RU2331150C2 - Synchronous rotary electric machine - Google Patents
Synchronous rotary electric machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2331150C2 RU2331150C2 RU2006132152/09A RU2006132152A RU2331150C2 RU 2331150 C2 RU2331150 C2 RU 2331150C2 RU 2006132152/09 A RU2006132152/09 A RU 2006132152/09A RU 2006132152 A RU2006132152 A RU 2006132152A RU 2331150 C2 RU2331150 C2 RU 2331150C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coils
- tooth
- teeth
- electric machine
- grooves
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к синхронным электрическим машинам и может быть использовано, например, в регулируемых электроприводах, а также в автономном электрооборудовании в качестве источника переменного тока.The invention relates to synchronous electric machines and can be used, for example, in controlled electric drives, as well as in stand-alone electrical equipment as an alternating current source.
Известны электрические машины, содержащие статор с m-фазной обмоткой, каждая катушка которой охватывает один зубец, и ротор с полюсами чередующейся полярности.Known electrical machines containing a stator with an m-phase winding, each coil of which covers one tooth, and a rotor with poles of alternating polarity.
Например, известен синхронный электродвигатель согласно патенту RU №2059994, МПК 6 Н02К 19/12, приоритет от 17.03.86, содержащий статор с явно выраженными полюсами, на которых расположена m-фазная обмотка, выполненная в виде катушек, по одной на полюс. Катушки расположены на каждом полюсе статора (полюса являются зубцами статора). Синхронный электродвигатель содержит также ротор с чередующейся полярностью полюсов, причем число зубцов статора и число полюсов ротора отличаются на 2к, где к=1, 2, 3...For example, a synchronous electric motor is known according to patent RU No. 2059994, IPC 6 Н02К 19/12, priority 17.03.86, containing a stator with pronounced poles, on which an m-phase winding, made in the form of coils, one per pole, is located. Coils are located at each pole of the stator (the poles are the stator teeth). The synchronous electric motor also contains a rotor with alternating polarity of the poles, and the number of stator teeth and the number of rotor poles differ by 2k, where k = 1, 2, 3 ...
Недостаток такого электродвигателя заключается в том, что катушки статора расположены на каждом зубце, при этом обеспечивается невысокий коэффициент заполнения активной зоны статора обмоточным проводом, вследствие чего невысок также коэффициент использования электрической машины, равный отношению момента, развиваемого электрической машиной, к объему ее активной части [Проектирование электрических машин. Под ред. И.П.Копылова. "Энергия", 1980, с.11]. Кроме того, такой синхронный электродвигатель имеет различное число полюсов статора и ротора, что противоречит общей теории электрических машин: в синхронных машинах числа полюсов статора и ротора должны быть равными [А.И.Вольдек. Электрические машины. "Энергия", 1974, с.367].The disadvantage of this electric motor is that the stator coils are located on each tooth, while providing a low filling factor of the stator core with a winding wire, as a result of which the utilization of the electric machine is also low, equal to the ratio of the moment developed by the electric machine to the volume of its active part [ Design of electrical machines. Ed. I.P. Kopylov. "Energy", 1980, S. 11]. In addition, such a synchronous electric motor has a different number of poles of the stator and rotor, which contradicts the general theory of electric machines: in synchronous machines, the number of poles of the stator and rotor must be equal [A.I. Voldek. Electric cars. "Energy", 1974, p. 367].
Известен синхронный электродвигатель согласно патенту RU №2047936, МПК 6 Н02К 21/00, приоритет от 02.01.86. Синхронный электродвигатель согласно патенту RU 2047936 содержит статор с m-фазной обмоткой, каждая катушка которой охватывает один зубец; число зубцов статора Zc=M·Q·Zгр; и ротор с 2р чередующимися по полярности полюсами, причем Zc=2p±Q. В обмотке электродвигателя катушки охватывают каждый зубец статора, при этом в каждом пазу расположены две стороны катушек, охватывающих соседние зубцы. Известна также бесконтактная электрическая машина магнитоэлектрического типа согласно патенту RU 2143777, МПК 6 Н02К 21/12, приоритет от 06.10.98, которая содержит статор с Z равномерно расположенными зубцами и ротор с 2р чередующимися полюсами, причем Z-2р=±1, где 1 - минимальное целое число. Катушки охватывают каждый зубец статора, при этом в каждом пазу расположены две стороны катушек, охватывающих соседние зубцы.Known synchronous motor according to patent RU No. 2047936, IPC 6 Н02К 21/00, priority from 02.01.86. The synchronous electric motor according to patent RU 2047936 contains a stator with an m-phase winding, each coil of which covers one tooth; the number of stator teeth Z c = M · Q · Z gr ; and a rotor with 2p poles alternating in polarity, with Z c = 2p ± Q. In the winding of the electric motor, the coils cover each tooth of the stator, while in each groove there are two sides of the coils covering the adjacent teeth. Also known is a non-contact electric magnetoelectric type machine according to patent RU 2143777, IPC 6 Н02К 21/12, priority 06.10.98, which contains a stator with Z evenly spaced teeth and a rotor with 2p alternating poles, with Z-2p = ± 1, where 1 is the minimum integer. Coils cover each stator tooth, with two sides of the coils covering adjacent teeth located in each groove.
Обе описанные выше электрические машины имеют ряд недостатков. Во-первых, катушки обмоток охватывают каждый зубец статора, следовательно, в каждом пазу статора расположены две стороны соседних катушек. Между сторонами двух катушек в пазу неизбежны технологические зазоры, из-за чего коэффициент заполнения паза обмоточным проводом низок. Это приводит к необходимости увеличивать размеры пазов, вследствие чего снижается коэффициент использования электрической машины. Кроме того, количество катушек равно числу зубцов, что приводит к усложнению конструкции и технологии изготовления. Во-вторых, велики зубцовые пульсации момента, что вызвано наличием пазов относительно большой ширины в статоре и обусловленной ими неравномерностью магнитного потока в воздушном зазоре. Высокие зубцовые пульсации момента приводят к снижению минимального вращающего момента электрической машины, неравномерности вращения ротора, что ухудшает эксплуатационные характеристики электрической машины.Both of the electrical machines described above have several disadvantages. Firstly, the coils of the windings cover each tooth of the stator, therefore, in each groove of the stator there are two sides of adjacent coils. Technological gaps are inevitable between the sides of the two coils in the groove, because of which the fill factor of the groove with the winding wire is low. This leads to the need to increase the size of the grooves, as a result of which the utilization of the electric machine is reduced. In addition, the number of coils is equal to the number of teeth, which leads to a complication of the design and manufacturing technology. Secondly, the tooth pulsations of the moment are large, which is caused by the presence of grooves of relatively large width in the stator and the uneven magnetic flux in the air gap due to them. High gear pulsations of the moment lead to a decrease in the minimum torque of the electric machine, uneven rotation of the rotor, which affects the performance of the electric machine.
Проведенные расчеты и экспериментальные исследования показывают, что минимальная величина зубцовых пульсаций момента достигается, если соотношение bП/tZ между шириной паза bП в воздушном зазоре и зубцовым делением tZ находится в диапазоне от 0,3 до 0,35. В этом диапазоне величина зубцовых пульсаций момента меняется незначительно, сохраняя минимальное значение, но существенно возрастает при отклонении bП/tZ от диапазона (0,3÷0,35).The calculations and experimental studies show that the minimum value of the tooth pulsations of the moment is achieved if the ratio b P / t Z between the groove width b P in the air gap and the tooth division t Z is in the range from 0.3 to 0.35. In this range, the magnitude of the tooth pulsations of the moment varies insignificantly, maintaining the minimum value, but increases significantly with a deviation of b P / t Z from the range (0.3 ÷ 0.35).
Из-за низкого значения коэффициента заполнения пазов обмоточным проводом в вышеописанных электрических машинах ширину пазов приходится увеличивать, в результате соотношение bП/tZ в них значительно и приближается к 0,5, что приводит к возрастанию зубцовых пульсаций момента. Например, в синхронном электродвигателе по патенту RU №2047936, несмотря на принятые меры для снижения зубцовых пульсаций момента (в терминологии описания к патенту - момент фиксации ротора при отключенной обмотке статора), величина их составляет 3÷5% от полезного вращающего момента, что является довольно большой величиной. Для снижения зубцовых пульсаций момента во многих электрических машинах уменьшают раскрытие пазов в воздушном зазоре, т.е. выполняют полузакрытые пазы. Однако в этом случае обмотку необходимо выполнять из провода малого диаметра, разделяя активный виток катушки на несколько параллельных проводников. При укладке в полузакрытые пазы проводники приходится вводить по отдельности, в результате чего они располагаются в пазах беспорядочно, что приводит к снижению коэффициента заполнения пазов. Таким образом, электрические машины с полузакрытыми пазами имеют низкий коэффициент использования и сложную технологию изготовления.Due to the low value of the fill factor of the grooves by the winding wire in the above-described electric machines, the width of the grooves has to be increased, as a result, the ratio b P / t Z in them is significant and approaches 0.5, which leads to an increase in the tooth pulsations of the moment. For example, in a synchronous electric motor according to patent RU No. 2047936, despite the measures taken to reduce tooth pulsations of the moment (in the terminology of the description to the patent - the moment of fixing the rotor with the stator winding off), their value is 3 ÷ 5% of the useful torque, which is quite large. To reduce the tooth pulsations of the moment in many electric machines, the opening of the grooves in the air gap is reduced, i.e. perform half-closed grooves. However, in this case, the winding must be performed from a wire of small diameter, dividing the active coil of the coil into several parallel conductors. When laying in half-closed grooves, the conductors have to be introduced separately, as a result of which they are randomly arranged in the grooves, which leads to a decrease in the groove fill factor. Thus, half-closed slot electric machines have a low utilization rate and sophisticated manufacturing technology.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является синхронный электрический двигатель с постоянными магнитами согласно патенту RU 2141156, МПК 6 Н02К 1/14, Н02К 3/18, Н02К 21/14, Н02К 41/03, Н02К 3/24, приоритет от 06.11.95, который может быть выполнен как линейным, так и вращающимся. В данном синхронном двигателе предпринята попытка снизить эффект магнитного сопротивления (зубцовые пульсации момента) и одновременно упростить конструкцию и сборку двигателя. Для решения поставленных задач зубцы статора выполнены с постоянным поперечным сечением (шириной) по всей высоте, а отношение ширины паза к зубцовому делению bП/tZ имеет величину от 0,4 до 0,5.The closest analogue of the invention is a permanent magnet synchronous electric motor according to patent RU 2141156, IPC 6 Н02К 1/14, Н02К 3/18, Н02К 21/14, Н02К 41/03, Н02К 3/24, priority from 11/06/95, which can be performed both linear and rotating. In this synchronous motor, an attempt was made to reduce the effect of magnetic resistance (tooth pulsations of the moment) and at the same time simplify the design and assembly of the motor. To solve the tasks, the stator teeth are made with a constant cross-section (width) over the entire height, and the ratio of the groove width to the tooth division b П / t Z has a value from 0.4 to 0.5.
Однако такой синхронный электрический двигатель имеет ряд недостатков. Во-первых, предлагаемое соотношение (от 0,4 до 0,5) между шириной паза и величиной зубцового деления не позволяет уменьшить зубцовые пульсации момента до величины не более 0,5% от номинального вращающего момента, поскольку такая минимальная величина обеспечивается только при соотношении bП/tZ в пределах от 0,3 до 0,35, а выполнение зубцов с постоянным поперечным сечением (шириной) по всей высоте не оказывает заметного влияния на величину зубцовых пульсаций момента.However, such a synchronous electric motor has several disadvantages. Firstly, the proposed ratio (from 0.4 to 0.5) between the groove width and the size of the tooth division does not allow to reduce the tooth pulsations of the moment to a value of not more than 0.5% of the nominal torque, since such a minimum value is provided only with the ratio b P / t Z in the range from 0.3 to 0.35, and the implementation of the teeth with a constant cross-section (width) over the entire height does not have a noticeable effect on the magnitude of the tooth pulsations of the moment.
Во-вторых, выполнение зубцов с постоянным поперечным сечением может дать удовлетворительные результаты при высоком значении коэффициента заполнения паза обмоткой только в линейных двигателях. Применительно к вращающимся электродвигателям выполнение зубцов с постоянным поперечным сечением приводит к тому, что пазы имеют трапецеидальную форму. Для заполнения трапецеидальных пазов обмоткой предлагается выполнять катушки прямоугольного и трапецеидального сечения и охватывать ими каждый зубец. При этом в пазу остается незаполненное пространство, т.е. коэффициент заполнения паза обмоточным проводом понижается, из-за чего коэффициент использования вращающегося электродвигателя также снижается. Выполнение обмотки из катушек разного поперечного сечения значительно усложняет конструкцию и технологию изготовления рассматриваемого электродвигателя.Secondly, the implementation of teeth with a constant cross-section can give satisfactory results with a high value of the fill factor of the groove winding only in linear motors. In relation to rotating electric motors, the implementation of teeth with a constant cross section leads to the fact that the grooves have a trapezoidal shape. To fill the trapezoidal grooves with a winding, it is proposed to make coils of rectangular and trapezoidal section and cover each tooth with them. In this case, an empty space remains in the groove, i.e. the fill factor of the groove with the winding wire is reduced, due to which the coefficient of use of the rotating motor is also reduced. The implementation of the winding of the coils of different cross-sections significantly complicates the design and manufacturing technology of the electric motor in question.
Задачей изобретения является повышение коэффициента использования электрической машины и снижение зубцовых пульсаций момента при одновременном упрощении ее конструкции и технологии изготовления.The objective of the invention is to increase the utilization rate of an electric machine and reduce tooth pulsations of the moment while simplifying its design and manufacturing technology.
Сущность изобретения заключается в том, что в синхронной вращающейся электрической машине, содержащей ротор с чередующимися по полярности полюсами и статор с Z равномерно расположенными зубцами, на которых размещена m-фазная обмотка из n катушек в каждой фазе так, что каждая из катушек охватывает один зубец, но только один из двух соседних зубцов оказывается охваченным одной из катушек, при этом каждая из катушек повторяет форму паза и занимает, по существу, весь объем двух пазов, примыкающих к данному зубцу, который эта катушка охватывает, предлагается зубцы выполнить так, что их поперечное сечение имеет трапецеидальную форму, а каждый из пазов имеет две практически параллельных боковых стороны таким образом, чтобы поперечное сечение этих пазов было практически постоянным по всей их высоте, при этом отношение ширины паза bП в воздушном зазоре к зубцовому делению tZ имеет величину приблизительно от 0,3 до 0,35.The essence of the invention lies in the fact that in a synchronous rotating electric machine containing a rotor with poles alternating in polarity and a stator with Z uniformly spaced teeth, on which an m-phase winding of n coils is placed in each phase so that each of the coils covers one tooth , but only one of the two adjacent teeth is covered by one of the coils, with each of the coils repeating the shape of the groove and occupying essentially the entire volume of the two grooves adjacent to this tooth, which this coil covers, redlagaetsya prongs configured so that its cross section has a trapezoidal shape, and each of the grooves has two substantially parallel lateral sides so that the cross section of the grooves were substantially constant over their entire height, wherein the ratio of the groove width b P in the air gap to tooth division t Z has a value of from about 0.3 to 0.35.
При размещении на зубцах статора m-фазной обмотки из n катушек в каждой фазе так, что только один из двух соседних зубцов оказывается охваченным одной из катушек, число Z зубцов статора может быть выбрано равным 2mn, где при нечетном числе m фаз число n катушек в каждой фазе выбирают равным любому целому числу, а при четном числе m фаз число n катушек в каждой фазе выбирают равным любому четному числу.When an m-phase winding of n coils is placed on the stator teeth of n coils in each phase so that only one of two adjacent teeth is covered by one of the coils, the number Z of stator teeth can be chosen equal to 2mn, where for an odd number of m phases the number of n coils in each phase is chosen equal to any integer, and with an even number of m phases, the number n of coils in each phase is chosen equal to any even number.
В предлагаемой электрической машине выполнение зубцов так, что их поперечное сечение имеет трапецеидальную форму, а каждый из пазов имеет две практически параллельных боковых стороны таким образом, чтобы поперечное сечение этих пазов было практически постоянным по всей их высоте, дает возможность заранее изготовить катушки прямоугольной формы, одинакового размера, с максимально возможной плотностью расположения отдельных проводников. Каждая сторона катушки укладывается в паз соответствующей прямоугольной формы, полностью заполняя его объем. При этом обеспечивается максимальный коэффициент заполнения пазов обмоточным проводом благодаря плотной предварительной намотке и отсутствию технологических зазоров в пазах; кроме того, повышается теплопередача от катушек к стенкам пазов, что позволяет повысить плотность тока в обмотке при сохранении допустимой температуры.In the proposed electric machine, the teeth are made so that their cross section has a trapezoidal shape, and each of the grooves has two almost parallel sides so that the cross section of these grooves is almost constant over their entire height, it makes it possible to pre-produce coils of rectangular shape, the same size, with the highest possible density of the individual conductors. Each side of the coil fits into the groove of the corresponding rectangular shape, completely filling its volume. This ensures the maximum fill factor of the grooves with a winding wire due to the tight pre-winding and the absence of technological gaps in the grooves; in addition, the heat transfer from the coils to the walls of the grooves is increased, which allows to increase the current density in the winding while maintaining an acceptable temperature.
В предлагаемой машине отношение ширины паза bП в воздушном зазоре к зубцовому делению tZ имеет величину приблизительно от 0,3 до 0,35, что обеспечивает минимальную величину зубцовых пульсаций момента. Это соотношение в предлагаемой электрической машине существенно меньше, чем в известных, где оно составляет 0,5÷0,65, т.е. пазы в предлагаемой машине имеют значительно меньшую ширину, чем в известных электрических машинах, что может быть обеспечено благодаря высокому коэффициенту заполнения пазов обмоточным проводом, позволяющему в относительно узких пазах разместить необходимое количество обмоточного провода. Выполнение пазов относительно малой ширины обеспечивает относительно большую ширину зубцов, составляющую 0,65÷0,7 от зубцового деления в воздушном зазоре. Зубцы в поперечном сечении имеют трапецеидальную форму, ширина их увеличивается по высоте. Так как зубцы являются частью магнитной системы электрической машины, большая их ширина дает возможность повысить магнитный поток, соответственно увеличить вращающий момент предлагаемой синхронной вращающейся электрической машины.In the proposed machine, the ratio of the groove width b P in the air gap to the tooth division t Z has a value of from about 0.3 to 0.35, which ensures a minimum value of the tooth pulsations of the moment. This ratio in the proposed electric machine is significantly less than in the known ones, where it is 0.5 ÷ 0.65, i.e. the grooves in the proposed machine have a significantly smaller width than in the known electric machines, which can be achieved due to the high filling factor of the grooves with a winding wire, which allows you to place the required number of winding wires in relatively narrow grooves. The execution of the grooves of a relatively small width provides a relatively large width of the teeth, comprising 0.65 ÷ 0.7 of the tooth division in the air gap. The teeth in the cross section have a trapezoidal shape, their width increases in height. Since the teeth are part of the magnetic system of an electric machine, their large width makes it possible to increase the magnetic flux, respectively, to increase the torque of the proposed synchronous rotating electric machine.
Предлагаемое изобретение позволяет, во-первых, повысить, по сравнению с известными синхронными машинами, плотность тока в обмотке на 15÷20% благодаря хорошей теплопередаче от обмотки к зубцам. Во-вторых, позволяет повысить магнитный поток на 20÷25% при одинаковой намагничивающей силе полюсов благодаря относительно широким зубцам статора, что дает возможность значительно повысить вращающий момент при тех же габаритах и массе и, соответственно, повысить коэффициент использования предлагаемой синхронной вращающейся электрической машины (в 1,5 раза по сравнению с известными). При этом количество катушек обмотки в предлагаемой синхронной вращающейся электрической машине вдвое меньше, чем число зубцов, в то время как во всех известных вращающихся синхронных электрических машинах количество катушек равно числу зубцов (представленный в патенте RU 2141156 вариант машины, в котором катушки охватывают зубцы прямоугольной формы через один, может быть реализован только в линейных, а не вращающихся электрических машинах). Следовательно, в предлагаемом изобретении количество катушек в два раза меньше, чем в известных, что упрощает конструкцию и технологию изготовления. Расположение в пазах по одной стороне катушек облегчает технологию укладки обмотки в пазы.The present invention allows, firstly, to increase, compared with the known synchronous machines, the current density in the winding by 15 ÷ 20% due to the good heat transfer from the winding to the teeth. Secondly, it allows to increase the magnetic flux by 20 ÷ 25% with the same magnetizing power of the poles due to the relatively wide stator teeth, which makes it possible to significantly increase the torque with the same dimensions and weight and, accordingly, increase the utilization rate of the proposed synchronous rotating electric machine ( 1.5 times compared with the known). The number of winding coils in the proposed synchronous rotating electric machine is half that of the teeth, while in all known rotating synchronous electric machines, the number of coils is equal to the number of teeth (a machine variant presented in patent RU 2141156, in which the coils cover rectangular teeth through one, can only be implemented in linear, rather than rotating electric machines). Therefore, in the present invention, the number of coils is two times less than in the known ones, which simplifies the design and manufacturing technology. The location in the grooves on one side of the coils facilitates the technology of laying the winding in the grooves.
Поскольку в предлагаемой синхронной вращающейся электрической машине число катушек меньше, чем в известных с таким же числом зубцов статора, количество возможных вариантов выполнения предлагаемых машин также меньше. Однако для всех встречающихся на практике случаев может быть выбран вариант выполнения предлагаемой синхронной вращающейся электрической машины. Обмотка предлагаемой машины может быть выполнена при соблюдении следующих соотношений: число зубцов статора Z выбирают равным 2mn, где m - число фаз, n - количество катушек в каждой фазе; причем при m нечетном n - любое целое число, соответственно Z кратно 2m; при m четном число катушек каждой фазы должно быть кратно 2, т.е. n - четное число, соответственно Z кратно 4m. Например, при m, равном 3, число зубцов статора Z кратно 6, при m, равном 2, Z кратно 8.Since in the proposed synchronous rotating electric machine, the number of coils is less than in those known with the same number of stator teeth, the number of possible embodiments of the proposed machines is also less. However, for all cases encountered in practice, an embodiment of the proposed synchronous rotating electric machine can be selected. The winding of the proposed machine can be performed subject to the following relationships: the number of stator teeth Z is chosen equal to 2mn, where m is the number of phases, n is the number of coils in each phase; moreover, for m odd n is any integer, respectively Z is a multiple of 2m; when m is even, the number of coils of each phase must be a multiple of 2, i.e. n is an even number, respectively Z is a multiple of 4m. For example, with m equal to 3, the number of stator teeth Z is a multiple of 6, with m equal to 2, Z is a multiple of 8.
В качестве примера реализации на фиг.1 представлена синхронная электрическая машина с числом фаз m, равным 3, числом зубцов Z, равным 18. Обмотка содержит 9 катушек, по 3 катушки в каждой фазе; в каждом из пазов 1-18 расположена соответствующая сторона катушки. Ротор синхронной машины содержит число полюсов 2р, равное 20. На фиг.2 представлена схема обмотки статора данной машины. На фиг.1 цифрами 1...18 пронумерованы пазы статора, а на фиг.2 - расположенные в соответствующих пазах 1-18 стороны катушек. На фиг.3 представлена звезда пазовых э.д.с. - т.е. векторы э.д.с., наводимых в сторонах катушек, расположенных в соответствующих пазах 1-18, с учетом фазового сдвига между ними. Число Z' лучей звезды пазовых э.д.с. составляет Z/НОД, где НОД - наибольший общий делитель отношения Z/p. Угол α между соседними векторами (лучами) звезды пазовых э.д.с. составляет 360/Z' (эл. градусов). Угол β сдвига фаз между э.д.с. соседних пазов, в которых расположены стороны одной катушки, составляет 360·p/Z (эл. градусов).As an example of implementation, Fig. 1 shows a synchronous electric machine with the number of phases m equal to 3, the number of teeth Z equal to 18. The winding contains 9 coils, 3 coils in each phase; in each of the grooves 1-18 is located the corresponding side of the coil. The rotor of the synchronous machine contains the number of poles 2p, equal to 20. Figure 2 presents a diagram of the stator winding of this machine. In Fig. 1, the stator slots are numbered 1 ... 18, and in Fig. 2, the sides of the coils located in the corresponding slots 1-18. Figure 3 presents the star grooving emf - i.e. the emf vectors induced in the sides of the coils located in the corresponding grooves 1-18, taking into account the phase shift between them. The number Z 'of the rays of the star groove EMF is Z / GCD, where GCD is the largest common divisor of the Z / p ratio. The angle α between adjacent vectors (rays) of the star groove emf is 360 / Z '(el. degrees). Angle β of the phase shift between the emf neighboring grooves in which the sides of one coil are located is 360 · p / Z (el. degrees).
В машине, приведенной на фиг.1, значение НОД составляет 2; значение Z' составляет 9; угол α составляет 40 эл. градусов; угол β составляет 200 эл. градусов.In the machine shown in figure 1, the value of GCD is 2; the value of Z 'is 9; angle α is 40 el. degrees; angle β is 200 el. degrees.
Работа синхронной электрической машины рассмотрена на примере генераторного режима и пояснена с помощью векторной диаграммы э.д.с., наводимой в катушках каждой фазы обмотки. На фиг.4 представлена векторная диаграмма э.д.с., наводимая в катушках фазы "А" синхронной машины, соответствующей фиг.1. При вращении ротора рассматриваемой машины в сторонах катушек, расположенных в пазах 1-18, наводятся э.д.с., соответствующие звезде пазовых э.д.с., представленной на фиг.3. Катушки обмотки должны быть соединены по схеме, приведенной на фиг.2. В этом случае э.д.с., наводимые в сторонах катушек, принадлежащих одной фазе обмотки, например, фазе "А", складываются в соответствии с векторной диаграммой, представленной на фиг.4, где вектор ОЕA изображает суммарную э.д.с. фазы "А", которая складывается из единичных векторов 1, - 2, - 11, 3, 12, - 4, изображающих э.д.с., наводимые в сторонах катушек, расположенных в соответствующих пазах 1, 2, 11, 3, 12, 4 с учетом условно выбранного положительного направления (в пазах 1, 3, 12 направление принято положительным; соответственно в пазах 2, 11, 4 направление отрицательное). Отношение длины вектора ОЕA, соответствующего э.д.с. фазы "А", к арифметической сумме единичных векторов, соответствующих э.д.с., наводимых в отдельных сторонах катушек данной фазы, равно обмоточному коэффициенту Koб1 первой гармоники э.д.с. В рассматриваемой синхронной вращающейся электрической машине значение Коб1 составляет 0,945 в соответствии с векторной диаграммой фиг.4.The operation of a synchronous electric machine is considered on the example of the generator mode and explained using the vector diagram of the emf induced in the coils of each phase of the winding. Figure 4 presents the vector diagram of the emf induced in the coils of phase "A" of the synchronous machine corresponding to figure 1. When the rotor of the machine in question rotates in the sides of the coils located in the grooves 1-18, the emf corresponding to the star of the slot emf shown in Fig. 3 is induced. Coil windings should be connected according to the circuit shown in figure 2. In this case, the emf induced on the sides of the coils belonging to one phase of the winding, for example, phase "A", are added in accordance with the vector diagram presented in figure 4, where the vector OE A represents the total emf from. phase "A", which consists of unit vectors 1, - 2, - 11, 3, 12, - 4, representing the emf induced in the sides of the coils located in the
Обмоточный коэффициент Koб1 первой гармоники э.д.с., рассчитанный аналогичным способом для известной машины согласно патенту RU 2143777 с таким же числом зубцов статора и полюсов ротора, равен обмоточному коэффициенту рассматриваемой синхронной машины - 0,945. Анализ любых возможных вариантов электрических машин с различными соотношениями чисел зубцов статора и полюсов ротора показывает, что во всех случаях в предлагаемой синхронной вращающейся электрической машине обмоточный коэффициент первой гармоники э.д.с., а значит напряжение в генераторном режиме и мощность не ниже, чем в прототипах. При этом, учитывая отмеченные выше преимущества предлагаемой синхронной вращающейся электрической машины - в частности, возможность повышения плотности тока в обмотке и магнитного потока, величины тока, напряжения и, следовательно, мощность предлагаемой машины выше, чем у известных электрических машин при тех же габаритах и массе.The winding coefficient K ob1 of the first harmonic emf, calculated in a similar way for a known machine according to patent RU 2143777 with the same number of stator teeth and rotor poles, is equal to the winding coefficient of the synchronous machine in question - 0.945. An analysis of any possible options for electric machines with different ratios of the numbers of stator teeth and rotor poles shows that in all cases in the proposed synchronous rotating electric machine the winding coefficient of the first harmonic is the emf, and therefore the voltage in the generator mode and the power are not lower than in prototypes. Moreover, taking into account the above-mentioned advantages of the proposed synchronous rotating electric machine - in particular, the possibility of increasing the current density in the winding and magnetic flux, the magnitude of the current, voltage and, therefore, the power of the proposed machine is higher than that of the known electric machines with the same dimensions and weight .
Согласно свойству обратимости электрических машин [А.И.Вольдек. Электрические машины. "Энергия", 1974, с.7] предлагаемая синхронная электрическая машина может работать как в качестве генератора, так и в качестве двигателя. При работе в качестве двигателя, также как и в качестве генератора, предлагаемая машина имеет, по сравнению с известными, более высокую мощность и, следовательно, более высокий вращающий момент при тех же габаритах и массе, соответственно, и более высокий коэффициент использования.According to the reversibility property of electric machines [A.I. Voldek. Electric cars. "Energy", 1974, p.7] the proposed synchronous electric machine can operate both as a generator and as an engine. When working as an engine, as well as as a generator, the proposed machine has, in comparison with the known ones, higher power and, therefore, higher torque with the same dimensions and weight, respectively, and a higher utilization factor.
Для проверки достижения заявленного технического результата предлагаемого изобретения были изготовлены два макетных образца синхронных электрических машин, имеющих одинаковые размеры: первый - с обмоткой статора, соответствующей схеме известной машины согласно патенту RU 2143777, а второй - в соответствии с предлагаемым изобретением. Сравнительные испытания двух макетных образцов показали, что электрическая машина, выполненная в соответствии с предлагаемым изобретением, при работе в качестве двигателя обладает вращающим моментом, который в 1,5 раза выше, чем известная, а также обладает меньшими зубцовыми пульсациями момента, величина которых составляет не более 0,5% от номинального вращающего момента вместо 3-5% у известной машины.To verify the achievement of the claimed technical result of the invention, two prototypes of synchronous electric machines having the same dimensions were made: the first with a stator winding corresponding to the circuit of a known machine according to patent RU 2143777, and the second in accordance with the invention. Comparative tests of two prototypes showed that an electric machine made in accordance with the invention, when operating as an engine, has a torque that is 1.5 times higher than the known one, and also has lower gear pulsations of the moment, the magnitude of which is not more than 0.5% of the nominal torque instead of 3-5% with a known machine.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006132152/09A RU2331150C2 (en) | 2006-09-06 | 2006-09-06 | Synchronous rotary electric machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006132152/09A RU2331150C2 (en) | 2006-09-06 | 2006-09-06 | Synchronous rotary electric machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2331150C2 true RU2331150C2 (en) | 2008-08-10 |
Family
ID=39746565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006132152/09A RU2331150C2 (en) | 2006-09-06 | 2006-09-06 | Synchronous rotary electric machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2331150C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2490772C1 (en) * | 2012-01-20 | 2013-08-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Electric motor |
| RU2534225C2 (en) * | 2013-02-01 | 2014-11-27 | Алексей Владимирович Дозоров | Electrical machine |
| RU2604051C1 (en) * | 2015-09-22 | 2016-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Magnetoelectric machine |
| RU196593U1 (en) * | 2019-04-17 | 2020-03-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Управляющая компания "Система-Сервис" | Submersible high speed valve motor |
| RU2819391C2 (en) * | 2022-10-26 | 2024-05-20 | Андрей Петрович Канюка | Electric generator |
-
2006
- 2006-09-06 RU RU2006132152/09A patent/RU2331150C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЖЕЖЕРИН Р.П. Индукторные генераторы. - М.-Л.: Государственное энергетическое издательство, 1961, с.109-111. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2490772C1 (en) * | 2012-01-20 | 2013-08-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Electric motor |
| RU2534225C2 (en) * | 2013-02-01 | 2014-11-27 | Алексей Владимирович Дозоров | Electrical machine |
| RU2604051C1 (en) * | 2015-09-22 | 2016-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Magnetoelectric machine |
| RU196593U1 (en) * | 2019-04-17 | 2020-03-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Управляющая компания "Система-Сервис" | Submersible high speed valve motor |
| RU2819391C2 (en) * | 2022-10-26 | 2024-05-20 | Андрей Петрович Канюка | Electric generator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7705507B2 (en) | Electrical machine having a three-phase winding system | |
| CN102217172B (en) | Electric machine | |
| Salminen et al. | Performance analysis of fractional slot wound PM-motors for low speed applications | |
| US20070257566A1 (en) | Synchronous Machine Using the Eleventh Harmonic | |
| US20120228981A1 (en) | Electric Machine | |
| KR101122967B1 (en) | Electrical machine having a stator winding with a plurality of filars | |
| US20080315704A1 (en) | Synchronous Machine | |
| US20100277027A1 (en) | Skew pattern for a permanent magnet rotor | |
| CA2637428A1 (en) | Electric motor having a stator | |
| WO2009056879A1 (en) | Permanent magnet reluctance machines | |
| JP2019004537A (en) | Rotary electric machine | |
| CN113692685B (en) | Stator winding arrangement | |
| Zulu et al. | Topologies for wound-field three-phase segmented-rotor flux-switching machines | |
| JP7549007B2 (en) | Stator having a wave-wound coil structure, three-phase AC motor including the same, and method of manufacturing the stator | |
| RU2331150C2 (en) | Synchronous rotary electric machine | |
| US20110248582A1 (en) | Switched reluctance machine | |
| KR20210120082A (en) | axial flux electromechanical | |
| JP2010088271A (en) | Permanent magnet type synchronous motor | |
| KR101264178B1 (en) | Electric machine with modular stator and its cooling structure | |
| JP2010081670A (en) | Alternating current generator | |
| RU2167482C1 (en) | Direct-current machine | |
| RU2411623C2 (en) | Ac electric machine | |
| JP7057477B1 (en) | Manufacture method of stator, M-phase AC motor equipped with it, and stator | |
| RU207794U1 (en) | End-type synchronous electric machine | |
| US20200036242A1 (en) | Electric machine with flux switching with simple excitation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080907 |
|
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -MM4A- IN JOURNAL: 21-2010 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20110220 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20150703 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20160122 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200907 |