RU2539572C2 - Inductor machine with axial flux for severe operating conditions - Google Patents

Inductor machine with axial flux for severe operating conditions Download PDF

Info

Publication number
RU2539572C2
RU2539572C2 RU2013112993/07A RU2013112993A RU2539572C2 RU 2539572 C2 RU2539572 C2 RU 2539572C2 RU 2013112993/07 A RU2013112993/07 A RU 2013112993/07A RU 2013112993 A RU2013112993 A RU 2013112993A RU 2539572 C2 RU2539572 C2 RU 2539572C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stator
rotor
magnetic
machine
inductor
Prior art date
Application number
RU2013112993/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013112993A (en
Inventor
Алексей Петрович Темирев
Алексей Александрович Цветков
Василий Иванович Киселев
Игорь Анатольевич Квятковский
Алексей Алексеевич Темирев
Игорь Павлович Островский
Сергей Алексеевич Цветков
Алексей Сергеевич Шкурин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Малое инновационное предприятие "Мехатроника" Южно-Российского государственного технического университета ( Новочеркасского политехнического института)"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Малое инновационное предприятие "Мехатроника" Южно-Российского государственного технического университета ( Новочеркасского политехнического института)" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Малое инновационное предприятие "Мехатроника" Южно-Российского государственного технического университета ( Новочеркасского политехнического института)"
Priority to RU2013112993/07A priority Critical patent/RU2539572C2/en
Publication of RU2013112993A publication Critical patent/RU2013112993A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2539572C2 publication Critical patent/RU2539572C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention is related to the sphere of electric engineering, and namely to inductor machines with contactless switching performed by semiconductor devices, and may be used for electric drives of different purpose as well as in electricity generation systems at high demands to reliability. The inductor machine with axial flux comprises a cylindrical body (1), the stator (3) with winding, the rotor without winding with an external shaft (4) having n magnetic teeth (5) and a disc plate of non-magnetic material (6).
EFFECT: improved reliability of functioning in unfavourable operating conditions; the machine design envisages effective cooling of the stator and especially rotor, thus providing in result high specific load capacity of the whole inductor machine.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к индукторным машинам с бесконтактной коммутацией, осуществляемой с помощью полупроводниковых приборов, и может быть использовано для электроприводов различного назначения, а также в системах генерации электроэнергии при повышенных требованиях к надежности. Преимущественная область применения - системы электродвижения подводных, глубоководных обитаемых и необитаемых аппаратов, судов морского и речного флота, а также электронасосы, компрессоры, работающие в жестких условиях эксплуатации.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to induction machines with non-contact switching, carried out using semiconductor devices, and can be used for electric drives for various purposes, as well as in power generation systems with increased reliability requirements. The primary field of application is the electric propulsion systems of underwater, deep-sea inhabited and uninhabited vehicles, ships of the sea and river fleet, as well as electric pumps, compressors operating in harsh operating conditions.

Известны торцевые электрические машины (Патент РФ №2448404 на изобретение ТОРЦЕВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА от 24.02.2011, МПК H02K 16/02 (2006.01), H02K 1/06 (2006.01), Патентообладатель: Пучкин Евгений Константинович (RU)) и (Патент РФ №2313888 на изобретение ТОРЦЕВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА от 15.06.2006, МПК H02K 21/24 (2006.01), H02K 21/12 (2006.01), H02K 16/02 (2006.01), Патентообладатель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Красноярский государственный технический университет (КГТУ) (RU)).End-face electric machines are known (RF Patent No. 2448404 for the invention of ELECTRICAL ELECTRIC MACHINE dated 02.24.2011, IPC H02K 16/02 (2006.01), H02K 1/06 (2006.01), Patentee: Evgeny Konstantinovich Puchkin and RU Patent No. 2313888 for the invention of ELECTRICAL ELECTRIC MACHINE dated 06/15/2006, IPC H02K 21/24 (2006.01), H02K 21/12 (2006.01), H02K 16/02 (2006.01), Patent holder: State Educational Institution of Higher Professional Education Krasnoyarsk State Technical University (KSTU ) (RU)).

Основным общим недостатком данных машин является - в связи с использованием в конструкции роторов ферритовых сердечников с короткозамкнутыми обмотками - определенное ограничение по нагрузочной способности из-за отсутствия возможности эффективного охлаждения как ротора, так и двигателя в целом.The main common drawback of these machines is - in connection with the use of ferrite cores with short-circuited windings in the design of the rotors - a certain limitation on the load capacity due to the lack of the possibility of efficient cooling of both the rotor and the motor as a whole.

Также известен электродвигатель (Международная патентная заявка № WO/2010/084530, ELECTRIC MOTOR, 07.05.2009, IPC H02K 16/02 (2006.01), H02K 21/24 (2006.01), Заявители: KASAI, Toshiyuki [JP/JP], OKAMOTO, Tetsuo [JP/JP]), содержащий корпус со статором в средней части двигателя, который скомпонован из двух обмоток с расположенным между ними плоским кольцом с 4-мя парами постоянных магнитов; вала двигателя на двух подшипниках, с закрепленными на нем (с левой и правой наружной торцевой стороны статора двигателя) двумя плоскими дисковыми роторами, на поверхности которых расположены по 2-е пары постоянных магнитов, имеющих форму сектора кольца (1/4 кольца), ограниченного радиусами, а также наружной и внутренней (со стороны вала двигателя) окружностью диска ротора, а также двумя электроконтактными коммутаторами кулачкового типа, закрепленными на одном из выходов вала двигателя.An electric motor is also known (International Patent Application No. WO / 2010/084530, ELECTRIC MOTOR, 05/07/2009, IPC H02K 16/02 (2006.01), H02K 21/24 (2006.01), Applicants: KASAI, Toshiyuki [JP / JP], OKAMOTO , Tetsuo [JP / JP]), comprising a housing with a stator in the middle of the motor, which is composed of two windings located between them with a flat ring with 4 pairs of permanent magnets; the motor shaft with two bearings, with two flat disk rotors fixed on it (from the left and right outer end faces of the motor stator), on the surface of which there are 2 pairs of permanent magnets having the shape of a ring sector (1/4 ring), limited radii, as well as the outer and inner (from the motor shaft side) circumference of the rotor disk, as well as two cam-type electrical contact switches mounted on one of the motor shaft outputs.

Недостатками данного электродвигателя являются:The disadvantages of this electric motor are:

- относительно сложная конструкция статора, занимающая значительную часть объема двигателя;- a relatively complex stator design, which occupies a significant part of the engine volume;

- использование при переключении обмоток статора (для создания вращающего магнитного поля) электроконтактного коммутатора (относительно ненадежного узла электродвигателя), требующего проведения регулярного технического обслуживания.- use when switching the stator windings (to create a rotating magnetic field) of an electrical contact switch (relative to an unreliable electric motor assembly), requiring regular maintenance.

Известен электропривод (Патент РФ №2219642 на изобретение ЭЛЕКТРОПРИВОД (ВАРИАНТЫ) от 09.12.1999, МПК7 Н02К 21/12, Патентообладатель: ЭДВЕНСЕД РОТАРИ СИСТЕМС, ЛЛС. (US)), содержащий ротор и статор, при этом ротор выполнен в виде двух шайб с распределенными по окружности полюсами и размещенного между шайбами цилиндрического магнита, намагниченного в аксиальном направлении таким образом, что полюсы каждой из шайб являются одноименными, а по отношению к полюсам другой шайбы - разноименными, а статор выполнен в виде распределенных по окружности катушек, отличающийся тем, что полюсы ротора образованы зубьями, выполненными по внутренней окружности обеих шайб, обращенными к оси устройства и расположенными в плоскостях, перпендикулярных оси устройства, а полюсы катушек статора размещены с возможностью торцевого взаимодействия с полюсами ротора.The electric drive is known (RF Patent No. 2219642 for the invention of an ELECTRIC DRIVE (OPTIONS) dated 12/12/1999, MPK7 Н02К 21/12, Patentee: EDVENCED ROTARY SYSTEMS, LLS. (US)), containing a rotor and a stator, while the rotor is made in the form of two washers with poles distributed around the circumference and placed between the washers of the cylindrical magnet, magnetized in the axial direction so that the poles of each of the washers are of the same name, and opposite to the poles of the other washer, the stator is made in the form of coils distributed around the circumference, exl sistent in that the rotor poles are formed by teeth made on the inner circumference of both washers facing the axis of the device and disposed in planes perpendicular to the tool axis and the poles of the stator coils are arranged to mechanical interaction with the rotor poles.

Также известен синхронный реактивный электродвигатель (Патент РФ №2057389 на изобретение СИНХРОННЫЙ РЕАКТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ от 16.02.1994, МПК6 Н02К 19/06, Патентообладатель: Новосибирский государственный технический университет (RU)), содержащий статор с m-фазной обмоткой и явнополюсный ротор, магнитопровод которого выполнен из расположенных вдоль активной поверхности двигателя ферромагнитных пакетов, состоящих из отдельных элементов, отличающийся тем, что ферромагнитные пакеты выполнены П-образными из элементов, боковые поверхности которых параллельны оси вращения ротора, радиально ориентированные участки пакетов расположены в пределах активного объема ротора и имеют переменную высоту, изменяющуюся по линейному закону от нуля на внешнем радиусе до максимального значения на внутреннем радиусе активной зоны машины, тангенциально ориентированные участки пакетов имеют постоянную высоту и размещены в области, ограниченной внутренним радиусом активного объема двигателя.Also known is a synchronous jet electric motor (RF Patent No. 2057389 for the invention SYNCHRONOUS REACTIVE ELECTRIC MOTOR from 02.16.1994, IPC6 Н02К 19/06, Patentee: Novosibirsk State Technical University (RU)), containing a stator with an m-phase winding and an explicit pole rotor, whose magnetic circuit is made of ferromagnetic packages located along the active surface of the engine, consisting of individual elements, characterized in that the ferromagnetic packages are made U-shaped from elements, the side surfaces of which x are parallel to the axis of rotation of the rotor, the radially oriented sections of the packages are located within the active volume of the rotor and have a variable height that varies linearly from zero on the outer radius to the maximum value on the inner radius of the core of the machine, the tangentially oriented sections of the packets have a constant height and are located in area bounded by the internal radius of the active engine volume.

При использовании данных технических решений (Патенты РФ №2219642 и 2057389) в жестких условиях эксплуатации, например, при работе в составе электронасоса для перекачки агрессивной жидкости или в качестве привода гребного винта системы электродвижения подводного обитаемого и необитаемого аппарата необходимо обеспечить надежную герметизацию внутреннего объема электродвигателя от внешней среды, что является достаточно сложной технической проблемой, в том числе требующей проведения регулярного технического обслуживания узла уплотнения выходного вала в процессе эксплуатации.When using these technical solutions (Patents of the Russian Federation No. 2219642 and 2057389) in harsh operating conditions, for example, when operating as part of an electric pump for pumping aggressive liquids or as a propeller drive for the electric propulsion system of an underwater inhabited and uninhabited apparatus, it is necessary to ensure reliable sealing of the internal volume of the electric motor from the environment, which is a rather complicated technical problem, including requiring regular maintenance of the seal assembly one shaft during operation.

Кроме этого, так как существующие конструкции уплотнения выходного вала электродвигателя зачастую (при большом значении давления) не способны обеспечить необходимую герметизацию, разработчики систем электродвижения глубоководных аппаратов вынуждены для передачи крутящего момента создавать специальные маслозаполненные электрические двигатели с приспособлениями выравнивания давления или основной двигатель дополнять электромагнитной муфтой специального исполнения (см., например, Свидетельство на полезную модель РФ №36923 «Герметизированная магнитная муфта») и т.д.In addition, since existing seal designs of the output shaft of the electric motor are often (with a high pressure value) unable to provide the necessary sealing, the developers of electric systems for deep-sea vehicles are forced to create special oil-filled electric motors with pressure equalization devices or to supplement the main motor with a special electromagnetic coupling to transmit torque execution (see, for example, Certificate for utility model of the Russian Federation No. 36923 "Seals Rowan magnetic coupling "), etc.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является вентильный двигатель-генератор (Патент РФ №117167 на полезную модель ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ-ГЕНЕРАТОР С ИЗМЕНЯЕМОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ от 13.09.2011, МПК F02N 11/04 (2006.01), H02K 29/00 (2006.01), H02K 1/06 (2006.01), Патентообладатели: Милов Владимир Николаевич (RU), Милов Евгений Владимирович (RU), Сипин Иван Александрович (RU), Карпинский Александр Иванович (RU), Андреенко Александр Степанович (RU), содержащий корпус двигателя, статор с находящейся на нем якорной обмоткой и ротор с внешним валом.The closest in technical essence to the claimed solution is a valve motor generator (RF Patent No. 117167 for a utility model VENTILY MOTOR-GENERATOR WITH VARIABLE MAGNETIC SYSTEM GEOMETRY of September 13, 2011, IPC F02N 11/04 (2006.01), H02K 29/00 (2006.01 ), H02K 1/06 (2006.01), Patent holders: Milov Vladimir Nikolaevich (RU), Milov Evgeny Vladimirovich (RU), Sipin Ivan Alexandrovich (RU), Karpinsky Alexander Ivanovich (RU), Andreyenko Aleksandr Stepanovich (RU), containing engine block , a stator with an anchor winding located on it and a rotor with an external shaft.

Основным недостатком по прототипу является то, что конструкцией данного вентильного двигателя-генератора с изменяемой геометрией магнитной системы не обеспечивается его работа в жестких условиях эксплуатации.The main disadvantage of the prototype is that the design of this valve motor generator with variable geometry of the magnetic system does not ensure its operation in harsh operating conditions.

В соответствии с классификацией условий эксплуатации электродвигателей, разработанной Всесоюзным научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом электромашиностроения (ВНИПТИЭМ), г. Владимир (см. Web-страницу: http://leg.co.ua/info/elektricheskie-mashiny/ekspluataciya-elektrodvigateley-v-selskom-hozyaystve-4.html), условия эксплуатации разделены на легкие, нормальные, жесткие и особо жесткие. Легкие условия эксплуатации означают, что один или несколько факторов, влияющих на надежность электродвигателя, отклоняются от номинальных режимов в сторону их облегчения. Жесткие условия характеризуются наличием одного из факторов (например, таких как: влажность, сырость, особая сырость, химически активная среда), значение которого выше номинального уровня. Особо жесткие условия характеризуются наличием двух и более факторов, превышающих номинальные значения, либо одним из факторов, из-за чрезвычайно высокого отклонения которого от номинального уровня значительно снижается надежность электродвигателя.In accordance with the classification of electric motor operating conditions developed by the All-Union Scientific Research, Design and Technological Institute of Electric Machine Engineering (VNIPTIEM), Vladimir (see Web page: http://leg.co.ua/info/elektricheskie-mashiny /ekspluataciya-elektrodvigateley-v-selskom-hozyaystve-4.html), the operating conditions are divided into light, normal, hard and especially harsh. Light operating conditions mean that one or more factors affecting the reliability of the electric motor deviate from the nominal modes in the direction of facilitating them. Severe conditions are characterized by the presence of one of the factors (for example, such as: humidity, dampness, special dampness, chemically active medium), the value of which is higher than the nominal level. Particularly severe conditions are characterized by the presence of two or more factors exceeding the nominal values, or one of the factors, due to the extremely high deviation of which from the nominal level, the reliability of the electric motor is significantly reduced.

Целью изобретения является создание индукторной машины с аксиальным магнитным потоком, обеспечивающей повышенные требования к надежности в условиях жестких условий эксплуатации.The aim of the invention is the creation of an induction machine with axial magnetic flux, providing increased requirements for reliability in harsh operating conditions.

Поставленная цель достигается тем, что в индукторной машине с аксиальным магнитным потоком, содержащей цилиндрический корпус, статор с находящейся на нем обмоткой и ротор с внешним валом, в статоре, закрепленном в цилиндрическом корпусе индукторной машины и выполненном в конструктивном исполнении торцевого типа, установлена многофазная обмотка, образующая «m» магнитных полюсов, равномерно распределенных по торцевой поверхности статора; ротор представляет собой плоский диск, причем на торцевой стороне диска ротора, обращенного к «m» магнитным полюсам статора, предусмотрено «n» магнитных зубцов, равномерно распределенных по торцевой поверхности ротора; причем в зазор между неподвижными магнитными полюсами статора и подвижными магнитными зубцами ротора установлена дисковая пластина из немагнитного материала, изолирующая внутренний объем цилиндрического корпуса индукторной машины со статором от условий внешней среды, непосредственно в которой размещен безобмоточный ротор с внешним валом индукторной машины.This goal is achieved by the fact that in the induction machine with an axial magnetic flux containing a cylindrical body, a stator with a winding located on it and a rotor with an external shaft, a multiphase winding is installed in the cylindrical body of the induction machine and made in the design of the end type forming “m” of magnetic poles uniformly distributed over the end surface of the stator; the rotor is a flat disk, and on the end side of the rotor disk facing the “m” magnetic poles of the stator, there are “n” magnetic teeth evenly distributed over the end surface of the rotor; moreover, in the gap between the stationary magnetic poles of the stator and the movable magnetic teeth of the rotor, a disk plate of non-magnetic material is installed that insulates the internal volume of the cylindrical body of the inductor machine with the stator from environmental conditions, in which the windingless rotor with the external shaft of the inductor machine is directly located.

Кроме этого, межзубцовые зоны «n» магнитных зубцов диска ротора заполнены немагнитным составом.In addition, the interdental zones “n” of the magnetic teeth of the rotor disk are filled with a non-magnetic composition.

В качестве немагнитного состава может быть использован немагнитный материал, например, полимерная масса, которая после затвердевания образует монолитную конструкцию торцевой стороны (поверхности) диска ротора, обращенной к «m» магнитным полюсам статора.As a non-magnetic composition, a non-magnetic material can be used, for example, a polymer mass, which after solidification forms a monolithic structure of the end side (surface) of the rotor disk facing the “m” magnetic poles of the stator.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.The invention is illustrated graphic materials.

На фиг. 1 представлен продольный разрез индукторной машины с аксиальным магнитным потоком.In FIG. 1 shows a longitudinal section through an axial magnetic flux induction machine.

Согласно фиг. 1 индукторная машина с аксиальным магнитным потоком включает цилиндрический корпус 1, многофазную обмотку статора 2, образующую «m» магнитных полюсов статора 3, безобмоточный ротор с внешним валом 4, имеющий «n» магнитных зубцов 5, и дисковую пластину из немагнитного материала 6.According to FIG. 1, an axial magnetic flux induction machine includes a cylindrical housing 1, a multiphase stator winding 2 forming “m” of the magnetic poles of the stator 3, a windingless rotor with an external shaft 4 having “n” magnetic teeth 5, and a disk plate of non-magnetic material 6.

На рис. 1 представлено синтезированные (упрощенное) изображение общего вида индукторной машины с аксиальным магнитным потоком в сборе в ракурсе 3/4 (см. Приложение к данному описанию). Причем для наглядности представления взаимодействия основных составных частей электрической машины (статора и ротора), на рис. 1 в упрощенном представлении конструкции машины умышленно не показаны внешний вал ротора и дисковая пластина из немагнитного материала.In fig. Figure 1 shows the synthesized (simplified) image of a general view of an induction machine with an axial magnetic flux assembly in the 3/4 view (see the Appendix to this description). Moreover, for clarity, the representation of the interaction of the main components of an electric machine (stator and rotor), in Fig. 1, in a simplified representation of a machine structure, the outer rotor shaft and the disk plate of non-magnetic material are not intentionally shown.

На рис. 2 представлено синтезированное изображение общего вида статора индукторной машины (см. Приложение к данному описанию).In fig. 2 shows a synthesized image of a general view of the stator of an inductor machine (see the Appendix to this description).

На рис. 3 представлено синтезированное изображение общего вида ротора индукторной машины с внешним валом (см. Приложение к данному описанию).In fig. Figure 3 shows a synthesized image of a general view of the rotor of an induction machine with an external shaft (see the Appendix to this description).

В исполнении индукторной машины, представленном на рис. 1-3, «m» равно 12, а «n» - 8.In the performance of the inductor machine shown in Fig. 1-3, “m” is 12, and “n” is 8.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемой индукторной машине с аксиальным магнитным потоком за счет того, что обмотки статора изолированы от внешней среды, обеспечивается высокая надежность функционирования в неблагоприятных условиях эксплуатации, а конструктивное исполнение машины предусматривает эффективное охлаждение статора и особенно ротора - в итоге обеспечивает высокую удельную нагрузочную способность индукторной машины в целом.The essence of the invention lies in the fact that in the proposed induction machine with axial magnetic flux due to the fact that the stator windings are isolated from the external environment, high reliability is ensured in adverse operating conditions, and the design of the machine provides for effective cooling of the stator and especially the rotor - as a result provides high specific load capacity of the inductor machine as a whole.

Предлагаемая индукторная машина работает следующим образом.The proposed induction machine operates as follows.

Режим двигателяEngine mode

При поступлении в многофазную обмотку 2, образующую «m» магнитных полюсов статора 3 (см. фиг. 1) питающих напряжений переменного тока, создается вращающее электромагнитное поле, которое взаимодействуя с «n» магнитными зубцами диска ротора, увлекает их за собой, создавая вращающий момент на внешнем валу двигателя 4 (с целью упрощения подшипниковый узел внешнего вала двигателя 4 на фиг. 1 - не показан).Upon entering the multiphase winding 2, forming the "m" of the magnetic poles of the stator 3 (see Fig. 1) of the AC supply voltages, a rotating electromagnetic field is created, which, interacting with the "n" magnetic teeth of the rotor disk, carries them along, creating a rotating the moment on the external shaft of the engine 4 (to simplify the bearing assembly of the external shaft of the engine 4 in Fig. 1 is not shown).

В зависимости от значений питающих напряжения и частоты тока, формируемых преобразователем напряжения (на фиг. 1 - не показан), от которого получает электропитание обмотка статора, двигатель разгоняется, выходит на номинальный режим работы, работает с допустимой перегрузкой и т.д.Depending on the values of the supply voltage and the frequency of the current generated by the voltage converter (not shown in Fig. 1), from which the stator winding receives power, the motor accelerates, enters the rated mode of operation, operates with permissible overload, etc.

Причем в предлагаемой индукторной машине для обеспечения эффективного процесса управления преобразователем напряжения предполагается использование или датчика положения ротора, в том числе бесконтактного типа (на фиг. 1 - не показан) или способа управления, использующего сигналы противо-ЭДС в свободных от тока секциях многофазной обмотки статора 2 (см., например, технические решения, описанные в Патентах РФ на изобретение №2207700 «Способ управления вентильным электродвигателем» и №2458435 «Привод вращения волноводно-щелевой антенны»).Moreover, in the proposed induction machine, to ensure an efficient process for controlling the voltage converter, it is supposed to use either a rotor position sensor, including a non-contact type (not shown in Fig. 1) or a control method using counter-EMF signals in current-free sections of the multiphase stator winding 2 (see, for example, technical solutions described in Russian Patents for invention No. 2207700 "Method for controlling a valve electric motor" and No. 2458435 "Drive rotation of a waveguide-slot antenna").

Режим генератораGenerator mode

В режиме генератора осуществляется привод внешнего вала с ротором 4, создающим вращающее магнитное поле, которое в секциях многофазной обмотки статора 2 генерирует ЭДС.In the generator mode, the external shaft is driven with a rotor 4, which creates a rotating magnetic field, which generates an EMF in the sections of the multiphase winding of the stator 2.

Внутренний объем индукторной машины в цилиндрическом корпусе 1, в котором закреплен статор, выполненный в конструктивном исполнении торцевого типа с установленной многофазной обмоткой 2, надежно изолирован от воздействия внешней среды с помощью дисковой пластины из немагнитного материала 6 (например, из титана, алюминиевого сплава, высокопрочного пластика и т.д.). Кроме этого, пластина 6 обеспечивает также изоляцию от внешней среды остальных отсеков глубоководного аппарата (если это необитаемые отсеки, то с преобразователем напряжения и системой управления, если же обитаемые - то еще и с людьми). «М» магнитных полюсов статора 3 и «n» магнитных зубцов ротора 5 сформированы (навиты) из полосы тонколистовой электротехнической стали. Многофазная обмотка статора 2 образована из катушек, установленных на «m» магнитных полюсах статора 3.The internal volume of the induction machine in a cylindrical housing 1, in which a stator is mounted, made in the design of the end type with the installed multiphase winding 2, is reliably isolated from the external environment using a disk plate of non-magnetic material 6 (for example, titanium, aluminum alloy, high strength plastic, etc.). In addition, the plate 6 also provides isolation from the external environment of the remaining compartments of the deep-sea apparatus (if it is uninhabited compartments, then with a voltage converter and control system, if inhabited, then it also with people). "M" of the magnetic poles of the stator 3 and "n" of the magnetic teeth of the rotor 5 are formed (wound) from a strip of sheet steel. The multiphase winding of the stator 2 is formed of coils mounted on the "m" magnetic poles of the stator 3.

Для повышения надежности функционирования и эффективности отвода тепловой энергии на корпус машины катушки многофазной якорной обмотки статора 2 могут быть пропитаны и залиты, например, немагнитным полимерным составом, обеспечивающим после затвердевания электрическую изоляцию, механическую прочность и теплопроводность. А так как безобмоточный ротор с внешним валом 4 находится непосредственно во внешней среде (зачастую достаточно неблагоприятной, например, агрессивная жидкость перекачивающего насоса, морская вода гребного винта и т.д.), то осуществляется его эффективное охлаждение, что в дополнение к эффективному отводу тепловой энергии от многофазной обмотки статора 2 на корпус машины - обеспечивает высокую удельную нагрузочную способность индукторной машины в целом.To improve the reliability of operation and the efficiency of heat energy removal to the machine body, the coils of the multiphase anchor winding of the stator 2 can be impregnated and filled, for example, with a non-magnetic polymer composition, which after hardening provides electrical insulation, mechanical strength and thermal conductivity. And since the windingless rotor with the external shaft 4 is located directly in the external environment (often quite unfavorable, for example, aggressive fluid from the transfer pump, seawater of the propeller, etc.), it is effectively cooled, which in addition to efficient heat removal energy from the multiphase winding of the stator 2 to the machine body - provides a high specific load capacity of the inductor machine as a whole.

Монолитная конструкция торцевой стороны (поверхности) диска ротора, обращенной к «m» магнитным полюсам статора, образованная в результате заполнения межзубцовых зон «n» магнитных зубцов диска ротора немагнитным материалом, обеспечивает уменьшение значения динамических потерь (гидро- или аэродинамических потерь) при вращении ротора (на фиг. 1 и рис. 1, 3 заполнение межзубцовых зон диска ротора - не показано).The monolithic construction of the end side (surface) of the rotor disk facing the “m” magnetic poles of the stator, formed by filling the interdental zones “n” of the magnetic teeth of the rotor disk with non-magnetic material, ensures a decrease in the value of dynamic losses (hydro- or aerodynamic losses) during rotation of the rotor (in Fig. 1 and Fig. 1, 3 the filling of the interdental zones of the rotor disk is not shown).

Таким образом, предлагаемая индукторная машина обеспечивает высокую надежность функционирования устройства, агрегата и т.д., приводимого этой машиной в движение (в режиме двигателя), или выработку электроэнергии (в режиме генератора), причем в достаточно жестких (неблагоприятных) условиях эксплуатации.Thus, the proposed induction machine provides high reliability of the operation of the device, unit, etc., driven by this machine in motion (in engine mode), or the generation of electricity (in generator mode), and in fairly harsh (adverse) operating conditions.

К техническим результатам, полученным в предлагаемом изобретении, относятся следующие:The technical results obtained in the invention include the following:

- достижение высокой надежности функционирования в жестких (неблагоприятных) условиях эксплуатации индукторной машины, используемой как в качестве двигателя, так и в качестве генератора (так как обмотки статора надежно изолированы от внешней среды) и, в частности, отсутствие необходимости проведения регулярного технического обслуживания узла уплотнения выходного вала в процессе эксплуатации;- achieving high operational reliability in harsh (adverse) operating conditions of the inductor machine used both as an engine and as a generator (since the stator windings are reliably isolated from the external environment) and, in particular, the absence of the need for regular maintenance of the seal assembly output shaft during operation;

- технологичность изготовления и простота сборки, а также высокая ремонтопригодность и, в том числе, небольшие затраты времени при замене вышедших из строя отдельных катушек в обмотках статора (то есть компонентов двигателя-генератора, обладающих наименьшими показателями безотказности);- manufacturability and ease of assembly, as well as high maintainability and, including, low time consumption when replacing failed individual coils in the stator windings (that is, components of the motor-generator that have the lowest reliability);

- в предложенном варианте индукторной машины конструкция ротора с магнитными зубцами значительно проще, чем содержащая обмотки, кроме этого, индукторная машина относится к бесконтактным электрическим машинам, то есть не содержит коллектора или контактных колец, усложняющих эксплуатацию и снижающих надежность;- in the proposed embodiment of the induction machine, the design of the rotor with magnetic teeth is much simpler than containing the windings, in addition, the inductor machine belongs to non-contact electric machines, that is, it does not contain a collector or slip rings, which complicate operation and reduce reliability;

- в предложенном варианте индукторной машины реализовано эффективное охлаждение статора и особенно ротора, что обеспечивает ее высокую удельную нагрузочную способность в целом;- the proposed embodiment of the induction machine implements efficient cooling of the stator and especially the rotor, which ensures its high specific load capacity in general;

- предложенный вариант индукторной машины, используемой в качестве электрического двигателя, может питаться как от типового двухзвенного преобразователя (понизитель-повыситель DC/DC плюс инвертор), так и непосредственно от инвертора с ШИМ-регулятором;- the proposed version of the induction machine used as an electric motor can be powered by either a typical two-link converter (DC-DC boost-boost plus an inverter), or directly from an inverter with a PWM controller;

- вариант исполнения индукторной машины с заполнением межзубцовых зон ротора немагнитным материалом значительно снижает динамические потери при вращении ротора, что позволяет достичь в предложенном варианте машины высокого КПД.- an embodiment of an induction machine with filling the interdental areas of the rotor with non-magnetic material significantly reduces dynamic losses during rotation of the rotor, which allows to achieve high efficiency in the proposed embodiment of the machine.

Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемая индукторная машина может быть изготовлена в соответствии с приведенным описанием и чертежами (см. фиг. 1 и рис. 1-3) на базе известных комплектующих изделий и технологического оборудования.Industrial applicability of the invention is determined by the fact that the proposed induction machine can be manufactured in accordance with the above description and drawings (see Fig. 1 and Fig. 1-3) on the basis of known components and technological equipment.

Таким образом, предлагаемая индукторная машина может быть использована в различных областях (энергетика, горнодобывающая и нефтеперерабатывающая промышленности, жилищно-коммунальное хозяйство, сельское хозяйство, морское и речное судостроение и т.д.) - везде, где в жестких условиях эксплуатации к электроприводам или электрогенераторам предъявляются повышенные требования по надежности, а также по уменьшению трудоемкости технического обслуживания.Thus, the proposed induction machine can be used in various fields (energy, mining and oil refining industries, housing and communal services, agriculture, marine and river shipbuilding, etc.) - wherever in harsh operating conditions to electric drives or generators increased demands are placed on reliability, as well as to reduce the complexity of maintenance.

На основании вышеизложенного и по результатам проведенного патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемая индукторная машина с аксиальным магнитным потоком отвечает критериям «Новизна», «Изобретательский уровень» и «Промышленная применимость» и может быть защищена патентом РФ на изобретение.Based on the foregoing and the results of the patent information search, we believe that the proposed induction machine with axial magnetic flux meets the criteria of "Novelty", "Inventive step" and "Industrial applicability" and can be protected by a RF patent for an invention.

Claims (2)

1. Индукторная машина с аксиальным магнитным потоком, содержащая цилиндрический корпус, статор с находящейся на нем обмоткой и безобмоточный ротор с внешним валом,
отличающаяся тем, что в статоре, закрепленном в цилиндрическом корпусе индукторной машины и выполненном в конструктивном исполнении торцевого типа, установлена многофазная обмотка, образующая «m» магнитных полюсов, равномерно распределенных по торцевой поверхности статора; ротор представляет собой плоский диск, причем на торцевой стороне диска ротора, обращенного к «m» магнитным полюсам статора, предусмотрено «n» магнитных зубцов, равномерно распределенных по торцевой поверхности ротора;
причем в зазор между неподвижными магнитными полюсами статора и подвижными магнитными зубцами ротора установлена дисковая пластина из немагнитного материала, изолирующая внутренний объем цилиндрического корпуса индукторной машины со статором от условий внешней среды, непосредственно в которой размещен безобмоточный ротор с внешним валом индукторной машины.
1. Induction machine with axial magnetic flux, containing a cylindrical body, a stator with a winding on it and a windingless rotor with an external shaft,
characterized in that in the stator, mounted in a cylindrical housing of the induction machine and made in the design of the end type, a multiphase winding is installed, forming "m" of magnetic poles evenly distributed over the end surface of the stator; the rotor is a flat disk, and on the end side of the rotor disk facing the “m” magnetic poles of the stator, there are “n” magnetic teeth evenly distributed over the end surface of the rotor;
moreover, in the gap between the stationary magnetic poles of the stator and the movable magnetic teeth of the rotor, a disk plate of non-magnetic material is installed that isolates the internal volume of the cylindrical body of the inductor machine with the stator from environmental conditions, in which the windingless rotor with the external shaft of the inductor machine is directly located.
2. Индукторная машина по п.1, отличающаяся тем, что межзубцовые зоны «n» магнитных зубцов диска ротора заполнены немагнитным составом. 2. The inductor machine according to claim 1, characterized in that the interdental zones "n" of the magnetic teeth of the rotor disk are filled with a non-magnetic composition.
RU2013112993/07A 2013-03-22 2013-03-22 Inductor machine with axial flux for severe operating conditions RU2539572C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013112993/07A RU2539572C2 (en) 2013-03-22 2013-03-22 Inductor machine with axial flux for severe operating conditions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013112993/07A RU2539572C2 (en) 2013-03-22 2013-03-22 Inductor machine with axial flux for severe operating conditions

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013112993A RU2013112993A (en) 2014-09-27
RU2539572C2 true RU2539572C2 (en) 2015-01-20

Family

ID=51656403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013112993/07A RU2539572C2 (en) 2013-03-22 2013-03-22 Inductor machine with axial flux for severe operating conditions

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2539572C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2802788C1 (en) * 2022-06-30 2023-09-04 Общество с ограниченной ответственностью "Дорнадзор" Two-phase synchronous switched reluctance electric machine

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3535604A (en) * 1968-06-14 1970-10-20 Superior Electric Co Electric stepping motor
DE3914635C1 (en) * 1989-05-03 1990-08-02 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De
RU2057389C1 (en) * 1994-02-16 1996-03-27 Новосибирский государственный технический университет Reluctance motor
RU2219642C2 (en) * 1999-12-09 2003-12-20 Эдвенсед Ротари Системс, Ллс. Electric drive
RU36923U1 (en) * 2003-08-18 2004-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр "Полюс" SEALED MAGNETIC COUPLING
RU2313888C1 (en) * 2006-06-15 2007-12-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Красноярский государственный технический университет (КГТУ) End electric machine
RU117167U1 (en) * 2011-09-13 2012-06-20 Владимир Николаевич Милов VENTILATED MOTOR-GENERATOR WITH VARIABLE MAGNETIC SYSTEM GEOMETRY

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3535604A (en) * 1968-06-14 1970-10-20 Superior Electric Co Electric stepping motor
DE3914635C1 (en) * 1989-05-03 1990-08-02 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De
RU2057389C1 (en) * 1994-02-16 1996-03-27 Новосибирский государственный технический университет Reluctance motor
RU2219642C2 (en) * 1999-12-09 2003-12-20 Эдвенсед Ротари Системс, Ллс. Electric drive
RU36923U1 (en) * 2003-08-18 2004-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр "Полюс" SEALED MAGNETIC COUPLING
RU2313888C1 (en) * 2006-06-15 2007-12-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Красноярский государственный технический университет (КГТУ) End electric machine
RU117167U1 (en) * 2011-09-13 2012-06-20 Владимир Николаевич Милов VENTILATED MOTOR-GENERATOR WITH VARIABLE MAGNETIC SYSTEM GEOMETRY

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2802788C1 (en) * 2022-06-30 2023-09-04 Общество с ограниченной ответственностью "Дорнадзор" Two-phase synchronous switched reluctance electric machine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013112993A (en) 2014-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gieras Permanent magnet motor technology: design and applications
CN101882821B (en) Alternating current claw-pole motor
CN204493206U (en) Motor integrated impeller system
RU2692760C2 (en) Superconducting electric motor and generator
US20090232664A1 (en) Permanent magnet motor for subsea pump drive
CN106451969B (en) A kind of iron-core-free axial magnetic flux direct-drive type ocean power generator
US11949289B2 (en) Electric motors
US8344571B2 (en) High-efficiency permanent magnet motor
CN109245471A (en) A kind of alternately polar permanent magnetic vernier motor
CN101442236A (en) Novel magnetic energy ship
JP2007185021A (en) Dynamo-electric machine with speed change mechanism, and drive unit using it
CN104836398A (en) Rotor magnetic concentrating double-stator transverse magnetic field permanent magnet synchronous motor
CN203039505U (en) Fan motor
Millner Multi-hundred horsepower permanent magnet brushless disc motors
CN103780036A (en) Dual-stator structure type high temperature superconducting permanent magnet wind driven generator
CN107508440B (en) A kind of axial direction multiple-unit stator electrical excitation bipolarity inductor machine
CN210405045U (en) Axial parallel composite motor
RU2539572C2 (en) Inductor machine with axial flux for severe operating conditions
RU2374743C1 (en) Non-contact synchronous machine having smooth anchor with slotless active zone and constant magnets on rotor
CN203734486U (en) High-temperature superconductive permanent-magnetic aerogenerator with double-stator structure
WO2011015004A1 (en) Electromotor with coaxial inner and outer coils
CN110808673B (en) Novel double-stator Halbach alternating pole permanent magnet vernier motor
WO2009072623A1 (en) Generator
CN101355272A (en) Magnetic energy ship
CN210608876U (en) Radial magnetic field composite motor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160323