RU2534756C1 - High-speed non-contact electric machine (versions) - Google Patents
High-speed non-contact electric machine (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2534756C1 RU2534756C1 RU2014102429/07A RU2014102429A RU2534756C1 RU 2534756 C1 RU2534756 C1 RU 2534756C1 RU 2014102429/07 A RU2014102429/07 A RU 2014102429/07A RU 2014102429 A RU2014102429 A RU 2014102429A RU 2534756 C1 RU2534756 C1 RU 2534756C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- shaft
- diameter
- stator
- grooves
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в качестве источников электрической энергии автономных систем электроснабжения.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used as sources of electrical energy in autonomous power supply systems.
Известна бесконтактная электрическая машина (патент РФ 2406212 С2, H02K 21/20, 20.02.2010), содержащая ротор в виде явно полюсного индуктора, у которого ось симметрии от полюса N к полюсу S совпадает с осью вращения ротора, и статор с проводниками, расположенными на внутренней поверхности статора вдоль его цилиндрических образующих, проводники разбиты на две группы, в одной из которых проводники расположены вокруг полюса индуктора с полярностью N, а в другой - вокруг полюса индуктора с полярностью S. Проводники одной группы расположены зеркально-симметрично по отношению к проводникам другой группы, то есть так, что начала (концы) активной части проводников расположены вблизи крышек машины, а их концы (начала) - вблизи центральной части статора. Вал машины и ее боковые крышки могут быть выполнены из немагнитных материалов.A non-contact electric machine is known (RF patent 2406212 C2, H02K 21/20, 02/20/2010), containing a rotor in the form of a clearly pole inductor, in which the axis of symmetry from pole N to pole S coincides with the axis of rotation of the rotor, and the stator with conductors located on the inner surface of the stator along its cylindrical generators, the conductors are divided into two groups, in one of which the conductors are located around the pole of the inductor with polarity N, and in the other around the pole of the inductor with polarity S. The conductors of one group are mirror-symmetric but with respect to the conductors of another group, that is, so that the beginnings (ends) of the active part of the conductors are located near the covers of the machine, and their ends (beginnings) are located near the central part of the stator. The machine shaft and its side covers can be made of non-magnetic materials.
Недостатками такой конструкции являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные малой быстроходностью электрической машины, незначительная прочность ротора и значительные потери на трение в подшипниковых узлах.The disadvantages of this design are the limited functionality due to the low speed of the electric machine, low rotor strength and significant friction losses in the bearing assemblies.
Известна бесконтактная синхронная электрическая машина (патент РФ 2091965 C1, H02K 19/38, 27.09.1997), содержащая статор, ротор, на статоре якорную обмотку и обмотку возбуждения возбудителя, а на роторе систему возбуждения, выполненную, как минимум, из двух обмоток, соединенных между собой электрически. Отличительной особенностью является то, что каждая обмотка системы возбуждения выполнена по меньшей мере из двух частей, соединенных между собой через переключающие устройства, например диоды, с возможностью их включения последовательно или параллельно. При этом одноименные зажимы частей обмоток системы возбуждения, не имеющие связи с разноименными зажимами других частей данных обмоток через переключающее устройство, соединены между собой электрически.A contactless synchronous electric machine is known (RF patent 2091965 C1,
Недостатками такой конструкции являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные малой быстроходностью электрической машины, незначительная прочность ротора и значительные потери на трение в подшипниковых узлах.The disadvantages of this design are the limited functionality due to the low speed of the electric machine, low rotor strength and significant friction losses in the bearing assemblies.
Известна конструкция сверхпроводящей бесконтактной синхронной машины (патент US 4352033 C1, H02K 9/19, 1982 г.), содержащая статор, ротор, на статоре якорную обмотку и обмотку возбуждения возбудителя, а на роторе систему возбуждения, выполненную в виде многофазной обмотки.A known design of a superconducting non-contact synchronous machine (patent US 4352033 C1, H02K 9/19, 1982), containing a stator, a rotor, an anchor winding and a field exciter winding on the stator, and a field excitation system made on the rotor in the form of a multiphase winding.
Недостатками такой конструкции являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные малой быстроходностью электрической машины, незначительная прочность ротора, значительные потери на трение в подшипниковых узлах, а также сложность технической реализации.The disadvantages of this design are the limited functionality due to the low speed of the electric machine, the insignificant strength of the rotor, significant friction losses in the bearing units, as well as the complexity of the technical implementation.
Известен бесконтактный синхронный генератор (А.С. СССР №169658, H02K 19/38, 1955), содержащий статор, ротор, на статоре основную и дополнительную обмотки, а на роторе обмотку возбуждения, питаемую от дополнительной роторной обмотки через полупроводниковые выпрямители, с целью упрощения и уменьшения расхода активных материалов, указанная дополнительная обмотка статора питается от основной статорной обмотки через линейный дроссель, осуществляющий фазовое компаундирование совместно с токовой обмоткой, расположенной на статоре.A non-contact synchronous generator is known (AS USSR No. 169658,
Недостатками такой конструкции являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные малой быстроходностью электрической машины, незначительная прочность ротора и значительные потери на трение в подшипниковых узлах.The disadvantages of this design are the limited functionality due to the low speed of the electric machine, low rotor strength and significant friction losses in the bearing assemblies.
Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату является конструкция бесконтактной синхронной машины с вращающимися выпрямителями (Д.А. Бут. Бесконтактные электрические машины // М. - Высшая школа. - 1990 г. - c.108), содержащая корпус, вал, статор с пазами, ротор, насаженный на вал, основную обмотку, уложенную в пазах статора, на роторе расположена обмотка возбуждения, электрически соединенная через блок вращающихся выпрямителей со вторичной обмоткой вращающегося трансформатора, уложенной в подвижном магнитопроводе, насаженном на валу, первичную обмотку вращающегося трансформатора, уложенную в неподвижном магнитопроводе, установленном в корпусе концентрично с воздушным зазором относительно подвижного магнитопровода.The closest to the claimed technical essence and the achieved result is the design of a contactless synchronous machine with rotating rectifiers (DA But. Contactless electric machines // M. - Higher school. - 1990 - p.108), containing a housing, a shaft , a stator with grooves, a rotor mounted on a shaft, a main winding laid in the stator grooves, a field winding located on the rotor electrically connected through a block of rotating rectifiers with a secondary winding of a rotating transformer laid in a movable magnetic circuit An ode mounted on the shaft, the primary winding of a rotating transformer, laid in a fixed magnetic circuit installed in the housing concentrically with an air gap relative to the movable magnetic circuit.
Недостатками такой конструкции являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные малой быстроходностью электрической машины, незначительная прочность ротора и значительные потери на трение в подшипниковых узлах.The disadvantages of this design are the limited functionality due to the low speed of the electric machine, low rotor strength and significant friction losses in the bearing assemblies.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей бесконтактной электрической машины, благодаря повышению ее быстроходности, минимизация потерь энергии на трение в подшипниковых узлах, благодаря применению гибридных магнитных подшипников, повышение прочности ротора благодаря выполнению его в виде цилиндра постоянного сечения с пазами для вращающихся выпрямителей.The objective of the invention is to expand the functionality of a contactless electric machine, by increasing its speed, minimizing friction energy losses in bearing assemblies, by using hybrid magnetic bearings, increasing the strength of the rotor by making it in the form of a constant section cylinder with grooves for rotating rectifiers.
Техническим результатом является повышение надежности и энергоэффективности, а также повышение выходной мощности бесконтактной электрической машины.The technical result is to increase reliability and energy efficiency, as well as increasing the output power of a contactless electric machine.
Поставленная задача решается и указанный результат достигается по первому варианту тем, что в высокоскоростной бесконтактной электрической машине, содержащей корпус, вал, статор с пазами, ротор, насаженный на вал, основную обмотку, уложенную в пазах статора, на роторе расположена обмотка возбуждения, электрически соединенная через блок вращающихся выпрямителей с вторичной обмоткой вращающегося трансформатора, уложенной в подвижном магнитопроводе, насаженном на валу, первичную обмотку вращающегося трансформатора, уложенную в неподвижном магнитопроводе, установленном в корпусе концентрично с воздушным зазором относительно подвижного магнитопровода, согласно изобретению, что вал с ротором выполнены в виде цилиндра постоянного сечения с пазами для вращающихся выпрямителей, при этом диаметр подвижного магнитопровода вращающегося трасформатора равен диаметру ротора, а диаметр расточки неподвижного магнитопровода вращающегося трансформатора равен диаметру расточки статора.The problem is solved and the indicated result is achieved according to the first embodiment in that in a high-speed non-contact electric machine containing a housing, a shaft, a stator with grooves, a rotor mounted on a shaft, a main winding laid in the stator grooves, an excitation winding is electrically connected on the rotor through a block of rotating rectifiers with a secondary winding of a rotating transformer laid in a movable magnetic circuit mounted on a shaft, the primary winding of a rotating transformer laid in motionless according to the invention that the shaft with the rotor is made in the form of a cylinder of constant cross-section with grooves for rotating rectifiers, while the diameter of the moving magnetic core of the rotating transformer is equal to the diameter of the rotor, and the diameter of the bore of the stationary magnetic core of the rotating transformer is equal to the diameter of the stator bore.
Поставленная задача решается и указанный результат достигается по второму варианту тем, что в высокоскоростной бесконтактной электрической машине, содержащей корпус, вал, статор с пазами, ротор, насаженный на вал, основную обмотку, уложенную в пазах статора, на роторе расположена обмотка возбуждения, электрически соединенная через блок вращающихся выпрямителей с вторичной обмоткой вращающегося трансформатора, уложенной в подвижном магнитопроводе, насаженном на валу, первичную обмотку вращающегося трансформатора, уложенную в неподвижном магнитопроводе, установленном в корпусе концентрично с воздушным зазором относительно подвижного магнитопровода, согласно изобретению, что вал с ротором выполнены в виде цилиндра постоянного сечения с пазами для вращающихся выпрямителей, при этом диаметр подвижного магнитопровода вращающегося трансформатора равен диаметру ротора, а диаметр расточки неподвижного магнитопровода вращающегося трансформатора равен диаметру расточки статора, причем выпрямители выполнены в виде цилиндра с неэлектропроводным основанием и жесткими электрическими контактами, а пазы вала выполнены в виде цилиндрических отверстий.The problem is solved and the specified result is achieved according to the second embodiment in that in a high-speed non-contact electric machine containing a housing, a shaft, a stator with grooves, a rotor mounted on a shaft, a main winding laid in the stator grooves, an excitation winding is electrically connected on the rotor through a block of rotating rectifiers with a secondary winding of a rotating transformer laid in a movable magnetic circuit mounted on a shaft, the primary winding of a rotating transformer laid in motionless according to the invention that the shaft with the rotor is made in the form of a cylinder of constant cross-section with grooves for rotating rectifiers, while the diameter of the moving magnetic circuit of the rotating transformer is equal to the diameter of the rotor, and the diameter of the bore of the stationary magnetic circuit of the rotating the transformer is equal to the diameter of the stator bore, and the rectifiers are made in the form of a cylinder with a non-conductive base and rigid ektricheskimi contacts and shaft grooves are designed as cylindrical apertures.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена высокоскоростная бесконтактная электрическая машина по первому варианту. На фиг.2 изображена высокоскоростная бесконтактная электрическая машина по второму варианту. На фиг.3 изображена конструкция выпрямителя. На фиг.4 изображен разрез ротора.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a high-speed non-contact electric machine according to the first embodiment. Figure 2 shows a high-speed non-contact electric machine according to the second embodiment. Figure 3 shows the design of the rectifier. Figure 4 shows a section of the rotor.
Предложенное устройство по первому варианту содержит (фиг.1) корпус 1, в котором установлен статор с пазами 2, в которых уложена обмотка 3, вал 4, на котором насажен ротор 5 с обмоткой возбуждения 6, вал 4 с ротором 5 концентрично расположены в радиальных магнитных подшипниках 7 и перпендикулярно осевому магнитному подшипнику 8, бандаж 9, при этом на валу установлен комбинированный магнитный подшипник, состоящий из вращающегося трансформатора 10 и магнитного подшипника на постоянных магнитах 11, при этом обмотки вращающегося трансформатора 10 электрически соединены через вращающиеся выпрямители 12 с обмоткой возбуждения 6.The proposed device according to the first embodiment contains (Fig. 1) a
Предложенное устройство по второму варианту содержит (фиг.2) корпус 1, в котором установлен статор с пазами 2, в которых уложена обмотка 3, вал 4, на котором насажен ротор 5 с обмоткой возбуждения 6, вал 4 с ротором 5 концентрично расположены в радиальных магнитных подшипниках 7 и перпендикулярно осевому магнитному подшипнику 8, бандаж 9, при этом на валу установлен комбинированный магнитный подшипник, состоящий из вращающегося трансформатора 10 и магнитного подшипника на постоянных магнитах 11, при этом обмотки вращающегося трансформатора 10 электрически соединены через вращающиеся выпрямители 12 с обмоткой возбуждения 6, причем вращающиеся выпрямители 12 выполнены в виде цилиндра с неэлектропроводным основанием 13, электрическими контактами 14 и бандажа 15 (фиг.3), а пазы вала 4 выполнены в виде цилиндрических отверстий (фиг.4).The proposed device according to the second embodiment contains (Fig. 2) a
Устройство по первому варианту работает следующим образом: при подаче переменного электрического тока на вращающийся трансформатор 10, через вращающиеся выпрямители 12, в обмотки возбуждения 6 начинает протекать электрический ток, который создает в воздушном зазоре поле возбуждения. При вращении вала 4 с ротором 5 по закону электромагнитной индукции в обмотке статора начинает протекать переменный электрический ток. При этом конструкция вала 4, ротора 5 с бандажом 9 обеспечивают повышение прочности бесконтактной электрической машины, а применение комбинированного магнитного подшипника, состоящего из вращающегося трансформатора 10 и магнитного подшипника на постоянных магнитах 11, а также радиальных магнитных подшипниках 7 и осевого магнитного подшипника 8 обеспечивает бесконтактное вращение вала 4, а следовательно, и минимальные потери на трение.The device according to the first embodiment works as follows: when an alternating electric current is supplied to the rotating
Устройство по второму варианту работает следующим образом: при подаче переменного электрического тока на вращающийся трансформатор 10, через вращающиеся выпрямители 12, в обмотки возбуждения 6 начинает протекать электрический ток, который создает в воздушном зазоре поле возбуждения. При вращении вала 4 с ротором 5 по закону электромагнитной индукции в обмотке статора начинает протекать переменный электрический ток. При этом конструкция вала 4, ротора 5 с бандажом 9 обеспечивают повышение прочности бесконтактной электрической машины, а применение комбинированного магнитного подшипника, состоящего из вращающегося трансформатора 10 и магнитного подшипника на постоянных магнитах 11, а также радиальных магнитных подшипниках 7 и осевого магнитного подшипника 8 обеспечивает бесконтактное вращение вала 4, а следовательно, и минимальные потери на трение. Дополнительная прочность и возможности по повышению быстроходности высокоскоростной бесконтактной электрической машины обеспечивается тем, что вращающиеся выпрямители 12 выполнены в виде цилиндра с неэлектропроводным основанием 13, жесткими электрическими контактами 15 и бандажа 16, обеспечивающими надежную электрическую связь между обмоткой возбуждения и вращающимся трансформатором, и вставленные в пазы вала 4 выполнены в виде цилиндрических отверстий.The device according to the second embodiment works as follows: when an alternating electric current is supplied to the rotating
Итак, заявляемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности бесконтактной электрической машины, благодаря повышению ее быстроходности, минимизировать потери энергии на трение в подшипниковых узлах, благодаря применению гибридных магнитных подшипников, повысить прочность ротора, благодаря выполнению его в виде цилиндра постоянного сечения с пазами для вращающихся выпрямителей.So, the claimed invention allows to expand the functionality of a contactless electric machine, by increasing its speed, to minimize energy loss due to friction in the bearing assemblies, due to the use of hybrid magnetic bearings, to increase the strength of the rotor, due to its design as a cylinder of constant cross section with grooves for rotating rectifiers.
Таким образом, повышается надежность, энергоэффективность, а также повышается выходная мощность бесконтактной электрической машины.Thus, increased reliability, energy efficiency, and also increases the output power of a contactless electric machine.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014102429/07A RU2534756C1 (en) | 2014-01-24 | 2014-01-24 | High-speed non-contact electric machine (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014102429/07A RU2534756C1 (en) | 2014-01-24 | 2014-01-24 | High-speed non-contact electric machine (versions) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2534756C1 true RU2534756C1 (en) | 2014-12-10 |
Family
ID=53285625
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014102429/07A RU2534756C1 (en) | 2014-01-24 | 2014-01-24 | High-speed non-contact electric machine (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2534756C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2647490C1 (en) * | 2016-10-25 | 2018-03-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Air-gap wound synchronous generator with integrated magnetic suspension |
RU2700276C1 (en) * | 2018-12-26 | 2019-09-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Electric machine |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU248824A1 (en) * | Ю. В. Купри нов , В. А. Ермаченко | DEVICE FOR BRUSHLESS EXCITATION OF ELECTRIC MACHINE | ||
SU1120455A1 (en) * | 1983-01-07 | 1984-10-23 | Научно-Исследовательский И Экспериментальный Институт Автотракторного Электрооборудования И Автоприборов | Contactless synchronous electric machine |
SU1365269A1 (en) * | 1986-03-06 | 1988-01-07 | Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильного электрооборудования и автоприборов | Contactless synchronous electric machine |
RU14703U1 (en) * | 2000-01-31 | 2000-08-10 | Петербургский государственный университет путей сообщения | VERTICAL ELECTRIC MOTOR WITH GAS-DYNAMIC ROTOR LEVITATION |
-
2014
- 2014-01-24 RU RU2014102429/07A patent/RU2534756C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU248824A1 (en) * | Ю. В. Купри нов , В. А. Ермаченко | DEVICE FOR BRUSHLESS EXCITATION OF ELECTRIC MACHINE | ||
SU1120455A1 (en) * | 1983-01-07 | 1984-10-23 | Научно-Исследовательский И Экспериментальный Институт Автотракторного Электрооборудования И Автоприборов | Contactless synchronous electric machine |
SU1365269A1 (en) * | 1986-03-06 | 1988-01-07 | Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильного электрооборудования и автоприборов | Contactless synchronous electric machine |
RU14703U1 (en) * | 2000-01-31 | 2000-08-10 | Петербургский государственный университет путей сообщения | VERTICAL ELECTRIC MOTOR WITH GAS-DYNAMIC ROTOR LEVITATION |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2647490C1 (en) * | 2016-10-25 | 2018-03-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Air-gap wound synchronous generator with integrated magnetic suspension |
RU2700276C1 (en) * | 2018-12-26 | 2019-09-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Electric machine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2450411C1 (en) | Axial two-input contactless dynamo | |
CN103208893A (en) | Induction excitation type mixed excitation brushless synchronous motor | |
RU2561504C1 (en) | Axial two-input contactless wind and solar generator | |
US20160049838A1 (en) | Synchronous machine | |
US10491055B2 (en) | Self-exciting synchronous reluctance generators | |
US20150295482A1 (en) | Electrical machine | |
RU2402858C1 (en) | Axial contactless direct current generator | |
EP2814146A2 (en) | Permanent magnet synchronous machines with magnetic flux regulation | |
CN104682648A (en) | Biharmonic excitation mixed excitation permanent magnet motor | |
RU2534756C1 (en) | High-speed non-contact electric machine (versions) | |
RU2437201C1 (en) | Non-contact electric machine with axial excitation | |
RU2437202C1 (en) | Non-contact magnetoelectric machine with axial excitation | |
US4835431A (en) | Transformer and synchronous machine with stationary field winding | |
RU2585222C1 (en) | Radial-axial two-input non-contact electric machine-generator | |
RU2392724C1 (en) | Single-phased electric generator | |
RU163830U1 (en) | SUPERCONDUCTOR ELECTRIC MACHINE WITH AXIAL EXCITATION AND CLAW-ROTOR ROTOR WITH PERMANENT MAGNETS | |
RU2393615C1 (en) | Single-phase contact-free electromagnetic generator | |
RU2603360C1 (en) | Synchronous electromechanical energy converter of inverted structure | |
RU2502180C2 (en) | Device for start-up and brushless excitation of non-contact synchronous machine | |
RU2507666C1 (en) | Inductor electric machine | |
RU2775062C1 (en) | Synchronous generator | |
WO2015181703A1 (en) | Electrical machine with continuous geometry and constant torque operation | |
EA008613B1 (en) | Polyphase electrical machine | |
KR101531932B1 (en) | Permanent magnet exciter for delivering high efficiency power and generator thereof | |
RU2759561C1 (en) | Contactless synchronous machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160125 |