RU2418353C2 - Magneto-electric machine with special exciter - Google Patents
Magneto-electric machine with special exciter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2418353C2 RU2418353C2 RU2009125300/07A RU2009125300A RU2418353C2 RU 2418353 C2 RU2418353 C2 RU 2418353C2 RU 2009125300/07 A RU2009125300/07 A RU 2009125300/07A RU 2009125300 A RU2009125300 A RU 2009125300A RU 2418353 C2 RU2418353 C2 RU 2418353C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- poles
- inductor
- special
- windings
- stator
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам. Наиболее близко по конструкции предложенная машина относится к синхронным машинам с возбуждением от постоянных магнитов. Названная машина наряду с известными ее достоинствами имеет и некоторые недостатки, заключающиеся в том, что у нее достаточно сложные регулировочные и пусковые характеристики, требующие специального источника питания с регулируемым напряжением и частотой. В то же время у нее и относительно низкий КПД.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to electrical machines. Closest in design, the proposed machine relates to synchronous machines with excitation from permanent magnets. The named machine, along with its known advantages, also has some drawbacks in that it has rather complicated adjusting and starting characteristics that require a special power source with adjustable voltage and frequency. At the same time, it has a relatively low efficiency.
Техническим результатом заявленного изобретения является улучшение регулировочных, пусковых ее характеристик и заметное повышение КПД.The technical result of the claimed invention is to improve the adjusting, starting its characteristics and a marked increase in efficiency.
Технический результат достигается тем, что в предложенной конструкции магнитоэлектрической машины со специальным возбудителем присутствуют как элементы генератора, так и элементы двигателя, которые одновременно участвуют в процессе ее работы и положительно взаимодействуют друг с другом.The technical result is achieved by the fact that in the proposed design of a magnetoelectric machine with a special exciter, there are both generator elements and engine elements that simultaneously participate in the process of its operation and positively interact with each other.
Предложенная магнитоэлектрическая машина со специальным возбудителем, содержащая статор и основной индуктор (ротор), разделенные воздушным зазором, отличающаяся тем, что неподвижный статор состоит из внешнего полого цилиндрического магнитопровода, на внутренней стенке которого поочередно установлены по четыре, отодвинутые друг от друга на 90°, генераторные и двигательные электромагнитные полюсы, в пазах первых из которых размещены прямые и обратные активные провода общей обмотки якоря, поочередно соединенные с обмотками вторых, а ее подвижный основной индуктор состоит из четырех явно выраженных электромагнитных полюсов, крестообразно установленных на поверхности центрального цилиндрического магнитопровода с осью, один подшипник которой посажен в круглую выемку в центре одного основания цилиндрического магнитопровода неподвижного индуктора специального возбудителя, на поверхности которого крестообразно установлены четыре стержневых постоянных магнита, северные полюса у одной пары из которых диаметрально противоположно расположены друг от друга и южные полюса у другой пары направлены в сторону внешнего неподвижного полого цилиндрического его магнитопровода, в воздушном зазоре между которыми размещены поочередно группы прямых и обратных активных проводов, электрически соединенной с обмоткой электромагнитных полюсов основного индуктора, обмотки подвижного якоря специального возбудителя, один диэлектрический диск с кабельным каналом, по его периметру которого установлен на оси основного индуктора (ротора), а другой через подшипник - на круглом выступе в центре другого основания центрального магнитопровода индуктора специального возбудителя.The proposed magnetoelectric machine with a special exciter, containing a stator and a main inductor (rotor), separated by an air gap, characterized in that the fixed stator consists of an external hollow cylindrical magnetic core, on the inner wall of which four are alternately mounted, spaced 90 ° apart from each other, generator and motor electromagnetic poles, in the grooves of the first of which are the direct and reverse active wires of the common armature winding, alternately connected to the windings of the second, and its the movable main inductor consists of four distinct electromagnetic poles mounted crosswise on the surface of the central cylindrical magnetic circuit with an axis, one bearing of which is seated in a circular recess in the center of one base of the cylindrical magnetic circuit of a fixed inductor of a special exciter, on the surface of which four rod permanent magnets are placed crosswise, northern the poles of one pair of which are diametrically opposed to each other and the south pole and on the other pair, they are directed towards the external stationary hollow cylindrical magnetic circuit, in the air gap between which are placed alternately groups of direct and reverse active wires, electrically connected to the winding of the electromagnetic poles of the main inductor, the winding of the movable armature of a special exciter, one dielectric disk with a cable channel, along its perimeter which is mounted on the axis of the main inductor (rotor), and the other through the bearing - on a round protrusion in the center of the other base centrally th magnetic circuit of the inductor of a special pathogen.
Продольный и поперечные разрезы предложенной машины показаны на фиг.1 и фиг.2, и 3 соответственно. На чертежах приняты следующие обозначения: 1 - обмотка двигательного полюса, 2 - сердечник двигательного полюса, 3 - ось вращения, 4 - центральный магнитопровод основного индуктора, 5 - обмотка электромагнитного полюса основного индуктора, 6 - сердечник электромагнитного полюса, 7 - обмотка генераторного полюса, 8 - внешний цилиндрически магнитопровод статора, 9 - соединительные элеткропровода, 10 - диэлектрический диск якоря специального возбудителя, 11 - обмотка якоря специального возбудителя, 12, 13, 14 - внешний магнитопровод, постоянные магниты и центральный цилиндрический магнитопровод индуктора специального возбудителя, 15 - сердечник генераторного полюса.Longitudinal and transverse sections of the proposed machine are shown in figure 1 and figure 2, and 3, respectively. The following notation is used in the drawings: 1 - winding of the motor pole, 2 - core of the motor pole, 3 - axis of rotation, 4 - central magnetic core of the main inductor, 5 - winding of the electromagnetic pole of the main inductor, 6 - core of the electromagnetic pole, 7 - winding of the generator pole, 8 - cylindrical external magnetic circuit of the stator, 9 - connecting electric wires, 10 - dielectric disk of the armature of a special pathogen, 11 - winding of the armature of a special pathogen, 12, 13, 14 - external magnetic circuit, permanent magnets and circuit neutral cylindrical magnetic core of the inductor of a special pathogen, 15 - core of the generator pole.
На чертежах все элементы машины, направления токов, полярности двигательных и электромагнитных полюсов показаны в момент вращения всех ее подвижных частей по направлению часовой стрелки с угловой скоростью ω. Все обмотки неподвижных генераторных и двигательных полюсов статора включены друг за другом поочередно и представляют из себя одно целое. При этом начала активных проводов обмоток генераторных полюсов соединены с обмотками соответствующих двигательных полюсов, а концы их - с обмотками других соседних двигательных полюсов. Подвижные якорные обмотки специального возбудителя и электромагнитных полюсов основного индуктора соединены между собой. При этом начала одной группы активных проводов якорной обмотки специального возбудителя соединены с концом обмотки ближайшего электромагнитного полюса, а концы их - с началами соседней группы активных проводов той же якорной обмотки, концы которых соединены с началом обмотки следующего ближайшего электромагнитного полюса, конец которой соединен с началом обмотки следующего электромагнитного полюса. Конец ее соединен с началами последующей группы активных проводов обмотки якоря специального возбудителя, концы которых соединены с началом обмотки четвертого электромагнитного полюса основного индуктора. Конец ее соединен с началом обмотки первого электромагнитного полюса.In the drawings, all elements of the machine, the direction of the currents, the polarity of the motor and electromagnetic poles are shown at the time of rotation of all its moving parts in a clockwise direction with an angular velocity ω. All windings of the fixed generator and motor poles of the stator are connected one after another in turn and are one piece. At the same time, the beginnings of the active wires of the windings of the generator poles are connected to the windings of the corresponding motor poles, and their ends are connected to the windings of other adjacent motor poles. The movable anchor windings of the special pathogen and the electromagnetic poles of the main inductor are interconnected. In this case, the beginnings of one group of active wires of the armature winding of a special pathogen are connected to the end of the winding of the nearest electromagnetic pole, and their ends - to the beginnings of a neighboring group of active wires of the same armature winding, the ends of which are connected to the beginning of the winding of the next nearest electromagnetic pole, the end of which is connected to the beginning windings of the next electromagnetic pole. Its end is connected to the beginnings of a subsequent group of active wires of the armature winding of a special pathogen, the ends of which are connected to the beginning of the winding of the fourth electromagnetic pole of the main inductor. Its end is connected to the beginning of the winding of the first electromagnetic pole.
Магнитноэлектрическая машина со специальным возбудителем в генераторном режиме работает следующим образом. При вращении всего ротора машины (основной индуктор и якорь специального возбудителя), по часовой стрелке от внешнего двигателя, в активных частях обмотки якоря 11 специального возбудителя наводится ЭДС, так как они все пересекаются магнитными силовыми линиями, исходящими от северных полюсов и сходящими к южным полюсам постоянных магнитов 13 неподвижного индуктора специального возбудителя в соответствии с явлением электромагнитной индукции. Эти ЭДС вызовут в них токи, которые потекут по обмоткам электромагнитных полюсов 5 основного индуктора. При этом они намагничиваются и примут соответствующие полярности. Последние в это время двигаются относительно активных проводников обмоток 7 генераторных полюсов статора, то в них, по правилу электромагнитной индукции, наводятся ЭДС, величины которых зависят от скорости вращения всего ротора. Поскольку активные проводники обмоток 7 генераторных полюсов включены между собой согласованно и последовательно, то все эти ЭДС в них суммируются. Вследствие того что эти проводники соединены с обмотками двигательных полюсов 1, в последних потекут токи, вызванные этой результирующей ЭДС. Эти токи намагничивают сердечники двигательных полюсов 2, которые при этом примут соответствующие полярности.Magnetoelectric machine with a special exciter in the generator mode operates as follows. When the entire rotor of the machine (the main inductor and the armature of the special exciter) rotates clockwise from the external motor, EMF is induced in the active parts of the armature winding of the
Конструкции всех неподвижных и подвижных обмоток машины так устроены и размещены, что в каждый раз, когда соответствующие группы активных проводов якорной обмотки 11 специального возбудителя и электромагнитные полюсы основного индуктора двигаются в области I и IV четвертей кругов поперечных сечений машины (фиг.2, 3), то концы последних будут всегда северными, а концы у тех электромагнитных полюсов, которые двигаются в областях II и III четвертей этих кругов, - южными. При этом, в течение всего периода вращения основного индуктора, те двигательные полюса статора, которые находятся на горизонтальной линии, будут всегда северными, а те, которые - на вертикальной - южными, за исключением тех моментов времени, когда центры подвижных и неподвижных полюсов совпадают, а соответствующие полярности всех их исчезают. Это происходит четырежды в течение одного периода вращения всего ротора, что позволяет избежать возможных тормозных моментов электромагнитных сил, что достигается прежде всего тем, что через каждую четверть оборота всего ротора в активных проводниках обмотки якоря специального возбудителя меняются направления токов на противоположные и вследствие этого меняются соответственно полярности электромагнитных полюсов основного индуктора четыре раза за один период их вращения. А токи генераторных и двигательных полюсов статора при этом сохраняют свои направления в течение всего периода вращения ротора и меняются только по амплитуде от 0 до номинального значения, что позволяет поддерживать на клеммах электрического вывода предложенной магнитоэлектрической машины напряжение одной полярности и определенной средней величины.The designs of all the fixed and moving windings of the machine are so arranged and arranged that each time the corresponding groups of active wires of the anchor winding 11 of the special exciter and the electromagnetic poles of the main inductor move in the region I and IV of the fourth circles of the machine’s cross-sections (FIGS. 2, 3) , then the ends of the latter will always be northern, and the ends of those electromagnetic poles that move in regions II and III of the quarters of these circles will be southern. Moreover, during the entire period of rotation of the main inductor, those motor poles of the stator that are on the horizontal line will always be north, and those that are on the vertical line will be southern, except for those times when the centers of the moving and fixed poles coincide, and the corresponding polarities of all of them disappear. This occurs four times during one rotation period of the entire rotor, which avoids the possible braking moments of electromagnetic forces, which is achieved primarily by the fact that after every quarter turn of the entire rotor in the active conductors of the armature of the armature of a special exciter, the current directions change to opposite and consequently change accordingly the polarity of the electromagnetic poles of the main inductor four times in one period of their rotation. And the currents of the generator and motor poles of the stator at the same time retain their directions throughout the entire period of rotation of the rotor and change only in amplitude from 0 to the nominal value, which allows maintaining the voltage of one polarity and a certain average value at the terminals of the electrical output of the proposed magnetoelectric machine.
В двигательном режиме предложенная магнитоэлектрическая машина со специальным возбудителем работает в следующем порядке. При подаче на клеммы ее электрического вывода напряжение одной полярности с частотой, четырехкратной угловой скорости ротора, электромагнитные полюса 6 основного индуктора устремятся к ближайшим двигательным полюсам 2 статора, увлекая за собой весь ротор машины, в том числе и подвижный якорь специального возбудителя. Тогда, как и в генераторном режиме, специальный возбудитель будет вырабатывать переменный ток с частотой, четырехкратной частоте вращения всего ротора. Это позволяет электромагнитным полюсам 6 основного индуктора изменять свои полярности четырежды за один оборот ротора, которые будут дополнительно взаимодействовать с двигательными полюсами 2 статора, где всегда синхронно им будет пульсировать напряжение одного знака.In motor mode, the proposed magnetoelectric machine with a special exciter operates in the following order. When applying to the terminals of its electrical output voltage of the same polarity with a frequency of four times the angular velocity of the rotor, the
В итоге, в ходе вращения основного индуктора сзади его электромагнитных полюсов с соответствующими полярностями будут всегда двигательные полюса статора с такими же полярностями, а спереди их, по ходу вращения, всегда будут полюса с противоположными им полярностями. В таком случае на каждый электромагнитный полюс основного индуктора в каждой четверти будут действовать пары сил. Одни будут толкать их сзади, другие - притягивать спереди, что позволяет существенно повысить КПД предложенной машины. В результате вся подвижная часть машины начнет вращаться с номинальной угловой скоростью ω. Причем ее можно будет менять, изменяя частоту подаваемого напряжения на ее статор одной полярности.As a result, during the rotation of the main inductor behind its electromagnetic poles with the corresponding polarities there will always be stator motor poles with the same polarities, and in front of them, in the direction of rotation, there will always be poles with polarities opposite to them. In this case, a pair of forces will act on each electromagnetic pole of the main inductor in each quarter. Some will push them from behind, while others will pull them from the front, which can significantly increase the efficiency of the proposed machine. As a result, the entire moving part of the machine will begin to rotate with a nominal angular velocity ω. Moreover, it can be changed by changing the frequency of the supplied voltage to its stator of the same polarity.
Таким образом, электромеханические характеристики предложенной машины существенно улучшатся и повысится КПД прежде всего синхронизацией положительных и отрицательных импульсов токов основных индуктора и якоря, изменений и исчезновений полярностей электромагнитных полюсов основного индуктора и двигательных полюсов статора. Т.е. за счет положительных их взаимодействий в течение каждого периода вращения всего ротора.Thus, the electromechanical characteristics of the proposed machine will significantly improve and efficiency will increase primarily by synchronizing the positive and negative pulses of the currents of the main inductor and armature, changes and disappearances of the polarities of the electromagnetic poles of the main inductor and the motor poles of the stator. Those. due to their positive interactions during each period of rotation of the entire rotor.
Источники информацииInformation sources
1. Бертинов А.И. Специальные электрические машины. - М.: Энергия, 1982.1. Bertinov A.I. Special electric cars. - M .: Energy, 1982.
2. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. - М.: Высшая школа, 1990.2. Booth D.A. Contactless electric machines. - M.: Higher School, 1990.
3. Иванов-Смоленский. Электрические машины.- М.: Энергия, 1980.3. Ivanov-Smolensky. Electric machines.- M .: Energy, 1980.
4. Калашников С.Г. Электричество.- М.: Наука, 1985.4. Kalashnikov S.G. Electricity.- M .: Nauka, 1985.
5. Копылов И. П. Электрические машины.- М.: Энергоатомиздат, 1986.5. Kopylov I.P. Electric machines.- M.: Energoatomizdat, 1986.
6. Костенко М.П. Электрические машины. 4.2. - Л.: Энергия, 1973.6. Kostenko M.P. Electric cars. 4.2. - L .: Energy, 1973.
7. Осин И.Л.и др. Синхронные машины. - М.: Высшая школа, 19907. Osin I.L. et al. Synchronous machines. - M .: Higher school, 1990
8. Парселл Э. Электричество и магнетизм. - М.: Наука, 1983.8. Parsell E. Electricity and magnetism. - M.: Science, 1983.
9. Токарев Б.Ф. Электрические машины. - М.: Энергоатомиздат, 1990.9. Tokarev B.F. Electric cars. - M .: Energoatomizdat, 1990.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009125300/07A RU2418353C2 (en) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Magneto-electric machine with special exciter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009125300/07A RU2418353C2 (en) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Magneto-electric machine with special exciter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009125300A RU2009125300A (en) | 2011-01-10 |
RU2418353C2 true RU2418353C2 (en) | 2011-05-10 |
Family
ID=44054278
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009125300/07A RU2418353C2 (en) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Magneto-electric machine with special exciter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2418353C2 (en) |
-
2009
- 2009-07-01 RU RU2009125300/07A patent/RU2418353C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009125300A (en) | 2011-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220190661A1 (en) | Dc electric motor/generator with enhanced permanent magnet flux densities | |
US20200007016A1 (en) | Brushless electric motor/generator | |
US8564228B2 (en) | Electric machine | |
CN108964396B (en) | Stator partition type alternate pole hybrid excitation motor | |
CN110545021B (en) | Mixed excitation multi-phase reluctance motor and power generation system | |
RU190521U1 (en) | Reversible generator | |
RU2460199C2 (en) | Power generator for mobile objects | |
WO2019125347A1 (en) | Contra-rotating synchronous electro-mechanical converter | |
RU2418353C2 (en) | Magneto-electric machine with special exciter | |
RU2366063C1 (en) | Magnetoelectric machine | |
RU105540U1 (en) | MODULAR ELECTRIC MACHINE | |
RU2716489C2 (en) | Electromechanical converter | |
RU2444110C2 (en) | Electromagnetic machine with two-stage excitation | |
RU2507667C2 (en) | Magnetic generator | |
RU2478250C1 (en) | Reduction magnetoelectric machine with pole gear-type inductor | |
RU2609524C1 (en) | Multiphase motor-generator with magnetic rotor | |
RU2513986C1 (en) | Single-phase generator with annular armature winding | |
RU145561U1 (en) | DESIGN OF A SYNCHRONOUS REACTIVE MOTOR | |
RU2414794C1 (en) | Non-contact modular synchronous magnetoelectric machine | |
RU144223U1 (en) | MAGNETO ELECTRIC MACHINE | |
RU2499343C1 (en) | Synchronous electric motor | |
RU177488U1 (en) | Single-phase synchronous-step alternator | |
RU2551640C1 (en) | Synchronous reluctance motor | |
RU2414040C1 (en) | Non-contact synchronous magnetic electric machine with modulated magnetomotive force of armature | |
RU2414792C1 (en) | Non-contact magnetic electric machine with modulated magnetomotive force of armature |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110702 |