RU2382475C1

RU2382475C1 - Contactless reducer electromagnetic machine with multipack inductor

Info

Publication number: RU2382475C1
Application number: RU2009103823/09A
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Чернухин (RU); Владимир Михайлович Чернухин
Original assignee: Владимир Михайлович Чернухин
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2010-02-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention is related to the field of electric engineering, in particular to slow-speed high-torque electric motors, electric drives and generators, is related to peculiar features of design in contactless electromagnetic electric machines with electromagnetic reduction and may be used in automatics systems, as motorised wheels, motorised drums, starter-generators, electric steering booster, direct drives in household appliances, electric drives of concrete mixers, weight-lifting mechanisms, belt conveyors, pumps for pumping of liquids, mechanisms with high torques on shaft and low frequencies of its rotation, and also as wind power generators, hydrogenerators, high-frequency electric generators and synchronous generators of frequency converters. Proposed contactless reducer electromagnetic machine with multipack inductor comprises stator, anchor core of which is assembled from insulated sheets of electrical steel with high magnetic permeability and has explicitly expressed poles, on internal surface of which there are elementary teeth arranged, coil m - phase winding of anchor, each coil of which is placed on according explicitly expressed pole of anchor, and winding-free ferromagnetic rotor, comprising inductor with odd and even teethed cores with identical number of teeth on each core, odd and even teethed cores of inductor are arranged in the form of packets, which are assembled from insulated sheets of electrical sheet with high magnetic permeability, number of inductor cores is at least two, even cores of inductor are displaced relative to odd ones in tangential direction by half of teeth division of inductor, between magnetic conductors of inductor there are circular layers arranged from segmental permanent magnets axially magnetised in one direction. Besides certain ratios are maintained between number of explicit anchor poles, number of elementary teeth on explicit anchor pole, number of explicit anchor poles in phase, general number of anchor teeth, number of teeth at each inductor core and number of phases in m - phase winding of anchor of contactless reducer electromagnetic machine with multipack inductor.

EFFECT: provision of high energy and operational indices, high specific rotary torque on shaft and high electromagnetic reduction of rotation frequency in mode of electric motor, and also high specific power at high frequencies of EMF in mode of electric generator.

12 cl, 15 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается конструктивного исполнения бесконтактных магнитоэлектрических машин с электромагнитной редукцией, и может быть использовано в системах автоматики, в качестве мотор-колес, мотор-барабанов, стартер-генераторов, электроусилителей руля, прямых приводов в бытовой технике (электромясорубки, электросоковыжималки, стиральные машины и пр.), электроприводов бетоносмесителей, грузоподъемных механизмов, ленточных транспортеров, насосов для перекачки жидкостей, механизмов с высокими моментами на валу и низкими частотами вращения вала, а также в качестве ветрогенераторов, гидрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов и синхронных преобразователей частоты.The invention relates to electrical engineering, in particular to low-speed high-torque electric motors, electric drives and generators, for the design of non-contact magnetoelectric machines with electromagnetic reduction, and can be used in automation systems, as motor wheels, motor drums, starter generators, electric amplifiers steering wheel, direct drives in household appliances (electric meat grinders, electric juicers, washing machines, etc.), electric drives of concrete mixers, load-lifting m mechanisms, belt conveyors, pumps for pumping liquids, mechanisms with high moments on the shaft and low shaft speeds, as well as wind generators, hydro generators, high-frequency electric generators and synchronous frequency converters.

Известен бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами (Патент RU 2303849 С1, МПК Н02K 21/18, Н02K 21/14, автор Шкондин В.В.), содержащий, по крайней мере, одну круговую секцию, включающую ротор с круговым магнитопроводом, на котором с одинаковым шагом закреплено четное количество постоянных магнитов, образующих два параллельных ряда полюсов с продольно и поперечно чередующейся полярностью, статор, несущий четное число подковообразных электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга, устройство для выпрямления электрического тока, где каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки, при этом каждая из катушек электромагнитов расположена над одним из параллельных рядов полюсов ротора и количество полюсов в одном ряду n удовлетворяет соотношению n=10+4·k, где k - целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д. Недостатком аналога является сложность конструкции и невысокие энергетические показатели, обусловленные нерациональным использованием полезного объема машины.Known brushless synchronous generator with permanent magnets (Patent RU 2303849 C1, IPC Н02K 21/18, Н02K 21/14, author Shkondin V.V.), containing at least one circular section, including a rotor with a circular magnetic circuit, on which with the same step, an even number of permanent magnets is fixed, forming two parallel rows of poles with longitudinally and transversely alternating polarity, a stator carrying an even number of horseshoe-shaped electromagnets located in pairs opposite each other, a device for rectifying an electric current, where each of the electromagnets has two coils with a successively opposite direction of the winding, while each of the electromagnet coils is located above one of the parallel rows of rotor poles and the number of poles in one row n satisfies the relation n = 10 + 4 · k, where k - integer taking values 0, 1, 2, 3, etc. The disadvantage of the analogue is the design complexity and low energy performance due to the irrational use of the useful volume of the machine.

Известна индукторная электрическая машина (Патент RU 2009599 С1, МПК 5 Н02K 19/06, Н02K 19/24, авторы: Жуловян В.В.; Новокрещенов О.И.; Шаншуров Г.А.), содержащая явнополюсный с числом полюсов Z₀ зубчатый статор с многофазной катушечной обмоткой, каждая катушка которой размещена на одном полюсе статора, безобмоточный ферромагнитный зубчатый ротор и преобразователь, к которому подключена обмотка статора, статор и ротор выполнены с четными и не равными друг другу числами зубцов и каждая фаза обмотки выполнена из р встречно включенных катушек, размещенных со сдвигом на двойное полюсное деление 2·τ, где 2·τ=Z₀/p, р - число четное.Known induction electric machine (Patent RU 2009599 C1, IPC 5 Н02K 19/06, Н02K 19/24, authors: Zhulovyan V.V .; Novokreschenov O.I .; Shanshurov G.A.), containing an explicit pole with the number of poles Z ₀ a gear stator with a multiphase coil winding, each coil of which is located on one pole of the stator, a winding winding ferromagnetic gear rotor and a converter, to which the stator winding is connected, the stator and rotor are made with even and unequal number of teeth and each phase of the winding is made of p counter included coils placed with Moving double pole pitch 2 · τ, where 2 · τ = Z ₀ / p, p - the number is even.

Известен синхронный редукторный двигатель (Патент RU 2054220 С1, МПК 6 Н02K 37/00, Н02K 19/06, авторы: Шевченко А.Ф.; Калужский Д.Л.), содержащий ротор с Z_p зубцами и статор с 4·р полюсами (р=1, 2, 3, …), на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы по Z_s зубцов на каждом полюсе, причем Z_r=4·p·(Z_s+K)±р (где K=0, 1, 2, … - целое число), в большие пазы между полюсами уложены катушки однофазной обмотки по одной на каждом полюсе, катушки, расположенные на одноименных полюсах с номерами, различающимися на 4, соединены последовательно "конец" с "началом" и образуют четыре ветви, "конец" первой ветви, образованной 1, 5, …, 1+4·(р-1) катушками, соединен с "началом" третьей ветви, образованной 3, 7, …, 3+4·(р-1) катушками, и точка соединения этих ветвей подключена к первому выводу обмотки, "конец" второй ветви, образованной 2, 6, …, 2+4·(р-1) катушками, соединен с "началом" четвертой ветви, образованной 4, 8, …, 4+4·(р-1) катушками и точка соединения этих ветвей через последовательно включенный конденсатор также подключена к первому выводу, а ко второму выводу подключены два диода таким образом, что с анодом первого из них соединены первая и четвертая ветви, а с катодом второго диода - вторая и третья ветви.Known synchronous geared motor (Patent RU 2054220 C1, IPC 6 Н02K 37/00, Н02K 19/06, authors: Shevchenko AF; Kaluzhsky DL), containing a rotor with Z _p teeth and a stator with 4 · p poles (p = 1, 2, 3, ...), on the inner surface of which there are elementary teeth with Z _s teeth at each pole, with Z _r = 4 · p · (Z _s + K) ± p (where K = 0, 1 , 2, ... is an integer), single-phase winding coils are placed in large grooves between the poles, one at each pole, coils located at the same poles with numbers differing by 4 are connected in series from the "end" to the "beginning" and form four branches, the "end" of the first branch formed by 1, 5, ..., 1 + 4 · (p-1) coils, connected to the "beginning" of the third branch formed by 3, 7, ..., 3 + 4 · (p-1 ) by coils, and the connection point of these branches is connected to the first output of the winding, the "end" of the second branch formed by 2, 6, ..., 2 + 4 · (p-1) coils is connected to the "beginning" of the fourth branch formed by 4, 8 , ..., 4 + 4 · (p-1) coils and the connection point of these branches through a series-connected capacitor is also connected to the first output, and two diodes are connected to the second output in such a way that they are connected to the anode of the first the first and fourth branches, and with the cathode of the second diode, the second and third branches.

Недостатком описанной индукторной электрической машины и синхронного редукторного двигателя являются невысокие энергетические показатели. Кроме этого, указанные технические устройства чаще всего выполняют с малыми воздушными зазорами, что затрудняет их изготовление при массовом (серийном) производстве.The disadvantage of the described inductor electric machine and synchronous gear motor are low energy performance. In addition, these technical devices are most often performed with small air gaps, which complicates their manufacture in mass (mass) production.

Известна сверхпроводниковая вентильная индукторная машина (Патент RU 2178942 С1, МПК 7 Н02K 55/00, Н02K 55/02, авторы: Ковалев Л.К., Илюшин К.В., Полтавец В.Н., Семенихин B.C., Пенкин В.Т., Ковалев К.Л., Егошкина Л.А., Ларионов А.Е., Конеев С.М.-А., Модестов К.А., Ларионов С.А.), содержащая статор с шихтованным сердечником, размещенную на его полюсных выступах многофазную катушечную обмотку, цилиндрический ротор, содержащий шихтованный сердечник с полюсными выступами, снабженная вторым статором с шихтованным сердечником, на полюсных выступах которого расположена многофазная катушечная обмотка, и вторым ротором, расположенным на одном валу с первым ротором, на валу между двумя роторами размещена цилиндрическая вставка из высокотемпературного сверхпроводникового (ВТСП) материала с «вмороженным» магнитным потоком, представляющая собой криомагнит, намагниченный в осевом направлении и обеспечивающий однополярность полюсных выступов первого и второго роторов, на статорах установлен соленоид, охватывающий вышеуказанную цилиндрическую вставку для «вмораживания» в нее магнитного потока, статоры соединены цилиндрическим магнитопроводом, а их многофазные катушечные обмотки снабжены коммутатором, обеспечивающим однополярность намагничивания полюсов каждого статора, разнополярность полюсов первого и второго статоров, совпадение направления магнитного потока в полюсах статоров с направлением магнитного потока вышеуказанной вставки, а также поочередность включения катушечных обмоток каждой фазы в заданной последовательности. Недостатком описанного технического устройства является сложность конструкции ротора, наличие двух статоров с соленоидом между ними, каждый статор имеет свою многофазную обмотку якоря, низкая ремонтопригодность при пробое какой-либо из обмоток из-за расположения всех обмоток (якоря и возбуждения) только на статоре, небольшой по сравнению с заявляемым изобретением удельный (отнесенный к массе активных материалов) момент на валу.Known superconducting valve induction machine (Patent RU 2178942 C1, IPC 7 Н02K 55/00, Н02K 55/02, authors: Kovalev L.K., Ilyushin K.V., Poltavets V.N., Semenikhin BC, Penkin V.T. ., Kovalev K.L., Egoshkina L.A., Larionov A.E., Koneev S.M.-A., Modestov K.A., Larionov S.A.), containing a stator with a lined core, located on its pole protrusions a multiphase coil winding, a cylindrical rotor containing a lined core with pole projections, equipped with a second stator with a lined core, on the pole projections of which there are many an off-load coil winding, and a second rotor located on the same shaft as the first rotor, on the shaft between the two rotors is a cylindrical insert of high-temperature superconducting (HTSC) material with a “frozen-in” magnetic flux, which is a cryomagnet magnetized in the axial direction and providing unipolar protrusions of the first and second rotors, a solenoid is installed on the stators, covering the above cylindrical insert for “freezing” the magnetic flux into it, the stators are connected are connected by a cylindrical magnetic circuit, and their multiphase coil windings are equipped with a switch that provides unipolar magnetization of the poles of each stator, different polarity of the poles of the first and second stators, the coincidence of the direction of the magnetic flux in the poles of the stators with the direction of the magnetic flux of the above insert, and also the sequence of switching on the coil windings of each phase in a given sequence. The disadvantage of the described technical device is the complexity of the rotor design, the presence of two stators with a solenoid between them, each stator has its own multiphase armature winding, low maintainability when any of the windings is broken due to the location of all the windings (armature and excitation) only on the stator, small in comparison with the claimed invention, the specific (referred to the mass of active materials) moment on the shaft.

Известен, принятый за прототип, бесконтактный моментный электродвигатель (Патент RU 2285322 С1, МПК Н02К 21/00, автор Епифанов O.K.), содержащий магнитомягкий кольцевой пазовый статор с Р явно выраженными зубчатыми полюсами и с сосредоточенной m-фазной обмоткой якоря, выполненной в виде катушек, охватывающих полюса статора, и ротор, выполненный в виде двух соосно расположенных кольцевых зубчатых магнитомягких магнитопроводов ротора, развернутых относительно друг друга на половину своего зубцового деления, между которыми размещен кольцевой слой аксиально намагниченных в одном направлении постоянных магнитов, причем зубчатые полюса статора и зубчатые магнитопроводы ротора обращены друг к другу и разделены воздушным зазором δ, а зубцы на магнитопроводах ротора и на полюсах статора выполнены с равномерными и равными друг другу зубцовыми делениями T_Z, ротор снабжен немагнитной втулкой толщиной, большей половины толщины b_M слоя постоянных магнитов, на которой установлены и закреплены неподвижно относительно друг друга зубчатые магнитопроводы ротора равной друг другу активной осевой длиной L_p и кольцевой слой постоянных магнитов, при этом число m фаз m-фазной обмотки якоря выполнено кратным трем, определяемым как m=2^f±1, где f равно 1, 2, 3,…, а явно выраженные зубчатые полюса на пазовом статоре расположены равномерно, при этом их число определяется как Р=2m·2^s, где s равно 0, 1, 2,…, а на каждом зубчатом полюсе статора симметрично относительно его оси размещено нечетное число зубцов Z_c толщиной b_zc, при этом оси зубцов соседних зубчатых полюсов статора смещены относительно друг друга на величину, пропорциональную отношению ±Т_z к m, причем соседние полюса статора разделены шлицом шириной b_ш не менее десятикратной величины воздушного зазора, определяемой из соотношения b_ш=T_z-[(1±1/m)-b_zc/T_z], a число зубцов Z_R на каждом из зубчатых магнитопроводов ротора выполнено кратным 2ⁿ при n, равном 2, 3, 4, …, определяемым как Z_R=Р·(Z_c±1/m), при этом толщина зубцов b_zp каждого из зубчатых магнитопроводов ротора выполнена равной половине его зубцового деления T_z и связана с толщиной зубцов зубчатых полюсов статора b_zc соотношением 2/3≤b_zc/b_zp≤1, а катушки обмотки якоря одной фазы, отстоящие друг от друга на число полюсных делений статора, равное числу m фаз, соединены последовательно-согласно, при этом активная осевая длина L_c кольцевого пазового статора с зубчатыми полюсами определяется из соотношения L_c=(2L_р+b_м), причем кольцевые зубчатые магнитопроводы ротора расположены относительно кольцевого пазового статора аксиально симметрично. Недостатком прототипа является выполнение числа m фаз m-фазной обмотки якоря только кратным трем, числа явно выраженных зубчатых полюсов статора только четным, числа зубцов на каждом из зубчатых магнитопроводов ротора только кратным 2ⁿ при n, равном 2, 3, 4, …, числа зубцов, размещенных на каждом полюсе статора, только нечетным, толщины зубцов b_zp каждого из зубчатых магнитопроводов ротора равной только половине его зубцового деления T_Z, при этом питание m-фазной обмотки якоря осуществляется только от источника напряжения с таким же числом m фаз, что и у обмотки якоря. Это снижает возможные конструктивные исполнения данного технического устройства и возможности его использования.Known adopted for the prototype, non-contact torque motor (Patent RU 2285322 C1, IPC Н02К 21/00, author Epifanov OK), containing a magnetically soft ring groove stator with P distinct dented poles and with a concentrated m-phase winding of the armature, made in the form of coils covering the stator poles, and the rotor, made in the form of two coaxially arranged ring gear magnetically soft magnetic rotor cores, deployed relative to each other in half of their gear division, between which an annular layer of ax of permanently magnetized permanent magnets in one direction, with the stator toothed poles and the rotor toothed magnetic circuits facing each other and separated by an air gap δ, and the teeth on the rotor magnetic circuits and at the stator poles are made with uniform and equal to each other gear divisions T _Z , the rotor is equipped with a non-magnetic sleeve thickness greater than half the thickness of the layer b _M permanent magnets, which are installed and are fixed relative to one another toothed rotor magnetic circuits equal to each other axially of the active length L _p and the annular layer of permanent magnets, with the number m of phases m-phase armature winding formed multiple of three, defined as m = 2 ^f ± 1, where f is 1, 2, 3, ... and salient toothed poles on grooves the stator are evenly spaced, while their number is defined as P = 2m · 2 ^s , where s is 0, 1, 2, ..., and on each tooth pole of the stator symmetrically with respect to its axis there is an odd number of teeth Z _with thickness b _zc , while the axis of the teeth of the adjacent toothed poles of the stator are offset relative to each other by an amount proportional to the ratio ± T _z to m, and the neighboring stator poles are separated by a slot with a width b _{w of} at least ten times the air gap, determined from the relation b _w = T _z - [(1 ± 1 / m) -b _zc / T _z ], and the number of teeth Z _R on each from rotor magnetic cores is made a multiple of 2 ⁿ with n equal to 2, 3, 4, ..., defined as Z _R = P · (Z _c ± 1 / m), while the thickness of the teeth b _{zp of} each of the rotor magnetic cores is half its tooth pitch T _z and is associated with the stator pole teeth of gear b _zc thickness ratio 2 / 3≤b _zc / b _zp ≤1, and winding the armature coil of one phase, separated d yi from each other by the number of pole stator divisions equal to m phase number, connected in series, in accordance, with the active axial length L _c of the annular grooved stator toothed poles is determined by the relation L _c = (2L _p + b _m), the annular toothed yokes rotors are located relative to the annular groove stator axially symmetrically. The disadvantage of the prototype is that the number of m phases of the m-phase armature winding is only a multiple of three, the number of pronounced toothed poles of the stator is only even, the number of teeth on each of the toothed magnetic circuits of the rotor is only a multiple of 2 ⁿ with n equal to 2, 3, 4, ..., the number of the teeth placed at each pole of the stator, only odd, the thickness of the teeth b _{zp of} each of the tooth magnetic circuits of the rotor is equal to only half of its tooth division T _Z , while the power of the m-phase armature winding is carried out only from a voltage source with the same number of m phases as that of the armature winding. This reduces the possible design of this technical device and the possibility of its use.

Целью настоящего изобретения является создание при выполнении достаточно простой, надежной в эксплуатации, технологичной и высокоремонтопригодной с расширенными возможностями конструктивного исполнения и расширенными возможностями использования бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором при сохранении высоких энергетических показателей и большого удельного вращающего момента на валу при высокой электромагнитной редукции частоты вращения в режиме электрического двигателя и при большой удельной мощности и высокой электромагнитной редукции частоты ЭДС в режиме электрического генератора.The aim of the present invention is to provide, when performing a sufficiently simple, reliable, technologically advanced and highly repairable, with expanded design capabilities and expanded capabilities of using a contactless geared magnetoelectric machine with a multi-packet inductor while maintaining high energy performance and a large specific torque on the shaft with high electromagnetic frequency reduction rotation in electric motor mode and at high beats power and high electromagnetic frequency reduction EMF in the mode of an electric generator.

Задачей настоящего изобретения является оптимальный выбор числа полюсов якоря, общего числа зубцов якоря и числа зубцов индуктора при выполнении сосредоточенной на полюсах якоря m-фазной катушечной обмотки якоря бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором.The present invention is the optimal choice of the number of poles of the armature, the total number of teeth of the armature and the number of teeth of the inductor when performing concentrated on the poles of the armature of the m-phase coil winding of the armature of a contactless gear magnetoelectric machine with a multi-packet inductor.

Техническим результатом настоящего изобретения является получение высоких эксплуатационных характеристик бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором. С этой целью статор содержит шихтованный сердечник якоря с явно выраженными полюсами, на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы, катушечную m-фазную обмотку якоря, каждая катушка которой размещена на соответствующем явно выраженном полюсе якоря, безобмоточный ферромагнитный ротор содержит индуктор с нечетными и четными зубчатыми сердечниками с одинаковым числом зубцов на каждом сердечнике, сердечники индуктора выполнены в виде пакетов, набранных из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, число сердечников индуктора не менее двух, длина крайних сердечников индуктора в аксиальном направлении одинакова, при наличии пакетов индуктора более двух, длина сердечников в аксиальном направлении, находящихся между крайними сердечниками индуктора, в два раза больше длины крайних сердечников, четные сердечники индуктора смещены относительно нечетных сердечников индуктора в тангенциальном направлении на половину зубцового деления индуктора, сердечники индуктора напрессованы на соответствующие втулки, выполненные из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью и являющиеся магнитопроводами индуктора, которые крепятся к немагнитной втулке, толщина которой в радиальном направлении значительно больше величины воздушного зазора между статором и ротором, явно выраженные зубчатые полюса якоря и зубчатые сердечники индуктора обращены друг к другу и разделены воздушным зазором, между магнитопроводами индуктора расположены кольцевые слои аксиально намагниченных в одном направлении сегментарных постоянных магнитов, для машин с малыми диаметрами роторов возможно применение цельных кольцеобразных постоянных магнитов, постоянные магниты прилегают к магнитопроводам индуктора в аксиальном направлении и расположены таким образом, чтобы к втулкам с нечетными сердечниками прилегали постоянные магниты полюсами одной полярности, например, южной «S», а к втулкам с четными сердечниками прилегали постоянные магниты полюсами другой полярности, например, северной «N», число кольцевых слоев сегментарных постоянных магнитов на один меньше числа сердечников индуктора, ширина коронок зубцов сердечников индуктора определяется выражением b_z2=k·t_z2, a ширина коронок элементарных зубцов, расположенных на явно выраженных полюсах якоря, может определяться выражением b_z1=k·t_z1, а также, выражением b_z1=k·t_z2, при этом t_z1 и t_z2 представляют собой зубцовые деления явно выраженных полюсов якоря и сердечников индуктора соответственно, k=0,38÷0,5 и выбирается в зависимости от формы переменного тока якоря при работе машины в режиме электрического двигателя и от формы переменной ЭДС якоря при работе машины в режиме электрического генератора.The technical result of the present invention is to obtain high performance non-contact gear magnetoelectric machine with multi-packet inductor. For this purpose, the stator contains a lined core of the armature with distinct poles, on the inner surface of which elementary teeth are made, a coil m-phase winding of the armature, each coil of which is placed on the corresponding clearly defined pole of the armature, the winding without ferromagnetic rotor contains an inductor with odd and even toothed cores with the same number of teeth on each core, the cores of the inductor are made in the form of packets drawn from insulated sheets of electrical steel with a high magnet permeability, the number of inductor cores is not less than two, the lengths of the end cores of the inductor in the axial direction are the same, if there are more than two inductor packets, the lengths of the cores in the axial direction between the end cores of the inductor are twice as long as the end cores, the even cores of the inductor are offset relative to the odd cores of the inductor in the tangential direction by half of the tooth division of the inductor, the cores of the inductor are pressed onto the corresponding bushings, soft magnetic steels with high magnetic permeability and which are the inductor magnetic circuits that are attached to a non-magnetic sleeve, the thickness of which in the radial direction is much greater than the air gap between the stator and the rotor, the pronounced toothed poles of the armature and the toothed cores of the inductor are facing each other and are separated by air a gap, between the magnetic circuits of the inductor are ring layers of axially magnetized in one direction segmental permanent magnets, for machines with small rotor diameters it is possible to use solid ring-shaped permanent magnets, permanent magnets are adjacent to the inductor magnetic circuits in the axial direction and are arranged so that permanent magnets are adjacent to bushings with odd cores with poles of the same polarity, for example, southern “S”, and adjacent to bushings with even cores permanent magnets with poles of a different polarity, for example, northern “N”, the number of annular layers of segmental permanent magnets is one less than the number of inductor cores, the width of core inductor teeth nok given by _{_{b z2 = k · t z2,}} a width of crowns elementary teeth disposed on the salient poles of the armature can be determined by the expression b _{_z1} = k · t _z1, as well as the expression b _z1 = k · t _z2, in this case, t _z1 and t _z2 represent the tooth divisions of the pronounced poles of the armature and the cores of the inductor, respectively, k = 0.38 ÷ 0.5 and is selected depending on the shape of the alternating current of the armature when the machine is operating in electric motor mode and on the shape of the variable EMF anchors when the machine is in electric generator mode ator.

При применении бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором в качестве синхронного электрического двигателя питание обмотки якоря осуществляется:When using a non-contact gear magnetoelectric machine with a multi-pack inductor as a synchronous electric motor, the armature winding is powered by:

- от источника трехфазного переменного напряжения,- from a source of three-phase alternating voltage,

- от источника однофазного переменного напряжения при помощи фазосдвигающего элемента,- from a single-phase AC voltage source using a phase-shifting element,

- от m-фазного источника переменного напряжения постоянной частоты,- from an m-phase source of alternating voltage of constant frequency,

- от m-фазного источника переменного напряжения регулируемой частоты,- from an m-phase variable voltage source of adjustable frequency,

- от источника постоянного напряжения посредством управляемого инвертора, подающего синусоидальное напряжение на фазы обмотки якоря в зависимости от показаний датчика углового положения ротора для достижения максимального вращающего момента.- from a constant voltage source by means of a controlled inverter supplying a sinusoidal voltage to the phases of the armature winding, depending on the readings of the rotor angular position sensor to achieve maximum torque.

При применении бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором в качестве двигателя постоянного тока питание обмотки якоря осуществляется прямоугольными импульсами напряжения от электронного коммутатора по определенному алгоритму в зависимости от показаний датчика углового положения ротора для достижения максимального вращающего момента.When using a non-contact reducer magnetoelectric machine with a multi-pack inductor as a direct current motor, the armature winding is supplied with rectangular voltage pulses from the electronic switch according to a certain algorithm depending on the readings of the rotor angular position sensor to achieve maximum torque.

Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина с многопакетным индуктором может также работать в качестве синхронного m-фазного генератора синусоидальной ЭДС и в качестве синхронного m-фазного генератора переменной ЭДС прямоугольной формы без постоянной составляющей.A non-contact reducer magnetoelectric machine with a multi-packet inductor can also operate as a synchronous m-phase generator of a sinusoidal EMF and as a synchronous m-phase generator of a variable EMF of rectangular shape without a constant component.

В настоящем изобретении индуктор является ротором, а якорь - статором. Возможны исполнения бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором с внешним якорем и внутренним индуктором, с внутренним якорем и внешним индуктором.In the present invention, the inductor is the rotor and the armature is the stator. Possible designs of a non-contact geared magnetoelectric machine with a multi-pack inductor with an external armature and an internal inductor, with an internal armature and an external inductor.

Сущность изобретения поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:

фиг.1 - общий вид бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором с внешним якорем и внутренним индуктором с тремя сердечниками индуктора,figure 1 is a General view of a contactless geared magnetoelectric machine with a multi-packet inductor with an external armature and an internal inductor with three cores of the inductor,

фиг.2 - общий вид бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором с внутренним якорем и внешним индуктором с четырьмя сердечниками индуктора,figure 2 is a General view of a contactless gear magnetoelectric machine with a multi-pack inductor with an internal armature and an external inductor with four inductor cores,

фиг.3÷15 - примеры реализации изобретения в виде поперечных сечений сердечников якоря и индуктора, схем соединения катушек m-фазных обмоток якоря и включение m-фазных обмоток якоря на источники напряжений с различным числом фаз и диаграмм токов (МДС).figure 3 ÷ 15 - examples of the invention in the form of cross sections of the cores of the armature and inductor, the connection circuits of the coils of the m-phase armature windings and the inclusion of the m-phase armature windings on voltage sources with a different number of phases and current diagrams (MDC).

В соответствии с настоящим изобретением для получения наилучших энергетических показателей при максимальном удельном моменте на валу бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором число явно выраженных полюсов якоря Z_lp, число элементарных зубцов на явно выраженном полюсе якоря Z_ls=1, 2, 3, 4 …, число фаз m-фазной обмотки якоря m=3, 4, 5, 6 …, число явно выраженных полюсов якоря в фазе Z_lm=1, 2, 3, 4 …, общее число зубцов якоря Z₁, число зубцов на каждом сердечнике индуктора Z₂ связаны равенствами (1), (2), (3):In accordance with the present invention, in order to obtain the best energy performance at the maximum specific moment on the shaft of a non-contact gear magnetoelectric machine with a multi-package inductor, the number of pronounced armature poles Z _lp , the number of elementary teeth on the distinct armature pole Z _ls = 1, 2, 3, 4 ... , the number of phases of the m-phase winding of the armature m = 3, 4, 5, 6 ..., the number of pronounced poles of the armature in phase Z _lm = 1, 2, 3, 4 ..., the total number of teeth of the armature Z ₁ , the number of teeth on each core inductor Z ₂ are related by equalities (1), (2), (3):

Катушки m-фазной обмотки якоря в фазе должны быть соединены между собой таким образом (согласно или встречно), чтобы векторы наведенных в них ЭДС, геометрически складываясь, образовывали максимальную суммарную ЭДС фазы якоря бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором.The coils of the m-phase armature winding in the phase should be interconnected in such a way (according to or opposite) that the vectors of the induced EMF in them, geometrically folding, form the maximum total EMF of the armature phase of the contactless gear magnetoelectric machine with a multi-packet inductor.

На фиг.3÷15 представлены примеры реализации изобретения в соответствии с формулами (1), (2), (3) в виде поперечных сечений сердечника якоря и нечетных и четного сердечников индуктора бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором, схем соединения катушек m-фазных обмоток якоря при включении m-фазных обмоток якоря в двигательном режиме на источники напряжений с различным числом фаз и диаграмм токов (МДС). Соответствие фигур поперечных сечений сердечника якоря и нечетных и четного сердечников индуктора и схем соединения катушек m-фазных обмоток якоря поясняется в таблице 1. Буква m в таблице 1 обозначает количество фаз m-фазной обмотки якоря бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором, а m_ист - количество фаз источника напряжения. Положение нечетных и четного сердечников индуктора относительно сердечника якоря на фигуре в двигательном режиме соответствует моменту времени, при котором показано положение векторов токов на соответствующей схеме соединения катушек m-фазной обмотки якоря бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором (таблица 1).Figure 3 ÷ 15 presents examples of the invention in accordance with formulas (1), (2), (3) in the form of cross sections of the core of the armature and the odd and even cores of the inductor of a non-contact gear magnetoelectric machine with a multi-packet inductor, m- coil connection circuits phase windings of the armature when the m-phase windings of the armature in the motor mode are switched on to voltage sources with a different number of phases and current diagrams (MDS). Matching shapes of cross sections of the armature core and the odd and even cores of the inductor coils and circuits compound m-phase windings of the armature illustrated in Table 1. The letter m in Table 1 indicates the number of phases of m-phase armature winding contactless reducer magnetoelectric machine with multipacket inductor and m _ist - the number of phases of the voltage source. The position of the odd and even cores of the inductor relative to the armature core in the figure in the motor mode corresponds to the point in time at which the position of the current vectors is shown on the corresponding connection diagram of the coils of the m-phase winding of the armature of a contactless gear magnetoelectric machine with a multi-packet inductor (table 1).

На фиг.4 представлена схема соединений катушек 3-фазной обмотки якоря с подключением на 3-фазный источник напряжения.Figure 4 presents the connection diagram of the coils of the 3-phase armature winding with a connection to a 3-phase voltage source.

На фиг.6 представлена схема соединений катушек 4-фазной обмотки якоря с подключением на 4-фазный источник напряжения.Figure 6 presents the connection diagram of the coils of the 4-phase armature winding with a connection to a 4-phase voltage source.

На фиг.8 представлена схема соединений катушек 5-фазной обмотки якоря с подключением на 5-фазный источник напряжения.On Fig presents a connection diagram of coils of a 5-phase armature winding with a connection to a 5-phase voltage source.

На фиг.10 представлена схема соединений катушек 6-фазной обмотки якоря с подключением на 6-фазный источник напряжения.Figure 10 presents the connection diagram of the coils of the 6-phase armature winding with connection to a 6-phase voltage source.

На фиг.12 представлена схема соединений катушек 4-фазной обмотки якоря с подключением в однофазную сеть переменного тока промышленной частоты. Сдвиг фаз источника напряжения, необходимый для работоспособности машины, обеспечивается при помощи фазосдвигающего элемента, в данном случае при помощи емкости С. При этом w_AN - это числа витков катушек обмотки якоря, подключенных непосредственно к фазе «А» и нулю, w_CN - это числа витков катушек обмотки якоря, подключенных к фазе «А» и нулю через фазосдвигающую емкость С. Коэффициент трансформации обмоток фаз якоря лежит в пределах k_тp=w_CN/w_AN=1÷2.On Fig presents the connection diagram of the coils of the 4-phase winding of the armature with a connection to a single-phase AC network of industrial frequency. The phase shift of the voltage source necessary for the machine’s operability is ensured by a phase-shifting element, in this case, by the capacitor C. Moreover, w _AN is the number of turns of the armature winding coils connected directly to phase “A” and zero, w _CN is the number of turns of the armature winding coils connected to phase “A” and zero through phase-shifting capacitance C. The transformation coefficient of the armature phase windings lies in the range k _tp = w _CN / w _AN = 1 ÷ 2.

Таблица 1Table 1

Соответствие фигур чертежей поперечных сечений сердечника якоря, нечетных и четных сердечников индуктора и фигур схем соединения катушек m-фазных обмоток якоряCorrespondence of the figures of the drawings of the cross sections of the core of the armature, the odd and even cores of the inductor and the figures of the connection schemes of the coils of the m-phase armature windings

ФигураFigure mm Z_lm Z _lm Z_lp Z _lp Z_ls Z _ls Z_l Z _l Z₂ Z ₂ m_ист m _east чертежа поперечного сеченияcross sectional drawing схемы обмотки и диаграмма токов (МДС)winding circuits and current diagram (MDS) 33 4four 33 55 15fifteen 33 4545 50fifty 33 55 66 4four 22 88 4four 3232 30thirty 4four 77 88 55 33 15fifteen 33 4545 4848 55 99 1010 66 22 1212 4four 4848 50fifty 66 11eleven 1212 4four 33 1212 4four 4848 4545 1 с фазосдвигающей емкостью1 with phase-shifting capacity 1313 14fourteen 66 33 18eighteen 4four 7272 7575 33 -- 15fifteen 99 33 2727 99 243243 240240 33

На фиг.14 представлена схема соединений катушек 6-фазной обмотки якоря с подключением на 3-фазный источник напряжения.On Fig presents a connection diagram of the coils of the 6-phase armature winding with a connection to a 3-phase voltage source.

На фиг.15 представлена схема соединений катушек 9-фазной обмотки якоря с подключением на 3-фазный источник напряжения.On Fig presents a connection diagram of the coils of the 9-phase armature winding with a connection to a 3-phase voltage source.

Рассмотрим конструкцию бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором с внешним якорем и внутренним индуктором (фиг.1, 3, 5, 7, 9, 11, 13). Перемагничиваемый с высокой частотой сердечник 1 якоря выполнен шихтованным из электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью и запрессован в магнитопроводе 2, являющегося корпусом, выполненного из стали с высокой магнитной проницаемостью. На каждом явно выраженном полюсе 13 якоря выполнены элементарные зубцы 14. На явно выраженных полюсах 13 якоря размещена катушечная m-фазная обмотка 3 якоря. Катушки m-фазной обмотки 3 якоря выполняются из обмоточного медного провода или медной обмоточной шины. Индуктор при помощи подшипников 4, вала 5 и подшипниковых щитов 6 позиционирован относительно якоря. Вал 5 выполнен из магнитной или немагнитной стали или из титана. Если вал 5 магнитный, то на нем закреплена немагнитная втулка 16, толщина которой в радиальном направлении значительно превышает воздушный зазор между статором и ротором. Немагнитная втулка 16 может быть выполнена из сплавов алюминия, из меди, из титана, из нержавеющей стали. Если вал 5 выполнен из немагнитной стали или титана, то немагнитная втулка 16 может не устанавливаться. На немагнитной втулке 16 насажены втулки 10, 11 и 12, выполненные из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью и являющиеся магнитопроводами индуктора, на втулках 10 и 12 напрессованы соответственно нечетные 7 и 9 сердечники индуктора, на втулке 11 напрессован четный сердечник 8 индуктора. Длина двух крайних сердечников 7 и 9 индуктора в аксиальном направлении одинакова, длина находящегося между ними сердечника 8 индуктора в два раза больше длины крайних сердечников 7 и 9. Сердечники 7, 8 и 9 индуктора представляют собой пакеты, набранные из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, и имеют одинаковое число на каждом сердечнике равномерно распределенных по окружности зубцов 15. С целью удешевления конструкции сердечники 7, 8 и 9 могут быть выполнены металлообработкой из цельных кусков стали с высокой магнитной проницаемостью. В этом случае втулки 10, 11 и 12 не устанавливаются. Четный 8 сердечник индуктора смещен относительно нечетных 7 и 9 сердечников индуктора в тангенциальном направлении на половину зубцового деления t_z2 индуктора. Между магнитопроводами 10, 11 и 12 индуктора расположены кольцевые слои аксиально намагниченных в одном направлении сегментарных постоянных магнитов 17. Для машин с малыми диаметрами роторов возможно применение цельных кольцеобразных постоянных магнитов 17. Постоянные магниты 17 прилегают к магнитопроводам 10, 11 и 12 индуктора в аксиальном направлении и расположены таким образом, что к втулкам 10 и 12 с нечетными 7 и 9 сердечниками индуктора соответственно постоянные магниты прилегают южными полюсами «S», а к втулке 17 с четным сердечником 8 индуктора соответственно постоянные магниты прилегают северными полюсами «N», вследствие этого зубцы нечетных 7 и 9 сердечников индуктора намагничены как южные полюса «S», а зубцы четного сердечника 8 индуктора намагничены как северные полюса «N>. Число кольцевых слоев сегментарных постоянных магнитов при этом на один меньше числа сердечников индуктора. Созданный постоянными магнитами 17 магнитный поток замыкается униполярно через сердечники и магнитопроводы индуктора, воздушный зазор между якорем и индуктором и через сердечник и магнитопровод якоря.Consider the design of a contactless gear magnetoelectric machine with a multi-pack inductor with an external armature and an internal inductor (Fig. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13). Anchor core 1 remagnetized with a high frequency is made of batch made of electrical steel with high magnetic permeability and is pressed into the magnetic circuit 2, which is a casing made of steel with high magnetic permeability. At each pronounced pole 13 of the armature elementary teeth are made 14. At the distinct poles 13 of the armature there is a coil m-phase winding 3 of the armature. Coils of the m-phase winding 3 anchors are made of a winding copper wire or a copper winding bus. The inductor using bearings 4, shaft 5 and bearing shields 6 is positioned relative to the armature. The shaft 5 is made of magnetic or non-magnetic steel or titanium. If the shaft 5 is magnetic, then a non-magnetic sleeve 16 is fixed on it, the thickness of which in the radial direction significantly exceeds the air gap between the stator and the rotor. Non-magnetic sleeve 16 can be made of aluminum alloys, copper, titanium, stainless steel. If the shaft 5 is made of non-magnetic steel or titanium, then the non-magnetic sleeve 16 may not be installed. On non-magnetic sleeve 16, bushings 10, 11 and 12 are made of soft magnetic steel with high magnetic permeability and are the inductor magnetic circuits, odd 7 and 9 inductor cores are pressed on the bushings 10 and 12, an even core 8 of the inductor is pressed on the sleeve 11. The length of the two extreme cores of the inductor 7 and 9 in the axial direction is the same, the length of the core 8 of the inductor between them is two times the length of the extreme cores 7 and 9. The cores 7, 8 and 9 of the inductor are packages composed of insulated sheets of electrical steel with high permeability, and have the same number on each core of the teeth 15 evenly distributed around the circumference. In order to reduce the cost of the structure, the cores 7, 8 and 9 can be made by metal processing from whole pieces of steel and a high magnetic permeability. In this case, the bushings 10, 11 and 12 are not installed. An even 8 core of the inductor is offset relative to the odd 7 and 9 cores of the inductor in the tangential direction by half the tooth division t _{z2 of the} inductor. Between the magnetic circuits 10, 11 and 12 of the inductor there are annular layers of axially magnetized in one direction segmental permanent magnets 17. For machines with small diameters of the rotors, it is possible to use solid ring-shaped permanent magnets 17. The permanent magnets 17 are adjacent to the magnetic circuits 10, 11 and 12 of the inductor in the axial direction and are arranged in such a way that the permanent magnets are adjacent to the bushings 10 and 12 with the odd 7 and 9 cores of the inductor, respectively, by the south poles “S”, and to the sleeve 17 with the even core 8 are the inductor Permanent magnets, respectively, are adjacent to the north poles of the "N", as a result of which the teeth of the odd 7 and 9 core of the inductor are magnetized as the south poles of "S", and the teeth of the even core 8 of the inductor are magnetized as the north poles of "N>. The number of annular layers of segmental permanent magnets is one less than the number of inductor cores. The magnetic flux created by the permanent magnets 17 is closed unipolarly through the cores and magnetic circuits of the inductor, the air gap between the armature and the inductor, and through the core and magnetic circuit of the armature.

В случае конструкции бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором с внутренним якорем и внешним индуктором (фиг.2) роль корпуса играет немагнитная втулка 16.In the case of the design of a non-contact gear magnetoelectric machine with a multi-pack inductor with an internal armature and an external inductor (Fig. 2), the role of the housing is played by a non-magnetic sleeve 16.

Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина с многопакетным индуктором работает в двигательном и генераторном режимах.Non-contact gear magnetoelectric machine with multi-pack inductor operates in motor and generator modes.

Рассмотрим двигательный режим (фиг.1, 3, 5, 7, 9, 11, 13). Возбуждение индуктора создается кольцевыми слоями сегментарных постоянных магнитов 17. При этом образуется постоянное магнитное поле индуктора с постоянной во времени МДС индуктора и постоянным магнитным потоком индуктора, униполярно замыкающимся через сердечники индуктора 7, 8 и 9, магнитопроводы 10, 11, 12 индуктора, воздушный зазор между якорем и индуктором, сердечник 1 якоря и магнитопровод 2 якоря. Зубцы 15 нечетных сердечников 7 и 9 индуктора намагничиваются и образуют полюса одной полярности, например, южные полюса «S», а зубцы 15 четного сердечника 8 индуктора намагничиваются и образуют полюса другой полярности, например, северные полюса «N». На фазы m-фазной обмотки 3 якоря подают переменное напряжение, по m-фазной обмотке 3 якоря протекает переменный ток, создающий переменное магнитное поле якоря. При этом образуется переменная во времени МДС якоря и переменный во времени магнитный поток якоря. На фиг.4, фиг.6, фиг.8, фиг.10, фиг.12, фиг.14 представлены векторные диаграммы токов 18 источников питания для соответствующих m-фазных обмоток 3 якоря, представленных на этих же фигурах. Симметричные m-фазные напряжения, поданные на зажимы m-фазных обмоток 3 якоря, изменяются во времени, и векторы токов 18 поворачиваются в осях координат ху против часовой стрелки. Рассмотрим момент времени, когда токи проецируются на ось ординат. Катушки m-фазной обмотки 3 якоря названы буквой, обозначающей принадлежность к соответствующей фазе, и цифрой, обозначающей номер явно выраженного полюса 13 сердечника 1 якоря. Например, катушка В2 - катушка фазы В, расположенная на втором явно выраженном полюсе 13 сердечника 1 якоря. На фиг.4, 6, 8, 10, 12, 14 обозначены направления токов в катушках m-фазной обмотки якоря в соответствии с проекцией векторов токов на ось у. При этом элементарные зубцы 14, расположенные на соответствующих явно выраженных полюсах 13 якоря, на которых расположены катушки m-фазной обмотки 3 якоря, образуют южные полюса «S» и северные полюса «N». Вследствие взаимодействия переменного магнитного поля якоря с постоянным магнитным полем индуктора к ротору приложен однонаправленный в течение всего времени работы электрического двигателя вращающий момент, т.е. при изменении питающих m-фазных напряжений, поданных на m-фазную обмотку якоря с частотой ƒ (Гц), ротор вращается с синхронной частотой вращения n=60·ƒ/Z₂ (об/мин). Направление вращения ротора на фигурах показано стрелкой с буквой «n». При Z₁<Z₂ ротор вращается согласно с магнитным полем якоря, а при Z₁>Z₂ ротор вращается против вращения магнитного поля якоря.Consider the motor mode (figure 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13). Excitation of the inductor is created by the ring layers of segmental permanent magnets 17. In this case, a constant magnetic field of the inductor is formed with a time constant MDS of the inductor and a constant magnetic flux of the inductor unipolarly closing through the cores of the inductor 7, 8 and 9, magnetic circuits 10, 11, 12 of the inductor, air gap between the armature and the inductor, core 1 of the armature and magnetic core 2 of the armature. The teeth 15 of the odd core of the inductor 7 and 9 are magnetized and form poles of one polarity, for example, the south poles of "S", and the teeth 15 of the even core 8 of the inductor are magnetized and form poles of a different polarity, for example, the north poles of "N". An alternating voltage is applied to the phases of the m-phase winding 3 of the armature, an alternating current flows through the m-phase winding of the 3 armature, creating an alternating magnetic field of the armature. In this case, a time-variable MDS of the armature and a time-variable magnetic flux of the armature are formed. In Fig. 4, Fig. 6, Fig. 8, Fig. 10, Fig. 12, Fig. 14 are vector diagrams of the currents 18 of the power sources for the corresponding m-phase windings 3 of the armature shown in the same figures. Symmetrical m-phase voltages applied to the terminals of the m-phase windings 3 of the armature change in time, and the current vectors 18 rotate counterclockwise in the coordinate axes xy. Consider the point in time when currents are projected onto the ordinate axis. The coils of the m-phase winding 3 of the armature are called a letter denoting belonging to the corresponding phase, and a number denoting the number of the pronounced pole 13 of the core 1 of the armature. For example, coil B2 is a phase B coil located on the second distinct pole 13 of the core 1 of the armature. Figure 4, 6, 8, 10, 12, 14 indicate the direction of the currents in the coils of the m-phase armature winding in accordance with the projection of the current vectors on the y axis. In this case, the elementary teeth 14 located on the corresponding clearly defined poles 13 of the armature, on which the coils of the m-phase winding 3 of the armature are located, form the south poles “S” and the north poles “N”. Due to the interaction of the alternating magnetic field of the armature with the constant magnetic field of the inductor, a unidirectional torque is applied to the rotor during the entire operation time of the electric motor, i.e. when the supply of m-phase voltages applied to the m-phase winding of the armature with a frequency of ƒ (Hz) changes, the rotor rotates with a synchronous speed of n = 60 · ƒ / Z ₂ (r / min). The direction of rotation of the rotor in the figures shown by an arrow with the letter "n". For Z ₁ <Z _{2, the} rotor rotates in accordance with the magnetic field of the armature, and for Z ₁ > Z _{2 the} rotor rotates against the rotation of the magnetic field of the armature.

Рассмотрим генераторный режим (фиг.1, фиг.3, фиг.5, фиг.7, фиг.9, фиг.11, фиг.13). При вращении ротора сторонним источником момента с частотой вращения n постоянный магнитный поток индуктора, созданный кольцевыми слоями сегментарных постоянных магнитов 17, пронизывает воздушный зазор и явно выраженные полюса 13 якоря то со стороны индуктора, то со стороны якоря, создавая при этом в явно выраженных полюсах 13 якоря переменный магнитный поток, наводящий в катушках m-фазной обмотки 3 якоря переменную во времени ЭДС. Если внешняя цепь - цепь нагрузки замкнута, то по m-фазной обмотке 3 якоря протекает переменный электрический ток, электрическая мощность отдается потребителю.Consider the generator mode (Fig. 1, Fig. 3, Fig. 5, Fig. 7, Fig. 9, Fig. 11, Fig. 13). When the rotor rotates with an external source of torque with a rotational speed n, the constant magnetic flux of the inductor created by the annular layers of segmental permanent magnets 17 penetrates the air gap and the pronounced pole 13 of the armature from the side of the inductor, then from the side of the armature, creating at the same time in distinct poles 13 armature variable magnetic flux inducing in the coils of the m-phase winding 3 armature EMF variable in time. If the external circuit - the load circuit is closed, then an alternating electric current flows through the m-phase winding of the 3 armature, the electric power is given to the consumer.

Фазы m-фазной обмотки якоря могут быть соединены в звезду, а также в многоугольник.The phases of the m-phase armature winding can be connected to a star, as well as to a polygon.

Claims

1. Non-contact gear magnetoelectric machine with a multi-packet inductor, containing a stator with distinct gear poles and a concentrated m-phase winding of the armature, made in the form of coils spanning the stator poles, and a gear rotor made in the form of two coaxially arranged ring gear magnetically soft rotor magnetic circuits rotated relative to each other by half of their tooth division, between which is placed an annular layer of axially magnetized permanent magnets in one direction s, and the toothed stator poles and toothed yokes rotor face each other and are separated by an air gap δ, a rotor provided with a nonmagnetic sleeve, characterized in that the stator comprises a lamination core armature with salient poles on inner surfaces of which are located the elementary teeth on Z _1s teeth at each pole, with Z _1s = 1, 2, 3, 4 ..., the armature winding is an m-phase coil winding, each coil of which is placed on the corresponding explicit pole of the armature, with m = 3, 4, 5, 6 ..., winding ferro The agitator rotor contains an inductor with odd and even tooth cores with the same number of teeth on each core, the inductor cores are made in the form of packets drawn from insulated sheets of electrical steel with high magnetic permeability, the number of inductor cores is at least two, the length of the outermost core cores in the axial direction the same, even cores of the inductor are offset relative to the odd cores of the inductor in the tangential direction by half the tooth division of the inductor t _Z2 , the width of the crowns of the teeth of the cores of the inductor is determined by the expression b _Z2 = k · t _Z2 , and the width of the crowns of elementary teeth located at the pronounced poles of the armature is determined by the expression b _Z1 = k · t _Z1 , while t _Z1 is the tooth division of the explicit the armature poles, and k = 0.38 ÷ 0.5, between the magnetic circuits of the inductor there are ring layers of segmental permanent magnets axially magnetized in one direction, the number of ring layers of segmental permanent magnets is one less than the number of inductor cores, the number is clearly expressed anchor poles is determined by the equality Z _1p = m · Z _1m , where Z _1m = 1, 2, 3, 4 ... is the number of pronounced anchor poles in phase, the total number of anchor teeth is determined by the equality Z ₁ = Z _1p · Z _1s , number teeth on each core of the inductor is determined by the equality Z ₂ = Z ₁ ± Z _1m .

2. Non-contact gear magnetoelectric machine with multi-pack inductor according to claim 1, characterized in that the width of the crowns of the elementary teeth located at the pronounced poles of the armature is determined by the expression b _Z1 = k · t _Z2 .

3. A non-contact reducer magnetoelectric machine with a multi-packet inductor according to claim 1 or 2, characterized in that when there are more than two inductor cores, the axial length of the cores between the extreme cores of the inductor is two times the length of the extreme cores.

4. Non-contact gear magnetoelectric machine with a multi-pack inductor according to claim 1 or 2, characterized in that the armature is located outside, the inductor inside.

5. Non-contact gear magnetoelectric machine with a multi-pack inductor according to claim 1 or 2, characterized in that the inductor is located outside, the anchor inside.

6. Non-contact gear magnetoelectric machine with a multi-pack inductor according to claim 1 or 2, characterized in that when using it as a synchronous motor, the armature winding is supplied from an m-phase source of alternating voltage of constant frequency.

7. Non-contact gear magnetoelectric machine with a multi-pack inductor according to claim 1 or 2, characterized in that when using it as a synchronous motor, the armature winding is supplied from an m-phase variable voltage source of variable frequency.

8. Non-contact gear magnetoelectric machine with a multi-pack inductor according to claim 1 or 2, characterized in that when it is used as a synchronous motor, the armature winding is supplied from a constant voltage source by means of a controlled inverter supplying a sinusoidal voltage to the armature winding phases depending on the readings rotor angular position sensor for maximum torque.

9. Non-contact gear magnetoelectric machine with a multi-pack inductor according to claim 1 or 2, characterized in that when using it as a direct current motor, the armature winding is supplied with rectangular voltage pulses from the electronic switch according to a certain algorithm depending on the readings of the rotor angular position sensor for achieve maximum torque.

10. Non-contact gear magnetoelectric machine with a multi-pack inductor according to claim 1 or 2, characterized in that when using it as a synchronous motor, the armature winding is supplied from a single-phase AC voltage source of constant frequency using a phase-shifting element.

11. Non-contact gear magnetoelectric machine with a multi-pack inductor according to claim 1 or 2, characterized in that the phases of the armature winding are connected to a star.

12. Non-contact gear magnetoelectric machine with a multi-pack inductor according to claim 1 or 2, characterized in that the phases of the armature winding are connected in a polygon.