RU2478250C1 - Reduction magnetoelectric machine with pole gear-type inductor - Google Patents
Reduction magnetoelectric machine with pole gear-type inductor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2478250C1 RU2478250C1 RU2011139658/07A RU2011139658A RU2478250C1 RU 2478250 C1 RU2478250 C1 RU 2478250C1 RU 2011139658/07 A RU2011139658/07 A RU 2011139658/07A RU 2011139658 A RU2011139658 A RU 2011139658A RU 2478250 C1 RU2478250 C1 RU 2478250C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inductor
- pole
- armature
- poles
- teeth
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается конструктивного исполнения бесконтактных магнитоэлектрических машин с электромагнитной редукцией и может быть использовано в прямых приводах, в системах автоматики, в механизмах с высокими моментами на валу и низкими частотами вращения вала, а также в качестве высокочастотных электрических генераторов и синхронных преобразователей частоты.The invention relates to electrical engineering, in particular to low-speed high-torque electric motors, electric drives and generators, for the design of non-contact magnetoelectric machines with electromagnetic reduction and can be used in direct drives, in automation systems, in mechanisms with high moments on the shaft and low shaft speeds as well as high-frequency electric generators and synchronous frequency converters.
Известна индукторная электрическая машина (Патент RU, 2009599 С1, МПК 5 H02K 19/06, H02K 19/24, авторы: Жуловян В.В.; Новокрещенов О.И.; Шаншуров Г.А.), содержащая явнополюсный с числом полюсов Z0 зубчатый статор с многофазной катушечной обмоткой, каждая катушка которой размещена на одном полюсе статора, безобмоточный ферромагнитный зубчатый ротор и преобразователь, к которому подключена обмотка статора, статор и ротор выполнены с четными и не равными друг другу числами зубцов и каждая фаза обмотки выполнена из p встречно включенных катушек, размещенных со сдвигом на двойное полюсное деление 2·τ, где p - число четное, 2·τ=Z0/p.A known induction electric machine (Patent RU, 2009599 C1, IPC 5 H02K 19/06, H02K 19/24, authors: Zhulovyan V.V .; Novokreschenov O.I .; Shanshurov G.A.), containing explicitly with the number of poles Z 0 a gear stator with a multiphase coil winding, each coil of which is located on one pole of the stator, a winding winding ferromagnetic gear rotor and a converter, to which the stator winding is connected, the stator and rotor are made with even and unequal number of teeth and each phase of the winding is made of p counterclockwise coils placed with Vig on
Известен синхронный редукторный двигатель (Патент RU, 2054220 С1, МПК 6 H02K 37/00, H02K 19/06, авторы: Шевченко А.Ф.; Калужский Д.Л.), содержащий ротор с Zp зубцами и статор с 4·p полюсами (р=1, 2, 3, …), на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы по Zs зубцов на каждом полюсе, причем Zr=4·p·(Zs+K)±p (где K=0, 1, 2, … - целое число), в большие пазы между полюсами уложены катушки однофазной обмотки по одной на каждом полюсе, катушки, расположенные на одноименных полюсах с номерами, различающимися на 4, соединены последовательно "конец" с "началом" и образуют четыре ветви, "конец" первой ветви, образованной 1, 5, …, 1+4·(p-1) катушками, соединен с "началом" третьей ветви, образованной 3, 7, …, 3+4·(p-1) катушками, и точка соединения этих ветвей подключена к первому выводу обмотки, "конец" второй ветви, образованной 2, 6, …, 2+4·(p-1) катушками, соединен с "началом" четвертой ветви, образованной 4, 8, …, 4+4·(p-1), катушками и точка соединения этих ветвей через последовательно включенный конденсатор также подключена к первому выводу, а ко второму выводу подключены два диода таким образом, что с анодом первого из них соединены первая и четвертая ветви, а с катодом второго диода - вторая и третья ветви.Known synchronous gear motor (Patent RU, 2054220 C1, IPC 6 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 elementary teeth are made of Z s teeth at each pole, with Z r = 4 · p · (Z s + K) ± p (where K = 0, 1, 2, ... is an integer), single-phase winding coils are placed in large grooves between the poles, one at each pole, coils located at the same poles with numbers differing by 4 are connected in series from the "end" to the "beginning" and form Four branches, the "end" of the first branch formed by 1, 5, ..., 1 + 4 · (p-1) coils, 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 terminal 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), the coils and the connection point of these branches through a series-connected capacitor are also connected to the first terminal, and two diodes are connected to the second terminal in such a way that they are connected to the anode of the first the first and fourth branches, and with the cathode of the second diode - the second and third branches.
Недостатком описанной индукторной электрической машины и синхронного редукторного двигателя являются невысокие энергетические показатели. Кроме этого, указанные технические устройства чаще всего выполняют с малыми воздушными зазорами, что затрудняет их изготовление при массовом (серийном) производстве.The disadvantage of the described inductor electric machine and synchronous gear motor are low energy performance. In addition, these technical devices are most often performed with small air gaps, which complicates their manufacture in mass (mass) production.
Известен принятый за прототип синхронный электродвигатель (Патент RU, 2059994 C1, МПК 6 H02K 19/12, автор: Шевченко А.Ф.), содержащий статор с явно выраженными полюсами, на которых расположена m-фазная обмотка, выполненная в виде катушек, расположенных в 2·m·k равных чередующихся зонах по одной катушке на полюс, где k=1, 2, 3, …, а в каждой фазной зоне размещены n катушек, где n=2, 3, 4, …, принадлежащих одной фазе, катушки в фазных зонах, расположенные на соседних полюсах, соединены встречно, катушки в фазных зонах, расположенные через 180°/k при n - нечетном, соединены согласно, при n - четном, соединены встречно, а числа полюсов статора и ротора отличаются на 2·k, и активный ротор с чередующейся полярностью полюсов. Недостатком описанного синхронного электродвигателя является отличие числа полюсов статора и ротора только на 2·k, что уменьшает возможные применения данного устройства. Кроме того, прототип имеет меньший по сравнению с заявляемым изобретением удельный (отнесенный к массе активных материалов) момент на валу.Known adopted for the prototype synchronous electric motor (Patent RU, 2059994 C1, IPC 6 H02K 19/12, author: Shevchenko AF), containing a stator with pronounced poles, on which the m-phase winding, made in the form of coils located in 2 · m · k equal alternating zones, one coil per pole, where k = 1, 2, 3, ..., and in each phase zone there are n coils, where n = 2, 3, 4, ... belonging to one phase, coils in phase zones located at adjacent poles are connected in opposite directions, coils in phase zones located at 180 ° / k with n - odd are connected according to n - even, they are connected in the opposite direction, and the number of poles of the stator and rotor differ by 2 · k, and the active rotor with alternating polarity of the poles. A disadvantage of the described synchronous electric motor is the difference in the number of poles of the stator and rotor by only 2 · k, which reduces the possible applications of this device. In addition, the prototype has a lower relative to the claimed invention specific (referred to the mass of active materials) moment on the shaft.
Целью настоящего изобретения является создание новой, технологичной, надежной в эксплуатации, высокоремонтопригодной конструкции бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором.The aim of the present invention is to provide a new, technologically advanced, reliable, highly repairable design of a contactless gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor.
Задачей настоящего изобретения является установление связи, необходимой для работоспособности машины и получения наилучших энергетических показателей, между числом явно выраженных зубчатых полюсов якоря, числом зубчатых полюсов индуктора, общим числом зубцов якоря, общим числом зубцов индуктора, числом элементарных зубцов на явно выраженном полюсе якоря и числом элементарных зубцов на зубчатом полюсе индуктора при выполнении сосредоточенной на явно выраженных полюсах якоря m-фазной катушечной обмотки якоря и индуктора с постоянными магнитами, расположенными тангенциально (ротор коллекторного типа), редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором.The objective of the present invention is to establish the connection necessary for the machine’s operability and obtaining the best energy performance, between the number of pronounced toothed poles of the armature, the number of toothed poles of the inductor, the total number of teeth of the armature, the total number of teeth of the inductor, the number of elementary teeth on the pronounced pole of the armature and the number elementary teeth on the toothed pole of the inductor when performing the m-phase coil winding of the armature and inductor with constant magnets arranged tangentially (collector type rotor), the gear machine with a pole magnetoelectric toothed inductor.
Техническим результатом настоящего изобретения является получение высоких энергетических показателей и большого удельного вращающего момента на валу при высокой электромагнитной редукции частоты вращения в режиме электрического двигателя и при большой удельной мощности и высокой электромагнитной редукции частоты ЭДС в режиме электрического генератора, а также высоких эксплуатационных характеристик редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором.The technical result of the present invention is to obtain high energy performance and a large specific torque on the shaft with high electromagnetic speed reduction in electric motor mode and with high specific power and high electromagnetic frequency reduction of EMF in electric generator mode, as well as high performance magnetoelectric gear machine with pole gear inductor.
Отличительной особенностью данного изобретения от большинства используемых бесконтактных индукторных электрических машин с высокой электромагнитной редукцией является конструктивное исполнение активной части индуктора, так как он имеет полюсную систему, содержащую зубчатую структуру полюсов, т.е. полюса индуктора так же, как и полюса якоря, имеют элементарные зубцы на поверхности, обращенной к рабочему воздушному зазору.A distinctive feature of this invention from most used non-contact induction electric machines with high electromagnetic reduction is the design of the active part of the inductor, since it has a pole system containing a gear structure of poles, i.e. the poles of the inductor as well as the poles of the armature have elementary teeth on the surface facing the working air gap.
С целью достижения задачи и технического результата изобретения статор содержит шихтованный сердечник якоря с явно выраженными полюсами, на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы, катушечную m-фазную обмотку якоря, каждая катушка которой размещена на соответствующем явно выраженном полюсе якоря по одной на полюсе, ротор содержит индуктор с симметрично распределенными по цилиндрической поверхности зубчатыми полюсами с одинаковым числом элементарных зубцов на каждом полюсе, между зубчатыми полюсами индуктора располагаются постоянные магниты для возбуждения индуктора, постоянные магниты намагничены в тангенциальном направлении и прилегают своими полюсами к полюсам индуктора таким образом, что с одним и тем же полюсом индуктора соприкасаются постоянные магниты полюсами одной и той же магнитной полярности, при этом все элементарные зубцы одного полюса индуктора имеют в радиальном направлении в сторону воздушного зазора одну магнитную полярность, а все элементарные зубцы соседнего полюса индуктора имеют в радиальном направлении в сторону воздушного зазора другую магнитную полярность. Зубчатые полюса индуктора и постоянные магниты крепятся к немагнитной втулке или немагнитному валу (при малых диаметрах ротора).In order to achieve the objective and the technical result of the invention, the stator contains a lined core of the armature with distinct poles, on the inner surface of which elementary teeth are made, a coil m-phase winding of the armature, each coil of which is placed on the corresponding distinct pole of the armature one at a time on the pole, the rotor contains inductor with toothed poles symmetrically distributed over the cylindrical surface with the same number of elementary teeth at each pole, between the toothed poles of the inductor Permanent magnets are assumed to excite the inductor, permanent magnets are magnetized in the tangential direction and adhere with their poles to the poles of the inductor in such a way that the permanent magnets are in contact with the poles of the same magnetic polarity, while all elementary teeth of the same pole of the inductor have one magnetic polarity in the radial direction toward the air gap, and all elementary teeth of the adjacent pole of the inductor have in the radial direction toward the air shnogo gap different magnetic polarity. Toothed poles of the inductor and permanent magnets are attached to a non-magnetic sleeve or non-magnetic shaft (for small rotor diameters).
При применении редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором в качестве синхронного электрического двигателя питание обмотки якоря может осуществляться:When using a gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor as a synchronous electric motor, power supply to the armature winding can be carried out:
- 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 однофазного источника переменного напряжения при помощи фазосдвигающего элемента,- from a single-phase AC voltage source using a phase-shifting element,
- 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 редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором 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 gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor 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.
Редукторная магнитоэлектрическая машина с полюсным зубчатым индуктором может также работать в качестве синхронного m-фазного генератора синусоидального напряжения.A gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor can also operate as a synchronous m-phase sinusoidal voltage generator.
В соответствии с настоящим изобретением для работоспособности редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором и получения наилучших энергетических показателей при максимальном удельном моменте на валу между числом явно выраженных полюсов якоря Z1P, числом фаз m-фазной катушечной обмотки якоря m=3, 4, 5, 6, …, числом явно выраженных полюсов якоря в фазе Z1m, числом элементарных зубцов на явно выраженном полюсе якоря Z1S, общим числом зубцов якоря Z1, числом зубчатых полюсов индуктора Z2P, числом элементарных зубцов на зубчатом полюсе индуктора Z2S, общим числом зубцов индуктора Z2 установлена связь, которая выражается равенствами (1), (2), (3), (4), (5):In accordance with the present invention, for the operability of a gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor and obtaining the best energy performance at the maximum specific moment on the shaft between the number of pronounced poles of the armature Z 1P , the number of phases of the m-phase coil winding of the armature m = 3, 4, 5, 6, ..., the number of armature poles is clearly expressed in the phase z 1m, the number of elementary teeth on salient poles of the armature z 1S, total number z of teeth of the armature 1, the number of poles of the inductor toothed z 2P, the number of teeth on the elementary bchatom pole inductor Z 2S, total number Z of teeth of the inductor 2 is linked, which is expressed by the equations (1), (2), (3), (4) and (5):
причем число элементарных зубцов на явно выраженном полюсе якоря равно четному натуральному числу, т.е. Z1S=2, 4, 6, 8, …, при m - нечетном, т.е. при m=3, 5, 7, 9, …, число элементарных зубцов на явно выраженном полюсе якоря равно натуральному числу, т.е. Z1S=1, 2, 3, 4, …, при m - четном, т.е. при m=4, 6, 8, 10, …, ширина коронок элементарных зубцов полюсов индуктора определяется выражением: bZ2≤0,5·tZ2, где tZ2 представляет собой зубцовое деление зубчатого полюса индуктора в угловом измерении и определяется равенством: tZ2=360°/(Z2+Z1m), ширина коронок элементарных зубцов явно выраженных полюсов якоря определяется выражением: bZ1≤0,5·tZ1, где tZ1 представляет собой зубцовое деление явно выраженного полюса якоря в угловом измерении и определяется равенством: tZ1=360/Z1.moreover, the number of elementary teeth at the pronounced pole of the anchor is equal to an even natural number, i.e. Z 1S = 2, 4, 6, 8, ..., when m is odd, i.e. for m = 3, 5, 7, 9, ..., the number of elementary teeth at the pronounced pole of the anchor is equal to the natural number, i.e. Z 1S = 1, 2, 3, 4, ..., when m is even, i.e. for m = 4, 6, 8, 10, ..., the width of the crowns of the elementary teeth of the poles of the inductor is determined by the expression: b Z2 ≤0.5 · t Z2 , where t Z2 is the tooth division of the gear pole of the inductor in the angular dimension and is determined by the equality: t Z2 = 360 ° / (Z 2 + Z 1m ), the width of the crowns of elementary teeth of pronounced anchor poles is determined by the expression: b Z1 ≤0.5 · t Z1 , where t Z1 is the tooth division of the pronounced anchor pole in angular measurement and is determined by the equality: t Z1 = 360 / Z 1 .
Согласно изобретению за один период изменения магнитного поля якоря ротор перемещается в угловом измерении на одно зубцовое деление зубчатого полюса индуктора. Этим и достигается большая электромагнитная редукция.According to the invention, for one period of change in the magnetic field of the armature, the rotor moves in the angular dimension by one tooth division of the gear pole of the inductor. This achieves a large electromagnetic reduction.
Алгоритм построения схемы соединений обмотки якоря прост: катушки в фазе могут быть соединены между собой последовательно, параллельно, либо смешанно, но в магнитном отношении должны быть соединены встречно по порядку, начиная с той катушки фазы, которой принадлежит начало фазы, начала фаз обмотки якоря могут принадлежать любым катушкам в соответствующей фазе, фазы обмотки якоря могут быть соединены между собой «в звезду», либо «в многоугольник».The algorithm for constructing the connection diagram of the armature winding is simple: the coils in phase can be connected together in series, parallel, or mixed, but magnetically must be connected in opposite order, starting from the phase coil to which the beginning of the phase belongs, the beginning of the armature winding phases can belong to any coils in the corresponding phase, the phases of the armature winding can be interconnected “into a star” or “into a polygon”.
В настоящем изобретении возможны различные исполнения редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором:In the present invention, various designs of a gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor are possible:
- с внешним статором и внутренним ротором;- with an external stator and an internal rotor;
- с внутренним статором и внешним ротором.- with an internal stator and an external rotor.
Сущность изобретения поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
фиг.1, фиг.3 - примеры реализации изобретения в виде поперечных разрезов редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором;figure 1, figure 3 - examples of the invention in the form of cross sections of a geared magnetoelectric machine with a pole gear inductor;
фиг.2 - пример реализации схемы соединений катушек 4-фазной обмотки якоря редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором, фазы которой соединены «в многоугольник»;figure 2 is an example of a connection diagram of coils of a 4-phase winding of the armature of a geared magnetoelectric machine with a pole gear inductor, the phases of which are connected "into a polygon";
фиг.4 - пример реализации схемы соединений катушек 5-фазной обмотки якоря редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором, фазы которой соединены «в звезду»;figure 4 is an example implementation of a connection diagram of coils of a 5-phase winding of the armature of a geared magnetoelectric machine with a pole gear inductor, the phases of which are connected "into a star";
фиг.5 - общий вид с продольным разрезом редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором с внешним якорем и внутренним индуктором.5 is a General view with a longitudinal section of a geared magnetoelectric machine with a pole gear inductor with an external armature and an internal inductor.
На фиг.1÷4 буквой и цифрой обозначены катушки многофазной обмотки якоря, расположенные на соответствующих явно выраженных полюсах якоря. Например, С3 - это катушка фазы «С», расположенная на третьем полюсе якоря. Нумерация полюсов якоря на фиг.1 и фиг.3 осуществлена в направлении движения против часовой стрелки.In Fig.1 ÷ 4, the letters and numbers indicate the coils of the multiphase winding of the armature located on the corresponding clearly defined poles of the armature. For example, C3 is a “C” phase coil located at the third pole of the armature. The numbering of the poles of the anchor in figure 1 and figure 3 carried out in the direction of movement counterclockwise.
Рассмотрим конструкцию редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором с внешним якорем и внутренним индуктором (фиг.1, фиг.3, фиг.5). Перемагничиваемый с высокой частотой сердечник 2 якоря выполнен шихтованным пакетом из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью и запрессован в корпусе 1, материалом которого служит сталь или сплав алюминия. На каждом явно выраженном полюсе 3 якоря выполнены элементарные зубцы 4. На явно выраженных полюсах 3 якоря размещена катушечная m-фазная обмотка якоря, состоящая из катушек 5, сосредоточенных на соответствующих полюсах якоря по одной на каждом полюсе. Катушки m-фазной обмотки якоря выполняются из обмоточного медного провода или медной обмоточной шины. Катушки 5 в фазе могут быть соединены последовательно, если их количество не менее двух, параллельно, если их количество четное, и смешанно, если их количество четное и не менее четырех. Фазы m-фазной обмотки якоря могут быть соединены «в звезду», а также «в многоугольник». Индуктор при помощи подшипников 12, вала 6 и подшипниковых щитов 11 позиционирован относительно якоря. Вал 6 выполняется из магнитной или немагнитной стали или из титана. Если вал 6 магнитный, то на нем закреплена немагнитная втулка 7, толщина которой значительно превышает величину рабочего воздушного зазора, необходимая для того, чтобы постоянный магнитный поток, созданный постоянными магнитами, не замыкался сам на себя через полюса индуктора и вал. Немагнитная втулка 7 может быть выполнена из сплавов алюминия, из меди, из титана, из нержавеющей стали. Если вал 6 выполнен из немагнитной стали или титана, то немагнитная втулка 7 может не устанавливаться. К немагнитной втулке 7 крепятся зубчатые полюса 8 индуктора, выполненные из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью или из шихтованных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, скрепленных между собой в аксиальном направлении. На каждом зубчатом полюсе 8 индуктора выполнены элементарные зубцы 9. Между зубчатыми полюсами 8 индуктора расположены постоянные магниты 10, намагниченные в тангенциальном направлении. Постоянные магниты 10 прилегают своими полюсами к полюсам 8 индуктора таким образом, что с одним и тем же полюсом 8 индуктора соприкасаются постоянные магниты полюсами одной и той же полярности, при этом все элементарные зубцы одного полюса индуктора имеют в радиальном направлении в сторону воздушного зазора одну магнитную полярность, а все элементарные зубцы соседнего полюса индуктора имеют в радиальном направлении в сторону воздушного зазора другую магнитную полярность.Consider the design of the gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor with an external armature and an internal inductor (figure 1, figure 3, figure 5).
Редукторная магнитоэлектрическая машина с полюсным зубчатым индуктором работает в двигательном и генераторном режимах.A magnetoelectric gear reducer with a pole gear inductor operates in motor and generator modes.
Рассмотрим двигательный режим (фиг.1, фиг.3, фиг.5). Возбуждение индуктора создается постоянными магнитами 10. При этом образуется постоянное магнитное поле индуктора с постоянной во времени МДС индуктора и постоянным магнитным потоком индуктора. Постоянный магнитный поток выходит из северных «N» полюсов постоянных магнитов, проходит через полюса 8 и элементарные зубцы 9 полюсов 8 индуктора в радиальном направлении, рабочий воздушный зазор между индуктором и якорем, элементарные зубцы 4 и полюса 3 якоря, расположенные напротив северных «N» полюсов 8 индуктора, сердечник 2 якоря в тангенциальном направлении, полюса 3 якоря, расположенные напротив южных «S» полюсов 8 индуктора, и элементарные зубцы 4 полюсов 3 якоря в радиальном направлении, рабочий воздушный зазор между якорем и индуктором, элементарные зубцы 9 южных «S» полюсов 8 индуктора и южные «S» полюса 8 индуктора и замыкается через южные «S» полюса постоянных магнитов. Зубцы 9 полюсов 8 индуктора, через которые проходит постоянный магнитный поток в сторону от полюса индуктора к полюсу якоря через воздушный зазор, намагничиваются и образуют северные «N» элементарные магнитные полюса, а зубцы 9 полюсов 8 индуктора, через которые проходит постоянный магнитный поток в сторону от полюса якоря к полюсу индуктора через воздушный зазор, намагничиваются и образуют южные «S» элементарные магнитные полюса. На фазы m-фазной обмотки якоря подают переменное напряжение, по обмотке 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, намагничивая элементарные зубцы 4 соответствующих явно выраженных полюсов 3 якоря, на которых расположены катушки 5 обмотки якоря, и образуя южные «S» элементарные магнитные полюса и северные «N» элементарные магнитные полюса, которые меняют свою магнитную полярность в зависимости от направления фазных токов, протекающих по катушкам 5. Вследствие взаимодействия переменного магнитного поля якоря с постоянным магнитным полем индуктора к ротору приложен однонаправленный в течение всего времени работы электрического двигателя вращающий момент. Так как, согласно изобретению, одному периоду изменения магнитного поля якоря соответствует перемещение ротора на одно зубцовое деление зубчатого полюса индуктора, то при изменении питающих m-фазных напряжений, поданных на m-фазную обмотку якоря с частотой f (Гц), ротор вращается с синхронной частотой вращения n=60·f/(Z2+Z1m) об/мин.Consider the motor mode (figure 1, figure 3, figure 5). The excitation of the inductor is created by
Направление вращения ротора на чертежах показано стрелкой с буквой «n». Ротор вращается в сторону, противоположную вращению магнитного поля якоря. Для изменения направления вращения ротора необходимо изменить направление чередования фаз обмотки якоря в противоположную сторону относительно какой-либо из фаз.The direction of rotation of the rotor in the drawings is shown by an arrow with the letter "n". The rotor rotates in the direction opposite to the rotation of the magnetic field of the armature. To change the direction of rotation of the rotor, it is necessary to change the direction of the alternation of the phases of the armature winding in the opposite direction relative to any of the phases.
Рассмотрим генераторный режим (фиг.1, фиг.3, фиг.5). При вращении ротора сторонним источником момента с частотой вращения n постоянный магнитный поток индуктора, созданный постоянными магнитами, пронизывает воздушный зазор и явно выраженные полюса 3 якоря, при этом за счет того, что полюса 8 индуктора и полюса 3 якоря выполнены зубчатыми, в полюсах 3 якоря происходит пульсация магнитного потока от его максимального значения до минимального. Пульсирующий с высокой частотой в полюсах 3 якоря магнитный поток является переменным, он наводит в катушках m-фазной обмотки якоря переменную во времени ЭДС. Если внешняя цепь - цепь нагрузки замкнута, то под действием этой ЭДС по m-фазной обмотке якоря будет протекать переменный электрический ток, электрическая мощность будет отдаваться потребителю.Consider the generator mode (figure 1, figure 3, figure 5). When the rotor rotates with an external source of torque with a rotational speed n, the constant magnetic flux of the inductor created by the permanent magnets penetrates the air gap and the
Следует отметить, что чем выше глубина пульсации магнитного потока в полюсах якоря при прочих равных условиях, тем выше энергетические показатели электрической машины. Глубина пульсации магнитного потока зависит от отношения ширины элементарных зубцов полюсов индуктора и якоря к величине рабочего воздушного зазора. Чем выше эти показатели, тем выше глубина пульсации проводимости рабочего воздушного зазора, а следовательно, и магнитного потока.It should be noted that the higher the depth of pulsation of the magnetic flux at the poles of the armature, ceteris paribus, the higher the energy performance of an electric machine. The depth of pulsation of the magnetic flux depends on the ratio of the width of the elementary teeth of the poles of the inductor and the armature to the size of the working air gap. The higher these indicators, the higher the depth of the pulsation of the conductivity of the working air gap, and therefore the magnetic flux.
За счет того, что явно выраженные полюса якоря и полюса индуктора выполнены зубчатыми, можно получать переменную ЭДС высокой частоты при сравнительно небольших частотах вращения ротора в генераторном режиме и очень низкие частоты вращения ротора (до нескольких оборотов в минуту и ниже) с очень высокими показателями вращающего момента в двигательном режиме редукторной магнитоэлектрической машины с полюсным зубчатым индуктором.Due to the fact that the pronounced poles of the armature and the poles of the inductor are serrated, it is possible to obtain a variable EMF of high frequency at relatively low rotor speeds in the generator mode and very low rotor speeds (up to several revolutions per minute or lower) with very high rotational speeds torque in the motor mode of the gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor.
Claims (5)
причем число элементарных зубцов на явно выраженном полюсе якоря равно четному натуральному числу, т.е. Z1S=2, 4, 6, 8, … при m - нечетном, т.е. при m=3, 5, 7, 9, …, число элементарных зубцов на явно выраженном полюсе якоря равно натуральному числу, т.е. Z1S=1, 2, 3, 4, … при m - четном, т.е. при m=4, 6, 8, 10, …, ширина коронок элементарных зубцов полюсов индуктора определяется выражением: bZ2≤0,5·tZ2, где tZ2 представляет собой зубцовое деление зубчатого полюса индуктора в угловом измерении и определяется равенством: tZ2=360°/(Z2+Z1m), ширина коронок элементарных зубцов явно выраженных полюсов якоря определяется выражением: bZ1≤0,5·tZ1, где tZ1 представляет собой зубцовое деление явно выраженного полюса якоря в угловом измерении и определяется равенством: tZ1=360/Z1.1. Gear magnetoelectric machine with a pole gear inductor, containing a stator with distinct poles and a concentrated m-phase winding of the armature, made in the form of coils, covering the pole of the armature one coil per pole, and a rotor with alternating polarity of the poles, characterized in that the stator contains a lined core of the armature with pronounced poles, on the inner surface of which there are elementary teeth of Z 1S teeth at each pole, the rotor contains an inductor with symmetrically distributed qi on the polar surface of the tooth poles with the same number of elementary teeth Z 2S at each pole, permanent magnets magnetized in the tangential direction are located between the tooth poles of the inductor, permanent magnets and tooth poles of the inductor are attached to a non-magnetic sleeve, the thickness of which in the radial direction significantly exceeds the size of the working air gap , between the number of salient poles of the armature Z 1P, the number of phases m-phase coil of the armature windings m = 3, 4, 5, 6, ..., the number of armature poles express phase Z 1m, the number of elementary teeth on salient poles of the armature Z 1S, total number of teeth of the armature Z 1, the number of toothed pole inductor Z 2P, the number of elementary teeth on the toothed pole inductor Z 2S, total number of inductor Z 2 teeth mounted link which is expressed by equalities (1), (2), (3), (4), (5):
moreover, the number of elementary teeth at the pronounced pole of the anchor is equal to an even natural number, i.e. Z 1S = 2, 4, 6, 8, ... when m is odd, i.e. for m = 3, 5, 7, 9, ..., the number of elementary teeth at the pronounced pole of the anchor is equal to the natural number, i.e. Z 1S = 1, 2, 3, 4, ... when m is even, i.e. for m = 4, 6, 8, 10, ..., the width of the crowns of the elementary teeth of the poles of the inductor is determined by the expression: b Z2 ≤0.5 · t Z2 , where t Z2 is the tooth division of the gear pole of the inductor in the angular dimension and is determined by the equality: t Z2 = 360 ° / (Z 2 + Z 1m ), the width of the crowns of elementary teeth of pronounced anchor poles is determined by the expression: b Z1 ≤0.5 · t Z1 , where t Z1 is the tooth division of the pronounced anchor pole in angular measurement and is determined by the equality: t Z1 = 360 / Z 1 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011139658/07A RU2478250C1 (en) | 2011-09-30 | 2011-09-30 | Reduction magnetoelectric machine with pole gear-type inductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011139658/07A RU2478250C1 (en) | 2011-09-30 | 2011-09-30 | Reduction magnetoelectric machine with pole gear-type inductor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2478250C1 true RU2478250C1 (en) | 2013-03-27 |
Family
ID=49151485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011139658/07A RU2478250C1 (en) | 2011-09-30 | 2011-09-30 | Reduction magnetoelectric machine with pole gear-type inductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2478250C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2544835C1 (en) * | 2013-08-23 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Synchronous motor with magnet gear reduction |
| RU2697812C2 (en) * | 2018-02-01 | 2019-08-20 | Закрытое акционерное общество Производственная торгово-финансовая компания Завод Транспортного Электрооборудования | Magnetoelectric generator |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3535604A (en) * | 1968-06-14 | 1970-10-20 | Superior Electric Co | Electric stepping motor |
| DE2522267A1 (en) * | 1974-05-22 | 1975-11-27 | Pont A Mousson | SYNCHRONOUS MOTOR WITH CHANGEABLE MAGNETIC RESISTOR |
| SU1674312A1 (en) * | 1988-02-22 | 1991-08-30 | Воронежский сельскохозяйственный институт им.К.Д.Глинки | Synchronous reduction motor |
| SU1737643A1 (en) * | 1989-06-26 | 1992-05-30 | Воронежский сельскохозяйственный институт им.К.Д.Глинки | Three-phase synchronous reduction-gear motor |
| RU2009599C1 (en) * | 1992-02-19 | 1994-03-15 | Новосибирский государственный технический университет | Magneto-generator |
| RU2044384C1 (en) * | 1992-02-24 | 1995-09-20 | Куракин Александр Сергеевич | Geared synchronous motor |
| RU2054220C1 (en) * | 1991-01-15 | 1996-02-10 | Новосибирский государственный технический университет | Geared synchronous motor |
| RU2059994C1 (en) * | 1986-03-17 | 1996-05-10 | Новосибирский государственный технический университет | Synchronous motor |
| RU2303849C1 (en) * | 2005-11-01 | 2007-07-27 | Василий Васильевич Шкондин | Commutatorless permanent-magnet synchronous generator |
-
2011
- 2011-09-30 RU RU2011139658/07A patent/RU2478250C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3535604A (en) * | 1968-06-14 | 1970-10-20 | Superior Electric Co | Electric stepping motor |
| DE2522267A1 (en) * | 1974-05-22 | 1975-11-27 | Pont A Mousson | SYNCHRONOUS MOTOR WITH CHANGEABLE MAGNETIC RESISTOR |
| RU2059994C1 (en) * | 1986-03-17 | 1996-05-10 | Новосибирский государственный технический университет | Synchronous motor |
| SU1674312A1 (en) * | 1988-02-22 | 1991-08-30 | Воронежский сельскохозяйственный институт им.К.Д.Глинки | Synchronous reduction motor |
| SU1737643A1 (en) * | 1989-06-26 | 1992-05-30 | Воронежский сельскохозяйственный институт им.К.Д.Глинки | Three-phase synchronous reduction-gear motor |
| RU2054220C1 (en) * | 1991-01-15 | 1996-02-10 | Новосибирский государственный технический университет | Geared synchronous motor |
| RU2009599C1 (en) * | 1992-02-19 | 1994-03-15 | Новосибирский государственный технический университет | Magneto-generator |
| RU2044384C1 (en) * | 1992-02-24 | 1995-09-20 | Куракин Александр Сергеевич | Geared synchronous motor |
| RU2303849C1 (en) * | 2005-11-01 | 2007-07-27 | Василий Васильевич Шкондин | Commutatorless permanent-magnet synchronous generator |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2544835C1 (en) * | 2013-08-23 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Synchronous motor with magnet gear reduction |
| RU2697812C2 (en) * | 2018-02-01 | 2019-08-20 | Закрытое акционерное общество Производственная торгово-финансовая компания Завод Транспортного Электрооборудования | Magnetoelectric generator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6373161B1 (en) | Periodic air gap electric generator | |
| Zulu et al. | Topologies for wound-field three-phase segmented-rotor flux-switching machines | |
| RU2407135C2 (en) | Contactless reducer electromagnetic machine | |
| RU2390086C1 (en) | Contactless reductor electric machine with combined excitation | |
| RU2437202C1 (en) | Non-contact magnetoelectric machine with axial excitation | |
| RU2478250C1 (en) | Reduction magnetoelectric machine with pole gear-type inductor | |
| RU2719685C1 (en) | Electric motor stator | |
| RU2437201C1 (en) | Non-contact electric machine with axial excitation | |
| RU2477917C1 (en) | Electric reducer machine with polar gear inducer | |
| RU2414039C1 (en) | Modular synchronous electric machine | |
| RU2392723C1 (en) | Contactless reductor magnetoelectric machine with pole geared inductor | |
| RU2412519C1 (en) | Reluctance machine | |
| US20100026103A1 (en) | Driving or power generating multiple phase electric machine | |
| RU2414793C1 (en) | Non-contact modular magnetoelectric machine | |
| RU2437200C1 (en) | Non-contact reduction machine with axial excitation | |
| RU2392724C1 (en) | Single-phased electric generator | |
| RU2416858C1 (en) | Electric reduction machine with salient-pole armature | |
| Yusuf et al. | A design of coreless permanent magnet axial flux generator for low speed wind turbine | |
| RU2499344C1 (en) | Synchronous electric motor | |
| RU2416860C1 (en) | Non-contact magnetic electric reduction machine with salient-pole armature | |
| RU174156U1 (en) | MULTISTATOR ASYNCHRONOUS MOTOR | |
| RU2414791C1 (en) | Modular electrical machine | |
| RU175549U1 (en) | High speed electromechanical energy converter | |
| RU2437198C1 (en) | Electric reduction machine with axial excitation | |
| 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: 20131001 |