RU2407134C2 - Contactless reducer electric machine with electromagnet excitation - Google Patents
Contactless reducer electric machine with electromagnet excitation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2407134C2 RU2407134C2 RU2009105353/07A RU2009105353A RU2407134C2 RU 2407134 C2 RU2407134 C2 RU 2407134C2 RU 2009105353/07 A RU2009105353/07 A RU 2009105353/07A RU 2009105353 A RU2009105353 A RU 2009105353A RU 2407134 C2 RU2407134 C2 RU 2407134C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- packets
- rotor
- phase
- poles
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается конструктивного исполнения бесконтактных электрических 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 большой и средней мощности судов, троллейбусов, трамваев метро, 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 генераторов 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 electric machines with electromagnetic reduction and can be used in automation systems, as motor wheels, motor drums, starter generators, electric power steering , direct drives in household appliances (electric meat grinders, electric juicers, washing machines, etc.), electric drives of large and medium power ships, trolley owls, metro trams, concrete mixers, hoisting mechanisms, conveyor belts, 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 generators of frequency converters.
Известна индукторная электрическая машина (Патент RU, 2009599 С1, МПК 5 НО2К 19/06, НО2К 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 p встречно включенных катушек, размещенных со сдвигом на двойное полюсное деление 2·τ, где 2·τ=Z0/p, p - число четное.A known inductor electric machine (Patent RU, 2009599 C1, IPC 5 HO2K 19/06, HO2K 19/24, authors: Zhulovyan V.V .; Novokreschenov O.I .; Shanshurov G.A.), containing explicitly 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-activated coils placed with about a shift by
Известен синхронный редукторный двигатель (Патент RU, 2054220 С1, МПК 6 НО2К 37/00, НО2К 19/06, авторы: Шевченко А.Ф.; Калужский Д.Л.), содержащий ротор с Zp зубцами и статор с 4·р полюсами (р=1, 2, 3,…), на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы по Zs зубцов на каждом полюсе, причем Zr=4·p·(Zs+K)±p (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·(p-1) катушками, соединен с "началом" третьей ветви, образованной 3, 7,…, 3+4·(p-1) катушками, и точка соединения этих ветвей подключена к первому выводу обмотки, "конец" второй ветви, образованной 2, 6,…, 2+4·(p-1) катушками, соединен с "началом" четвертой ветви, образованной 4, 8,…, 4+4·(p-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,
Недостатком описанных 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.
Известен бесконтактный моментный электродвигатель (Патент RU, 2285322 С1, МПК НО2К 21/00, автор Епифанов O.K.), содержащий магнитомягкий кольцевой пазовый статор с Р явно выраженными зубчатыми полюсами и с сосредоточенной w-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 TZ, ротор снабжен немагнитной втулкой толщиной большей половины толщины bM слоя постоянных магнитов, на которой установлены и закреплены неподвижно относительно друг друга зубчатые магнитопроводы ротора равной друг другу активной осевой длиной Lp и кольцевой слой постоянных магнитов, при этом число m фаз m-фазной обмотки якоря выполнено кратным трем, определяемым как m=2f±1, где f равно 1, 2, 3,…, а явно выраженные зубчатые полюса на пазовом статоре расположены равномерно, при этом их число определяется как P=2m·2S, где s равно 0, 1, 2,…, а на каждом зубчатом полюсе статора симметрично относительно его оси размещено нечетное число зубцов ZC толщиной bZC, при этом оси зубцов соседних зубчатых полюсов статора смещены относительно друг друга на величину, пропорциональную отношению ±TZ к m, причем соседние полюса статора разделены шлицом шириной bШ не менее десятикратной величины воздушного зазора, определяемой из соотношения bШ=TZ·[(1±1/m)-bZC/TZ а число зубцов ZR на каждом из зубчатых магнитопроводов ротора выполнено кратным 2n при n, равном 2, 3, 4,…, определяемым как ZR=P·(ZC±1/m), при этом толщина зубцов bZP каждого из зубчатых магнитопроводов ротора выполнена равной половине его зубцового деления TZ и связана с толщиной зубцов зубчатых полюсов статора bzc соотношением 2/3≤bZC/bZP≤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 LC кольцевого пазового статора с зубчатыми полюсами определяется из соотношения LC=(2LP+bM), причем кольцевые зубчатые магнитопроводы ротора расположены относительно кольцевого пазового статора аксиально симметрично. Недостатком аналога является сложность сборки и разборки электродвигателя при выполнении конструкций с большими диаметрами и длинами статоров и применение в связи с этим специальных устройств и приспособлений. Кроме того, наличие постоянных магнитов в конструкциях аналога ограничивает применение описанных электродвигателей при высоких температурах и больших электромагнитных нагрузках, так как в области высоких температур происходят необратимые изменения характеристик постоянных магнитов и ухудшение их свойств.Known non-contact torque motor (Patent RU, 2285322 C1, IPK НО2К 21/00, author Epifanov OK), containing a magnetically soft ring groove stator with P distinct gear poles and with a concentrated w-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 by half of their tooth division, between which an axial magnetized annular layer is placed in one direction of permanent magnets, 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 tooth divisions T Z , the rotor is equipped with a non-magnetic bush of thickness more than half the thickness b M of the permanent magnet layer on which the rotor magnetic cores of the rotor are installed and fixed motionless relative to each other, with an active axial length L p equal to each other and an annular a permanent magnet layer, while the number m of phases of the m-phase armature winding is a multiple of three, defined as m = 2 f ± 1, where f is 1, 2, 3, ..., and the pronounced toothed poles on the groove stator are evenly distributed, their number is defined as P = 2m · 2 S , where s is 0, 1, 2, ..., and on each tooth pole of the stator there is an odd number of teeth Z C with thickness b ZC symmetrically relative to its axis, while the axis of the teeth of adjacent tooth poles stator are offset by an amount proportional relation ± T Z to m, wherein adjacent field and a stator separated Slot width W b of not less than ten times the air gap defined by the relation W b = T Z · [(1 ± 1 / m) -b ZC / T Z and the number of teeth Z R at each of the toothed rotor cores formed
Известна принятая за прототип бесконтактная индукторная вентильная электрическая машина с электромагнитным возбуждением (Патент RU 2277284 С2, МПК Н02К 19/10, Н02К 29/00, авторы: Демьяненко А.В.; Жердев И.А.; Козаченко В.Ф.; Русаков A.M.; Остриров В.Н.), содержащая корпус с установленными в нем шихтованными из листов электротехнической стали пакетами статора, число которых кратно двум, с пазами в них для укладки фазных обмоток, фазные обмотки, уложенные в пазы пакетов статора так, что их витки в пазовых частях обмотки параллельны продольной оси машины и один виток охватывает все зубцы пакетов статора, находящиеся против друг друга, обмотку возбуждения с продольной осью, параллельной продольной оси машины, расположенную на статоре между пакетами статора, металлический немагнитный вал с втулкой из магнитомягкого металла на нем, на которой установлены зубчатые пакеты ротора, шихтованные из пластин магнитомягкой стали, число которых равно числу пакетов статора, две крышки с подшипниками, общее число фазных обмоток больше трех и их число кратно трем, причем каждые три фазные обмотки имеют свою независимую нулевую точку и между соседними фазами различных триад имеется угол фазового сдвига, при том, что отношение числа зубцов статора Zст к числу зубцов ротора Zp выражается дробью, в которой число зубцов ротора является простым числом, начиная с пяти 5, 7, 11, 13, 17,… Недостатком прототипа является выполнение числа пакетов статора только кратным двум, фазных обмоток больше трех и только кратных трем, а числа зубцов ротора являются только простыми числами, начиная с пяти. Это снижает возможные конструктивные исполнения данного технического устройства и возможности его использования. Кроме того, прототип имеет меньший по сравнению с заявляемым изобретением удельный (отнесенный к массе активных материалов) момент на валу.Known adopted for the prototype non-contact induction valve electric machine with electromagnetic excitation (Patent RU 2277284 C2, IPC Н02К 19/10, Н02К 29/00, authors: Demyanenko A.V .; Zherdev I.A .; Kozachenko V.F .; Rusakov AM; Ostrov V.N.), containing a housing with stator packs buried from sheets of electrical steel installed in it, the number of which is a multiple of two, with grooves in them for laying phase windings, phase windings laid in grooves of stator packs so that their turns in the groove parts of the winding are parallel to the longitudinal axis of the machine and one in it covers all the teeth of the stator packets, which are opposite each other, the field winding with a longitudinal axis parallel to the longitudinal axis of the machine, located on the stator between the stator packets, a metal non-magnetic shaft with a sleeve of soft magnetic metal on it, on which the gear packages of the rotor mounted soft magnetic steel plates, the number of which is equal to the number of stator packets, two covers with bearings, the total number of phase windings is more than three and their number is a multiple of three, and each three phase windings have their own The dependence zero point and between adjacent phases different triads there is an angle of the phase shift, though the ratio of the number of stator teeth Z item among Z p rotor teeth is expressed by a fraction where the number of rotor teeth is a prime number beginning with five 5, 7, 11 , 13, 17, ... The disadvantage of the prototype is that the number of stator packets is only a multiple of two, phase windings are more than three and only a multiple of three, and the numbers of rotor teeth are only prime numbers, starting with five. This reduces the possible design of this technical device and the possibility of its use. In addition, the prototype has a lower relative to the claimed invention specific (referred to the mass of active materials) moment on the shaft.
Целью настоящего изобретения является создание конструкции бесконтактной редукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением с большим удельным вращающим моментом 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, с возможностью работы при высоких электромагнитных нагрузках и в области высоких температур, обладающей высокой технологичностью выполнения обмоток и высокой надежностью.The aim of the present invention is to provide a design of a non-contact gear electric machine with electromagnetic excitation with a high specific torque on the shaft with high electromagnetic speed reduction in electric motor mode and with high specific power and high electromagnetic frequency reduction of EMF in electric generator mode, with the ability to work with high electromagnetic loads and in the field of high temperatures, which has high adaptability otok and high reliability.
Задачей настоящего изобретения является оптимальный выбор числа зубчатых явно выраженных полюсов каждого пакета статора, числа зубцов каждого пакета статора и числа зубцов каждого пакета ротора при выполнении сосредоточенной на зубчатых явно выраженных полюсах пакетов статора катушечной m-фазной обмотки якоря и расположенной между пакетами статора кольцеобразной обмотки возбуждения индуктора бесконтактной редукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением.The objective of the present invention is the optimal choice of the number of denticulated explicit poles of each stator packet, the number of prongs of each stator packet and the number of prongs of each rotor packet when performing an m-phase coil armature centered on the gear poles of the stator packets and an annular excitation coil located between the stator packets an inductor of a contactless gear electric machine with electromagnetic excitation.
Техническим результатом настоящего изобретения является получение высоких эксплуатационных характеристик бесконтактной редукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением с возможностью глубокого регулирования ее выходными параметрами.The technical result of the present invention is to obtain high performance non-contact gear electric machines with electromagnetic excitation with the possibility of deep regulation of its output parameters.
С целью достижения поставленной задачи и технического результата редукторная электрическая машина с электромагнитным возбуждением содержит корпус, выполненный из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью и являющийся магнитопроводом статора, четные и нечетные пакеты статора и ротора, шихтованные из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, причем число пакетов статора не менее двух, число пакетов ротора равно числу пакетов статора, пакеты статора и ротора обращены друг к другу и разделены воздушным зазором, длина крайних пакетов статора и ротора в аксиальном направлении одинакова, при наличии пакетов статора и, соответственно, ротора более двух, длина пакетов статора и ротора в аксиальном направлении, находящихся между крайними пакетами, в два раза больше длины крайних пакетов, пакеты статора содержат равномерно распределенные по цилиндрической поверхности явно выраженные полюса, на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы, число явно выраженных полюсов на каждом пакете статора одинаково, число элементарных зубцов на каждом явно выраженном полюсе пакета статора одинаково, пакеты статора в тангенциальном направлении расположены таким образом, чтобы оси находящихся друг против друга в аксиальном направлении явно выраженных полюсов всех четных и нечетных пакетов статора совпадали, пакеты ротора содержат равномерно распределенные по цилиндрической поверхности зубцы, число которых на каждом пакете ротора одинаково, четные пакеты ротора смещены относительно нечетных пакетов ротора в тангенциальном направлении на половину зубцового деления пакета ротора, пакеты ротора насажены на втулку, выполненную из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью и являющуюся магнитопроводом ротора, которая установлена на немагнитном валу, на явно выраженных полюсах пакетов статора сосредоточена катушечная m-фазная обмотка якоря, каждая катушка которой в аксиальном направлении охватывает соответствующие (находящиеся друг против друга) явно выраженные полюса четных и нечетных пакетов статора по одному явно выраженному полюсу каждого пакета, между пакетами статора расположена обмотка возбуждения индуктора, выполненная в виде охватывающих магнитопровод ротора между четными и нечетными пакетами ротора кольцеобразных катушек с продольной осью, совпадающей с продольной осью машины, число кольцеобразных катушек обмотки возбуждения индуктора на одну меньше числа пакетов статора, возбуждение индуктора осуществляется при питании обмотки возбуждения постоянным (выпрямленным) током, ширина коронок зубцов пакетов ротора определяется выражением bZ2=k·tZ2, а ширина коронок элементарных зубцов, расположенных на явно выраженных полюсах статора, может определяться выражением bZ1=k·tZ1, а также выражением bZ1=k·tZ2, при этом tZ1 и tZ2 представляют собой зубцовые деления явно выраженных полюсов статора и пакетов ротора 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.In order to achieve the task and the technical result, the electric reducer with electromagnetic excitation contains a housing made of soft magnetic steel with high magnetic permeability and is a stator magnetic circuit, even and odd packages of the stator and rotor, burdened from insulated sheets of electrical steel with high magnetic permeability, the number of stator packets is at least two, the number of rotor packets is equal to the number of stator packets, the stator and rotor packets are facing each other and separated by an air gap, the length of the outermost stator and rotor packets in the axial direction is the same, if there are more than two stator and rotor packets in the axial direction, the length of the stator and rotor packets in the axial direction between the extreme packets is twice the length of the extreme packets, packets the stator contain clearly defined poles evenly distributed over the cylindrical surface, on the inner surface of which elementary teeth are made, the number of pronounced poles on each stator package is the same, the number of elementary teeth on each pronounced pole of the stator packet is the same, the stator packets in the tangential direction are located so that the axes of the clearly opposite poles of all the even and odd stator packets are opposite each other, the rotor packets contain teeth evenly distributed over the cylindrical surface , the number of which is the same on each rotor package, the even rotor packages are offset relative to the odd rotor packages in the tangential direction by half of the tooth division of the rotor package, the rotor packages are mounted on a sleeve made of soft magnetic steel with high magnetic permeability and which is the rotor magnetic circuit, which is mounted on a non-magnetic shaft, an m-phase coil of the armature is concentrated on the pronounced poles of the stator packages, each coil of which is axially directed covers the corresponding (opposite to each other) explicit poles of the even and odd stator packets, one explicit pole of each packet, between packets with The inductor excitation winding is located in the form of a ring-shaped coil covering the rotor magnetic core between even and odd rotor packets of the ring-shaped coils with a longitudinal axis coinciding with the longitudinal axis of the machine, the number of ring-shaped coils of the inductor field winding is one less than the number of stator packets, the inductor is excited by supplying the field winding direct (rectified) current, the width of the crowns of the teeth of the packages of the rotor 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 stator, can be determined by the expression b Z1 = k · t Z1 , as well as the expression b Z1 = k · t Z2 , while t Z1 and t Z2 are the tooth divisions of the pronounced poles of the stator and the rotor packages, 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 the electric motor mode and on the shape of the variable EMF of the armature when the machine is operating in the electric generator mode.
При применении бесконтактной редукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением в качестве синхронного электрического двигателя питание обмотки якоря осуществляется:When using a non-contact gear electric machine with electromagnetic excitation 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 электрической машины с электромагнитным возбуждением 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 electric machine with electromagnetic excitation 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 электрическая машина с электромагнитным возбуждением 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 electric reducer with electromagnetic excitation can also work 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.
Обмотка возбуждения индуктора бесконтактной редукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением может подключаться к независимому источнику постоянного (выпрямленного) напряжения непосредственно, а также может подключаться к выходу диодного m-фазного моста, входные концы которого подключены к выходным концам фаз m-фазной обмотки якоря.The excitation winding of the inductor of a non-contact electric reducer with electromagnetic excitation can be connected directly to an independent source of direct (rectified) voltage, and can also be connected to the output of the m-phase bridge diode, the input ends of which are connected to the output ends of the phases of the m-phase armature winding.
В настоящем изобретении катушечная m-фазная обмотка якоря и обмотка возбуждения индуктора располагаются на статоре, а ферромагнитный зубчатый ротор выполнен безобмоточным. Возможны исполнения бесконтактной редукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением с внешним статором и внутренним ротором, с внутренним статором и внешним ротором.In the present invention, the m-phase coil of the armature and the field coil of the inductor are located on the stator, and the ferromagnetic gear rotor is made without winding. Executions of a non-contact gear electric machine with electromagnetic excitation with an external stator and an internal rotor, with an internal stator and an external rotor are possible.
В соответствии с настоящим изобретением для получения наилучших энергетических показателей при максимальном удельном моменте на валу бесконтактной редукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением число явно выраженных полюсов каждого пакета статора Z1p, число элементарных зубцов на каждом явно выраженном полюсе пакета статора Z1s=1, 2, 3, 4…, число фаз m-фазной обмотки якоря m=3, 4, 5, 6…, число явно выраженных полюсов каждого пакета статора в фазе Z1m=1, 2, 3, 4…, число зубцов каждого пакета статора Z1, число зубцов каждого пакета ротора 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 electric reducer with electromagnetic excitation, the number of pronounced poles of each stator package Z 1p , the number of elementary teeth on each pronounced pole of the stator package Z 1s = 1, 2, 3, 4 ..., the number of phases of the m-phase armature winding m = 3, 4, 5, 6 ..., the number of pronounced poles of each stator package in phase Z 1m = 1, 2, 3, 4 ..., the number of teeth of each stator package Z 1, the number of teeth of each packet otorrhea Z 2 are related by the equations (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 электрической машины с электромагнитным возбуждением.The coils of the m-phase armature winding in the phase must 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 electric machine with electromagnetic excitation.
Если число четных и нечетных пакетов статора более двух, то число кольцеобразных катушек обмотки возбуждения индуктора, охватывающих магнитопровод ротора между четными и нечетными пакетами ротора, более одной. В этом случае кольцеобразные катушки обмотки возбуждения индуктора должны быть соединены между собой таким образом, чтобы при протекании по ним постоянного (выпрямленного) электрического тока зубцы нечетных пакетов ротора образовывали магнитные полюса одной полярности, например, южные полюса «S», а зубцы четных пакетов ротора образовывали магнитные полюса другой полярности, например, северные полюса «N».If the number of even and odd stator packets is more than two, then the number of ring-shaped coils of the field coil of the inductor, covering the rotor magnetic circuit between even and odd rotor packets, is more than one. In this case, the ring-shaped coils of the field winding of the inductor must be interconnected so that when a constant (rectified) electric current flows through them, the teeth of the odd rotor packets form magnetic poles of the same polarity, for example, the southern poles of "S", and the teeth of even rotor packets formed magnetic poles of a different polarity, for example, the north poles “N”.
Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
Фиг.1 - общий вид бесконтактной редукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением с внешним статором и внутренним ротором,Figure 1 - General view of a non-contact gear electric machine with electromagnetic excitation with an external stator and internal rotor,
фиг.2 - общий вид бесконтактной редукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением с внутренним статором и внешним ротором,figure 2 is a General view of a non-contact gear electric machine with electromagnetic excitation with an internal stator and an external rotor,
фиг.3÷15 - примеры реализации изобретения в виде поперечных сечений нечетных и четного пакетов статора и нечетных и четного пакетов активного ротора, схем соединения катушек m-фазных обмоток якоря и включение m-фазных обмоток якоря на источники переменных напряжений с различным числом фаз и в виде векторных диаграмм электрических токов (МДС).figure 3 ÷ 15 - examples of the invention in the form of cross-sections of odd and even packages of the stator and odd and even packages of the active rotor, the connection circuits of the coils of the m-phase armature windings and the inclusion of m-phase armature windings to sources of variable voltage with a different number of phases in the form of vector diagrams of electric currents (MDC).
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 a 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 и с подключением двух кольцеобразных катушек обмотки возбуждения индуктора через 4- фазный диодный мост D1÷D8 к выходным концам обмотки якоря. Направление намотки кольцеобразных катушек обмотки возбуждения индуктора в аксиальном направлении одинаковое, начало н1 первой кольцеобразной катушки соединено с «минусовым» выходом диодного моста, конец к1 первой кольцеобразной катушки соединен с концом к2 второй кольцеобразной катушки, начало н2 второй кольцеобразной катушки соединено с «плюсовым» выходом диодного моста.Figure 6 shows the connection diagram of the coils of the 4-phase armature winding connected to a 4-phase voltage source and with the connection of two ring-shaped coils of the field coil of the inductor through the 4-phase diode bridge D1 ÷ D8 to the output ends of the armature winding. The axial direction of winding the ring-shaped coils of the inductor winding in the axial direction is the same, the beginning n1 of the first ring-shaped coil is connected to the "minus" output of the diode bridge, the end k1 of the first ring-shaped coil is connected to the end k2 of the second ring-shaped coil, the beginning of H2 of the second ring-shaped coil is connected to the "plus" output diode bridge.
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 wAN - это числа витков катушек обмотки якоря, подключенных непосредственно к фазе «А» и нулю, wCN - это числа витков катушек обмотки якоря, подключенных к фазе «A» и нулю через фазосдвигающую емкость С. Коэффициент трансформации обмоток фаз якоря лежит в пределах kтр=wCN/wAN=1÷2.On Fig presents a diagram of the connections of the coils of the 4-phase winding of the armature with 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 a phase-shifting capacitance C. The transformation coefficient of the armature phase windings lies within k tr = w CN / w AN = 1 ÷ 2.
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 coils of a 9-phase armature winding with a connection to a 3-phase voltage source.
На фиг.3÷15 представлены примеры реализации изобретения в соответствии с формулами (1), (2), (3) в виде поперечных сечений нечетных и четного пакетов статора и нечетных и четного пакетов активного ротора (по обмотке возбуждения индуктора протекает постоянный (выпрямленный) электрический ток, образуя магнитные полюса «S» и «N» зубцов пакетов ротора) бесконтактной редукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением, схем соединения катушек w-фазных обмоток якоря при включении m-фазных обмоток якоря в двигательном режиме на источники переменных напряжений с различным числом фаз и в виде векторных диаграмм электрических токов (МДС). Соответствие чертежей поперечных сечений нечетных и четного пакетов статора и нечетных и четного пакетов ротора и схем соединения катушек m-фазных обмоток якоря поясняется в таблице.Figure 3 ÷ 15 presents examples of the invention in accordance with formulas (1), (2), (3) in the form of cross-sections of the odd and even packages of the stator and the odd and even packages of the active rotor (constant (rectified) flows through the excitation coil of the inductor ) electric current, forming the magnetic poles “S” and “N” of the teeth of the rotor packets) of a non-contact gear electric machine with electromagnetic excitation, wiring diagrams of the coils of the w-phase armature windings when the m-phase armature windings are switched on in the motor mode to the source and alternating voltages with a different number of phases and in the form of vector diagrams of electric currents (MDC). The correspondence of the drawings of the cross-sections of the odd and even packages of the stator and the odd and even packages of the rotor and the connection schemes of the coils of the m-phase armature windings is explained in the table.
Буква m в таблице обозначает количество фаз m-фазной обмотки якоря бесконтактной редукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением, а mист - количество фаз переменного источника напряжения. Положение нечетных и четного пакетов ротора относительно нечетных и четного пакетов статора на чертеже в двигательном режиме соответствует моменту времени, при котором показано положение векторов электрических токов на соответствующей схеме соединения катушек m-фазной обмотки якоря бесконтактной редукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением.The letter m in the table denotes the number of phases of m-phase armature winding contactless reduction gearing electrical machine with electromagnetic excitation, and m ist - the number of alternating source voltage phases. The position of the odd and even packages of the rotor relative to the odd and even packages of the stator in the drawing in the motor mode corresponds to the point in time at which the position of the vectors of electric currents on the corresponding connection diagram of the coils of the m-phase armature coil of a contactless gear electric machine with electromagnetic excitation is shown.
Рассмотрим конструкцию бесконтактной редукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением с внешним статором и внутренним ротором (фиг.1, фиг.3, фиг.5, фиг.7, фиг.9, фиг.11, фиг.13). Перемагничиваемые с высокой частотой нечетные 1 и 3 пакеты и четный 2 пакет статора выполнены шихтованными из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью и закреплены в магнитопроводе 4 статора, являющегося корпусом и выполненного из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью. Пакеты 1, 2, 3 статора содержат равномерно распределенные по цилиндрической поверхности явно выраженные полюса 13, на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы 14. Число явно выраженных полюсов 13 на каждом пакете статора одинаково, число элементарных зубцов 14 на каждом явно выраженном полюсе 13 пакетов статора одинаково. Пакеты 1, 2, 3 статора в тангенциальном направлении расположены таким образом, что оси их находящихся друг против друга в аксиальном направлении явно выраженных полюсов 13 совпадают. На явно выраженных полюсах 13 пакетов статора размещена катушечная m-фазная обмотка 12 якоря, каждая катушка которой в аксиальном направлении охватывает соответствующие явно выраженные полюса четного 2 и нечетных 1 и 3 пакетов статора по одному полюсу каждого пакета. Катушки m-фазной обмотки 12 якоря выполняются из обмоточного медного провода или обмоточной медной шины. Ротор при помощи подшипников 11, вала 5 и подшипниковых щитов 10 позиционирован относительно статора. Вал 5 выполнен немагнитным, например из немагнитной стали или титана. На валу 5 насажена втулка 6, выполненная из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью и являющаяся магнитопроводом ротора. На втулке 6 закреплены нечетные 7 и 9 пакеты и четный 8 пакет ротора, которые позиционированы относительно нечетных 1 и 3 пакетов и четного 2 пакета статора соответственно. Пакеты 7, 8 и 9 ротора выполнены шихтованными из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью и содержат равномерно распределенные по цилиндрической поверхности зубцы 15, число которых на каждом пакете ротора одинаково. Четный 8 пакет ротора смещен относительно нечетных 7 и 9 пакетов ротора в тангенциальном направлении на половину зубцового деления пакета ротора tZ2. С целью удешевления конструкции пакеты 7, 8 и 9 ротора могут быть выполнены металлообработкой из цельных кусков стали с высокой магнитной проницаемостью. Между пакетами 1, 2 и 3 статора расположена обмотка возбуждения индуктора, выполненная в виде двух охватывающих втулку 6 между пакетами 7, 8 и 9 ротора кольцеобразных катушек 16 и 17 с продольной осью, совпадающей с продольной осью машины. Кольцеобразные катушки 16 и 17 выполняются из обмоточного медного провода или обмоточной медной шины и могут быть соединены между собой последовательно или параллельно. Концы обмотки возбуждения индуктора соединяются с источником постоянного (выпрямленного) напряжения.Consider the design of a non-contact gear electric machine with electromagnetic excitation with an external stator and an internal rotor (Fig. 1, Fig. 3, Fig. 5, Fig. 7, Fig. 9, Fig. 11, Fig. 13). Odd 1 and 3 packages that are remagnetized with high frequency and an even 2 package of stator are made of lined from insulated sheets of electrical steel with high magnetic permeability and are fixed in the
В случае конструкции бесконтактной редукторной электрической машины с электромагнитным возбуждением с внутренним статором и внешним ротором (фиг.2) роль корпуса играет магнитопровод 6 ротора, а кольцеобразные катушки обмотки возбуждения индуктора охватывают магнитопровод 4 статора.In the case of the design of a non-contact reducer electric machine with electromagnetic excitation with an internal stator and an external rotor (Fig. 2), the role of the casing is played by the rotor
Бесконтактная редукторная электрическая машина с электромагнитным возбуждением работает в двигательном и генераторном режимах.Non-contact gear electric machine with electromagnetic excitation operates in motor and generator modes.
Рассмотрим двигательный режим (фиг.1, фиг.3, фиг.5, фиг.7, фиг.9, фиг.11, фиг.13). На обмотку возбуждения индуктора подают постоянное (выпрямленное) напряжение, по обмотке протекает постоянный (выпрямленный) электрический ток, создавая постоянное магнитное поле индуктора с постоянной во времени МДС индуктора и постоянным магнитным потоком индуктора, униполярно замыкающимся через магнитопровод 6 ротора, пакеты 7, 8 и 9 ротора, воздушный зазор между ротором и статором, пакеты 1, 2 и 3 статора и магнитопровод 4 статора. Зубцы 15 нечетных пакетов 7 и 9 ротора намагничиваются и образуют полюса одной полярности, например, южные полюса «S», а зубцы 15 четного пакета 8 ротора намагничиваются и образуют полюса другой полярности, например, северные полюса «N». На фазы m-фазной обмотки 12 якоря подают переменное напряжение, по m-фазной обмотке 12 якоря протекает переменный электрический ток, создающий переменное вращающееся 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 электрических токов 18 для соответствующих m-фазных обмоток 12 якоря, представленных на этих же чертежах. Симметричные m-фазные напряжения, поданные на зажимы m-фазных обмоток 12 якоря, изменяются во времени, и векторы электрических токов 18 поворачиваются в осях координат xy против часовой стрелки. Рассмотрим момент времени, когда электрические токи проецируются на ось ординат. Катушки m-фазной обмотки 12 якоря названы буквой, обозначающей принадлежность к соответствующей фазе, и цифрой, обозначающей номер соответствующих явно выраженных полюсов 13 пакетов 1, 2 и 3 статора. Например, катушка В2 - катушка фазы В, расположенная на вторых явно выраженных полюсах 13 пакетов 1, 2 и 3 статора. На фиг.4, фиг.6, фиг.8, фиг.10, фиг.12, фиг.14 обозначены направления электрических токов в катушках m-фазной обмотки якоря в соответствии с проекцией векторов электрических токов на ось y. При этом элементарные зубцы 14, расположенные на соответствующих явно выраженных полюсах 13 пакетов статора, на которых расположены катушки m-фазной обмотки 12 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 f (Гц), ротор вращается с синхронной частотой вращения n=60·f/Z2 (об/мин). Направление вращения ротора на чертежах 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, figure 3, figure 5, figure 7, figure 9, figure 11, figure 13). A constant (rectified) voltage is supplied to the excitation winding of the inductor, a constant (rectified) electric current flows through the winding, creating a constant magnetic field of the inductor with a time-constant MDS of the inductor and a constant magnetic flux of the inductor unipolarly closing through the
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 протекающим по обмотке возбуждения индуктора постоянным (выпрямленным) электрическим током, пронизывая воздушный зазор и явно выраженные полюса 13 пакетов статора то со стороны ротора, то со стороны статора, создает в явно выраженных полюсах 13 пакетов статора переменный магнитный поток, наводящий в катушках m-фазной обмотки 12 якоря переменную ЭДС. Если внешняя цепь - цепь нагрузки замкнута, то по m-фазной обмотке 12 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 a third-party source of torque with a rotational speed n, the constant magnetic flux of the inductor created by the direct (rectified) electric current flowing through the induction winding of the inductor, penetrating the air gap and the
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.
При выполнении статора с числом пакетов более двух кольцеобразные катушки обмотки возбуждения индуктора могут быть соединены между собой последовательно, а также параллельно. При выполнении статора с нечетным числом пакетов, начиная с пяти, кольцеобразные катушки обмотки возбуждения индуктора могут быть соединены между собой смешанно.When performing a stator with a number of packets of more than two, the annular coils of the field coil of the inductor can be connected to each other in series and also in parallel. When performing a stator with an odd number of packets, starting with five, the ring-shaped coils of the field coil of the inductor can be interconnected mixed.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009105353/07A RU2407134C2 (en) | 2009-02-17 | 2009-02-17 | Contactless reducer electric machine with electromagnet excitation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009105353/07A RU2407134C2 (en) | 2009-02-17 | 2009-02-17 | Contactless reducer electric machine with electromagnet excitation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009105353A RU2009105353A (en) | 2010-08-27 |
| RU2407134C2 true RU2407134C2 (en) | 2010-12-20 |
Family
ID=42798311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009105353/07A RU2407134C2 (en) | 2009-02-17 | 2009-02-17 | Contactless reducer electric machine with electromagnet excitation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2407134C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2704962C1 (en) * | 2019-02-25 | 2019-11-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Rotary electromagnet |
-
2009
- 2009-02-17 RU RU2009105353/07A patent/RU2407134C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2704962C1 (en) * | 2019-02-25 | 2019-11-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Rotary electromagnet |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009105353A (en) | 2010-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20060028084A1 (en) | Hybrid-secondary uncluttered permanent magnet machine and method | |
| RU2390086C1 (en) | Contactless reductor electric machine with combined excitation | |
| RU2407135C2 (en) | Contactless reducer electromagnetic machine | |
| RU2437202C1 (en) | Non-contact magnetoelectric machine with axial excitation | |
| RU2437201C1 (en) | Non-contact electric machine with axial excitation | |
| RU2356154C1 (en) | Electrical machine with double-pack inductor (versions) | |
| RU2311715C1 (en) | Synchronous electrical machine | |
| RU2437200C1 (en) | Non-contact reduction machine with axial excitation | |
| RU2407134C2 (en) | Contactless reducer electric machine with electromagnet excitation | |
| Spiessberger et al. | The four-pole planetary motor | |
| RU2412519C1 (en) | Reluctance machine | |
| RU2392723C1 (en) | Contactless reductor magnetoelectric machine with pole geared inductor | |
| RU2416858C1 (en) | Electric reduction machine with salient-pole armature | |
| US20100026103A1 (en) | Driving or power generating multiple phase electric machine | |
| RU2414039C1 (en) | Modular synchronous electric machine | |
| RU2354032C1 (en) | Contactless electromagnetic machine | |
| RU2392724C1 (en) | Single-phased electric generator | |
| RU2477917C1 (en) | Electric reducer machine with polar gear inducer | |
| RU2437198C1 (en) | Electric reduction machine with axial excitation | |
| RU2478250C1 (en) | Reduction magnetoelectric machine with pole gear-type inductor | |
| RU2416860C1 (en) | Non-contact magnetic electric reduction machine with salient-pole armature | |
| RU2414793C1 (en) | Non-contact modular magnetoelectric machine | |
| RU2382475C1 (en) | Contactless reducer electromagnetic machine with multipack inductor | |
| RU2499344C1 (en) | Synchronous electric motor | |
| RU2416861C1 (en) | Non-contact reduction machine with salient-pole armature |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120218 |