RU2565384C2 - Dc electric machine - Google Patents

Dc electric machine Download PDF

Info

Publication number
RU2565384C2
RU2565384C2 RU2013111240/07A RU2013111240A RU2565384C2 RU 2565384 C2 RU2565384 C2 RU 2565384C2 RU 2013111240/07 A RU2013111240/07 A RU 2013111240/07A RU 2013111240 A RU2013111240 A RU 2013111240A RU 2565384 C2 RU2565384 C2 RU 2565384C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic
inductor
armature
winding
packets
Prior art date
Application number
RU2013111240/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013111240A (en
Inventor
Виталий Арсеньевич Обухов
Николай Владимирович Крупенин
Юрий Павлович Юрьев
Сергей Александрович Городничев
Original Assignee
Виталий Арсеньевич Обухов
Николай Владимирович Крупенин
Юрий Павлович Юрьев
Сергей Александрович Городничев
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 Виталий Арсеньевич Обухов, Николай Владимирович Крупенин, Юрий Павлович Юрьев, Сергей Александрович Городничев filed Critical Виталий Арсеньевич Обухов
Priority to RU2013111240/07A priority Critical patent/RU2565384C2/en
Publication of RU2013111240A publication Critical patent/RU2013111240A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2565384C2 publication Critical patent/RU2565384C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention refers to electrical engineering, namely to direct-current electric machines, an armature winding of which is ring-type, whereas a magnetic core consists of laminated steel ring stacking closed to the external diameter by an outer magnetic core, provided with long non-magnetic insertions around the circumference and separated by non-magnetic annuli. An inductor magnetic core consists of laminated steel profile stacking displaced at an electric pulse angle equal to a quotient obtained when a pulse width is divided by a quantity of inductor stacking, and separated by non-magnetic annuli. Inductor winding generates a similarly polar magnetic field. An air gap with a periodically variable value is provided along the length of each polar pitch according to the law of magnetic flow transition inducing one-polar pulses of single-phase electromotive force at each polar pitch in the armature winding.
EFFECT: creating a slider-free direct-current electric machine.
4 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим машинам постоянного тока и может быть использовано как для генерирования электрической энергии постоянного тока, так и для электропривода механизмов. Известны машины постоянного тока коллекторного типа, содержащие якорь с магнитопроводом и обмоткой, индуктор с магнитопроводом и обмоткой и коммутационное устройство обмотки якоря в виде коллектора и щеточной траверсы широко известной конструкции, опубликованные в монографиях, таких как: М.П. Костенко, Л.М. Пиотровский. Электрические машины, т.1. M.: Энергия, 1964 г., с.62-74; А.В. Иванов-Смоленский. Электрические машины. M.: Энергия, 1980 г., с.716-717. Прототипом данного технического решения принята конструкция машины постоянного тока в книге М.П. Костенко, Л.М. Пиотровский. Электрические машины, т.1. M.: Энергия, 1964 г., с.62-74. В прототипе машина постоянного тока содержит якорь с магнитопроводом и обмоткой, индуктор с попарными полюсными делениями с магнитопроводом и обмоткой, воздушный зазор между якорем и индуктором, коммутационное устройство обмотки якоря в виде коллектора со щеточной траверсой. Недостатком прототипа является наличие скользящего контакта между коллектором и щеточной траверсой. Цель изобретения - устранение скользящего контакта в машине постоянного тока. Указанная цель достигается тем, что в отличие от прототипа обмотка якоря выполнена кольцевого типа, магнитопровод якоря выполнен из кольцевых пакетов шихтованной стали, замкнутых по наружному диаметру внешним магнитопроводом, снабженных по окружности продольными немагнитными вставками и разделенных между собой кольцевыми немагнитными промежутками, с магнитопроводом индуктора, выполненным из кольцевых пакетов стали, разделенных между собой кольцевыми немагнитными промежутками, соотносящихся с пакетами магнитопровода якоря, и с обмоткой индуктора, создающей одноименнополюсное магнитное поле, воздушный зазор выполнен с периодически переменным значением на длине каждого полюсного деления по закону изменения магнитного потока, обеспечивающего индуцирование в обмотке якоря однополярных попарных импульсов однополупериодной эдс синусоидальной формы на каждом парном полюсном делении, коммутирующее устройство выполняется со сдвигом пакетов индуктора относительно друг друга на электрический угол одного импульса, равный частному от деления ширины одного импульса на число пакетов индуктора.The invention relates to electric DC machines and can be used both for generating direct current electric energy, and for electric drive mechanisms. Known DC collector-type machines containing an armature with a magnetic circuit and winding, an inductor with a magnetic circuit and winding and a switching device for winding the armature in the form of a collector and brush beam of a well-known design, published in monographs, such as: M.P. Kostenko, L.M. Piotrovsky. Electric cars, t.1. M .: Energy, 1964, p. 62-74; A.V. Ivanov-Smolensky. Electric cars. M .: Energy, 1980, pp. 716-717. The prototype of this technical solution adopted the design of the DC machine in the book of M.P. Kostenko, L.M. Piotrovsky. Electric cars, t.1. M .: Energy, 1964, p. 62-74. In the prototype, a direct current machine comprises an armature with a magnetic circuit and a winding, an inductor with pairwise pole divisions with a magnetic circuit and a winding, an air gap between the armature and the inductor, an armature switching device in the form of a collector with a brush beam. The disadvantage of the prototype is the presence of a sliding contact between the collector and the brush beam. The purpose of the invention is the elimination of sliding contact in a DC machine. This goal is achieved by the fact that, in contrast to the prototype, the armature winding is made of a ring type, the armature magnetic core is made of ring packages of lined steel, closed by an external diameter with an external magnetic circuit, provided with circumferential longitudinal non-magnetic inserts and separated by circular non-magnetic gaps, with an inductor magnetic circuit, made of annular steel packets, separated by annular non-magnetic gaps corresponding to the packages of the armature magnetic circuit, and with As a inductor, creating the same pole magnetic field, the air gap is made with a periodically variable value on the length of each pole division according to the law of magnetic flux variation, which ensures that unipolar pairwise impulses of a half wave emf of a sinusoidal shape are induced in the armature winding on each paired pole division, the switching device is shifted of the inductor relative to each other by the electric angle of one pulse equal to the quotient of dividing the width of one pulse by number of inductor packets.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются: выполнение обмотки якоря кольцевого типа; снабжение магнитопровода якоря продольными немагнитными вставками; выполнение магнитопровода индуктора из кольцевых пакетов стали, разделенных между собой кольцевыми немагнитными промежутками с формой его цилиндрической поверхности, создающей изменение величины воздушного зазора вдоль каждого полюсного деления магнитопровода, обеспечивающей закон изменения магнитного потока на двойной длине полюсного деления, производящей индуцирование в обмотке якоря однополярных попарных импульсов однополупериодной эдс синусоидальной формы; наличие дополнительного внешнего магнитопровода; выполнение пакетов магнитопровода индуктора со сдвигом относительно друг друга на электрический угол одного импульса, равный частному от деления ширины одного импульса на число пакетов индуктора.Distinctive features of the invention are: the execution of the winding of the annular anchor; supply of the armature magnetic circuit with longitudinal non-magnetic inserts; the implementation of the inductor magnetic circuit from ring steel packets separated by annular non-magnetic gaps with the shape of its cylindrical surface, creating a change in the air gap along each pole division of the magnetic circuit, providing a law of magnetic flux change over the double pole division length, inducing unipolar pairwise pulses in the armature winding sinusoidal half-wave emf; the presence of an additional external magnetic circuit; the implementation of the packages of the magnetic circuit of the inductor with a shift relative to each other by the electric angle of one pulse equal to the quotient of dividing the width of one pulse by the number of packets of the inductor.

Предложение соответствует критерию «существенные отличия», так как из известного перечня информации, установленного нормативным документом (п.127, Э3-1-74), технические решения с признаками, подобными заявленным, не обнаружены. На фиг.1 схематически изображена машина постоянного тока с числом парных полюсных делений, равным трем (p=3), продольный разрез; на фиг.2 изображен поперечный разрез. Машина постоянного тока включает, фиг.1 и фиг.2, якорь с обмоткой 1 кольцевого типа с магнитопроводом якоря из кольцевых пакетов 2 шихтованной стали, внешний магнитопровод 3, продольные немагнитные вставки 4, фиг.2, кольцевые немагнитные промежутки 5, индуктор, фиг.1 и фиг.2, с магнитопроводом из кольцевых пакетов стали 6, с кольцевыми немагнитными промежутками 7, с обмоткой 8, воздушный зазор 9, фиг.2, вал индуктора 10. Устройство в генераторном режиме работает следующим образом. При подаче тока в обмотку 8 индуктора возбуждается одноименнополюсный магнитный поток в магнитопроводах якоря и индуктора. Распределение плотности магнитного потока, Фα, (его индукции) по длине полюсного деления практически определяется конкретным значением воздушного зазора, задаваемого формой цилиндрической поверхности кольцевых пакетов 6 стали индуктора, то есть распределение значения магнитного потока вдоль двойного полюсного деления будет соответствовать обратно пропорциональному значению воздушного зазораThe proposal meets the criterion of “significant differences”, since from the well-known list of information established by the regulatory document (p. 127, E3-1-74), technical solutions with signs similar to those declared were not found. Figure 1 schematically shows a DC machine with the number of paired pole divisions equal to three (p = 3), a longitudinal section; figure 2 shows a cross section. The DC machine includes, FIG. 1 and FIG. 2, an armature with a winding 1 of ring type with a magnetic circuit, anchors from ring packages 2 of laden steel, an external magnetic circuit 3, longitudinal non-magnetic inserts 4, FIG. 2, ring non-magnetic spaces 5, inductor, FIG. .1 and FIG. 2, with a magnetic circuit made of ring packets of steel 6, with annular non-magnetic gaps 7, with a winding 8, air gap 9, FIG. 2, inductor shaft 10. The device operates in the generator mode as follows. When a current is supplied to the winding 8 of the inductor, the same-pole magnetic flux is excited in the magnetic circuits of the armature and inductor. The distribution of the magnetic flux density, Ф α , (its induction) along the length of the pole division is practically determined by the specific value of the air gap defined by the shape of the cylindrical surface of the annular steel packs 6 of the inductor steel, i.e., the distribution of the magnetic flux along the double pole division will correspond to the inversely proportional value of the air gap

Ф α = Ф o δ o δ α

Figure 00000001
F α = F o δ o δ α
Figure 00000001

где: δo, δα - минимальное и текущее значения величины воздушного зазора по длине двойной полюсной дуги соответственно, Фo - значение магнитного потока при минимальном значении величины воздушного зазора.where: δ o , δ α - the minimum and current values of the air gap along the length of the double pole arc, respectively, Ф o - the value of the magnetic flux at the minimum value of the air gap.

При вращении индуктора магнитный поток в воздушном зазоре будет вращаться с частотой вращения индуктора и будет наводить эдс в обмотке якоря согласно выражениюWhen the inductor rotates, the magnetic flux in the air gap will rotate with the inductor speed and will induce the emf in the armature winding according to the expression

ε α = C d Ф α d α

Figure 00000002
ε α = - C d F α d α
Figure 00000002

где Фα - текущее значение магнитного потока, α - текущее значение угла полюсной дуги, C - постоянный коэффициент пропорциональности. Согласно выражениям (Бронштейн К.А., Семендяев И.Н. Справочник по математике, с.555-557; Лазарев Ю. Моделирование процессов и систем в MATLAB. 2005, с.187) общее выражение для эдс в форме периодических сдвоенных однонаправленных синусоидальных импульсов, фиг.3, может быть записано рядом Фурье, что позволяет интегрированием приведенного выражения для εα получить требуемую форму и значение потока с заданным распределением по длине двойной полюсной дуги, обеспечивающего получение сдвоенного одноименно направленного синусоидального импульса. Магнитопровод индуктора выполнен из кольцевых пакетов, сдвинутых относительно друг друга на электрический угол одного импульса, равный частному от деления ширины одного импульса на число пакетов индуктора. В этом случае на длине одного витка на длине пакета якоря будет наводиться эдс со сдвигом на электрический угол сдвига пакетов индуктора, а суммарное значение эдс на длине одного витка запишется в видеwhere Ф α is the current value of the magnetic flux, α is the current value of the angle of the pole arc, C is a constant coefficient of proportionality. According to the expressions (Bronstein K.A., Semendyaev I.N. Handbook of mathematics, p. 555-557; Lazarev Yu. Modeling of processes and systems in MATLAB. 2005, p. 187) a general expression for the emf in the form of periodic double unidirectional sinusoidal pulses, Fig. 3, can be written in a Fourier series, which allows integration of the above expression for ε α to obtain the desired shape and value of the flow with a given distribution along the length of the double pole arc, providing a double of the same directional sinusoidal pulse. The inductor magnetic circuit is made of ring packets shifted relative to each other by the electric angle of one pulse equal to the quotient of dividing the width of one pulse by the number of packets of the inductor. In this case, the emf will be induced along the length of one turn along the length of the armature package with a shift by the electric angle of shift of the inductor packets, and the total value of the emf over the length of one turn will be written as

E = { ε max S i n α o + ε max S i n ( α o + Δ α ) + ε max S i n ( α o + i Δ α ) + + ε max S i n [ α o + ( n i ) Δ α ] } ,

Figure 00000003
E = { ε max S i n α o + ε max S i n ( α o + Δ α ) + ε max S i n ( α o + i Δ α ) + + ε max S i n [ α o + ( n - i ) Δ α ] } ,
Figure 00000003

где: εmax - амплитуда эдс по длине одного пакета якоря; αo- исходное положение первого пакета индуктора; Δα- угол сдвига между соседними пакетами индуктора; i - номер текущего пакета индуктора; n - число пакетов индуктора. При этом значение эдс в витках каждого паза обмотки якоря будет практически одинаковым. На фиг.4 приведена форма сдвинутых импульсов эдс на длине одного витка обмотки якоря.where: εmax is the amplitude of the emf along the length of one package of the anchor; α o - the initial position of the first package of the inductor; Δα is the angle of shift between adjacent packages of the inductor; i is the number of the current inductor package; n is the number of packets of the inductor. The value of the emf in the turns of each groove of the armature winding will be almost the same. Figure 4 shows the shape of the shifted EMF pulses along the length of one turn of the armature winding.

Ток имеет одно направление во всех витках обмотки по окружности якоря, вследствие чего возникает кольцевой магнитный поток реакции якоря, замыкающийся по спинке якоря, повышающий насыщение магнитопровода спинки якоря. Для уменьшения потока реакции якоря спинка якоря разделена продольными немагнитными вставками 4, фиг.2.The current has one direction in all turns of the winding around the circumference of the armature, as a result of which there is an annular magnetic flux of the armature reaction, which closes along the armature’s back, increasing saturation of the magnetic circuit of the armature’s back. To reduce the flow of the reaction of the anchor, the back of the armature is divided by longitudinal non-magnetic inserts 4, Fig.2.

Преимущество предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом заключается в отсутствии скользящих контактов.The advantage of the invention in comparison with the prototype is the absence of sliding contacts.

Claims (1)

Машина постоянного тока, содержащая якорь с магнитопроводом и обмоткой, индуктор с попарными полюсными делениями с магнитопроводом и обмоткой и воздушный зазор между ними, коммутационное устройство обмотки якоря, отличающаяся тем, что обмотка якоря выполнена кольцевого типа, магнитопровод якоря выполнен из кольцевых пакетов шихтованной стали, замкнутых по наружному диаметру внешним магнитопроводом, снабженных по окружности продольными немагнитными вставками и разделенных между собой кольцевыми немагнитными промежутками, с магнитопроводом индуктора, выполненным из профилированных кольцевых пакетов стали, разделенных между собой кольцевыми немагнитными промежутками, соотносящихся с пакетами якоря и с обмоткой индуктора, создающей одноименно полюсное магнитное поле, воздушный зазор выполнен с периодически переменным значением на длине каждого полюсного деления по закону изменения магнитного потока, обеспечивающего индуцирование в обмотке якоря однополярных импульсов однопериодной эдс на каждом полюсном делении, коммутационное устройство выполняется со сдвигом пакетов индуктора относительно друг друга на электрический угол одного импульса, равный частному от деления ширины одного импульса на число пакетов индуктора. A direct current machine comprising an armature with a magnetic circuit and a winding, an inductor with pairwise pole divisions with a magnetic circuit and a winding and an air gap between them, an armature switching device of the armature, characterized in that the armature winding is made of a ring type, the armature magnetic circuit is made of ring steel packages, closed along the outer diameter by an external magnetic circuit, provided with circumferential longitudinal non-magnetic inserts and separated by annular non-magnetic gaps, with a magneto an inductor wire made of profiled ring steel packets separated by annular non-magnetic gaps corresponding to the anchor packets and to the inductor winding creating the same pole magnetic field, the air gap is made with a periodically variable value along the length of each pole division according to the law of magnetic flux change, providing induction in the winding of the armature of unipolar pulses of a single-period emf at each pole division, the switching device is made with sdv gom inductor packets relative to each other in electrical angle of one pulse is equal to the quotient of the width of one pulse to the number of packets inductor.
RU2013111240/07A 2013-03-12 2013-03-12 Dc electric machine RU2565384C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013111240/07A RU2565384C2 (en) 2013-03-12 2013-03-12 Dc electric machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013111240/07A RU2565384C2 (en) 2013-03-12 2013-03-12 Dc electric machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013111240A RU2013111240A (en) 2014-09-27
RU2565384C2 true RU2565384C2 (en) 2015-10-20

Family

ID=51656185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013111240/07A RU2565384C2 (en) 2013-03-12 2013-03-12 Dc electric machine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2565384C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2666970C1 (en) * 2017-09-18 2018-09-18 Виталий Арсеньевич Обухов Dc electric machine
RU195699U1 (en) * 2019-09-27 2020-02-04 Евгений Николаевич Коптяев PERMANENT MAGNET GENERATOR
RU2730246C1 (en) * 2019-05-28 2020-08-19 Виталий Арсеньевич Обухов Direct-current electric machine

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2615631C2 (en) * 2015-04-06 2017-04-06 Игорь Георгиевич Лебедев Method of spatial separation of magnetic flows in electric machines

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU95245A1 (en) * 1952-04-22 1952-11-30 Ю.В. Мордвинов Inductor type pulse generator
SU106940A1 (en) * 1955-03-09 1956-11-30 И.С. Рогачев Inductor type pulse generator
SU120745A1 (en) * 1958-07-29 1958-11-30 А.А. Голован DC micromotor
US3458741A (en) * 1967-12-28 1969-07-29 Ford Motor Co Pulse generator for use with a speedometer cable
US3535604A (en) * 1968-06-14 1970-10-20 Superior Electric Co Electric stepping motor
SU371674A1 (en) * 1971-06-07 1973-02-22 PULSE GENERATOR
RU2089994C1 (en) * 1995-10-06 1997-09-10 Альберт Владимирович Крашенинников Contactless compressing generator
SU1649990A1 (en) * 1989-03-01 2000-02-27 Томский политехнический институт им.С.М.Кирова ELECTRIC PULSE GENERATOR
EP1139560A1 (en) * 2000-03-27 2001-10-04 Switched Reluctance Drives Limited Position detection of switched reluctance machines
RU2407135C2 (en) * 2009-01-19 2010-12-20 Владимир Михайлович Чернухин Contactless reducer electromagnetic machine

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU95245A1 (en) * 1952-04-22 1952-11-30 Ю.В. Мордвинов Inductor type pulse generator
SU106940A1 (en) * 1955-03-09 1956-11-30 И.С. Рогачев Inductor type pulse generator
SU120745A1 (en) * 1958-07-29 1958-11-30 А.А. Голован DC micromotor
US3458741A (en) * 1967-12-28 1969-07-29 Ford Motor Co Pulse generator for use with a speedometer cable
US3535604A (en) * 1968-06-14 1970-10-20 Superior Electric Co Electric stepping motor
SU371674A1 (en) * 1971-06-07 1973-02-22 PULSE GENERATOR
SU1649990A1 (en) * 1989-03-01 2000-02-27 Томский политехнический институт им.С.М.Кирова ELECTRIC PULSE GENERATOR
RU2089994C1 (en) * 1995-10-06 1997-09-10 Альберт Владимирович Крашенинников Contactless compressing generator
EP1139560A1 (en) * 2000-03-27 2001-10-04 Switched Reluctance Drives Limited Position detection of switched reluctance machines
RU2407135C2 (en) * 2009-01-19 2010-12-20 Владимир Михайлович Чернухин Contactless reducer electromagnetic machine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2666970C1 (en) * 2017-09-18 2018-09-18 Виталий Арсеньевич Обухов Dc electric machine
RU2730246C1 (en) * 2019-05-28 2020-08-19 Виталий Арсеньевич Обухов Direct-current electric machine
RU195699U1 (en) * 2019-09-27 2020-02-04 Евгений Николаевич Коптяев PERMANENT MAGNET GENERATOR

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013111240A (en) 2014-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2565384C2 (en) Dc electric machine
RU2494520C2 (en) Electromagnetic generator
CN104578635A (en) Asymmetric double-stator cylindrical permanent magnet linear motor
RU2437202C1 (en) Non-contact magnetoelectric machine with axial excitation
JP2012105423A (en) Dc brushless motor and control method thereof
CN104201859A (en) Asymmetrical double-side type mixed excitation linear synchronous motor
RU2437201C1 (en) Non-contact electric machine with axial excitation
CN110277889B (en) Stator permanent magnet type rotary transformer
CN105305753A (en) Three-phase (6/5)k doubly salient motor structure
RU115978U1 (en) MAGNETO-ELECTRIC GENERATOR
RU2478250C1 (en) Reduction magnetoelectric machine with pole gear-type inductor
RU2477917C1 (en) Electric reducer machine with polar gear inducer
RU2412519C1 (en) Reluctance machine
RU2414039C1 (en) Modular synchronous electric machine
RU2499344C1 (en) Synchronous electric motor
RU144223U1 (en) MAGNETO ELECTRIC MACHINE
JP2010136524A (en) Rotary electric machine
US20200412216A1 (en) Electromagnetic machine
RU2609524C1 (en) Multiphase motor-generator with magnetic rotor
RU2416858C1 (en) Electric reduction machine with salient-pole armature
Soda et al. Utilization method of electrical steel sheets on stator of self-propelled rotary actuator
RU2730246C1 (en) Direct-current electric machine
RU2666970C1 (en) Dc electric machine
RU105543U1 (en) CONTACTLESS ELECTRIC MACHINE
US11171524B2 (en) Electromechanical system

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20150123

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20150520

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180313