RU2667661C1 - Способ изготовления усовершенствованной магнитоэлектрической машины - Google Patents
Способ изготовления усовершенствованной магнитоэлектрической машины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2667661C1 RU2667661C1 RU2017136935A RU2017136935A RU2667661C1 RU 2667661 C1 RU2667661 C1 RU 2667661C1 RU 2017136935 A RU2017136935 A RU 2017136935A RU 2017136935 A RU2017136935 A RU 2017136935A RU 2667661 C1 RU2667661 C1 RU 2667661C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- winding
- rotor
- stator
- windings
- grooves
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 49
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
- H02K23/26—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the armature windings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
- H02K23/02—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting
- H02K23/04—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting having permanent magnet excitation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Windings For Motors And Generators (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу изготовления обмотки электрической машины. Технический результат – повышение выходного напряжения генератора. Статор изготовлен из шихтованных листов электротехнической стали. В его пазах размещают однофазные обмотки, выполненные обмоточным проводом, причем каждая обмотка разделена на встречно направленные полуобмотки, количество витков которых одинаково. Каждая обмотка подключена к выпрямительному блоку, количество которых должно соответствовать числу фаз обмоток статора. Последовательно с соблюдением полярности подключают выходы выпрямительных блоков: «минус» одного блока с «плюсом» другого. Параллельно нагрузке подключают емкостный сглаживающий фильтр. В пазы ротора устанавливают магниты. Ротор изготовлен сборным, состоящим из двух цилиндров, причем внутренний цилиндр изготовлен из немагнитного материала, а внешний – из магнитопроводящего материала. 5 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники, а именно к новому способу изготовления усовершенствованной магнитоэлектрической машины, позволяющей расширить функциональные возможности существующих синхронных магнитоэлектрических, генераторов переменного тока, повышения выходного напряжения генераторов, которые могут быть востребованы в любой области науки и техники, где требуются автономные источники питания.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления магнитоэлектрической обращенной машины, описанный в патенте №2328801, опубл. 10.07.2008, заключающийся в том, что укладку фазных обмоток на наружную цилиндрическую поверхность статора проводят последовательно одну за другой тремя проводами таким образом, что каждый провод от начала до конца не имеет разрывов, при этом намотку начинают с начальной фазной клеммы первой фазы, затем через кольцевое углубление направляющей втулки конечной фазной клеммы провод укладывают на начальную направляющую цилиндрическую втулку в первое углубление от торца ступицы, потом укладывают в среднее между втулками углубление в направляющем кольцевом секторе, затем провод укладывают вдоль статора параллельно продольной оси статора через углубление в противоположном направляющем секторе, и далее через первое кольцевое углубление вокруг ближайшей направляющей втулки с противоположной стороны на соседнюю втулку в одномерное углубление, и затем укладывают на направляющий сектор с углублениями со своей стороны со смещением, равным утроенному числу проводников в одной секции катушки, и далее вдоль статора параллельно продольной оси статора через углубление в направляющем секторе вокруг направляющей цилиндрической втулки через одну от предыдущей по одномерному углублению вокруг соседней по направлению смещения втулки, и далее через углубления в направляющих секторах с тем же смещением на противоположную сторону, повторяя операции до тех пор, пока провод первой фазы не придет к цилиндрической втулке, с которой начинают укладку, с выходом на начальную втулку укладку провода производят в соседние углубления на секторах и втулках, пока не будет достигнуто заданное число проводников в каждой секции катушек, что соответствует заполнению углублений на одну треть, после чего укладывают провод второй фазы, выполняя все операции по аналогии с укладкой обмотки первой фазы, при этом начальной втулкой укладки берут втулку, находящуюся через одну от начальной втулки первой фазы по направлению укладки, после чего укладывают провод третьей фазы, выполняя все операции по аналогии с обмоткой первой фазы, при этом начальной втулкой укладки берут втулку, находящуюся через одну от второй начальной втулки по направлению укладки второй фазы.
В способе изготовления магнитоэлектрической обращенной машины по патенту №2328801 направление индуцированной электродвижущей силы в обмотках статора имеет противоположное направление за счет того, что провода в обмотках намотаны в одну сторону, что значительно понижает выходное напряжение генератора.
Задачей заявляемого способа является расширение функциональных возможностей синхронных магнитоэлектрических генераторов переменного тока за счет повышения выходного напряжения генератора, благодаря чему они могут быть востребованы в любой области науки и техники где требуются автономные источники питания для получения повышенного выходного напряжения бесконтактного синхронного генератора.
Данный технический результат достигается тем, что в предложенном «Способе изготовления усовершенствованной магнитоэлектрической машины»:
- размещают однофазные обмотки выполненные обмоточным проводом, в пазы статора машины, изготовленного шихтованным способом из листов электротехнической стали, например, марки 1211, причем, каждая обмотка, разделена на полуобмотки, количество витков которых одинаково, причем полуобмотки встречно направлены для увеличения результирующего тока в фазе, кроме того, каждую обмотку подключают к выпрямительным блокам, количество которых должно соответствовать числу фаз обмоток статора;
- подключают к каждому выпрямительному блоку обмотку, например, выполненному на диодах, для получения постоянного напряжения;
- последовательно с соблюдением полярности подключают выходы выпрямительных блоков «минус» одного блока с «плюсом» другого, получения суммарного значения выходного напряжения, что позволяет существенно уменьшить амплитуды высших гармонических составляющих прямой и обратной последовательности, оставив в спектре выходного напряжения гармоники только нулевой последовательности;
- параллельно нагрузке подключают емкостной сглаживающий фильтр для уменьшений возможных пульсаций выпрямленного напряжения;
- в пазы ротора устанавливают магниты, выполненные из сплавов, содержащих редкоземельные металлы, например, фенибор (Nd-Fe-B), обладающих высокой коэрцитивной силой, причем ротор изготовлен сборным, состоящим из двух цилиндров, внутренний цилиндр которого изготовлен из немагнитного материала, с целью уменьшения массы конструкции ротора, а внешний цилиндр изготовлен из магнитопроводящего материала, с целью замыкания магнитного потока полюсов ротора для исключения дополнительных воздушных промежутков и уменьшения магнитного сопротивления магнитному потоку;
- отношение числа пазов статора к числу магнитных полюсов ротора и числу фаз машины определяют по формуле:
где k - нецелое (дробное) число;
z - число пазов;
2р - число пар полюсов;
р - количество постоянных магнитов;
m - число фаз.
Рассмотрим конкретный пример предложенного способа изготовления усовершенствованного магнитоэлектрического машины. Число пазов статора, например, 72, тогда количество постоянных магнитов р=11. Экспериментально было подтверждено, что наибольший эффект достигается в случае когда указанное отношение представляет собой периодическую дробь.
На Фиг. 1 представлено распределение магнитного поля магнитоэлектрического генератора, магнитное поле несимметрично.
На Фиг. 2 представлена реакция якоря магнитоэлектрического генератора. При подключении к обмотке статора потребителя электрической энергии, в обмотке статора протекает электрический ток, создающий свое магнитное поле реакции, которое направлено против вращения ротора с постоянными магнитами. Это поле препятствует вращению ротора. В соответствии с расчетом поле реакции мало и не оказывает существенного влияния на момент вращения ротора магнитоэлектрического генератора.
На Фиг. 3 представлена схема укладки полуобмоток отдельных фаз обмоток магнитоэлектрической машины.
На Фиг. 4 представлен пример развернутой схемы предлагаемой обмотки магнитоэлектрической машины (число пазов/число полюсов 72/22).
Стрелками на рисунке (Фиг. 4) показаны направления токов в фазах генератора для фиксированного момента времени.
Обмоточным проводом, например, 1211, наматывают первую полуобмотку фазы и размещают в первый паз статора, далее в 4 и т.д.(Фиг. 4).
Провод первой полуобмотки фазы, после того как он уложен в 36 паз отделяется, и далее встречно соединяется со второй полуобмоткой фазы, которая укладывается в 37 паз. Вторая полу обмотка далее укладывается в 40 паз, 44 и т.д. (Фиг. 4). Направление токов во встречно включенных полуобмотках является встречным. Вторая и третья фазы магнитоэлектрической машины укладываются аналогичным образом (Фиг. 3). Далее обмотки могут быть разъединены, могут быть соединены по схеме «треугольник» или «звезда».
На Фиг. 5 приведен пример подключения трех выпрямительных блоков к обмоткам магнитоэлектрической машины. Рассматривается случай, когда обмотки статора разомкнуты и не имеют общей точки. Каждая обмотка подключена к отдельному выпрямительному блоку. Выпрямительный блок представляет собой выпрямитель, собранный на диодах соединенных по мостовой схеме. Для уменьшения пульсаций выходного напряжения параллельно с нагрузкой может быть присоединен емкостной сглаживающий фильтр.
Рассмотрим конкретный пример предложенного способа изготовления усовершенствованного магнитоэлектрического машины. Число пазов статора выбрано равным 72 (Фиг. 4). Синхронную магнитоэлектрическую машину приводят во вращение от стороннего электромеханического преобразователя, например, ветроколеса, дизельной энергетической установки, асинхронного двигателя управляемого преобразователем частоты (на черт, не показано). При вращении постоянные магниты расположенные на роторе магнитоэлектрической машины наводят в обмотке статора электродвижущую силу. (ЭДС). Обмотки статора наматывают в однофазном исполнении и подключают к отдельным выпрямительным блокам. К выходу выпрямителей подключают емкостной сглаживающий фильтр для уменьшения пульсаций выпрямленного напряженного. Выходы выпрямительных блоков подключают последовательно между собой (Фиг. 5). Между выпрямительными блоками и потребителями электрической энергии может быть предусмотрен узел стабилизации напряжения, включающий в свой состав аккумуляторную установку.
Предложенный способ позволяет получить повышенное выходное напряжение с генератора, что позволяет исключить из результирующего напряжения переменные составляющие электродвижущей силы.
Предложенный способ изготовления усовершенствованной магнитоэлектрической машины позволяет повысить рабочий магнитный поток магнитоэлектрической машины и уменьшить момент страгивания, который уменьшается за счет того, что количество пазов статора, число полюсов ротора и число фаз машины связаны дробным отношением, что препятствует созданию устойчивого положения ротора.
За счет изменения способа присоединения фаз обмотки статора к выпрямительным блокам в трехфазной обмотке, и из-за углового сдвига между обмотками, переменные составляющие электродвижущей силы равны и сдвинуты друг относительно друга на 120°, что исключает из результирующего напряжения переменные составляющие электродвижущей силы. Также в отличие от схемы Ларионова (известная схема присоединения диодов в трехфазных выпрямителях), при последовательном соединении выпрямительных блоков можно получить увеличение среднего значения электродвижущей силы в 2.9 раза (у схемы Ларионова в 2.71 раза) [Горбачев Г.Н. «Промышленная электроника» М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 231-235].
Таким образом, за счет изменения способа присоединения фаз обмотки статора к выпрямительным блокам, при отсутствии дополнительных источников питания и узла сравнения, происходит повышение выходного напряжения генератора, что значительно расширяет функциональные возможности существующих синхронных магнитоэлектрических генераторов переменного тока, и они могут быть востребованы в любой области науки и техники, где требуются автономные источники питания для получения повышенного выходного напряжения бесконтактного синхронного генератора.
Claims (7)
- Способ изготовления усовершенствованной магнитоэлектрической машины, работающей в генераторном режиме, в котором статор изготовлен из шихтованных листов электротехнической стали, в пазах которого размещают однофазные обмотки, выполненные обмоточным проводом, отличающийся тем, что размещают однофазные обмотки в пазах статора машины, причем каждая обмотка разделена на встречно направленные полуобмотки, количество витков которых одинаково, кроме того, каждая обмотка подключена к выпрямительному блоку, количество которых должно соответствовать числу фаз обмоток статора, последовательно с соблюдением полярности подключают выходы выпрямительных блоков «минус» одного блока с «плюсом» другого, параллельно нагрузке подключают емкостной сглаживающий фильтр, в пазы ротора устанавливают магниты, выполненные из сплавов, содержащих редкоземельные металлы, причем ротор изготовлен сборным, состоящим из двух цилиндров, внутренний цилиндр которого изготовлен из немагнитного материала с целью уменьшения массы конструкции ротора, а внешний цилиндр изготовлен из магнитопроводящего материала с целью замыкания магнитного потока полюсов ротора для исключения дополнительных воздушных промежутков и уменьшения магнитного сопротивления магнитному потоку, отношение числа пазов статора к числу магнитных полюсов ротора и числу фаз машины определяют по формуле:
- где k - нецелое (дробное) число;
- z - число пазов;
- 2р - число пар полюсов;
- р - количество постоянных магнитов;
- m - число фаз.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017136935A RU2667661C1 (ru) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | Способ изготовления усовершенствованной магнитоэлектрической машины |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017136935A RU2667661C1 (ru) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | Способ изготовления усовершенствованной магнитоэлектрической машины |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2667661C1 true RU2667661C1 (ru) | 2018-09-24 |
Family
ID=63668873
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017136935A RU2667661C1 (ru) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | Способ изготовления усовершенствованной магнитоэлектрической машины |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2667661C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2693011C1 (ru) * | 2018-12-27 | 2019-07-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (ОмГТУ) | Бесколлекторный синхронный генератор модульного типа с постоянными магнитами |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU337883A1 (ru) * | Научно исследовательский , экспериментальный институт автомобильного электрооборудовани , нриборов | БЕСКОНТАКТНЫЙ ГЕНЕРАТОРВСЕСОЮЗНАЯns'fJjbgTfi-J ""'•'"'"JJ-J" \i\Q ftib!br<d-4i..^=,snl .*- SinJ)БЙ?ЛИО-'е^1Д | ||
US4376903A (en) * | 1975-12-23 | 1983-03-15 | Micro Technology Laboratory Co., Ltd. | Direct current dynamo electric machine |
RU2328801C1 (ru) * | 2006-09-19 | 2008-07-10 | Анатолий Михайлович Русаков | Беспазовый статор магнитоэлектрической обращенной машины и способ укладки на него однослойной трехфазной обмотки |
US9331535B1 (en) * | 2012-03-08 | 2016-05-03 | Leidos, Inc. | Radial flux alternator |
-
2017
- 2017-10-19 RU RU2017136935A patent/RU2667661C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU337883A1 (ru) * | Научно исследовательский , экспериментальный институт автомобильного электрооборудовани , нриборов | БЕСКОНТАКТНЫЙ ГЕНЕРАТОРВСЕСОЮЗНАЯns'fJjbgTfi-J ""'•'"'"JJ-J" \i\Q ftib!br<d-4i..^=,snl .*- SinJ)БЙ?ЛИО-'е^1Д | ||
US4376903A (en) * | 1975-12-23 | 1983-03-15 | Micro Technology Laboratory Co., Ltd. | Direct current dynamo electric machine |
RU2328801C1 (ru) * | 2006-09-19 | 2008-07-10 | Анатолий Михайлович Русаков | Беспазовый статор магнитоэлектрической обращенной машины и способ укладки на него однослойной трехфазной обмотки |
US9331535B1 (en) * | 2012-03-08 | 2016-05-03 | Leidos, Inc. | Radial flux alternator |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2693011C1 (ru) * | 2018-12-27 | 2019-07-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (ОмГТУ) | Бесколлекторный синхронный генератор модульного типа с постоянными магнитами |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2603680C2 (ru) | Электродвигатель с обмоткой, не содержащей железа | |
US20160049838A1 (en) | Synchronous machine | |
EP3076530A1 (en) | Dc-motor | |
EP3422541B1 (en) | Self-exciting synchronous reluctance generators | |
EP2814146A2 (en) | Permanent magnet synchronous machines with magnetic flux regulation | |
CN103828195A (zh) | 铁路车辆用主电动机 | |
US20170005555A1 (en) | Asymmetric salient permanent magnet synchronous machine | |
GB2468695A (en) | A stator assembly incorporating permanent magnets and wound field poles for an inductor machine. | |
WO2015081106A2 (en) | Electronically commutated electromagnetic apparatus | |
RU2437201C1 (ru) | Бесконтактная электрическая машина с аксиальным возбуждением | |
JPH0865976A (ja) | ブラシレス自励三相同期発電機 | |
RU2437202C1 (ru) | Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением | |
CN110365133A (zh) | 永磁交流发电机 | |
RU2667661C1 (ru) | Способ изготовления усовершенствованной магнитоэлектрической машины | |
Beik et al. | High voltage generator for wind turbines | |
Shao et al. | Design of a twelve-phase flux-switching permanent magnet machine for wind power generation | |
CN111224477A (zh) | 基于谐波绕组励磁的并列结构无刷混合励磁同步发电机 | |
RU2652102C1 (ru) | Вентильный электродвигатель | |
Nukki et al. | Exterior-rotor permanent magnet synchronous machine with toroidal windings for unmanned aerial vehicles | |
RU2392724C1 (ru) | Однофазный электрический генератор | |
RU193578U1 (ru) | Энергоэффективная обмотка синхронной машины | |
RU2414793C1 (ru) | Бесконтактная модульная магнитоэлектрическая машина | |
WO2009051515A1 (fr) | Machine électrique synchrone | |
EP2894772A1 (en) | Electromechanical converter | |
WO2019111145A1 (en) | Electronically controlled high efficiency induction motor |