RU2437200C1

RU2437200C1 - Non-contact reduction machine with axial excitation

Info

Publication number: RU2437200C1
Application number: RU2010140673/07A
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Чернухин (RU); Владимир Михайлович Чернухин
Original assignee: Владимир Михайлович Чернухин
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2011-12-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: non-contact reduction machine with axial excitation includes stator with housing made from soft magnetic material with odd and even packs of stator, which are laminated and consist of insulated electrotechnical steel plates with high magnetic permeability, and the number of which is not less than two, non-magnetic shaft; stator packs contain salient poles uniformly distributed along cylindrical surface, on inner surface of which there are elementary teeth; stator packs in tangential direction are located so that axes of their salient poles located opposite each other in axial direction coincide; odd and even rotor packs the number of which is equal to number of stator packs are pressed on the appropriate odd and even magnetic conductors of rotor, which are put on non-magnetic bushing installed on non-magnetic shaft; rotor packs contain teeth uniformly distributed along cylindrical surface; even packs of rotor are offset relative to odd rotor packs in tangential direction through the half of tooth division of rotor pack; between rotor magnetic conductors there located are ring-shaped layers of constant magnets axially magnetised in one direction; number of ring-shaped layers of constant magnets is one less than number of rotor packs; on salient poles of stator packs there is coil m-phase armature winding each coil of which in axial direction envelopes the appropriate salient poles of even and odd stator packs of one pole of each pack; excitation winding of inductor is made in the form of ring-shaped coils with longitudinal axis coinciding with longitudinal axis of machine; number of ring-shaped coils of excitation winding of inductor is one less than the number of stator packs. At that, for serviceability of machine there shall be certain relations between the number of salient poles of armature, number of elementary teeth on salient pole of armature, number of salient poles of armature in phase, total number of armature teeth, number of teeth on each pack of rotor and number of phases of m-phase armature winding.

EFFECT: manufacture of high-technology constructions with possibility of using frame coils of armature winding of non-contact electric reduction machines with axial combined excitation and using electromagnetic reduction in wide ranges at providing high energy parameters and operating characteristics with possibility of smooth and deep control by means of output parameters.

9 cl, 5 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области электротехники, 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 электроприводах большой и средней мощности судов, троллейбусов, трамваев, метро, бетоносмесителей, грузоподъемных механизмов, ленточных транспортеров, механизмов с высокими моментами на валу и низкими частотами его вращения, в качестве прямых приводов без применения механических редукторов, а также в качестве ветрогенераторов, гидрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов, синхронных генераторов преобразователей частоты и в качестве управляемых шаговых двигателей.The invention relates to the field of 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, in electric drives of large and medium power ships, trolleybuses, trams, subways, concrete mixers, hoisting mechanisms, conveyor belts, mechanisms with high moments on the shaft and low frequencies of its rotation, as direct drive without the use of mechanical reduction gears, as well as wind turbines, hydro-generators, high frequency electric power generators, synchronous generators and frequency converters as controlled stepper motors.

Известен синхронный редукторный двигатель (Патент RU, 2054220 C1, МПК6 H02K 37/00, H02K 19/06, авторы: Шевченко А.Ф.; Калужский Д.Л.), содержащий ротор с Z_p зубцами и статор с 4·p полюсами (p=1, 2, 3, …), на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы по Z_S зубцов на каждом полюсе, причем Z_r=4·p·(Z_s+K)±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. Недостатком описанного 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.Known synchronous geared motor (Patent RU, 2054220 C1, MPK6 H02K 37/00, H02K 19/06, authors: Shevchenko AF; Kaluzhsky DL) containing a rotor with Z _p teeth and a stator with 4 · p poles (p = 1, 2, 3, ...), on the inner surface of which there are elementary teeth with Z _S teeth at each pole, with Z _r = 4 · p · (Z _s + K) ± p (where K = 0, 1 , 2, ... is an integer), single-phase winding coils are placed in large grooves between the poles, one at each pole, coils located at the same poles with numbers differing by 4 are connected in series from “end” to “beginning” and form four branches, the “end” of the first branch formed by 1, 5, ..., 1 + 4 · (p-1) coils, is connected to the “beginning” of the third branch formed by 3, 7, ..., 3 + 4 · (p-1 ) by coils, and the connection point of these branches is connected to the first output of the winding, the “end” of the second branch formed by 2, 6, ..., 2 + 4 · (p-1) coils is connected to the “beginning” of the fourth branch formed by 4, 8 , ..., 4 + 4 · (p-1) coils and the connection point of these branches through a series-connected capacitor is also connected to the first terminal, and two diodes are connected to the second terminal in such a way that it is connected to the anode of the first one inenes of the first and fourth branches, and with the cathode of the second diode - the second and third branches. The disadvantage of the described 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 C1, МПК H02K 21/00, автор Епифанов O.K.), содержащий магнитомягкий кольцевой пазовый статор с Р явно выраженными зубчатыми полюсами и с сосредоточенной m-фазной обмоткой якоря, выполненной в виде катушек, охватывающих полюса статора, и ротор, выполненный в виде двух соосно расположенных кольцевых зубчатых магнитомягких магнитопроводов ротора, развернутых относительно друг друга на половину своего зубцового деления, между которыми размещен кольцевой слой аксиально намагниченных в одном направлении постоянных магнитов, причем зубчатые полюса статора и зубчатые магнитопроводы ротора обращены друг к другу и разделены воздушным зазором δ, а зубцы на магнитопроводах ротора и на полюсах статора выполнены с равномерными и равными друг другу зубцовыми делениями T_Z, ротор снабжен немагнитной втулкой толщиной, большей половины толщины b_M слоя постоянных магнитов, на которой установлены и закреплены неподвижно относительно друг друга зубчатые магнитопроводы ротора равной друг другу активной осевой длиной L_pи кольцевой слой постоянных магнитов, при этом число m фаз m-фазной обмотки якоря выполнено кратным трем, определяемым как m=2^f±1, где f равно 1, 2, 3, …, а явно выраженные зубчатые полюса на пазовом статоре расположены равномерно, при этом их число определяется как P=2m·2^S, где s равно 0, 1, 2, …, а на каждом зубчатом полюсе статора симметрично относительно его оси размещено нечетное число зубцов Z_C толщиной b_ZC, при этом оси зубцов соседних зубчатых полюсов статора смещены относительно друг друга на величину, пропорциональную отношению ±T_Z к m, причем соседние полюса статора разделены шлицом шириной b_Ш не менее десятикратной величины воздушного зазора, определяемой из соотношения b_Ш=T_Z·[(1±1/m)-b_ZC/T_Z], а число зубцов Z_R на каждом из зубчатых магнитопроводов ротора выполнено кратным 2ⁿ при n, равном 2, 3, 4, …, определяемым как Z_R=Р·(Z_C±1/m), при этом толщина зубцов b_zp каждого из зубчатых магнитопроводов ротора выполнена равной половине его зубцового деления T_Z и связана с толщиной зубцов зубчатых полюсов статора b_ZC соотношением 2/3≤b_ZC/b_ZP≤1, а катушки обмотки якоря одной фазы, отстоящие друг от друга на число полюсных делений статора, равное числу m фаз, соединены последовательно-согласно, при этом активная осевая длина L_C кольцевого пазового статора с зубчатыми полюсами определяется из соотношения L_C=(2L_P+b_M), причем кольцевые зубчатые магнитопроводы ротора расположены относительно кольцевого пазового статора аксиально симметрично. Недостатком аналога является выполнение числа m фаз m-фазной обмотки якоря только кратным трем, числа явно выраженных зубчатых полюсов статора только четным, числа зубцов на каждом из зубчатых магнитопроводов ротора только кратным 2ⁿ при n, равном 2, 3, 4, …, числа зубцов, размещенных на каждом полюсе статора, только нечетным, толщины зубцов b_ZP каждого из зубчатых магнитопроводов ротора равной только половине его зубцового деления T_Z. Это снижает возможные конструктивные исполнения данного технического устройства и возможности его использования.Known non-contact torque motor (Patent RU, 2285322 C1, IPC H02K 21/00, author Epifanov OK), containing a soft magnetic ring groove stator with P distinct gear poles and with a concentrated m-phase winding of the armature, made in the form of coils spanning the stator poles and the rotor, made in the form of two coaxially arranged annular gear magnetically soft magnetic rotor cores, deployed relative to each other by half of their tooth division, between which an annular layer axially magnetized 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 equal active axial length L _p and an annular c permanent magnets, 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 uniformly 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 the stator is offset relative to each other by an amount proportional to the ratio of ± T _Z to m, and the adjacent pole and the stator is separated by a slot with a width b _{Ш of} at least ten times the air gap, determined from the relation b _Ш = T _Z · [(1 ± 1 / m) -b _ZC / T _Z ], and the number of teeth Z _R on each of the rotor gear cores is made a multiple of 2 ⁿ with n equal to 2, 3, 4, ..., defined as Z _R = P · (Z _C ± 1 / m), while the thickness of the teeth b _{zp of} each of the rotor magnetic circuits is equal to half of its tooth division T _Z and is linked with the stator poles of gear teeth ratio of thickness b _ZC 2 / 3≤b _ZC / b _ZP ≤1, and winding the armature coils of one phase are separated from each other by a number n -pole stator divisions equal to the number m of phases are connected in series, in accordance, with the active axial length L _C of the annular grooved stator toothed poles is determined by the relation _{_{L C = (2L P + b}} M), wherein the annular toothed yokes rotor arranged relative to the annular grooves the stator is axially symmetrical. The disadvantage of the analogue is that the number of m phases of the m-phase armature winding is only a multiple of three, the number of pronounced toothed poles of the stator is only even, the number of teeth on each of the toothed magnetic circuits of the rotor is only a multiple of 2 ⁿ with n equal to 2, 3, 4, ..., the number teeth placed at each pole of the stator, only odd, the thickness of the teeth b _{ZP of} each of the tooth magnetic circuits of the rotor equal to only half of its tooth division T _Z. This reduces the possible design of this technical device and the possibility of its use.

Известна принятая за прототип бесконтактная индукторная вентильная электрическая машина с электромагнитным возбуждением (Патент RU, 2277284 C2, МПК H02K 19/10, H02K 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 Z_ст к числу зубцов ротора Z_p выражается дробью, в которой число зубцов ротора является простым числом, начиная с пяти (5, 7, 11, 13, 17, …), либо представляет собой произведение простого числа на два, начиная с шести. 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, либо представляют собой произведение простых чисел на два, начиная с шести. 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, меньший КПД и большую длину при прочих равных условиях.Known adopted for the prototype non-contact induction valve electric machine with electromagnetic excitation (Patent RU, 2277284 C2, IPC H02K 19/10, H02K 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 the phase windings, phase windings laid in the grooves of the stator packets so that turns in the groove parts of the winding are parallel to the longitudinal axis of the machine and one turn ok covers all the teeth of the stator packets opposite to 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 gear rotor packages 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 isimuyu 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, ranging from five (5, 7, 11, 13, 17, ...), or is a product of a prime number by two, starting with six. 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 number of teeth of the rotor are only prime numbers, starting at five, or are a product of primes by two, starting at six. This reduces the possible design of this technical device and the possibility of its use. In addition, the prototype has a smaller relative to the claimed invention specific (referred to the mass of active materials) torque on the shaft, lower efficiency and greater length, ceteris paribus.

Целью настоящего изобретения является создание конструкции бесконтактной редукторной электрической машины с аксиальным возбуждением индуктора, выполненным комбинированным способом, при большом удельном вращающем моменте на валу с возможностью применения электромагнитной редукции частоты вращения в широких пределах в режиме электрического двигателя, а также при большой удельной мощности с возможности применения электромагнитной редукции частоты ЭДС в широких пределах в режиме электрического генератора, обладающей высокой надежностью и высокой технологичностью выполнения кольцеобразной обмотки возбуждения и обмотки якоря с возможностью применения каркасных катушек.The aim of the present invention is to provide a design of a non-contact gear electric machine with axial excitation of the inductor, performed in a combined way, with a large specific torque on the shaft with the possibility of applying electromagnetic speed reduction over a wide range in the mode of an electric motor, as well as with a large specific power with the possibility of application EMF electromagnetic frequency reduction over a wide range in the mode of an electric generator with high reliability the ability and high adaptability of performing an annular field winding and armature winding with the possibility of using frame coils.

Задачей настоящего изобретения является установление связи между числом полюсов пакетов статора, числом фаз сосредоточенной на полюсах статора m-фазной катушечной обмотки якоря, общим числом зубцов каждого пакета статора и числом зубцов каждого пакета ротора, а также разработка алгоритма построения схемы соединений m-фазной катушечной обмотки якоря и кольцеобразной обмотки возбуждения индуктора, расположенной между пакетами статора, при расположении между магнитопроводами ротора кольцевых слоев аксиально намагниченных в одном направлении постоянных магнитов бесконтактной редукторной машины с аксиальным возбуждением.The objective of the present invention is to establish a relationship between the number of poles of the stator packets, the number of phases concentrated on the stator poles of the m-phase coil winding of the armature, the total number of teeth of each stator packet and the number of teeth of each rotor packet, as well as the development of an algorithm for constructing the circuit diagram of the m-phase coil winding of the armature and the annular field winding of the inductor located between the stator packets, when the rings are axially magnetized between the rotor cores of the rotor in one direction occurrence of permanent magnets contactless reducer machine with axial excitation.

Техническим результатом настоящего изобретения является получение высокотехнологичных конструкций бесконтактных редукторных электрических машин с аксиальным возбуждением и применением электромагнитной редукции в широких пределах при обеспечении высоких энергетических показателей и эксплуатационных характеристик с возможностью плавного и глубокого регулирования выходными параметрами.The technical result of the present invention is to obtain high-tech designs of non-contact gear electric machines with axial excitation and the use of electromagnetic reduction in a wide range while providing high energy performance and operational characteristics with the possibility of smooth and deep regulation of output parameters.

С целью достижения задачи и технического результата изобретения бесконтактная редукторная машина с аксиальным 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, активная длина крайних пакетов статора и ротора в аксиальном направлении одинакова, при наличии пакетов статора и, соответственно, ротора более двух, активная длина пакетов статора и ротора в аксиальном направлении, находящихся между крайними пакетами, в два раза больше активной 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, что оси находящихся друг против друга в аксиальном направлении явно выраженных полюсов всех четных и нечетных пакетов статора совпадают, 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 напрессованы на соответствующие втулки, выполненные из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью и являющиеся магнитопроводами ротора, которые, в свою очередь, насажены на немагнитную втулку, установленную на немагнитном валу, между магнитопроводами ротора расположены кольцевые слои аксиально намагниченных в одном направлении постоянных магнитов, создающих униполярное постоянное магнитное поле в рабочем воздушном зазоре, число кольцевых слоев постоянных магнитов на один меньше числа пакетов ротора, 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 полюсу каждого пакета, между пакетами статора расположена обмотка возбуждения индуктора, выполненная в виде охватывающих ротор кольцеобразных катушек с продольной осью, совпадающей с продольной осью машины, число кольцеобразных катушек обмотки возбуждения индуктора на одну меньше числа пакетов статора и равно числу кольцевых слоев постоянных магнитов, возбуждение индуктора осуществляется комбинированным способом: от постоянных магнитов и при питании обмотки возбуждения постоянным (выпрямленным) электрическим током, зубцово-пазовая зона якоря выполнена «гребенчатой» распределенной, ширина коронок зубцов каждого пакета ротора определяется равенством b_Z2=k·t_Z2, ширина коронок элементарных зубцов, расположенных на явно выраженных полюсах пакетов статора, определяется равенством b_Z1=k·t_Z1, при этом t_Z1 и t_Z2 представляют собой зубцовые деления явно выраженных полюсов пакетов статора и пакетов ротора соответственно, коэффициент k=0,38÷0,5 и его значение выбирается в зависимости от формы переменного тока источника питания 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 objective and technical result of the invention, a non-contact axial excitation reducer machine comprises a housing made of soft magnetic steel with high magnetic permeability and being a stator magnetic circuit, even and odd stator and rotor packets, bursted 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 the section air gap, the active length of the extreme stator and rotor packages in the axial direction is the same, if there are more than two stator and rotor packages, respectively, the active length of the stator and rotor packages in the axial direction between the extreme packages is twice the active length of the extreme packets, stator packets contain clearly defined poles uniformly distributed over a cylindrical surface, on the inner surface of which elementary teeth are made, the number of clearly defined poles on each packet the stator 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 explicitly opposite poles of all the even and odd stator packets are opposite each other, the rotor packets contain uniformly distributed over teeth on the cylindrical surface, the number of which is the same on each rotor package, even rotor packages are offset relative to odd rotor packages in tangential direction After half the tooth division of the rotor package, the rotor packages are pressed onto the corresponding bushings made of soft magnetic steel with high magnetic permeability and which are the rotor cores, which, in turn, are mounted on a nonmagnetic bushing mounted on a non-magnetic shaft, ring layers are located between the rotor cores axially magnetized in one direction of permanent magnets, creating a unipolar constant magnetic field in the working air gap, the number of annular layers of constant magnets are one less than the number of rotor packets, the m-phase coil of the armature is concentrated on the pronounced poles of the stator packets, each coil of which in the axial direction covers the corresponding (opposite to each other) distinct poles of the even and odd stator packets, one pole of each packet, between the stator packets there is an inductor excitation winding made in the form of ring-shaped coils enclosing the rotor with a longitudinal axis coinciding with the longitudinal axis of the machine, the number is ring-shaped x the coils of the field winding of the inductor by one less than the number of stator packets and equal to the number of annular layers of permanent magnets, the excitation of the inductor is carried out in a combined way: from permanent magnets and when the field coil is supplied with direct (rectified) electric current, the tooth-groove zone of the armature is made “combed” distributed , the width of the crowns of the teeth of each package of the rotor is determined by the equality b _Z2 = k · t _Z2 , the width of the crowns of elementary teeth located at the pronounced poles of the packages of the stator, op is defined by the equality b _Z1 = k · t _Z1 , while t _Z1 and t _Z2 are the tooth divisions of the pronounced poles of the stator packets and rotor packets, respectively, the coefficient k = 0.38 ÷ 0.5 and its value is selected depending on the shape of the variable the current of the power source when the machine is in electric motor mode and from the shape of the variable EMF of the armature when the machine is in electric generator mode.

Обмотка возбуждения индуктора бесконтактной редукторной машины с аксиальным возбуждением может подключаться непосредственно к независимому источнику постоянного (выпрямленного) напряжения или к выходу диодного m-фазного моста, входные концы которого подключены к выходным концам фаз m-фазной обмотки якоря.The field winding of the inductor of a contactless gear machine with axial excitation can be connected directly to an independent source of constant (rectified) voltage or to the output of the diode m-phase bridge, the input ends of which are connected to the output ends of the phases of the m-phase armature winding.

Бесконтактная редукторная машина с аксиальным возбуждением может работать в режиме неуправляемой и управляемой синхронной машины, в режиме управляемого шагового двигателя и в режиме управляемого двигателя постоянного тока с независимым и смешанным возбуждением.A non-contact axial excitation reduction gear machine can operate in an uncontrolled and controllable synchronous machine mode, in a stepper motor controlled mode and in a controlled DC motor mode with independent and mixed excitation.

При применении бесконтактной редукторной машины с аксиальным возбуждением в качестве синхронного электрического двигателя питание обмотки якоря может осуществляться:When using a non-contact gearbox machine with axial excitation as a synchronous electric motor, power supply to the armature winding can be carried out:

- 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. При этом обмотка возбуждения индуктора может подключаться непосредственно к независимому источнику постоянного (выпрямленного) напряжения или к выходу диодного m-фазного моста, входные концы которого подключены к выходным концам фаз m-фазной обмотки якоря.- 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. In this case, the field winding of the inductor can be connected directly to an independent source of constant (rectified) voltage or to the output of the diode m-phase bridge, the input ends of which are connected to the output ends of the phases of the m-phase armature winding.

При применении бесконтактной редукторной машины с аксиальным возбуждением в качестве шагового двигателя питание обмотки якоря осуществляется от источника питания, подающего на обмотку якоря импульсы напряжения по определенному алгоритму в определенный момент времени. При этом для удержания ротора в необходимом положении может быть применен механизм пофазного электромагнитного арретирования. В этом случае обмотка возбуждения индуктора подключается непосредственно к независимому источнику постоянного (выпрямленного) напряжения.When using a non-contact gearbox machine with axial excitation as a stepper motor, the armature winding is powered from a power source that supplies voltage pulses to the armature winding according to a certain algorithm at a certain point in time. Moreover, to keep the rotor in the required position, a phase-by-phase electromagnetic locking mechanism can be applied. In this case, the field winding of the inductor is connected directly to an independent source of constant (rectified) voltage.

При применении бесконтактной редукторной машины с аксиальным возбуждением 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. При этом обмотка возбуждения индуктора подключается непосредственно к независимому источнику постоянного (выпрямленного) напряжения.When a non-contact axial excitation gearbox 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 to achieve maximum torque. In this case, the field winding of the inductor is connected directly to an independent source of constant (rectified) voltage.

При применении бесконтактной редукторной машины с аксиальным возбуждением в качестве двигателя постоянного тока со смешанным 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. При этом обмотка возбуждения индуктора подключается к выходу диодного m-фазного моста, входные концы которого подключены к выходным концам фаз m-фазной обмотки якоря.When using a non-contact gearbox machine with axial excitation as a direct current motor with mixed 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. In this case, the field winding of the inductor is connected to the output of the diode m-phase bridge, the input ends of which are connected to the output ends of the phases of the m-phase armature winding.

Бесконтактная редукторная машина с аксиальным возбуждением может также работать в качестве синхронного m-фазного генератора синусоидальной ЭДС и в качестве синхронного m-фазного генератора переменной ЭДС прямоугольной или трапецеидальной формы без постоянной составляющей.A non-contact axial driven geared 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 or trapezoidal shape without a constant component.

В настоящем изобретении катушечная m-фазная обмотка якоря и обмотка возбуждения индуктора располагаются на статоре, а ферромагнитный зубчатый ротор выполнен с постоянными магнитами и безобмоточным. Возможны исполнения бесконтактной редукторной машины с аксиальным возбуждением с внешним статором и внутренним ротором, с внутренним статором и внешним ротором. В данном изобретении явно выраженные полюса каждого пакета статора являются явно выраженными полюсами якоря, а активная часть индуктора расположена и на статоре, и на роторе.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 with permanent magnets and non-winding. Execution of a non-contact gearbox machine with axial excitation with an external stator and an internal rotor, with an internal stator and an external rotor are possible. In this invention, the pronounced poles of each stator package are the pronounced poles of the armature, and the active part of the inductor is located on the stator and on the rotor.

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

Фиг.1÷4 - примеры реализации изобретения в виде поперечных разрезов нечетных и четного пакетов статора и нечетных и четного пакетов активного ротора (по обмотке возбуждения индуктора протекает постоянный (выпрямленный) электрический ток), схем соединений катушек m-фазных обмоток якоря и векторных диаграмм токов, протекающих по обмоткам якоря,Figure 1 ÷ 4 - 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 (a constant (rectified) electric current flows through the excitation coil of the inductor), wiring diagrams of the coils of the m-phase armature windings and vector diagrams currents flowing along the windings of the armature,

фиг.5 - общий вид бесконтактной редукторной машины с аксиальным возбуждением с внешним статором и внутренним ротором с тремя пакетами статора и тремя пакетами ротора.5 is a General view of a contactless gear machine with axial excitation with an external stator and an internal rotor with three stator packets and three rotor packets.

В соответствии с настоящим изобретением между числом явно выраженных полюсов каждого пакета статора Z_1P, числом фаз m-фазной катушечной обмотки якоря m=3, 4, 5, 6, …, общим числом зубцов каждого пакета статора Z₁ и числом зубцов каждого пакета ротора Z₂ бесконтактной редукторной машины с аксиальным возбуждением установлена предельная связь, необходимая для работоспособности машины и получения наилучших энергетических показателей при максимальном удельном моменте на валу, которая выражается равенствами (1), (2), (3):In accordance with the present invention, between the number of pronounced poles of each stator package Z _1P , the number of phases of the m-phase armature coil winding m = 3, 4, 5, 6, ..., the total number of teeth of each stator package Z ₁ and the number of teeth of each rotor package Z ₂ contactless gear machine with axial excitation set the limit connection necessary for the machine to work and obtain the best energy performance at the maximum specific torque on the shaft, which is expressed by equalities (1), (2), (3):

где Z_1m=1, 2, 3, 4, … - число явно выраженных полюсов каждого пакета статора в фазе, Z_1S=1, 2, 3, 4, … - число элементарных зубцов на явно выраженном полюсе статора, K=0, 1, 2, 3, … - целое неотрицательное число, t_Z1=360°/(Z_1P·(Z_1S+K)) и t_Z2=360°/Z₂ определяются в угловом измерении.where Z _1m = 1, 2, 3, 4, ... is the number of pronounced poles of each stator packet in phase, Z _1S = 1, 2, 3, 4, ... is the number of elementary teeth at a pronounced stator pole, K = 0, 1, 2, 3, ... is a non-negative integer, t _Z1 = 360 ° / (Z _1P · (Z _1S + K)) and t _Z2 = 360 ° / Z _{2 are} determined in the angular measurement.

Катушки m-фазной обмотки якоря в фазе соединены между собой встречно в магнитном отношении. Начало фазы обмотки может принадлежать любой катушке в фазе. Расположение катушек фаз на полюсах якоря вдоль расточки статора осуществляется в соответствии с чередованием фазных токов на векторной диаграмме. Фазы обмотки якоря могут быть соединены между собой «в звезду» либо «в многоугольник».The coils of the m-phase armature winding in phase are interconnected counter magnetically. The start of the winding phase can belong to any coil in the phase. The arrangement of phase coils at the poles of the armature along the stator bore is carried out in accordance with the alternation of phase currents in the vector diagram. The phases of the armature winding can be interconnected “into a star” or “into a polygon”.

Аксиально намагниченные в одном направлении постоянные магниты в кольцевых слоях, расположенных между пакетами ротора, создают постоянный магнитный поток, униполярно замыкающийся через магнитопроводы и пакеты ротора и статора и рабочий воздушный зазор между ними. При этом зубцы нечетных пакетов ротора намагничиваются в радиальном направлении как магнитные полюса одной полярности, например как южные полюса «S», а зубцы четных пакетов ротора намагничиваются в радиальном направлении как магнитные полюса другой полярности, например как северные полюса «N».Axially magnetized in one direction, permanent magnets in the annular layers located between the packages of the rotor create a constant magnetic flux unipolarly closed through the magnetic cores and packages of the rotor and stator and the working air gap between them. In this case, the teeth of the odd packages of the rotor are magnetized in the radial direction as magnetic poles of one polarity, for example, as the south poles of "S", and the teeth of the even packages of the rotor are magnetized in the radial direction as magnetic poles of another polarity, for example, of the north poles of "N".

Кольцеобразные катушки обмотки возбуждения индуктора при их наличии более двух могут быть соединены между собой последовательно либо параллельно. Выходные концы обмотки возбуждения индуктора всегда должны быть подключены к источнику постоянного (выпрямленного) напряжения таким образом, чтобы созданный при протекании по ним постоянного (выпрямленного) электрического тока постоянный магнитный поток, замыкаясь униполярно через магнитопроводы и пакеты ротора и статора, а также воздушный зазор между ними, был сонаправлен с постоянным магнитным потоком возбуждения индуктора, созданным кольцевыми слоями постоянных магнитов.If there are more than two ring-shaped coils of the field winding of the inductor, they can be connected to each other in series or in parallel. The output ends of the field coil of the inductor must always be connected to a source of constant (rectified) voltage so that a constant magnetic flux created during the flow of direct (rectified) electric current through them, closing unipolar through the magnetic circuits and packages of the rotor and stator, as well as the air gap between by them, it was co-directed with a constant magnetic flux of excitation of the inductor created by the annular layers of permanent magnets.

На фиг.1÷4 представлены примеры реализации изобретения в соответствии с формулами (1), (2), (3). На фиг.2, кроме этого, показано подключение обмотки возбуждения индуктора через 5-фазный диодный мост к выходным концам фаз 5-фазной обмотки якоря. Соответствие фигур чертежей поперечных разрезов пакетов статора и пакетов ротора и фигур схем соединений катушек m-фазных обмоток якоря поясняется в таблице. Положение пакетов ротора относительно пакетов статора на фигуре в двигательном режиме, положение векторов токов на векторной диаграмме и направления токов, протекающих по катушкам обмотки якоря, на соответствующей фигуре схемы соединений катушек m-фазной обмотки якоря бесконтактной редукторной машины с аксиальным возбуждением показаны в один и тот же момент времени.Figure 1 ÷ 4 presents examples of the invention in accordance with formulas (1), (2), (3). Figure 2, in addition, shows the connection of the excitation coil of the inductor through a 5-phase diode bridge to the output ends of the phases of the 5-phase armature winding. The correspondence of the figures of the cross-sectional drawings of the stator packets and the rotor packets and the figures of the connection diagrams of the coils of the m-phase armature windings is explained in the table. The position of the rotor packets relative to the stator packets in the figure in the motor mode, the position of the current vectors in the vector diagram and the directions of the currents flowing along the armature winding coils, in the corresponding figure, the connection diagrams of the m-phase winding coils of the armature of a non-contact axial excitation gear machine are shown in the same same point in time.

Соответствие фигур чертежей поперечных разрезов пакетов статора и пакетов ротора и фигур схем соединений катушек m-фазных обмоток якоряCorrespondence of the figures of the cross-sectional drawings of the stator packets and the rotor packets and the figures of the connection schemes of the coils of the m-phase armature ФигураFigure mm Z_1m Z _1m Z_1P Z _1P Z_1S Z _1S KK Z₁ Z ₁ Z₂ Z ₂ чертежа поперечного разрезаcross section drawing схемы соединений катушек обмоткиwinding coil connections 1one 22 55 33 15fifteen 22 1one 30thirty 4848 33 4four 66 22 1212 33 1one 3636 50fifty

Рассмотрим конструкцию бесконтактной редукторной машины с аксиальным возбуждением с внешним статором и внутренним ротором с тремя пакетами статора и тремя пакетами ротора (фиг.1, фиг.3, фиг.5). Перемагничиваемые с высокой частотой нечетные 1 и четный 2 пакеты статора выполнены шихтованными из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью и закреплены в магнитопроводе 4 статора, выполненного из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью и являющегося корпусом. Пакеты 1 и пакет 2 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 и пакет 2 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 нечетных 1 и четного 2 пакетов статора по одному полюсу каждого пакета. Катушки m-фазной обмотки 12 якоря выполняются из обмоточного медного провода или обмоточной медной шины и могут быть каркасными. Ротор при помощи подшипников 11, вала 5 и подшипниковых щитов 3 позиционирован относительно статора. Вал 5 выполнен немагнитным, например из нержавеющей стали или титана. На валу 5 установлена немагнитная втулка 6, которая может быть выполнена из сплавов алюминия, нержавеющей стали или титана. На втулку 6 насажены нечетные 7 и четный 8 магнитопроводы ротора, выполненные из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью, на которых напрессованы соответствующие нечетные 9 и четный 10 пакеты ротора. Нечетные 7 и четный 8 магнитопроводы с нечетными 9 и четным 10 пакетами ротора позиционированы относительно нечетных 1 и четного 2 пакетов статора соответственно. Пакеты 9 и 10 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 10 пакет ротора смещен относительно нечетных 9 пакетов ротора в тангенциальном направлении на половину зубцового деления пакета ротора. С целью удешевления конструкции пакеты 9 и 10 ротора могут быть выполнены металлообработкой из цельных кусков стали с высокой магнитной проницаемостью заедино с магнитопроводами 7 и 8 ротора соответственно. При выполнении машин с малыми диаметрами немагнитная втулка 6 может не устанавливаться. Между магнитопроводами ротора расположены кольцевые слои аксиально намагниченных в одном направлении постоянных магнитов. При выполнении машин со средними и большими диаметрами кольцевые слои аксиально намагниченных в одном направлении постоянных магнитов могут быть выполнены из сегментарных постоянных магнитов, а при выполнении машин с малыми диаметрами - из цельных цилиндрических. Постоянные магниты в слоях расположены таким образом, что к нечетным магнитопроводам они прилегают своими полюсами одной полярности, например «S», а к четным магнитопроводам - другой полярности, например «N» (фиг.5). Между нечетными пакетами 1 и четным пакетом 2 статора расположена обмотка возбуждения индуктора, выполненная в виде охватывающих ротор кольцеобразных катушек 16 и 17 с продольной осью, совпадающей с продольной осью машины. Кольцеобразные катушки 16 и 17 могут быть выполнены из обмоточного медного провода или обмоточной медной шины и соединены между собой последовательно или параллельно. Концы обмотки возбуждения индуктора соединяются с источником постоянного (выпрямленного) напряжения.Consider the design of a contactless gear machine with axial excitation with an external stator and an internal rotor with three stator packets and three rotor packets (Fig. 1, Fig. 3, Fig. 5). The odd 1 and even 2 stator packets remagnetized with a high frequency are made of lined from insulated sheets of electrical steel with high magnetic permeability and are fixed in the magnetic circuit 4 of the stator, made of soft magnetic steel with high magnetic permeability and which is a body. The stator packets 1 and 2 of the stator contain distinct poles 13 uniformly distributed over the cylindrical surface, on the inner surface of which elementary teeth 14 are made. The number of pronounced poles 13 on each stator packet is the same, the number of elementary teeth 14 on each clearly pronounced pole 13 of the stator packets is the same . The packets 1 and the packet 2 of the stator in the tangential direction are arranged so that the axes of their opposite opposite poles 13 coincide in the axial direction. At the pronounced poles 13 of the stator packets there is a coil m-phase winding 12 of the armature, each coil of which in the axial direction covers the corresponding distinct poles of the odd 1 and even 2 stator packets, one pole of each packet. The coils of the m-phase winding 12 of the armature are made of a winding copper wire or a winding copper bus and can be frame. The rotor using bearings 11, shaft 5 and bearing shields 3 is positioned relative to the stator. The shaft 5 is non-magnetic, for example stainless steel or titanium. A non-magnetic sleeve 6 is mounted on the shaft 5, which can be made of alloys of aluminum, stainless steel or titanium. An odd 7 and even 8 rotor magnetic cores made of magnetically soft steel with high magnetic permeability are mounted on the sleeve 6, on which the corresponding odd 9 and even 10 rotor packets are pressed. Odd 7 and even 8 magnetic cores with odd 9 and even 10 rotor packets are positioned relative to odd 1 and even 2 stator packets, respectively. Packets 9 and 10 of the rotor are made of lined from insulated sheets of electrical steel with high magnetic permeability and contain teeth 15 evenly distributed over the cylindrical surface, the number of which is identical on each rotor pack. An even 10 rotor package is offset relative to an odd 9 rotor package in the tangential direction by half the gear division of the rotor package. In order to reduce the cost of the design, the packages 9 and 10 of the rotor can be metalworked from solid pieces of steel with high magnetic permeability combined with the magnetic circuits 7 and 8 of the rotor, respectively. When running machines with small diameters, a non-magnetic sleeve 6 may not be installed. Between the rotor cores there are ring layers of permanent magnets axially magnetized in one direction. When performing machines with medium and large diameters, the annular layers of axially magnetized permanent magnets in one direction can be made of segmental permanent magnets, and when performing machines with small diameters, from integral cylindrical magnets. Permanent magnets in the layers are arranged in such a way that they are adjacent to the odd magnetic circuits with their poles of one polarity, for example “S”, and to the even magnetic circuits - of the other polarity, for example “N” (Fig. 5). Between the odd packets 1 and the even packet 2 of the stator there is an inductor excitation coil made in the form of ring-shaped coils 16 and 17 spanning the rotor with a longitudinal axis coinciding with the longitudinal axis of the machine. The ring-shaped coils 16 and 17 can be made of a winding copper wire or a winding copper bus and connected to each other in series or in parallel. The ends of the field winding of the inductor are connected to a source of constant (rectified) voltage.

Бесконтактная редукторная машина с аксиальным возбуждением работает в двигательном и генераторном режимах.The non-contact axial excitation gearbox operates in motor and generator modes.

Рассмотрим двигательный режим (фиг.1, фиг.3, фиг.5). На обмотку возбуждения индуктора подают постоянное (выпрямленное) напряжение, по обмотке возбуждения протекает постоянный (выпрямленный) электрический ток, создавая постоянное магнитное поле индуктора с постоянной во времени МДС индуктора и постоянным магнитным потоком индуктора, совпадающим по направлению с постоянным магнитным потоком, созданным постоянными магнитами. Суммарный постоянный магнитный поток индуктора униполярно замыкается через кольцевые слои аксиально намагниченных в одном направлении постоянных магнитов, нечетные 7 и четный 8 магнитопроводы ротора, нечетные 9 и четный 10 пакеты ротора, воздушный зазор между ротором и статором, нечетные 1 и четный 2 пакеты статора и магнитопровод 4 статора. Под действием суммарного постоянного магнитного потока индуктора зубцы 15 нечетных 9 пакетов ротора намагничиваются и образуют полюса одной магнитной полярности, например южные полюса «S», а зубцы 15 четного пакета 10 ротора намагничиваются и образуют полюса другой магнитной 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.2 и фиг.4 представлены векторные диаграммы электрических токов, протекающих по соответствующим m-фазным обмоткам 12 якоря, схемы соединений которых представлены на этих же фигурах. Векторы токов во времени поворачиваются в осях координат xy против часовой стрелки. Рассмотрим момент времени, когда токи проецируются на ось ординат. В соответствии с этими проекциями на фиг.2 и фиг.4 обозначены направления токов в катушках m-фазных обмоток якоря. 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 магнитные полюса «S» и северные магнитные 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. Согласно изобретению за один период изменения магнитного поля якоря ротор перемещается на одно зубцовое деление пакета ротора. Отсюда следует, что при изменении питающих m-фазных напряжений, поданных на m-фазную обмотку якоря с частотой f (Гц), ротор вращается с синхронной частотой n=60·f/Z₂ (об/мин). Этим и достигается высокая электромагнитная редукция частоты вращения ротора, направление движения которого на фигурах показано стрелкой с буквой «n». Нетрудно заметить, что в данной конструкции ротор вращается согласно с направлением вращения магнитного поля якоря.Consider the motor mode (figure 1, figure 3, figure 5). A constant (rectified) voltage is supplied to the excitation winding of the inductor, a constant (rectified) electric current flows through the excitation winding, creating a constant magnetic field of the inductor with a time-constant MDF of the inductor and a constant magnetic flux of the inductor, which coincides in direction with the constant magnetic flux created by permanent magnets . The total constant magnetic flux of the inductor is unipolarly closed through the annular layers of permanent magnets axially magnetized in one direction, the odd 7 and even 8 rotor cores, the odd 9 and even 10 rotor packets, the air gap between the rotor and the stator, the odd 1 and even 2 stator packets and the magnetic circuit 4 stators. Under the action of the total constant magnetic flux of the inductor, the teeth 15 of the odd 9 packages of the rotor are magnetized and form poles of one magnetic polarity, for example, the south poles “S”, and the teeth 15 of the even package of 10 rotors are magnetized and form poles of a different magnetic polarity, for example, the north poles of “N”. An alternating voltage is applied to the phases of the m-phase winding 12 of the armature, an alternating electric current flows through the m-phase winding 12 of the armature, creating an alternating rotating magnetic field of the armature. In this case, a time-variable MDS of the armature and a time-variable magnetic flux of the armature are formed. Figure 2 and figure 4 presents a vector diagram of the electric currents flowing along the corresponding m-phase windings 12 of the armature, the connection diagrams of which are presented in the same figures. Current vectors in time rotate in the xy coordinate axes counterclockwise. Consider the point in time when currents are projected onto the ordinate axis. In accordance with these projections, figure 2 and figure 4 indicate the direction of the currents in the coils of the m-phase armature windings. In this case, the elementary teeth 14 located on the corresponding clearly pronounced poles 13 of the stator packets, on which the coils of the m-phase winding 12 of the armature are located, form the southern magnetic poles “S” and the northern magnetic poles “N”. Due to the interaction of the alternating magnetic field of the armature with the constant magnetic field of the inductor, a unidirectional torque is applied to the rotor during the entire operation time of the electric motor. According to the invention, for one period of change in the magnetic field of the armature, the rotor moves by one tooth division of the rotor package. It follows that when the supply m-phase voltages applied to the m-phase armature winding with a frequency f (Hz) change, the rotor rotates with a synchronous frequency n = 60 · f / Z ₂ (r / min). This achieves a high electromagnetic reduction of the rotor speed, the direction of motion of which is shown in the figures by an arrow with the letter "n". It is easy to notice that in this design the rotor rotates in accordance with the direction of rotation of the magnetic field of the armature.

Рассмотрим генераторный режим (фиг.1, фиг.3, фиг.5). При вращении ротора сторонним источником момента с частотой вращения n суммарный постоянный магнитный поток индуктора, созданный постоянными магнитами и протекающим по кольцеобразной 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 (figure 1, figure 3, figure 5). When the rotor is rotated by an external source of torque with a rotational speed n, the total constant magnetic flux of the inductor created by the permanent magnets and flowing through the annular excitation coil of the inductor by a constant (rectified) electric current, penetrating the air gap and the pronounced poles 13 of the stator packets from the side of the rotor, then from side of the stator, creates a variable magnetic flux in the pronounced poles of 13 stator packets, inducing a variable EMF in the coils of the m-phase winding 12 of the armature. If the external circuit - the load circuit is closed, then an alternating electric current flows through the m-phase winding 12 of the armature, the electric power is given to the consumer.

Следует отметить, что изменяя величину постоянного (выпрямленного) электрического тока обмотки возбуждения индуктора можно плавно влиять на выходные параметры бесконтактной редукторной машины с аксиальным возбуждением.It should be noted that by changing the magnitude of the direct (rectified) electric current of the field coil of the inductor, it is possible to smoothly influence the output parameters of a contactless gear machine with axial excitation.

Claims

1. A non-contact axial excitation reducer machine, comprising a stator with a casing of soft magnetic material with stator packets fixed to it and sheathed from insulated sheets of electrical steel with high magnetic permeability, an m-phase armature coil, an inductor excitation coil located between the stator packets, non-magnetic a shaft with a sleeve, rotor packs bursted from insulated sheets of electrical steel with high magnetic permeability, the number of which is equal to the number of packs of one hundred ora, characterized in that the stator and rotor packets are divided into even and odd, the number of stator packets is at least two, the active length of the extreme stator and rotor packets in the axial direction is the same, the stator packets contain distinct poles uniformly distributed over the cylindrical surface, on the inner surface of which elementary teeth are made, the number of pronounced poles on each stator packet is the same, the number of elementary teeth on each pronounced pole of the stator packet is the same, stator packets in the tangential direction are arranged so that the axes of their clearly opposite poles opposite each other in the axial direction coincide, the odd and even rotor packages are pressed onto the corresponding odd and even rotor magnetic cores, which are mounted on a non-magnetic sleeve mounted on a non-magnetic shaft, the rotor packages are uniformly teeth distributed over a cylindrical surface, the number of which is identical on each rotor package, even rotor packages are offset relative to odd roto packages in the tangential direction by half the tooth division of the rotor package, between the rotor magnetic circuits there are ring layers of permanent magnets axially magnetized in one direction, the number of permanent magnet ring layers is one less than the number of rotor packages, the coil m-phase armature winding is concentrated on the pronounced poles of the stator packages , each coil of which in the axial direction covers the corresponding distinct poles of the even and odd stator packets, one pole of each packet, n what is the number of phases of the coil m-phase armature winding m = 3, 4, 5, 6 ..., the field coil of the inductor is made in the form of ring-shaped coils with a longitudinal axis coinciding with the longitudinal axis of the machine, the number of ring-shaped coils of the field coil of the inductor is one less than the number of stator packets , grooving of the tooth-anchor zone formed "comb" distributed, the width of crowns of teeth of each rotor core is defined by b _{_Z2} = k · t _Z2, width elementary crowns of teeth disposed on the salient poles of the stator packets is determined pa enstvom b _{_Z1} = k · t _Z1, wherein t _Z1 and t _Z2 represent claw dividing express stator packets poles and rotor packets, respectively, between the number of salient poles of each stator pack Z _1P, the number of phases m-phase coil winding the armature m , the total number of teeth of each package of the stator Z ₁ and the number of teeth of each package of the rotor Z ₂ established the limit connection necessary for the machine to work and obtain the best energy performance at the maximum specific moment on the shaft, which is expressed by equalities (1), (2) , (3):

where Z _1m = 1, 2, 3, 4, ... is the number of pronounced poles of each stator packet in phase, Z _1S = 1, 2, 3, 4, ... is the number of elementary teeth at a pronounced stator pole, K = 0, 1, 2, 3, ... is a non-negative integer, t _Z1 = 360 ° / (Z _1P · (Z _1S + K)) and t _Z2 = 360 ° / Z _{2 are} determined in angular measurement, the coils of the m-phase armature winding in phase interconnected counter magnetically.

2. A non-contact axial excitation gear machine according to claim 1, characterized in that the stator is located outside, the rotor inside.

3. A non-contact axial excitation gear machine according to claim 1, characterized in that the rotor is located outside and the stator inside.

4. A non-contact axial excitation gear machine according to claim 1, characterized in that the phases of the armature winding are interconnected “into a star”.

5. A non-contact axial excitation gear machine according to claim 1, characterized in that the phases of the armature winding are interconnected “into a polygon”.

6. A non-contact axial excitation gear machine according to claim 1, characterized in that the inductor coils of the inductor are interconnected in series.

7. A non-contact axial excitation gear machine according to claim 1, characterized in that the inductor winding coils of the inductor are interconnected in parallel.

8. A non-contact axial excitation reducer machine according to claim 1, characterized in that the excitation winding of the inductor is supplied from an independent source of constant (rectified) voltage.

9. A contactless axial excitation reducer machine according to claim 1, characterized in that the excitation winding of the inductor is supplied from the output ends of the phases of the m-phase armature winding through the diode m-phase bridge.