, fixed from above and from the end faces by a ring 22.

Благодаря тому, что поперечный размер площади выступа 14 полюсов ротора ограничен до 80-85%, а высота выступа 15 составляет 3-4 мм, уменьшается реактанс Х q по поперечной оси ротора (см. фиг.9). По результатам экспериментов происходит увеличение крутящего момента.Due to the fact that the transverse dimension of the protrusion of the 14 poles of the rotor is limited to 80-85%, and the height of the protrusion 15 is 3-4 mm, the reactance X q along the transverse axis of the rotor decreases (see Fig. 9). According to the results of experiments, an increase in torque occurs.

Предложенная форма полюсов ротора позволяет увеличить крутящий момент и мощность синхронного реактивного двигателя, так как при этом уменьшается реактанс по поперечной оси ротора, когда полюса ротора находятся в междуполюсном пространстве статора. Полезная мощность синхронного реактивного двигателя на валу определяется по известной формуле:The proposed shape of the rotor poles makes it possible to increase the torque and power of a synchronous jet engine, since this decreases the reactance along the transverse axis of the rotor when the rotor poles are located in the interstolar space of the stator. The net power of the synchronous jet engine on the shaft is determined by the well-known formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где P2 - полезная мощность на валу двигателя;where P2 is the net power on the motor shaft;

Xd - реактанс по продольной оси двигателя;Xd is the reactance along the longitudinal axis of the engine;

Xq - реактанс по поперечной оси двигателя;Xq - reactance along the transverse axis of the engine;

Q - угол сдвига между векторами магнитного потока статора и продольной осью ротора в системе вращающихся координат.Q is the angle of shift between the stator magnetic flux vectors and the longitudinal axis of the rotor in a rotating coordinate system.

Кроме того, два каркаса 9 выполнены из диэлектрического материала с малым коэффициентом теплового расширения, боковые стенки 10 каркасов выполнены в виде плоских тонких дисков, наружные поверхности которых выполнены с выступающими вырезами 17 для установки и крепления в них полюсов, и круглым отверстием 18 с буртиком 21 для ротора (см. фиг.2 и 3).In addition, two frames 9 are made of dielectric material with a small coefficient of thermal expansion, the side walls 10 of the frames are made in the form of flat thin disks, the outer surfaces of which are made with protruding cutouts 17 for mounting and fixing poles in them, and a round hole 18 with a shoulder 21 for the rotor (see figure 2 and 3).

Каркасы связаны торцами и снабжены фиксирующим кольцом 19 из немагнитного материала и стяжных винтов 20, концы которых закреплены в крышках 4 подшипников (см. фиг.1). При этом фиксирующее кольцо установлено на буртики 21 каркасов.The frames are connected by ends and provided with a locking ring 19 of non-magnetic material and coupling screws 20, the ends of which are fixed in the covers 4 of the bearings (see figure 1). In this case, the retaining ring is mounted on the flanges of 21 frames.

Величина воздушного зазора между полюсами статора и ротора 0,25-0,8 мм. Величина зазора выполняется минимальной, зависит от габаритов двигателя, применяемых в двигателе материалов и условий эксплуатации (температуры окружающей среды, влияния изменения размеров деталей).The size of the air gap between the poles of the stator and rotor is 0.25-0.8 mm. The size of the gap is minimal, depending on the dimensions of the engine, materials used in the engine and operating conditions (ambient temperature, the effect of resizing parts).

В двигателе существенно меньше величина потерь в стали, так как потери на гистерезис в нем отсутствуют, а потери на вихревые токи меньше из-за отсутствия знакопеременного перемагничивания стали полюсов статора и ротора.In the motor, the loss in steel is much smaller, since there are no hysteresis losses in it, and eddy current losses are less due to the absence of alternating magnetization reversal of the steel poles of the stator and rotor.

Двигатель может быть выполнен с двухполюсным трехпозиционным с нейтральным положением переключателем (см. фиг.6), диодами Д1 и Д2. Соединенные вместе две статорные обмотки 7 и 8 подключены к двум клеммам, а начала обмоток через диоды соединены с третьей и четвертой клеммами переключателя для обеспечения реверса при подключении двигателя к цепи с однофазным переменным током. Одноименные полюса обоих частей статора 5 или 6 могут быть выполнены с короткозамкнутым витком 16, размещенным на противоположных сторонах этих полюсов (см. фиг.4), где на развернутой схеме расположения полюсов по окружности статора показаны короткозамкнутые витки, размещенные на одноименных полюсах, при виде по стрелке Х фиг.1 на части статора со стороны А и части статора со стороны В.The engine can be made with a bipolar three-position with a neutral position switch (see Fig.6), diodes D1 and D2. The two stator windings 7 and 8 connected together are connected to two terminals, and the beginning of the windings through diodes are connected to the third and fourth terminals of the switch to ensure reverse when the motor is connected to a single-phase alternating current circuit. The same poles of both parts of the stator 5 or 6 can be made with a squirrel-cage coil 16 located on opposite sides of these poles (see Fig. 4), where a detailed circuit of the poles around the circumference of the stator shows short-circuited coils placed on the same poles, in the form arrow X of Fig. 1 on the stator part from side A and the stator part from side B.

Наличие такого экранирования и электрической схемы подключения к цепи однофазного переменного тока позволяет работать двигателю в реверсивном режиме.The presence of such shielding and an electrical circuit for connecting to a single-phase alternating current circuit allows the engine to operate in reverse mode.

Двигатель может быть выполнен с включающим двухполюсным устройством, диодами Д1 и Д2, при этом одноименные полюса первой и второй части статора выполнены с короткозамкнутым витком 16, размещенным на одноименных сторонах этих полюсов (см. на фиг.5), где показана развернутая схема расположения полюсов по окружности статора и размещение короткозамкнутых витков 16 со стороны А и В на двух частях статора, при виде по стрелке Х фиг.1. Концы двух статорных обмоток 7 и 8 соединены вместе и подключены к клемме двухполюсного устройства, а начала обмоток через диоды Д1 и Д2 подключены к другой клемме двухполюсного устройства для обеспечения однонаправленного вращения при подключении двигателя в цепь однофазного переменного тока (см. фиг.7).The engine can be made with a switching two-pole device, diodes D1 and D2, while the poles of the first and second parts of the stator of the same name are made with a short-circuited coil 16 located on the same sides of these poles (see Fig. 5), where a detailed arrangement of the poles is shown around the circumference of the stator and the placement of short-circuited turns 16 from side A and B on the two parts of the stator, as seen in arrow X of FIG. 1. The ends of the two stator windings 7 and 8 are connected together and connected to the terminal of the bipolar device, and the beginning of the windings through the diodes D1 and D2 are connected to the other terminal of the bipolar device to provide unidirectional rotation when the motor is connected to a single-phase alternating current circuit (see Fig. 7).

Наличие такого экранирования (см. фиг.4) и электрической схемы подключения к цепи однофазного переменного тока (см. фиг.7) позволяет двигателю работать в нереверсивном режиме. В этом случае двигатель обеспечивает в два раза большую мощность по сравнению с работой двигателя в реверсивном режиме при сохранении синхронной частоты вращения ротора.The presence of such shielding (see Fig. 4) and an electrical circuit for connecting a single-phase alternating current circuit (see Fig. 7) allows the engine to operate in a non-reverse mode. In this case, the engine provides twice as much power in comparison with the operation of the engine in reverse mode while maintaining a synchronous rotor speed.

Заявленный электродвигатель обладает повышенными энергетическими показателями (КПД и COSφ), повышенной надежностью запуска двигателя РСАП.The claimed electric motor has improved energy performance (efficiency and COSφ), increased reliability of starting the engine RSAP.

Работа электродвигателя.The operation of the electric motor.

Электродвигатель работает в реверсивном режиме.The electric motor operates in reverse mode.

Пуск и работа электродвигателя в реверсивном режиме (см. фиг.6) осуществляется подключением одной из обмоток 7 или 8 обоих частей статора через двухполюсный трехпозиционный с нейтральным положением переключатель к сети переменного однофазного тока. При подключении ее через последовательно включенный с нею диод статорная обмотка наводит в полюсах части статора однонаправленное пульсирующее поле, которое пульсирует в аксиальном направлении в воздушном зазоре двигателя. Все полюса части статора с одной его стороны имеют одну полярность, а с другой стороны имеют противоположную полярность. При этом у одной части статора экранирование полюсов выполняется с одной стороны, а у другой части статора - с противоположной стороны.The start and operation of the electric motor in reverse mode (see Fig.6) is carried out by connecting one of the windings 7 or 8 of both parts of the stator through a two-pole three-position with a neutral position switch to a single-phase alternating current network. When it is connected through a diode stator winding connected in series with it, it induces a unidirectional pulsating field at the poles of the stator part, which pulsates in the axial direction in the air gap of the motor. All poles of the stator part on one side have the same polarity, and on the other hand have the opposite polarity. In this case, the shielding of the poles is performed on one side of one part of the stator, and on the opposite side of the other part of the stator.

За счет экранирования полюсов, как показано на фиг.4, 5, полюса части статора с одной стороны выполнены с короткозамкнутым витком, обеспечивающим смещение пульсирующего поля, ротор двигателя начинает вращаться в определенном направлении. Поскольку каждый из П-образных полюсов состоит собственно из двух полюсов, например, с одной стороны статора магнитный поток входит внутрь расточки каркаса, то с другой стороны части статора магнитный поток, пройдя вдоль полюсов ротора, входит в полюс статора. Таким образом, электродвигатель имеет 12 полюсов и его частота вращения определяется по формуле:Due to the shielding of the poles, as shown in FIGS. 4, 5, the poles of the stator part on one side are made with a short-circuited turn, providing displacement of the pulsating field, the motor rotor begins to rotate in a certain direction. Since each of the U-shaped poles consists of two poles proper, for example, on one side of the stator the magnetic flux enters the frame bore, on the other side of the stator part the magnetic flux passing along the rotor poles enters the stator pole. Thus, the electric motor has 12 poles and its speed is determined by the formula:

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где f - частота переменного тока;where f is the frequency of the alternating current;

р - число пар полюсов (в рассматриваемом двигателе n-6 полюсов);p is the number of pairs of poles (in the considered motor n-6 poles);

n - частота вращения.n is the rotation frequency.

Электродвигатель может работать с однонаправленным вращением в нереверсивном режиме. Пуск и работа двигателя осуществляется подключением двух обмоток 7 и 8 к сети через диоды. Поскольку диод одной обмотки подключают анодом, а другой катодом к двухполюсному включающему устройству (см.фиг.7), полюса одной части статора расположены посередине между полюсным пространством другой части статора, то магнитный поток поочередно возбуждается в двух частях статора.The electric motor can operate with unidirectional rotation in non-reverse mode. Start and operation of the engine is carried out by connecting two windings 7 and 8 to the network through diodes. Since the diode of one winding is connected by an anode and the other cathode to a bipolar switching device (see Fig. 7), the poles of one part of the stator are located in the middle between the pole space of the other part of the stator, the magnetic flux is alternately excited in two parts of the stator.

В двигателе используют обе полуволны однофазного переменного тока, которые поочередно возбуждают полюса в двух частях статора, установленных со сдвигом на 180 электрических градусов. В этом двигателе обеспечивается в два раза большая мощность по сравнению его с работой двигателя, работающего в реверсивном режиме при сохранении той же синхронной частоты вращения ротора.The motor uses both half-waves of single-phase alternating current, which alternately excite the poles in two parts of the stator, installed with a shift of 180 electrical degrees. This engine provides twice the power compared with the operation of an engine operating in reverse mode while maintaining the same synchronous rotor speed.

В этом случае выполнено экранирование полюсов одноименных сторон обоих частей статора короткозамкнутыми витками (см. фиг.5). При обрыве одной из обмоток двигатель будет продолжать работать при уменьшенном в два раза электромагнитном моменте.In this case, the shielding of the poles of the same sides of both parts of the stator is performed by short-circuited turns (see Fig. 5). If one of the windings breaks, the motor will continue to work with a halved electromagnetic moment.

Таким образом, работа предлагаемого двигателя, как и любого синхронного реактивного двигателя, основана на взаимодействии кругового вращающегося магнитного поля статора с явнополюсным невозбужденным ротором, который стремится занять положение, соответствующее максимальной магнитной проводимости. В однофазном двигателе пульсирующее поле раскладывается на два вращающихся в противоположных направлениях поля. За счет экранирования полюсов с одной стороны ротор вращается в определенном направлении.Thus, the operation of the proposed engine, like any synchronous jet engine, is based on the interaction of a circular rotating magnetic field of the stator with a clearly pole unexcited rotor, which tends to occupy a position corresponding to the maximum magnetic conductivity. In a single-phase motor, the pulsating field is decomposed into two fields rotating in opposite directions. By shielding the poles on one side, the rotor rotates in a certain direction.

Благодаря тому, что крышки и вал выполнены немагнитными, в двигателе уменьшаются потери на вихревые токи, наводимые пульсирующим магнитным потоком полюсов и самой обмоткой.Due to the fact that the covers and the shaft are non-magnetic, the eddy current losses induced by the pulsating magnetic flux of the poles and the winding itself are reduced in the motor.

Кроме того, отсутствие перемагничивания полюсов статора и ротора обеспечивает снижение потерь в стали при отсутствии гистерезиса.In addition, the absence of magnetization reversal of the stator and rotor poles provides a reduction in steel losses in the absence of hysteresis.

Форма полюсов ротора обеспечивает увеличение крутящего момента. Причем немагнитный каркас из диэлектрика легче, чем металлический корпус, что обеспечивает снижение веса и простоту сборки и выполнения двигателя. Повышение эффективности использования обмоток повышает удельные энергетические показатели.The shape of the rotor poles provides an increase in torque. Moreover, the non-magnetic dielectric frame is lighter than the metal casing, which ensures weight reduction and ease of assembly and execution of the engine. Increasing the efficiency of using windings increases specific energy indicators.

Заявленный электродвигатель обладает повышенными массогабаритными показателями, повышенной надежностью запуска двигателя РСАП.The claimed electric motor has increased overall dimensions, increased reliability of starting the engine RSAP.

Claims (5)

1. Электродвигатель, содержащий статор из двух частей с П-образными полюсами и кольцевой обмоткой, ротор с полюсами, набранными из прямоугольных пластин электротехнической стали, крышки подшипников и вал из немагнитного материала, отличающийся тем, что полюса ротора выполнены с крайними пластинами меньшей высоты по сравнению с высотой пакета средних пластин, образующих выступ над крайними пластинами, толщина пакета из средних пластин составляет 80-85% от общей толщины полюса, каждая часть статора установлена на каркасе, выполненном из диэлектрического материала с малым коэффициентом теплового расширения, а одноименные полюса первой и второй частей статора на конце своем, обращенном в сторону воздушного зазора, выполнены с короткозамкнутым витком, охватывающим часть поперечного сечения полюса для обеспечения запуска двигателя.1. An electric motor comprising a two-part stator with U-shaped poles and an annular winding, a rotor with poles drawn from rectangular plates of electrical steel, bearing caps and a shaft of non-magnetic material, characterized in that the rotor poles are made with extreme plates of lower height in compared with the height of the package of middle plates forming a protrusion above the extreme plates, the thickness of the package of middle plates is 80-85% of the total thickness of the pole, each part of the stator is mounted on a frame made of die of electric material with a small coefficient of thermal expansion, and the same poles of the first and second parts of the stator at their end facing the air gap are made with a short-circuited coil covering part of the cross section of the pole to ensure engine starting. 2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения реверса снабжен двухполюсным трехпозиционным переключателем с нейтралью, двумя диодами, при этом одноименные полюса первой и второй частей статора выполнены с короткозамкнутым витком, размещенным на противоположных сторонах этих полюсов, относящихся к разным частям статора, соединенные вместе концы статорных обмоток подключены к двум клеммам, а начала обмоток через диоды Д1 и Д2 соединены с третьей и четвертой клеммами переключателя, клеммы, соединенные с подвижными контактами, подключены к однофазной сети переменного тока.2. The electric motor according to claim 1, characterized in that for ensuring reverse it is equipped with a bipolar three-position switch with a neutral, two diodes, while the same poles of the first and second parts of the stator are made with a short-circuited coil located on opposite sides of these poles related to different parts the stator, the ends of the stator windings connected together are connected to two terminals, and the beginning of the windings through the diodes D1 and D2 are connected to the third and fourth terminals of the switch, the terminals connected to the movable contacts are connected to a single-phase AC network. 3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения однонаправленного вращения снабжен двухполюсным выключателем, двумя диодами, при этом одноименные полюса первой и второй частей статора выполнены с короткозамкнутым витком, размещенным на одинаковых сторонах полюсов частей статора, концы двух статорных обмоток соединены вместе и подключены к одной клемме, а начала обмоток через диоды Д1 и Д2 подключены к другой клемме, соединенной с подвижными контактами двухполюсного выключателя, две другие клеммы двухполюсного выключателя подключены к однофазной сети переменного тока.3. The electric motor according to claim 1, characterized in that for ensuring unidirectional rotation it is equipped with a bipolar switch, two diodes, while the same poles of the first and second parts of the stator are made with a short-circuited coil located on the same sides of the poles of the parts of the stator, the ends of the two stator windings are connected together and connected to one terminal, and the beginning of the windings through diodes D1 and D2 are connected to another terminal connected to the movable contacts of the bipolar switch, the other two terminals of the bipolar switch They are connected to a single-phase AC network. 4. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что боковые стенки каркасов выполнены в виде плоских тонких дисков, наружные поверхности которых выполнены с выступающими ребрами для установки и крепления в них полюсов статора.4. The electric motor according to claim 1, characterized in that the side walls of the frames are made in the form of flat thin disks, the outer surfaces of which are made with protruding ribs for installation and fastening of the stator poles in them. 5. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что величина воздушного зазора выбирается минимальной не более 0,8 мм исходя из возможности конструктивного исполнения для увеличения мощности двигателя.5. The electric motor according to claim 1, characterized in that the air gap is selected as a minimum of not more than 0.8 mm based on the possibility of design to increase engine power.
RU2003137205/11A 2003-12-25 2003-12-25 Electric engine RU2267855C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003137205/11A RU2267855C2 (en) 2003-12-25 2003-12-25 Electric engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003137205/11A RU2267855C2 (en) 2003-12-25 2003-12-25 Electric engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003137205A RU2003137205A (en) 2005-06-10
RU2267855C2 true RU2267855C2 (en) 2006-01-10

Family

ID=35833779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003137205/11A RU2267855C2 (en) 2003-12-25 2003-12-25 Electric engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2267855C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2499344C1 (en) * 2012-04-16 2013-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" Synchronous electric motor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3320555A1 (en) * 1983-06-07 1984-12-13 Max Stegmann GmbH, Uhren- und Elektroapparatefabrik, 7710 Donaueschingen DC motor having a mechanical commutator
DE4400443C1 (en) * 1994-01-10 1994-11-03 Weh Herbert Transverse-flux machine having a cylindrical rotor
RU2139622C1 (en) * 1998-09-07 1999-10-10 Открытое акционерное общество "Т-Гидропресс" Inductor machine
RU2159495C1 (en) * 1999-08-23 2000-11-20 Открытое акционерное общество "Т-Гидропресс" Inductor machine
DE19956367C2 (en) * 1999-11-24 2002-02-21 Klaus Beckmann Heteropolar excited reluctance machine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3320555A1 (en) * 1983-06-07 1984-12-13 Max Stegmann GmbH, Uhren- und Elektroapparatefabrik, 7710 Donaueschingen DC motor having a mechanical commutator
DE4400443C1 (en) * 1994-01-10 1994-11-03 Weh Herbert Transverse-flux machine having a cylindrical rotor
RU2139622C1 (en) * 1998-09-07 1999-10-10 Открытое акционерное общество "Т-Гидропресс" Inductor machine
RU2159495C1 (en) * 1999-08-23 2000-11-20 Открытое акционерное общество "Т-Гидропресс" Inductor machine
DE19956367C2 (en) * 1999-11-24 2002-02-21 Klaus Beckmann Heteropolar excited reluctance machine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2499344C1 (en) * 2012-04-16 2013-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" Synchronous electric motor

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003137205A (en) 2005-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1240702B1 (en) Thermally protected electric machine
EP0189652B1 (en) Synchronous ac motor
JPS63140647A (en) Total flux reversible and variable reluctance brushless apparatus
CN101981785A (en) rotating electrical machine
US20180198356A1 (en) Line-start synchronous reluctance motor with improved performance
KR20030085502A (en) Induction motor
EP3416268B1 (en) Three phase flux switching electric machine with orthogonally oriented magnets
CA3067531C (en) Electrical machine
CN101227127B (en) Motor and rotor structure thereof
US6891301B1 (en) Simplified hybrid-secondary uncluttered machine and method
CN104823372B (en) electric motor
EP1624556A1 (en) An outer magnetic circuit bias magnetic bias reluctance machine with permanent magnets
RU2246167C1 (en) Face-type electrical machine
RU2267855C2 (en) Electric engine
RU2421865C1 (en) Single-phase electric motor
WO2005002023A1 (en) Industrial motor assembly comprising a vented rotor shaft
CN112789785B (en) Claw pole motor with toroidal coil and meandering coil
RU2088028C1 (en) Electric motor (options)
EP3084929B1 (en) Stator for an electric machine
CN216564875U (en) Electric motor
JP7580629B2 (en) Magnetic geared motor and manufacturing method thereof
RU207794U1 (en) End-type synchronous electric machine
EP4142115A1 (en) Tapped winding method for extended constant horsepower speed range
SU1169082A1 (en) Electric motor with clutch
CN1249559A (en) Electric motor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20061226