RU2407135C2 - Contactless reducer electromagnetic machine - Google Patents

Contactless reducer electromagnetic machine Download PDF

Info

Publication number
RU2407135C2
RU2407135C2 RU2009101396/07A RU2009101396A RU2407135C2 RU 2407135 C2 RU2407135 C2 RU 2407135C2 RU 2009101396/07 A RU2009101396/07 A RU 2009101396/07A RU 2009101396 A RU2009101396 A RU 2009101396A RU 2407135 C2 RU2407135 C2 RU 2407135C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
armature
inductor
winding
gear
machine according
Prior art date
Application number
RU2009101396/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009101396A (en
Inventor
Владимир Михайлович Чернухин (RU)
Владимир Михайлович Чернухин
Original Assignee
Владимир Михайлович Чернухин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Михайлович Чернухин filed Critical Владимир Михайлович Чернухин
Priority to RU2009101396/07A priority Critical patent/RU2407135C2/en
Publication of RU2009101396A publication Critical patent/RU2009101396A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2407135C2 publication Critical patent/RU2407135C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electric engineering and designs of contactless reducer electromagnetic machines with electromagnet reduction, intended for use as motor - wheels, motor - drums, direct drives in electrical appliances (electric meat grinders, washing machines, etc), electric drives of concrete mixers, weight-lifting mechanisms, belt conveyors, pumps for pumping of fluids, mechanisms with high torque on shaft and low frequencies of shaft rotation, and also as high-frequency electric generators. Proposed contactless reducer electromagnet machine comprises stator with explicit poles, on inner surface of which there are elementary cogs, m-phased focused anchor winding of which consists of coils, each coil covering an appropriate anchor pole, and winding-free ferromagnetic rotor, comprising two inductor cores displaced relative to each other in tangential direction by half of gear division, with toroid permanent magnet magnetised in axial direction and installed between cores of inductor, to develop magnetic flow of excitation. At the same time certain ratios are maintained between number of anchor poles, number of elementary teeth on anchor pole, number of anchor poles in phase, common number of anchor teeth, number of teeth on each inductor core and number of phases of anchor winding of contactless reducer electromagnetic machine.
EFFECT: high power and operational indices, high specific rotary torque on shaft and high electromagnetic reduction of rotation frequency in mode of electric motor, high specific capacity at high frequencies of electromotive force in mode of electric generator.
12 cl, 14 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электротехнике и касается конструктивного исполнения бесконтактных магнитоэлектрических машин с электромагнитной редукцией, предназначенных для использования в качестве мотор-колес, мотор-барабанов, 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 высокочастотных электрических генераторов.The invention relates to electrical engineering and relates to the design of non-contact magnetoelectric machines with electromagnetic reduction, intended for use as motor wheels, motor drums, direct drives in household appliances (electric grinders, electric juicers, washing machines, etc.), concrete mixers electric drives, hoisting mechanisms , belt conveyors, pumps for pumping liquids, mechanisms with high moments on the shaft and low shaft speeds, as well as high frequency electric generators.

Известен бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами (Патент RU 2303849 С1, МПК Н02К 21/18, H02K 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. Недостатками аналога являются сложность и значительная стоимость конструкции, определяемая большим числом постоянных магнитов, и невысокие энергетические показатели, обусловленные нерациональным использованием полезного объема машины.Known brushless synchronous generator with permanent magnets (Patent RU 2303849 C1, IPC N02K 21/18, H02K 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 disadvantages of the analogue are the complexity and significant cost of construction, determined by a large number of permanent magnets, 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 Н02К 19/06, Н02К 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 Н02К 19/06, НКК 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 numbers of teeth and each phase of the winding is made of p counter included coils placed with by a shift by the double pole division 2 · τ, where 2 · τ = Z 0 / p, p is an even number.

Наиболее близкой по технической сущности к настоящему изобретению (его прототипом) является синхронный редукторный двигатель (Патент RU 2054220 С1, МПК 6 Н02К 37/00, Н02К 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+К)±р (где К=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.The closest in technical essence to the present invention (its prototype) is a synchronous geared motor (Patent RU 2054220 C1, IPC 6 Н02К 37/00, Н02К 19/06, authors: Shevchenko AF, Kalugsky 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), coils of a single-phase winding, one at each pole, are placed in large grooves between the poles, coils located at the poles of the same name with numbers differing by 4, the "end" with the "beginning" are connected in series and form four branches, the "end" of the first branch formed by 1, 5, ..., 1 + 4 · (p-1) coils, connected to the "beginning" the third branch, formed by 3, 7, ..., 3 + 4 · (p-1) 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, 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 terminal in such a way that the first and fourth branches are connected to the anode of the first one, and the second and third branches are connected to the cathode of the second diode.

Недостатком описанной индукторной электрической машины и синхронного редукторного двигателя являются невысокие энергетические показатели. Кроме того, 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.

Целью настоящего изобретения является создание достаточно простой, надежной и технологичной конструкции бесконтактной магнитоэлектрической машины с высокими энергетическими показателями при большом удельном вращающем моменте на валу и 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 a fairly simple, reliable and technologically advanced non-contact magnetoelectric machine with high energy performance with a large specific torque on the shaft and high electromagnetic speed reduction in electric motor mode and with high specific power and high electromagnetic frequency reduction of EMF in electric mode 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.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 focused on the poles of the armature of the m-phase coil winding of the armature of a contactless gear magnetoelectric machine.

Техническим результатом настоящего изобретения является получение высоких эксплуатационных характеристик бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины. С этой целью статор содержит явно выраженные полюса, на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы, m-фазную катушечную обмотку якоря, каждая катушка которой размещена на соответствующем полюсе якоря, безобмоточный ферромагнитный зубчатый ротор с двумя сердечниками индуктора, смещенными относительно друг друга в тангенциальном направлении на половину зубцового деления индуктора, между сердечниками индуктора установлен тороидальный постоянный магнит, намагниченный в аксиальном направлении, для создания магнитного потока возбуждения. Для машин большой мощности возможно применение вместо одного цельного тороидального постоянного магнита ряда сегментарных постоянных магнитов, намагниченных в аксиальном направлении и собранных в виде тора.The technical result of the present invention is to obtain high performance non-contact gear magnetoelectric machine. For this purpose, the stator contains distinct poles, on the inner surface of which elementary teeth are made, an m-phase coil winding of the armature, each coil of which is placed on the corresponding pole of the armature, a non-winding ferromagnetic gear rotor with two inductor cores offset tangentially from each other by half of the tooth division of the inductor, between the cores of the inductor there is a toroidal permanent magnet magnetized in the axial direction to create a magnetic otok excitation. For high-power machines, it is possible to use instead of a single solid toroidal permanent magnet a number of segmental permanent magnets magnetized in the axial direction and assembled in the form of a torus.

При применении бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины в качестве синхронного электрического двигателя питание обмотки якоря осуществляется:When using a non-contact geared magnetoelectric machine 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 в качестве двигателя постоянного тока с независимым возбуждением 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 geared magnetoelectric machine as a direct current motor with independent excitation, 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 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 geared magnetoelectric machine 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.

В настоящем изобретении индуктор является ротором, а якорь - статором. Возможны исполнения бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины 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 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 внутренним индуктором и внешним якорем,figure 1 - General view of a contactless gear magnetoelectric machine with an internal inductor and an external armature,

фиг.2 - общий вид бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с электромагнитной редукцией с внешним индуктором и внутренним якорем,figure 2 is a General view of a contactless gear magnetoelectric machine with electromagnetic reduction with an external inductor and an internal armature,

фиг.3÷14 - примеры реализации изобретения в виде поперечных сечений сердечников якоря и индуктора, схем соединения катушек обмоток якоря и включение обмоток якоря на источники напряжений с различным числом фаз и диаграмм токов (МДС).figure 3 ÷ 14 - 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 armature of the armature and the inclusion of the armature of the armature of 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 число полюсов якоря Z1p, число элементарных зубцов на полюсе якоря Z1s=1, 2, 3, 4…, число фаз обмотки якоря m=3, 4, 5, 6…, число полюсов якоря в фазе Z1m=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 contactless geared magnetoelectric machine, the number of armature poles Z 1p , the number of elementary teeth on the armature pole Z 1s = 1, 2, 3, 4 ..., the number of phases of the armature winding m = 3, 4, 5, 6 ..., the number of poles of the armature in phase Z 1m = 1, 2, 3, 4 ..., the total number of teeth of the armature Z 1 , the number of teeth on each core of the inductor Z 2 are related by equalities (1), (2) , (3):

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Катушки обмотки в фазе якоря 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.The winding coils in the phase of the armature should be interconnected in such a way (according to or opposite) that the vectors of the induced EMF, geometrically folding, form the maximum total EMF of the armature phase of the contactless geared magnetoelectric machine.

На фиг.3÷14 представлены примеры реализации изобретения в соответствии с формулами (1), (2), (3) в виде поперечных сечений сердечников якоря и индуктора бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины, схем соединения катушек m-фазных обмоток якоря при включении обмоток якоря в двигательном режиме на источники напряжений с различным числом фаз и диаграмм токов (МДС). Соответствие фигур чертежей поперечных сечений сердечников якоря и индуктора и фигур схем соединения катушек m-фазных обмоток якоря поясняется в таблице. Буква m в таблице обозначает количество фаз обмотки якоря бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины, а mист - количество фаз источника напряжения. Положение сердечников индуктора относительно сердечника якоря на фигуре в двигательном режиме соответствует моменту времени, при котором показано положение векторов токов на соответствующей фигуре схемы соединения катушек m-фазной обмотки якоря (таблица).Figure 3 ÷ 14 presents examples of the invention in accordance with formulas (1), (2), (3) in the form of cross sections of the cores of the armature and inductor of the contactless gear magnetoelectric machine, the connection schemes of the coils of the m-phase armature windings when the armature windings are turned on in motor mode to voltage sources with a different number of phases and current diagrams (MDS). The correspondence of the figures of the drawings of the cross-sections of the cores of the armature and the inductor and the figures of the connection diagrams of the coils of the m-phase armature windings is explained in the table. The letter m in the table indicates the number of phases of the armature winding of the contactless geared magnetoelectric machine, and m ist — the number of phases of the voltage source. The position of the inductor cores relative to the core of the armature in the figure in the motor mode corresponds to the point in time at which the position of the current vectors on the corresponding figure of the connection diagram of the coils of the m-phase armature winding is shown (table).

Figure 00000004
Figure 00000004

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, 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 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 necessary for the machine’s operability is ensured by a phase-shifting element, in this case, by a 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 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.

Рассмотрим конструкцию бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с внешним якорем и внутренним индуктором (фиг.1, 3, 5, 7, 9, 11 и 13). Перемагничиваемый с высокой частотой сердечник 1 якоря выполнен шихтованным из электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью и запрессован в корпусе 2, выполненном из стали с высокой магнитной проницаемостью. На каждом явно выраженном полюсе 13 якоря выполнены элементарные зубцы 14. На полюсах 13 якоря размещена катушечная обмотка 3 якоря. Катушки 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. Если вал магнитный, то на нем закреплена немагнитная втулка 7, толщина которой в радиальном направлении значительно превышает воздушный зазор между якорем и индуктором. Активная часть индуктора состоит из первого сердечника 8, первой магнитной втулки 9, постоянного магнита 10, второго сердечника 11 и второй магнитной втулки 12. Первый 8 и второй 11 сердечники, а также втулки 9 и 12 выполнены из материала с высокой магнитной проницаемостью. Сердечники 8 и 11 выполнены шихтованными из электротехнической стали и имеют равномерно распределенные по окружности зубцы 15. С целью удешевления конструкции сердечники 8 и 11 могут быть выполнены металлообработкой из цельных кусков стали с высокой магнитной проницаемостью. В этом случае они крепятся непосредственно к втулке 7, т.е. втулки 9 и 12 не устанавливаются. Постоянный магнит 10 выполнен в виде тора и намагничен в аксиальном направлении. Для машин малой мощности постоянный магнит выполняют цельным, для машин большой мощности - составным из сегментарных постоянных магнитов, намагниченных в аксиальном направлении и собранных в виде тора. Первый 8 и второй 11 шихтованные сердечники индуктора напрессовываются соответственно на магнитные втулки 9 и 12, а постоянный магнит 10 крепится к немагнитной втулке 7 между магнитными втулками 9 и 12. Если вал 5 выполнен из немагнитной стали (преимущественно для машин малой мощности), то магнитные втулки 9 и 12, а также постоянный магнит 10 крепятся непосредственно к валу 5. Первый 8 и второй 11 сердечники индуктора смещены относительно друг друга в тангенциальном направлении на половину зубцового деления tZ2 индуктора. Таким образом, при показанной на фиг.1 намагниченности постоянного магнита 10 «S-N», зубцы первого сердечника 8 индуктора намагничены как южные полюса «S», а зубцы второго сердечника 11 индуктора намагничены как северные полюса «N». Магнитный поток индуктора, вызванный постоянным магнитом 10, проходит через вторую втулку 12, второй сердечник 11 индуктора, воздушный зазор между якорем и индуктором, полюса 13 и сердечник 1 якоря, магнитный корпус 2 в аксиальном направлении, сердечник 1 и полюса 13 якоря, воздушный зазор между якорем и индуктором и замыкается через первый сердечник 8 индуктора и первую втулку 9.Consider the design of a contactless gear magnetoelectric machine with an external armature and an internal inductor (Fig. 1, 3, 5, 7, 9, 11, and 13). Anchor core 1 that is remagnetized with a high frequency is made of batch made of electrical steel with high magnetic permeability and is pressed into the housing 2 made of steel with high magnetic permeability. At each pronounced pole 13 of the anchor, elementary teeth 14 are made. At the poles 13 of the anchor there is a coil winding 3 of the anchor. Coil winding 3 anchors are made of a winding copper wire or 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. If the shaft is magnetic, then a non-magnetic sleeve 7 is fixed on it, the thickness of which in the radial direction significantly exceeds the air gap between the armature and the inductor. The active part of the inductor consists of a first core 8, a first magnetic sleeve 9, a permanent magnet 10, a second core 11 and a second magnetic sleeve 12. The first 8 and second 11 cores, as well as sleeves 9 and 12 are made of high magnetic permeability material. The cores 8 and 11 are made of electrical steel and are uniformly distributed along the circumference of the teeth 15. In order to reduce the cost of the structure, the cores 8 and 11 can be made by metal processing from solid pieces of steel with high magnetic permeability. In this case, they are attached directly to the sleeve 7, i.e. bushings 9 and 12 are not installed. The permanent magnet 10 is made in the form of a torus and magnetized in the axial direction. For low-power machines, the permanent magnet is made integral, for high-power machines, it is made up of segmental permanent magnets magnetized in the axial direction and assembled in the form of a torus. The first 8 and second 11 lined cores of the inductor are pressed onto the magnetic sleeves 9 and 12, respectively, and the permanent magnet 10 is attached to the non-magnetic sleeve 7 between the magnetic sleeves 9 and 12. If the shaft 5 is made of non-magnetic steel (mainly for low-power machines), then the magnetic the bushings 9 and 12, as well as the permanent magnet 10 are attached directly to the shaft 5. The first 8 and second 11 cores of the inductor are displaced relative to each other in the tangential direction by half of the tooth division t Z2 of the inductor. Thus, with the magnetization of the permanent magnet 10 “SN” shown in FIG. 1, the teeth of the first inductor core 8 are magnetized as the south poles of “S”, and the teeth of the second inductor core 11 are magnetized as the north poles of “N”. The magnetic flux of the inductor caused by the permanent magnet 10 passes through the second sleeve 12, the second core of the inductor 11, the air gap between the armature and the inductor, the pole 13 and the core 1 of the armature, the magnetic housing 2 in the axial direction, the core 1 and the pole 13 of the armature, air gap between the armature and the inductor and closes through the first core 8 of the inductor and the first sleeve 9.

Немагнитная втулка 7 необходима в случае магнитного вала и служит для того, чтобы магнитный поток постоянного магнита 10 не замыкался через втулки 9 и 12 и вал 5, а также через вал 5, подшипники 4, подшипниковые щиты 6 и корпус 2.A non-magnetic sleeve 7 is necessary in the case of a magnetic shaft and serves to prevent the magnetic flux of the permanent magnet 10 from closing through the bushings 9 and 12 and the shaft 5, as well as through the shaft 5, bearings 4, bearing shields 6 and the housing 2.

В случае конструкции с внешним индуктором (фиг.2) роль корпуса играет немагнитная втулка 7.In the case of a design with an external inductor (figure 2), the role of the housing is played by a non-magnetic sleeve 7.

Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина работает в двигательном и генераторном режимах.Non-contact gear magnetoelectric machine operates in motor and generator modes.

Рассмотрим двигательный режим (фиг.1). На фазы обмотки 3 якоря из внешней цепи - цепи питания подают переменное напряжение, по обмотке протекает переменный ток, наводящий переменную во времени МДС якоря. На фиг.4, 6, 8, 10, 12 и 14 представлены векторные диаграммы токов 16 для соответствующих многофазных обмоток якоря, представленных на этих же фигурах. Симметричные многофазные напряжения, поданные на зажимы этих обмоток, изменяются во времени, и векторы токов 16 поворачиваются в осях координат ху против часовой стрелки. Рассмотрим момент времени, когда токи проецируются на ось ординат. Катушки обмотки 3 якоря названы буквой, обозначающей принадлежность к соответствующей фазе, и цифрой, обозначающей номер полюса 13 сердечника 1 якоря. Например, катушка В2 - катушка фазы В, расположенная на втором полюсе 13 сердечника 7 якоря. На фиг.4, 6, 8, 10, 12 и 14 обозначены направления токов в катушках в соответствии с проекцией векторов токов на ось у. При этом элементарные зубцы 14, расположенные на соответствующих полюсах 13 якоря, на которых сосредоточены катушки обмотки 3 якоря, образуют южные полюса «S» и северные полюса «N». Вследствие взаимодействия переменной МДС якоря с постоянной МДС индуктора, созданной постоянным магнитом 10, к ротору приложен вращающий момент, т.е. при изменении питающих напряжений, поданных на обмотку якоря с частотой f(Гц), ротор вращается с синхронной частотой вращения n=60·f/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). An alternating voltage is supplied to the winding phases of the 3 armature from the external circuit - the power circuit, an alternating current flows through the winding, which induces the time-varying MDS of the armature. Figures 4, 6, 8, 10, 12 and 14 show vector diagrams of currents 16 for the corresponding multiphase armature windings shown in the same figures. Symmetric multiphase voltages applied to the terminals of these windings change in time, and the current vectors 16 rotate counterclockwise in the coordinate axes xy. Consider the point in time when currents are projected onto the ordinate axis. The winding coils of 3 anchors are named with a letter denoting belonging to the corresponding phase, and a figure denoting the pole number 13 of the core 1 of the armature. For example, coil B2 is a phase B coil located at the second pole 13 of the armature core 7. Figure 4, 6, 8, 10, 12 and 14 indicate the direction of the currents in the coils in accordance with the projection of the current vectors on the y axis. In this case, the elementary teeth 14 located at the corresponding poles 13 of the armature, on which the coils of the winding 3 of the armature are concentrated, form the south poles “S” and the north poles “N”. Due to the interaction of the variable MDS of the armature with the constant of the MDS of the inductor created by the permanent magnet 10, a torque is applied to the rotor, i.e. when the supply voltage changes applied to the armature winding with a frequency f (Hz), the rotor rotates with a synchronous speed n = 60 · f / 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). При вращении ротора сторонним источником момента с частотой вращения n магнитный поток индуктора, пронизывая воздушный зазор и полюса 13 якоря то со стороны индуктора, то со стороны якоря, создает в полюсах 13 якоря переменный магнитный поток, наводящий в катушках обмотки 3 якоря переменную ЭДС. Если внешняя цепь - цепь нагрузки замкнута, то по обмотке 3 якоря протекает переменный ток, электрическая мощность отдается потребителю.Consider the generator mode (figure 1). When the rotor rotates with an external source of torque with a rotational speed n, the magnetic flux of the inductor, penetrating the air gap and the pole 13 of the armature from the side of the inductor, then from the side of the armature creates an alternating magnetic flux in the poles of the armature 13, inducing a variable EMF in the coils of the armature 3 of the armature. If the external circuit - the load circuit is closed, then alternating current flows through the armature winding 3, electric power is given to the consumer.

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

Claims (12)

1. Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина, содержащая статор с явно выраженными полюсами, на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы по Z1s зубцов на каждом полюсе, в большие пазы между полюсами уложены катушки обмотки, сосредоточенные по одной на соответствующем полюсе, и зубчатый ротор, отличающаяся тем, что катушечная обмотка является m-фазной катушечной обмоткой якоря, безобмоточный ферромагнитный зубчатый ротор содержит два сердечника индуктора, смещенных друг относительно друга в тангенциальном направлении на половину зубцового деления tZ2 индуктора, между сердечниками индуктора установлен тороидальный постоянный магнит, намагниченный в аксиальном направлении, число полюсов якоря Z1p=m·Z1m, где m=3, 4, 5, 6… - число фаз обмотки якоря, Z1m=1, 2, 3, 4… - число полюсов якоря в фазе, общее число зубцов якоря Z1=Z1p·Z1s, где Z1s=1, 2, 3, 4… - число элементарных зубцов на полюсе якоря, число зубцов на каждом сердечнике индуктора Z2=Z1±Z1m.1. A non-contact geared magnetoelectric machine containing a stator with pronounced poles, on the inner surface of which elementary teeth are made of Z 1s teeth on each pole, winding coils concentrated one at a time on the corresponding pole and a gear rotor, different, are placed in large grooves between the poles in that the coil winding is an m-phase coil winding of the armature, the windingless ferromagnetic gear rotor contains two inductor cores tangentially offset from each other direction by half the tooth pitch t Z2 inductor between the cored inductor mounted toroidal permanent magnet magnetized in an axial direction, the number of armature poles Z 1p = m · Z 1m, where m = 3, 4, 5, 6 ... - number of armature winding phases, Z 1m = 1, 2, 3, 4 ... is the number of poles of the anchor in phase, the total number of teeth of the armature Z 1 = Z 1p · Z 1s , where Z 1s = 1, 2, 3, 4 ... is the number of elementary teeth on the pole of the armature , the number of teeth on each core of the inductor Z 2 = Z 1 ± Z 1m . 2. Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что постоянный магнит выполнен цельным.2. Contactless gear magnetoelectric machine according to claim 1, characterized in that the permanent magnet is made integral. 3. Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что постоянный магнит выполнен наборным из нескольких постоянных магнитов.3. Contactless gear magnetoelectric machine according to claim 1, characterized in that the permanent magnet is made of several permanent magnets. 4. Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что якорь расположен снаружи, индуктор - внутри.4. Non-contact gear magnetoelectric machine according to claim 1, characterized in that the anchor is located outside, the inductor inside. 5. Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что индуктор расположен снаружи, якорь - внутри.5. Contactless gear magnetoelectric machine according to claim 1, characterized in that the inductor is located outside, the anchor inside. 6. Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина по п.4 или 5, отличающаяся тем, что при применении ее в качестве синхронного двигателя, питание обмотки якоря осуществляется от m-фазного источника переменного напряжения постоянной частоты.6. Non-contact gear magnetoelectric machine according to claim 4 or 5, 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. Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина по п.4 или 5, отличающаяся тем, что при применении ее в качестве синхронного двигателя, питание обмотки якоря осуществляется от m-фазного источника переменного напряжения регулируемой частоты.7. Non-contact gear magnetoelectric machine according to claim 4 or 5, characterized in that when it is used as a synchronous motor, the armature winding is powered from an m-phase variable voltage source of variable frequency. 8. Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина по п.4 или 5, отличающаяся тем, что при применении ее в качестве синхронного двигателя, питание обмотки якоря осуществляется 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.8. The non-contact gear magnetoelectric machine according to claim 4 or 5, 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 of the angle sensor rotor position to achieve maximum torque. 9. Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина по п.4 или 5, отличающаяся тем, что при применении ее в качестве двигателя постоянного тока с независимым возбуждением 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.9. The non-contact gear magnetoelectric machine according to claim 4 or 5, characterized in that when it is used as a direct current motor with independent excitation, 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. Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина по п.6, отличающаяся тем, что при применении ее в качестве синхронного двигателя питание обмотки якоря осуществляется от однофазного источника переменного напряжения постоянной частоты при помощи фазосдвигающего элемента.10. The contactless gear magnetoelectric machine according to claim 6, characterized in that when it is used 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. Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что фазы обмотки якоря соединены в звезду.11. The contactless gear magnetoelectric machine according to claim 1, characterized in that the phases of the armature winding are connected to a star. 12. Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что фазы обмотки якоря соединены в многоугольник. 12. Contactless gear magnetoelectric machine according to claim 1, characterized in that the phases of the armature winding are connected in a polygon.
RU2009101396/07A 2009-01-19 2009-01-19 Contactless reducer electromagnetic machine RU2407135C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009101396/07A RU2407135C2 (en) 2009-01-19 2009-01-19 Contactless reducer electromagnetic machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009101396/07A RU2407135C2 (en) 2009-01-19 2009-01-19 Contactless reducer electromagnetic machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009101396A RU2009101396A (en) 2010-07-27
RU2407135C2 true RU2407135C2 (en) 2010-12-20

Family

ID=42697669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009101396/07A RU2407135C2 (en) 2009-01-19 2009-01-19 Contactless reducer electromagnetic machine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2407135C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2543522C2 (en) * 2013-07-23 2015-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "Механотроника" Mechatronic device
RU2544341C1 (en) * 2013-10-24 2015-03-20 Сергей Михайлович Есаков Magnetoelectric generator
RU2565384C2 (en) * 2013-03-12 2015-10-20 Виталий Арсеньевич Обухов Dc electric machine
RU2666970C1 (en) * 2017-09-18 2018-09-18 Виталий Арсеньевич Обухов Dc electric machine
RU2730246C1 (en) * 2019-05-28 2020-08-19 Виталий Арсеньевич Обухов Direct-current electric machine

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2565384C2 (en) * 2013-03-12 2015-10-20 Виталий Арсеньевич Обухов Dc electric machine
RU2543522C2 (en) * 2013-07-23 2015-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "Механотроника" Mechatronic device
RU2544341C1 (en) * 2013-10-24 2015-03-20 Сергей Михайлович Есаков Magnetoelectric generator
RU2666970C1 (en) * 2017-09-18 2018-09-18 Виталий Арсеньевич Обухов Dc electric machine
RU2730246C1 (en) * 2019-05-28 2020-08-19 Виталий Арсеньевич Обухов Direct-current electric machine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009101396A (en) 2010-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20080102378A (en) Planetary geared motor and dynamo
RU2407135C2 (en) Contactless reducer electromagnetic machine
CZ301338B6 (en) Circular transformation generator
RU2390086C1 (en) Contactless reductor electric machine with combined excitation
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)
RU2719685C1 (en) Electric motor stator
RU2412519C1 (en) Reluctance machine
RU2354032C1 (en) Contactless electromagnetic machine
RU2393615C1 (en) Single-phase contact-free electromagnetic generator
RU2392723C1 (en) Contactless reductor magnetoelectric machine with pole geared inductor
RU2414039C1 (en) Modular synchronous electric machine
RU2392724C1 (en) Single-phased electric generator
RU2437200C1 (en) Non-contact reduction machine with axial excitation
US20100026103A1 (en) Driving or power generating multiple phase electric machine
RU2478250C1 (en) Reduction magnetoelectric machine with pole gear-type inductor
RU2416858C1 (en) Electric reduction machine with salient-pole armature
RU2382475C1 (en) Contactless reducer electromagnetic machine with multipack inductor
RU2414793C1 (en) Non-contact modular magnetoelectric machine
RU2477917C1 (en) Electric reducer machine with polar gear inducer
RU2416860C1 (en) Non-contact magnetic electric reduction machine with salient-pole armature
RU2407134C2 (en) Contactless reducer electric machine with electromagnet excitation
RU2541427C1 (en) Terminal electric machine (versions)
RU2437198C1 (en) Electric reduction machine with axial excitation

Legal Events

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

Effective date: 20120120