RU2496213C2

RU2496213C2 - Машина с поперечным магнитным потоком (варианты)

Info

Publication number: RU2496213C2
Application number: RU2011109113/07A
Authority: RU
Inventors: Ясек Ф. ГИЕРАС; Грегори И. РОЗМАН
Original assignee: Хамильтон Сандстранд Корпорейшн
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2013-10-20
Also published as: EP2367281A2; US8310118B2; CN102195412A; RU2011109113A; US20110227460A1

Abstract

Изобретение относится к области электротехники, в частности - к электрическим машинам с поперечным магнитным потоком. Предлагаемая электрическая машина с поперечным магнитным потоком содержит, по меньшей мере, три фазы, каждая из которых образована сердечником статора и обмотками. Все указанные фазы размещены в общем корпусе. От указанных фаз выведены включенные параллельно электрические линии. Имеется также преобразователь тока от источника тока, образованный индукторами, включенными в каждой из указанных электрических линий, схемой коммутации и коммутирующими конденсаторами. Все названные компоненты помещены в общий корпус. Предложены два варианта осуществления данного изобретения. Технический результат - облегчение и упрощение компоновки электрической машины с поперечным магнитным потоком. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

Description

Область техники

Изобретение относится к электрической машине с поперечным магнитным потоком, которая может функционировать как электродвигатель или генератор и в корпус которой в компактной компоновке встроен твердотельный преобразователь тока.

Уровень техники

Известны электрические машины с поперечным магнитным потоком, которые, по существу, являются многополюсными электрическими машинами. Статор такой машины содержит единственную цилиндрическую обмотку для каждой фазы и выступающие ферромагнитные полюсные наконечники. Ротор состоит из постоянных магнитов. В машинах с поперечным магнитным потоком вектор электромагнитных сил, действующих между ротором и статором, перпендикулярен плоскости магнитного потока. В стандартных машинах, использующих магнитный поток, вектор электромагнитных сил параллелен плоскости магнитного потока. Как известно, электрическая машина с поперечным магнитным потоком обладает рядом преимуществ по сравнению с такими стандартными машинами.

Электрическая машина с поперечным магнитным потоком обычно снабжается инвертором напряжения, который содержит крупногабаритный конденсатор. Компоновка машины с таким инвертором напряжения может вызывать трудности.

Раскрытие изобретения

Согласно изобретению машина с поперечным магнитным потоком содержит, по меньшей мере, три фазы, каждая из которых образована сердечником статора и соответствующими обмотками. Все указанные фазы размещены в общем корпусе. От каждой из фаз отходят параллельно включенные электрические линии. Имеется преобразователь тока, помещенный в тот же корпус, что и другие компоненты машины.

Эти и другие признаки изобретения станут понятны из нижеследующего подробного описания и прилагаемых чертежей.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 приведена электрическая схема первого варианта изобретения.

На фиг.2 приведена электрическая схема силового модуля.

На фиг.3 схема по фиг.1 приведена с разбивкой на силовые модули по фиг.2.

На фиг.4 модуль по фиг.2 показан в сечении.

На фиг.5 иллюстрируется одна из фаз электрической машины.

На фиг.6 показаны три фазы данной машины.

Фиг.7А иллюстрирует конструктивное выполнение одной из фаз.

На фиг.7В представлен другой вид варианта по фиг.7А.

На фиг.7С вариант по фиг.7А показан в осевом сечении.

На фиг.8 представлена электрическая машина в сборе.

На фиг.9 приведена электрическая схема второго варианта.

На фиг.10 приведена электрическая схема силового модуля для варианта по фиг.9.

На фиг.11 схема по фиг.9 представлена с разбивкой на силовые модули по фиг.10.

Осуществление изобретения

На фиг.1 приведена схема электропривода 20 с поперечным магнитным потоком для электрической машины 24 с поперечным магнитным потоком. Источник 22 постоянного тока (DC-источник) подключен к электрически параллельным линиям 23, в каждой из которых включен индуктор 26. Индукторы 26, схема коммутации, содержащая твердотельные ключи 28 и диоды 29, и коммутирующие конденсаторы 32 совместно образуют преобразователь тока, поступающего от указанного источника 22 тока. Схема коммутации, содержащая твердотельные ключи 28 и диоды 29, и соединенные звездой конденсаторы 32 образуют силовой модуль. Твердотельные ключи 28 могут являться транзисторами.

На фиг.2 представлен вариант одиночного силового модуля 40, который может служить в качестве контура электропривода 20 с поперечным магнитным потоком. Обмотки 34 электродвигателя, включенные на выходе модуля 40, приводят во вращение ротор 46 (условно показанный на фиг.1).

На фиг.3 представлена схема электропривода 20 с поперечным магнитным потоком, показывающая, что в электроприводе использованы 6 модулей по фиг.2, причем три модуля (обозначенные, как 41) образуют нижнее плечо, тогда как модули 40 образуют верхнее плечо.

Модули 40, 41 обеспечивают возможность удобной компоновки, как это будет пояснено далее. На фиг.4 показано, что каждый из модулей 40 (или 41) может иметь корпус 42 из пластика, заполнение 44 из силиконового геля или термопластичной изолирующей смолы и перемычки 146, соединяющие каждый ключ 28 с каждым диодом 29. Ключом 28 может являться транзистор на основе карбида кремния, например биполярный, полевой или с управляемым pn-переходом. Диод 29 может представлять собой диод Шоттки на основе карбида кремния. Модуль 40 может содержать также основание 200 из материала AlSiC (алюминий/карбид кремния), изолирующую подложку 202 из нитрида алюминия (AlN) и площадки 204 из AlSiC. Очевидно, что данный вариант модулей 40 или 41 приведен только в качестве примера: другие варианты могут содержать любое количество других компонентов и материалов. От каждого модуля выведены выходные линии 45; их подключение иллюстрируется фиг.3.

На фиг.5 иллюстрируется интегрирование, в электрической машине 24 с поперечным магнитным потоком, одной фазы с силовыми модулями 40 и 41. Данная электрическая машина может приводиться во вращение посредством электропривода 20 с поперечным магнитным потоком по фиг.1 и 3. Видно, что модули 40 и 41 установлены между двумя полюсными наконечниками 50 статора, со смещением по окружности относительно этих наконечников. Статорные обмотки 52 выполнены, как цилиндрические обмотки, расположенные между всеми полюсными наконечниками 50 в составе сердечника статора.

Видно, что индуктор 26 расположен в плоскости фиг.5. Ротор 46 содержит множество постоянных магнитов 48.

Как показано на фиг.6, описанным образом можно скомбинировать три фазы 60, 61 и 62. При этом индукторы 26 установлены между фазами 60, 61 и 62. Индуктор 26 фиксируется в корпусе посредством прокладки 64 в форме кольца. Такая компоновка позволяет не только разместить все силовые модули 40 и 41 без увеличения размеров корпуса, но и использовать относительно крупногабаритные индукторы 26.

На фиг.7А показана одна из фаз 60 в варианте, когда полюсный наконечник 50 статора окружен диском 70 из неферромагнитного материала. Данный диск служит для удерживания совокупности сердечников статора и обмоток 52. Штриховой линией показан контур 72 корпуса. Из фиг.7В видно, что модули 40 и 41 будут находиться в одном и том же корпусе. На фиг.7С показано положение статорной обмотки 52, которая выполнена в форме кольца.

На фиг.8 представлена электрическая машина в сборе. Видно, что корпус в виде гильзы 80 (например, имеющей цилиндрическую форму) окружает три фазы 60, 61 и 62, закрепленные между ними индукторы 26 и прокладки 64. У корпуса имеются также две торцевые плиты 82, чтобы удерживать все компоненты внутри корпуса, образованного гильзой 80 и торцевыми плитами 82. Хотя на представленном виде не показаны силовые модули 40 и 41, должно быть понятно, что они выполнены описанным выше образом и, следовательно, должны пересекать плоскость чертежа.

Описанная электрическая машина способна работать как электродвигатель. Однако аналогичным образом можно выполнить и электрические машины, способные работать в качестве генераторов. Для этого нужно изменить схему включения ключей 28 и диодов 29 в силовых модулях 40, 41 так, как это показано на фиг.9. Ротор 115, приводимый в действие главным приводом, будет вращаться в непосредственной близости от генераторных обмоток 114. Эти обмотки 114 генерируют ток, который течет к нагрузке 102. Используются такие же корпус 104, индукторы 106, ключи 110 и диоды 108, а также конденсаторы 112, как и в предыдущем варианте.

На фиг.10 показан единичный силовой модуль 116, модифицированный путем изменения включения ключа 110 и диода 108 по сравнению с предыдущим вариантом по фиг.2. Соответственно, показанный на фиг.11 контур 100, содержащий силовые модули 116, также несколько отличается от варианта по фиг.3. Как и контур по фиг.3, контур 100 по фиг.11 содержит три модуля (обозначенные, как 118), образующие нижнее плечо, и три модуля 116, образующие верхнее плечо. Однако в отношении компоновки силовые модули 116 и 118 и индукторы 106 могут быть размещены точно так же, как и в предыдущем варианте.

Специалисту в данной области будет понятно, как соединить между собой компоненты, показанные на фиг.5, 6 и 8 при их размещении в общем корпусе. Для осуществления правильного соединения компонентов по фиг.5, 6 и 8 вполне достаточно использовать схемы, приведенные на фиг.1, 3, 9 или 11.

Специалисту в данной области будет также понятно, что в описанные варианты изобретения могут быть внесены различные модификации, не выходящие за его пределы, которые определяются прилагаемой формулой изобретения.

Claims

1. Электрическая машина с поперечным магнитным потоком, содержащая:
по меньшей мере, три фазы, каждая из которых образована сердечником статора и обмотками, причем все указанные фазы размещены в общем корпусе;
включенные параллельно электрические линии, отходящие от указанных фаз,
и преобразователь тока, поступающего от источника тока, образованный индукторами, включенными в каждой из указанных электрических линий, схемой коммутации и коммутирующими конденсаторами, причем указанные индукторы помещены в указанный общий корпус.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что индукторы физически размещены между, по меньшей мере, двумя из указанных трех фаз.

3. Машина по п.2, отличающаяся тем, что один из индукторов помещен между первой и второй из указанных фаз, а другой индуктор - между второй и третьей из указанных фаз.

4. Машина по п.3, отличающаяся тем, что индукторы расположены взаимно параллельно, а указанные, по меньшей мере, три фазы расположены относительно индуктора на одной стороне указанных электрических линий.

5. Машина по п.1, отличающаяся тем, что в указанном общем корпусе дополнительно размещены силовые модули, содержащие, по меньшей мере, ключ и диод.

6. Машина по п.5, отличающаяся тем, что указанные силовые модули сгруппированы в верхнее плечо и нижнее плечо.

7. Машина по п.6, отличающаяся тем, что силовые модули установлены между двумя полюсными наконечниками статора, со смещением по окружности относительно указанных наконечников.

8. Машина по п.7, отличающаяся тем, что верхнее и нижнее плечи силового модуля расположены на противоположных сторонах полюсного наконечника.

9. Машина по п.5, отличающаяся тем, что силовой модуль дополнительно содержит конденсатор.

10. Машина по п.9, отличающаяся тем, что силовой модуль сконструирован с обеспечением возможности для электрической машины с поперечным магнитным потоком функционировать как электродвигатель.

11. Машина по п.9, отличающаяся тем, что силовой модуль сконструирован с обеспечением возможности для электрической машины с поперечным магнитным потоком функционировать как генератор.

12. Электрическая машина с поперечным магнитным потоком, содержащая:
корпус, образованный цилиндрической гильзой, расположенной между двумя торцевыми плитами;
электрические контуры, образующие, по меньшей мере, три фазы и установленные в тот же корпус, причем в каждой фазе имеются сердечник статора и обмотка;
включенные параллельно электрические линии, отходящие от указанных фаз, и
преобразователь тока, поступающего от источника тока, образованный индукторами, включенными в каждой из указанных электрических линий, схемой коммутации и коммутирующими конденсаторами, причем указанные индукторы помещены в указанный корпус.

13. Машина по п.12, отличающаяся тем, что один из индукторов помещен между первой и второй из указанных фаз, а другой индуктор - между второй и третьей из указанных фаз.

14. Машина по п.12, отличающаяся тем, что в указанном корпусе дополнительно размещены силовые модули, содержащие ключи и диоды.

15. Машина по п.14, отличающаяся тем, что силовой модуль дополнительно содержит конденсатор.