RU2311715C1 - Synchronous electrical machine - Google Patents
Synchronous electrical machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2311715C1 RU2311715C1 RU2006109565/09A RU2006109565A RU2311715C1 RU 2311715 C1 RU2311715 C1 RU 2311715C1 RU 2006109565/09 A RU2006109565/09 A RU 2006109565/09A RU 2006109565 A RU2006109565 A RU 2006109565A RU 2311715 C1 RU2311715 C1 RU 2311715C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coil
- stator
- rotor
- electric machine
- winding
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в качестве низкооборотных высокомоментных двигателей мотор-колес для привода транспортных средств, двигателей привода лифтов, автомобильных стартер-генераторов и низкооборотных генераторов для ветроустановок и бесплотинных гидростанций и т.п.The invention relates to electrical engineering, in particular to electric machines, and can be used as low-speed high-torque motor-wheel motors for driving vehicles, elevator drive motors, automobile starter-generators and low-speed generators for wind turbines and damless hydroelectric stations, etc.
Известен трехфазный генератор (А.с. СССР №430471 по МПК Н02К 19/16, бюл. №20, 1974 г., авторы Абрамов А.И., Иванов-Смоленский А.В. и Петров Г.Н.), статор которого выполнен с числом зубцов, меньшим утроенного числа пар полюсов, и на каждом втором зубце поочередно расположена высоковольтная концентрическая обмотка. Недостатком этого технического решения является расположение обмотки не на каждом, а лишь на каждом втором зубце. В результате зависимость электродвижущей силы (ЭДС) от времени обладает широким спектром высших гармонических составляющих, что ухудшает виброакустические показатели генератора и не позволяет ему работать параллельно с сетью. Кроме того, железо полюсов статора и медь обмотки статора в этой конструкции используются не оптимально.Known three-phase generator (AS USSR No. 430471 according to IPC Н02К 19/16, bull. No. 20, 1974, authors Abramov A.I., Ivanov-Smolensky A.V. and Petrov G.N.), stator which is made with the number of teeth less than the tripled number of pole pairs, and on each second tooth, a high-voltage concentric winding is alternately located. The disadvantage of this technical solution is the location of the winding is not on everyone, but only on every second tooth. As a result, the dependence of the electromotive force (EMF) on time has a wide range of higher harmonic components, which degrades the vibroacoustic performance of the generator and does not allow it to work in parallel with the network. In addition, the stator pole iron and the stator winding copper are not used optimally in this design.
Прототипом настоящего технического решения является синхронный электродвигатель (А.с. СССР №1345291 по МПК Н02К 19/02, бюл. №38, 1987 г., автор Шевченко А.Ф.), содержащий статор с трехфазной обмоткой (в заявляемом изобретении - многофазной катушечной обмоткой) и активный ротор с чередующейся полярностью полюсов (в заявляемом изобретении - один индуктор ротора, полюса которого образованы постоянными магнитами с чередующейся полярностью)..., катушки обмотки статора, принадлежащие одной фазе, расположены на полюсах (в заявляемом изобретении - на отдельных зубцах), сдвинутых на 360 эл. град., включены встречно.The prototype of this technical solution is a synchronous motor (A.S. USSR No. 1345291 according to IPC Н02К 19/02, bull. No. 38, 1987, author Shevchenko AF), containing a stator with a three-phase winding (in the present invention is multiphase coil winding) and an active rotor with alternating polarity of poles (in the claimed invention, one rotor inductor whose poles are formed by permanent magnets with alternating polarity) ..., the stator winding coils belonging to one phase are located at the poles (in the claimed invention are separate x teeth), shifted by 360 e. city., included counter.
Недостатком прототипа является то, что сдвиг на 360 эл. град. между катушками одной фазы делает гармонический состав зависимости ЭДС от времени этого двигателя весьма обширным, что ухудшает виброакустические показатели, создает дополнительные потери мощности и ухудшает КПД.The disadvantage of the prototype is that a shift of 360 e. hail. between the coils of one phase makes the harmonic composition of the dependence of the EMF on the time of this engine very extensive, which degrades the vibration-acoustic performance, creates additional power losses and degrades the efficiency.
Целью настоящего изобретения является создание синхронной электрической машины с повышенным КПД, приемлемыми виброакустическими показателями и технологичной катушечной обмоткой статора (якоря), в которой каждая катушка расположена на отдельном зубце.The aim of the present invention is to provide a synchronous electric machine with increased efficiency, acceptable vibroacoustic performance and a technologically advanced coil winding of the stator (armature), in which each coil is located on a separate tooth.
Указанная цель достигается в соответствии с настоящим изобретением благодаря соблюдению следующих соотношений между числом катушечных групп в фазе d, числом зубцов статора Z и числом пар полюсов ротора р:This goal is achieved in accordance with the present invention by observing the following relationships between the number of coil groups in phase d, the number of stator teeth Z and the number of pole pairs of the rotor p:
где k=1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5... - целое положительное число или число, отличающееся от него на 0.5, иwhere k = 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5 ... is a positive integer or a number that differs from it by 0.5, and
при этом Z/p≠2 и число катушек в катушечной группе статора λ=3, 5, 7... - целое положительное нечетное число больше 3.in this case, Z / p ≠ 2 and the number of coils in the stator coil group λ = 3, 5, 7 ... - a positive integer odd number greater than 3.
В случае, если k в соотношении (1) целое число, обмотки катушечных групп в каждой фазе соединены согласно, а при k, отличном от целого числа на 0.5, обмотки катушечных групп в каждой фазе соединены встречно. При соблюдении этого соотношения наведенные в каждой из катушечных групп ЭДС геометрически складываются, при отступлении от него вычитаются, что приводит к потере полезной мощности машины.If k in the relation (1) is an integer, the windings of the coil groups in each phase are connected according to, and for k different from the integer by 0.5, the windings of the coil groups in each phase are connected in the opposite direction. Subject to this ratio, the EMF induced in each of the coil groups are geometrically added; when deviating from it, they are subtracted, which leads to a loss in the useful power of the machine.
Соотношение (1) позволяет получитьRelation (1) allows us to obtain
- в генераторном режиме работы электрической машины - одинаковые по фазе напряжение и ток во всех катушечных группах одной и той же фазы,- in the generator mode of operation of the electric machine - the same phase voltage and current in all coil groups of the same phase,
- в двигательном режиме - одинаковое положение сердечников каждой группы одной и той же фазы относительно полюсов индуктора.- in motor mode - the same position of the cores of each group of the same phase relative to the poles of the inductor.
Выражение (2) определяет границы соотношения числа зубцов статора и числа пар полюсов ротора при условии, что оно не равно 2. В случае если Z=2·p, положение ротора относительно статора, когда ось каждого зубца статора совпадает с осью каждого полюса ротора, является очень устойчивым. Для вывода электрической машины из этого положения необходимо затратить значительное количество энергии.Expression (2) defines the boundaries of the ratio of the number of stator teeth and the number of pairs of rotor poles, provided that it is not 2. If Z = 2 · p, the position of the rotor relative to the stator, when the axis of each stator tooth coincides with the axis of each rotor pole, is very sustainable. To bring the electric machine out of this position, it is necessary to expend a significant amount of energy.
В то же время наиболее оптимальными вариантами является выполнение электрической машины с указанным соотношением, близким к двум, в частности, исходя из соотношения (3):At the same time, the most optimal options are to perform an electric machine with a specified ratio close to two, in particular, based on relation (3):
округленным до ближайшего целого числа.rounded to the nearest whole number.
Техническим результатом является существенное сокращение амплитуд высших гармонических составляющих зависимости ЭДС от времени, что приводит к снижению доли «добавочных» потерь мощности от высших гармонических и увеличению КПД электрической машины как минимум на 2÷4%.The technical result is a significant reduction in the amplitudes of the higher harmonic components of the EMF dependence on time, which leads to a decrease in the share of “additional” power losses from higher harmonic and an increase in the efficiency of the electric machine by at least 2–4%.
На фиг.1 изображен эскиз примера выполнения активной части синхронной электрической машины в соответствии с настоящим изобретением - вариант с числом зубцов 1 сердечника статора Z=18, на котором размещена трехфазная обмотка 2, где А, В, С - названия фаз, 0 - нейтральная точка, фаза состоит из двух катушечных групп 3 и 4, соединенных параллельно при помощи проводников 5. Число пар полюсов ротора р=8, полюса ротора образованы при помощи шестнадцати постоянных магнитов 6 чередующейся полярности, прикрепленных к ярму 7 ротора. Ярмо 7 ротора должно быть изготовлено при помощи механообработки из отливки или поковки конструкционной стали с высокой магнитной проницаемостью, например, стали 10. При частотах перемагничивания, меньших 10÷15 Гц, сердечник статора, состоящий из зубцов 1 и ярма 8, может быть изготовлен аналогично ярму 7 ротора. При больших значениях упомянутой частоты сердечник статора должен быть шихтован из листов электротехнической стали, направление шихтовки - параллельно оси вращения машины. С целью снижения стоимости сердечника статора он может быть изготовлен из порошкового магнитомягкого материала, например, путем прессования.Figure 1 shows a sketch of an example of the active part of a synchronous electric machine in accordance with the present invention - an option with the number of teeth 1 of the stator core Z = 18, on which is placed a three-
Катушки обмотки 2 статора наматываются из обмоточного провода, например медного эмаль-провода, на электроизолирующие каркасы либо на зубцовую изоляцию на каждый зубец 1 сердечника статора. Для снижения электрических («омических») потерь катушечная группа либо фаза в целом может наматываться непрерывным проводом. Для упрощения и автоматизации технологии намотки обмотки 2 сердечник статора может быть выполнен разъемным, то есть зубцы 1 и ярмо 8 изготавливаются отдельно, на зубцы 1 наматывается обмотка 2, а затем зубцы 1 скрепляют с ярмом 8. После окончания обмоточных работ для увеличения электрической прочности изоляции и повышения ее надежности производится пропитка обмотки лаком или компаундом.The
Для получения ЭДС максимальной амплитуды число катушек в группе λ=3. Для борьбы с высшими гармоническими составляющими зависимости ЭДС от времени возможно выполнение групп с числом катушек λ=5 или 7. Соседние катушки в катушечной группе должны быть соединены встречно, поскольку они находятся в основном под полюсами ротора противоположной полярности.To obtain the EMF of maximum amplitude, the number of coils in the group is λ = 3. To combat the higher harmonic components of the EMF dependence on time, it is possible to carry out groups with the number of coils λ = 5 or 7. The adjacent coils in the coil group must be connected in the opposite direction, since they are mainly under the poles of the rotor of opposite polarity.
На фиг.2 показан эскиз выполнения активной части синхронной электрической машины в соответствии с настоящим изобретением, когда катушечные группы статора соединены между собой последовательно при помощи проводников 5.Figure 2 shows a sketch of the execution of the active part of the synchronous electric machine in accordance with the present invention, when the stator coil groups are connected together in series using conductors 5.
Устройство работает следующим образом. Магнитный поток каждого постоянного магнита 6 проходит через воздушный зазор, ближайший зубец 1 статора, ярмо 8 статора, следующий зубец 1 статора, воздушный зазор, следующий постоянный магнит 6 и замыкается по ярму 7 ротора. В двигательном режиме на зажимы каждой фазы обмотки 2 статора синхронной машины подается переменное напряжение, по обмотке протекает ток, вызывая вращающуюся МДС статора. При протекании электрического тока в обмотке 2 статора происходит силовое взаимодействие магнитного потока обмотки 2 с основным магнитным потоком магнитов 6. Перемещаясь, волна МДС статора вращает ротор, магнитный поток полюсов 6 перемещается от одного зубца к следующему, при этом наводит электродвижущую силу (ЭДС) в активной части проводников обмотки 2, находящейся в пазах между зубцами. Величина ЭДС обусловлена величиной магнитного потока полюсов и частотой вращения ротора. При вращении ротора синхронная машина будет отдавать механическую мощность в нагрузку. В режиме генератора ротор синхронной машины приводится во вращение сторонним источником механической энергии, например ветродвигателем, при этом вращающий момент прикладывают к ротору, например, с помощью шкива с ременной передачей. Поле постоянных магнитов, перемещаясь вместе с ротором, пересекает проводники обмотки статора, в которых наводится ЭДС. Если цепь нагрузки замкнута, по обмотке протекает ток. Получаемая при этом электрическая энергия передается в нагрузку.The device operates as follows. The magnetic flux of each permanent magnet 6 passes through the air gap, the closest tooth 1 of the stator, the
Следует отметить, что при питании обмотки 1 статора от инвертора постоянного тока для эффективной работы машины в двигательном режиме вводится обратная связь по положению ротора. Например, в трехфазной обмотке при помощи датчика в каждый момент времени должны быть включены те две фазы, ось центрального зубца катушечных групп которых ближе к оси ближайшего по ходу поворота межмагнитного промежутка, полярность включания катушечной группы такова, чтобы зубцы притягивались к следующему по ходу поворота магниту, именно на зубцы этих двух фаз действует наибольшая электромагнитная сила. При использовании датчика Холла в качестве чувствительного элемента датчика положения ротора он может быть размещен между статором и ротором на стороне статора, обращенной к постоянным магнитам ротора, непосредственно в основном рабочем воздушном зазоре между коронками зубцов. Дополнительную магнитную систему для датчика положения ротора создавать не надо. Это дает возможность:It should be noted that when the stator winding 1 is powered by a DC inverter, for the efficient operation of the machine in the motor mode, feedback on the position of the rotor is introduced. For example, in a three-phase winding with a sensor, at each moment of time, those two phases must be included, the axis of the central tooth of the coil groups of which is closer to the axis of the closest intermagnetic gap in the direction of rotation, the polarity of the inclusion of the coil group is such that the teeth are attracted to the next magnet , it is precisely on the teeth of these two phases that the greatest electromagnetic force acts. When using the Hall sensor as a sensitive element of the rotor position sensor, it can be placed between the stator and the rotor on the side of the stator facing the permanent magnets of the rotor, directly in the main working air gap between the tooth crowns. It is not necessary to create an additional magnetic system for the rotor position sensor. This makes it possible:
- упростить конструкцию за счет отказа от дополнительной магнитной системы;- to simplify the design due to the rejection of an additional magnetic system;
- снизить требования к чувствительности применяемых датчиков Холла, так как используется магнитное поле силовых постоянных магнитов;- reduce the requirements for the sensitivity of the used Hall sensors, since the magnetic field of the power permanent magnets is used;
- более точно обеспечить моменты переключения фаз, так как именно в рабочем зазоре проходит истинный фронт полей постоянных магнитов;- more accurately ensure the moments of phase switching, since it is in the working gap that the true front of the fields of permanent magnets passes;
- обеспечивать более высокую стабильность работы датчиков;- provide higher stability of the sensors;
- упростить контрольные операции при производстве и диагностике.- simplify control operations during production and diagnostics.
Такое размещение датчиков стало возможным благодаря тому, что магнитное поле реакции якоря сконцентрировано в зубцах, каждый из которых охватывается отдельной катушкой. В результате поле реакции якоря меньше, чем при традиционной конструкции зубцовой зоны, и концентрируется в шлицевых областях пазов. Оно перпендикулярно оси паза и направлено от одного зубца к соседнему по направлению минимальной чувствительности датчика Холла. Таким образом, датчик практически не реагирует на поле реакции якоря, что обеспечивает гарантированные условия надежной работы и плавного вращения.This arrangement of sensors became possible due to the fact that the magnetic field of the armature reaction is concentrated in the teeth, each of which is covered by a separate coil. As a result, the reaction field of the anchor is smaller than with the traditional design of the tooth zone, and is concentrated in the slotted areas of the grooves. It is perpendicular to the axis of the groove and is directed from one tooth to the next in the direction of the minimum sensitivity of the Hall sensor. Thus, the sensor practically does not respond to the reaction field of the armature, which provides guaranteed conditions for reliable operation and smooth rotation.
Следует отметить, что полюса индуктора ротора могут быть выполнены с обмоткой возбуждения, как в традиционной синхронной машине.It should be noted that the poles of the rotor inductor can be made with an excitation winding, as in a traditional synchronous machine.
Примеры осуществления изобретения. Согласно расчетам можно привести следующие примеры оптимальной реализации электрической машины с трехфазной обмоткой статора (таблица).Examples of carrying out the invention. According to the calculations, the following examples of the optimal implementation of an electric machine with a three-phase stator winding can be given (table).
Промышленная применимость. При осуществлении изобретения в соответствии с №2 (таблица) была получена величина длительно развиваемого момента упора 40 Н·м, при массе двигателя 9 кг и максимальном КПД 92%. Максимальная частота вращения ротора составила 70 об/мин.Industrial applicability. When carrying out the invention in accordance with No. 2 (table), a value of a long-term developed stop torque of 40 N · m was obtained, with an engine weight of 9 kg and a maximum efficiency of 92%. The maximum rotor speed was 70 rpm.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006109565/09A RU2311715C1 (en) | 2006-03-27 | 2006-03-27 | Synchronous electrical machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006109565/09A RU2311715C1 (en) | 2006-03-27 | 2006-03-27 | Synchronous electrical machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2311715C1 true RU2311715C1 (en) | 2007-11-27 |
Family
ID=38960405
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006109565/09A RU2311715C1 (en) | 2006-03-27 | 2006-03-27 | Synchronous electrical machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2311715C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009051515A1 (en) * | 2007-10-19 | 2009-04-23 | Zakrytoe Akcionernoe Obschestvo Nauchno-Proizvodstvennoe Predpriyatie 'inkar-M' | Synchronous electrical machine |
WO2013130642A1 (en) * | 2012-02-27 | 2013-09-06 | Lit Motors Corporation | Vehicle motor assemblies |
RU2510565C1 (en) * | 2012-11-22 | 2014-03-27 | Евгений Евгеньевич Голубков | Low-speed current generator |
RU209317U1 (en) * | 2021-09-29 | 2022-03-15 | Сергей Сергеевич Лагутин | Polyphase generator |
WO2023055256A1 (en) * | 2021-09-29 | 2023-04-06 | Сергей Сергеевич ЛАГУТИН | Polyphase generator |
-
2006
- 2006-03-27 RU RU2006109565/09A patent/RU2311715C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009051515A1 (en) * | 2007-10-19 | 2009-04-23 | Zakrytoe Akcionernoe Obschestvo Nauchno-Proizvodstvennoe Predpriyatie 'inkar-M' | Synchronous electrical machine |
WO2013130642A1 (en) * | 2012-02-27 | 2013-09-06 | Lit Motors Corporation | Vehicle motor assemblies |
RU2510565C1 (en) * | 2012-11-22 | 2014-03-27 | Евгений Евгеньевич Голубков | Low-speed current generator |
RU209317U1 (en) * | 2021-09-29 | 2022-03-15 | Сергей Сергеевич Лагутин | Polyphase generator |
WO2023055256A1 (en) * | 2021-09-29 | 2023-04-06 | Сергей Сергеевич ЛАГУТИН | Polyphase generator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108964396B (en) | Stator partition type alternate pole hybrid excitation motor | |
CN104821668B (en) | A kind of stator permanent magnetic type electric | |
CN104779760B (en) | Low-torque pulse electrically-excited double-salient brushless DC (Direct Current) motor and control system thereof | |
KR20070063055A (en) | A constant-power brushless dc motor and the generator thereby | |
CN107425626B (en) | A kind of built-in tangential excitation vernier magneto | |
RU2311715C1 (en) | Synchronous electrical machine | |
EP2528207A1 (en) | Brushless electric machine | |
CN104158376A (en) | Brush-contained direct current motor capable of reducing electromagnetic excitation force | |
RU2441308C1 (en) | Electromechanical converter | |
RU2390086C1 (en) | Contactless reductor electric machine with combined excitation | |
RU2356154C1 (en) | Electrical machine with double-pack inductor (versions) | |
RU2302692C1 (en) | Electromechanical converter | |
RU2339147C1 (en) | Electrical machine | |
WO2009051515A1 (en) | Synchronous electrical machine | |
CN102570656A (en) | Electric-excitation brushless starter generator (motor) | |
CN202395551U (en) | Electric excitation brushless starting generator | |
RU2716489C2 (en) | Electromechanical converter | |
EP2894772A1 (en) | Electromechanical converter | |
RU2416858C1 (en) | Electric reduction machine with salient-pole armature | |
RU2437200C1 (en) | Non-contact reduction machine with axial excitation | |
RU2414793C1 (en) | Non-contact modular magnetoelectric machine | |
RU67347U1 (en) | SYNCHRONOUS ELECTRIC MACHINE | |
RU2246167C1 (en) | Face-type electrical machine | |
Xu et al. | Design and performance of a new hybrid switched reluctance motor for hammer breaker application | |
RU2541427C1 (en) | Terminal electric machine (versions) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130328 |