RU2685420C1 - Stator magnetic core of electromechanical power converters - Google Patents

Stator magnetic core of electromechanical power converters Download PDF

Info

Publication number
RU2685420C1
RU2685420C1 RU2017145007A RU2017145007A RU2685420C1 RU 2685420 C1 RU2685420 C1 RU 2685420C1 RU 2017145007 A RU2017145007 A RU 2017145007A RU 2017145007 A RU2017145007 A RU 2017145007A RU 2685420 C1 RU2685420 C1 RU 2685420C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
horseshoe
shaped cores
amorphous iron
stator
stator magnetic
Prior art date
Application number
RU2017145007A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Флюр Рашитович Исмагилов
Вячеслав Евгеньевич Вавилов
Владимир Игоревич Бекузин
Алексей Михайлович Веселов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
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 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority to RU2017145007A priority Critical patent/RU2685420C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2685420C1 publication Critical patent/RU2685420C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/141—Stator cores with salient poles consisting of C-shaped cores
    • H02K1/143—Stator cores with salient poles consisting of C-shaped cores of the horse-shoe type
    • 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
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used in electromechanical power converters of autonomous objects. Magnetic core of stator contains horseshoe-shaped cores, assembled from tape of amorphous iron, forming slots and teeth. Winding is laid in grooves. Horseshoe-shaped cores are made in the form of isolated sectors in axial direction, on outer side of which there is a coiled ring of amorphous iron tape in form of isolated sectors from each other in axial direction and installed in dielectric frame. Between horseshoe-shaped cores and twisted rings channels are formed, in which axial cooling tubes are installed.EFFECT: improving reliability, energy efficiency and minimizing heat release, increasing efficiency factor by 1–2 %.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в электромеханических преобразователях энергии автономных объектов.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in electromechanical converters of energy of autonomous objects.

Известен сердечник из аморфного железа [патент US №5903082 А, H02K 1/12, H02K 21/12, H02K 37/12, Н02Р 9/18, H02K 21/24, H02K 1/14, H02K 1/02, H02K 1/04, H02K 29/10, H02K 1/18, 11.05.1999], содержащий отдельно сформированные аморфное ярмо и аморфные полюса, которые совместно установлены в корпусе из диэлектрика, образовывая при этом сердечник статора электромеханического преобразователя энергии.Known amorphous iron core [US Patent No. 5903082 A, H02K 1/12, H02K 21/12, H02K 37/12, H02P 9/18, H02K 21/24, H02K 1/14, H02K 1/02, H02K 1 / 04, H02K 29/10, H02K 1/18, 11.05.1999], containing separately formed amorphous yoke and amorphous poles, which are jointly mounted in a dielectric body, thus forming the stator core of an electromechanical energy converter.

Недостатками данного магнитопровода статора из аморфного железа являются сложность его изготовления и низкие магнитные свойства, обусловленные значительными нарушениями геометрии магнитопровода статора из аморфного железа при сборки отдельных полюсов и ярма, а также низкий теплоотвод потерь энергии от магнитопровода статора из аморфного железа.The disadvantages of this amorphous iron stator magnetic circuit are the complexity of its manufacture and low magnetic properties, due to significant violations of the amorphous iron stator magnetic geometry when assembling individual poles and yoke, as well as low heat dissipation from the amorphous iron stator magnetic core.

Известен статор электрической машины, например, электродвигателя электрического транспортного средства [патент DE 102012207508 А1, H02K 1/06, H02K 1/12, H02K 15/02, 7.11.2013], содержащий П-образные сердечники, которые ламинированы из нескольких листов электротехнической стали. Из n-П-образных сердечников набирается магнитопровод.The stator of an electric machine, for example, an electric motor of an electric vehicle [patent DE 102012207508 A1, H02K 1/06, H02K 1/12, H02K 15/02, 7.11.2013], is known, which contains U-shaped cores that are laminated from several electrical steel sheets . From n-U-shaped cores dialed magnetic core.

Недостатками данного магнитопровода статора являются сложность его изготовления и установки в корпусе электрической машины, а также значительные аэродинамические потери энергии на трение ротора с воздухом.The disadvantages of this stator magnetic circuit are the complexity of its manufacture and installation in the housing of the electric machine, as well as significant aerodynamic energy losses due to friction between the rotor and the air.

Известен магнитопровод статора из аморфного железа [патент US 6960860 B1, Н02K 1/14, Н02K 1/12, Н02K 15/02, 01.10.2005], содержащий ротор, n-подковообразных сердечников набранных из ленты аморфного железа, установленных в диэлектрическом остове.The stator magnetic core of amorphous iron [patent US 6960860 B1, Н02K 1/14, Н02K 1/12, Н02K 15/02, 01.10.2005] is known, containing a rotor, n-horseshoe cores assembled from an amorphous iron ribbon installed in a dielectric core.

Недостатками данного магнитопровода статора из аморфного железа является его низкая эффективность и удельные показатели в составе электромеханических преобразователей энергии с внешним жидкостным охлаждением поверхности статора через рубашку охлаждения, обусловленная повышенными габаритными размерами, из-за низкой индукции насыщения ленты аморфного железа, а также значительными потерями энергии на трение ротора с воздухом, обусловленными не гладкой внутренней поверхностью статора.The disadvantages of this amorphous iron stator magnetic core are its low efficiency and specific indicators in the composition of electromechanical energy converters with external liquid cooling of the stator surface through the cooling jacket, due to increased overall dimensions, due to low saturation induction of amorphous iron ribbon, as well as significant energy losses on friction of the rotor with air, due to the non-smooth inner surface of the stator.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому приходится магнитопровод статора электромеханических преобразователей энергии с интенсивным охлаждением (варианты) и способ его изготовления [патент RU 2570834 С1, Н02K 1/20, Н02K 3/24, Н02K 15/02, 08.07.2014], содержащий ротор, подковообразные сердечники, набранные из ленты аморфного железа, установленные в диэлектрическом остове и образующих пазы и зубцы магнитопровода статора, обмотку, уложенную в пазах статора, диэлектрический остов выполнен в виде рубашки охлаждения с аксиальными трубками, при этом форма трубок профилирует форму пространства между подковообразными сердечниками, а по периметру диэлектрического остова введены дополнительные каналы охлаждения, причем боковые поверхности и дно пазов с уложенной в них обмоткой залиты неэлектропроводящим, немагнитным материалом с высокой теплопроводностью, а внутренняя поверхность пазов залита неэлектропроводящим, немагнитным материалом с низкой теплопроводностью, таким образом, что внутренняя поверхность статора гладкая.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed accounts for the stator magnet core of electromechanical energy converters with intensive cooling (versions) and the method of its manufacture [patent RU 2570834 C1, Н02K 1/20, Н02K 3/24, Н02K 15/02, 07.07.2014 ], containing a rotor, horseshoe-shaped cores, made of amorphous iron tape, installed in the dielectric core and forming the grooves and teeth of the stator magnetic circuit, winding laid in the stator slots, the dielectric core is made in the form of a cooling jacket with ax The tubes form the shape of the space between the horseshoe-shaped cores, and additional cooling channels are introduced around the perimeter of the dielectric core, the side surfaces and the bottom of the grooves with the winding laid in them are filled with non-conductive, non-magnetic material with high thermal conductivity, and the inner surface of the grooves is filled with non-conductive , non-magnetic material with low thermal conductivity, so that the inner surface of the stator is smooth.

Недостатками данного магнитопровода статора являются потери на вихревые токи в виду того, что магнитопровод выполнен не шихтованным, а цельным. Т.е. цельная лента аморфного железа проходит через всю активную длину магнитопровода статора, в результате контур вихревых токов также проходит через всю активную длину магнитопровода статора, что приводит к негативным последствиям, а именно потерям на вихревые токи, что ограничивает функциональные возможности магнитопровода статора и электромеханического преобразователя энергии в целом. Кроме того, недостатком магнитопровода является то, что магнитный поток между подковообразными сердечниками замыкается только через зубцы, что также ограничивает функциональные возможности магнитопровода статора и электромеханического преобразователя энергии в целом.The disadvantages of this stator magnetic circuit are eddy current losses due to the fact that the magnetic circuit is made not solid, but solid. Those. solid tape of amorphous iron passes through the entire active length of the stator magnetic circuit, as a result, the eddy current circuit also passes through the entire active length of the stator magnetic circuit, which leads to negative consequences, namely eddy current losses, which limits the functionality of the stator magnetic circuit and electromechanical energy converter in whole In addition, the disadvantage of the magnetic circuit is that the magnetic flux between the horseshoe-shaped cores closes only through the teeth, which also limits the functionality of the stator magnetic circuit and the electromechanical energy converter as a whole.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей магнитопровода статора электромеханических преобразователей энергии с интенсивным охлаждением, благодаря повышению выходной мощности при неизменных массогабаритных показателях, повышение эффективности и удельных показателей магнитопровода статора электромеханических преобразователей энергии с интенсивным охлаждением.The objective of the invention is to expand the functionality of the stator magnetic circuit of electromechanical energy converters with intensive cooling, due to the increase in output power with constant weight and dimensions, increasing the efficiency and specific indicators of the stator magnetic core of electromechanical energy converters with intensive cooling.

Техническим результатом является повышение надежности, энергоэффективности и минимизация тепловыделений электромеханических преобразователей энергии, повышение КПД электромеханических преобразователей энергии на 1-2%.The technical result is an increase in reliability, energy efficiency and minimization of heat generation of electromechanical energy converters, an increase in the efficiency of electromechanical energy converters by 1-2%.

Поставленная задача решается и указанный результат достигается тем, что магнитопровод статора электромеханических преобразователей энергии, содержащий подковообразные сердечники, набранные из ленты аморфного железа и образующих зубцы и пазы статора, в которых уложена обмотка, диэлектрический остов, аксиальные трубки, согласно изобретению, магнитопровод статора образован подковообразными сердечниками, набранными из ленты аморфного железа и установленными в аксиальном направлении, на внешних сторонах которых расположены изолированные друг от друга витые кольца из ленты аморфного железа, на внешнюю часть которых установлен диэлектрический остов, при этом, в каналах, образованных между подковообразными сердечниками и витыми кольцами, установлены аксиальные трубки охлаждения.The problem is solved and the specified result is achieved by the fact that the stator magnetic core of electromechanical energy converters containing horseshoe-shaped cores made of amorphous iron tape and forming teeth and stator slots in which a winding is laid, a dielectric core, axial tubes, according to the invention, the stator magnetic circuit is formed by horseshoe-shaped cores, recruited from the tape of amorphous iron and installed in the axial direction, on the outer sides of which are isolated Twisted rings of amorphous iron strips that are apart from each other, on the outer part of which a dielectric core is installed, while axial cooling tubes are installed in the channels formed between the horseshoe-shaped cores and the twisted rings.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 и на фиг. 2 изображен поперечный и продольный разрез магнитопровода статора электромеханических преобразователей энергии соответственно.The invention is illustrated by drawings. FIG. 1 and in FIG. 2 shows a transverse and longitudinal section of the stator magnetic circuit of electromechanical energy converters, respectively.

Предложенный магнитопровод статора электромеханических преобразователей энергии (фиг. 1) содержит ротор 1, подковообразные сердечники 2, набранные из ленты аморфного железа и установленные в аксиальном направлении, на внешних сторонах подковообразных сердечников 2, расположены изолированные друг от друга витые кольца 3 из ленты аморфного железа, между подковообразными сердечниками 2 и витыми кольцами 3 образуются каналы 4, в которых установлены аксиальные трубки охлаждения 5. На внешнюю часть витых колец 3 установлен диэлектрический остов 6, который имеет дополнительные каналы охлаждения 7 в аксиальном направлении, подковообразные сердечники 2 образуют зубцы 8 и пазы 9, обмотка 10 уложена в пазы 9. В каждом пазу 9 установлен клин 11 для монтажа обмотки 10.The proposed magnetic circuit of the stator of electromechanical energy converters (Fig. 1) contains a rotor 1, horseshoe-shaped cores 2, assembled from amorphous iron tape and installed in the axial direction, on the outer sides of the horseshoe-shaped cores 2, are isolated from each other twisted rings of amorphous iron tape, between the horseshoe-shaped cores 2 and twisted rings 3 channels 4 are formed, in which axial cooling tubes 5 are installed. A dielectric core is installed on the outer part of the twisted rings 3 6, which has additional cooling channels 7 in the axial direction, the horseshoe-shaped cores 2 form teeth 8 and grooves 9, the winding 10 is laid into the grooves 9. In each groove 9 a wedge 11 is installed for mounting the winding 10.

Предложенный магнитопровод статора электромеханических преобразователей энергии работает следующим образом: при вращении ротора 1, по подковообразным сердечникам 2, набранные из ленты аморфного железа, протекает магнитный поток возбуждения. Для усиления замыкания магнитного потока магнитопровода статора и минимизации полей рассеивания на внешней стороне подковообразных сердечников 2 установлены витые кольца 3 из ленты аморфного железа. По закону электромагнитной индукции при вращении ротора 1, в обмотке 10 наводится электродвижущая сила, величина которой зависит от числа витков обмотки, частоты вращения ротора 1 и магнитного потока возбуждения. При подключении нагрузки в обмотках 10 начинает протекать ток, при этом создаются тепловые потери в обмотках 10, обусловленные током в обмотках 10 и ее активным сопротивлением, а также потери на вихревые токи, обусловленные частотой вращения ротора, размерами обмотки и ее удельным сопротивлением, а также конструкцией магнитопровода статора электромеханических преобразователей энергии. Для минимизации потерь на вихревые токи магнитопроводящие элементы, а именно подковообразные сердечники 2 и витые кольца 3 собраны и изолированные друг от друга в аксиальном направлении, для минимизации контуров вихревых токов. Кроме того, выделяются потери непосредственно в подковообразных сердечниках 2 и витых кольцах 3, обусловленные величиной магнитного потока возбуждения, массой магнитопровода статора и удельными потерями материала магнитопровода статора, для минимизации описанных потерь подковообразные сердечники 2 и витые кольца 3 выполнены их ленты аморфного железа, которое имеет минимальные удельные потери (0,01-1 Вт/кг). Также выделяются потери энергии на трение ротора 1 с воздухом, обусловленные частотой вращения ротора 1, его геометрическими размерами, температурой воздуха и давлением в зазоре между ротором 1 и магнитопроводом статора. Дополнительный отвод потерь осуществляется по законам теплопереноса, при протекании хладагента по аксиальным трубкам охлаждения 5, установленным в пространстве между подковообразными сердечниками 2 и витыми кольцами 3, и дополнительными каналами охлаждения 7, установленными в диэлектрическом остове 6.The proposed magnetic circuit of the stator of electromechanical energy converters works as follows: when the rotor 1 rotates, a magnetic flux of excitation flows through the horseshoe-shaped cores 2 drawn from amorphous iron tape. To enhance the circuit of the magnetic flux of the stator magnetic circuit and minimize the dispersion fields on the outer side of the horseshoe-shaped cores 2, twisted rings 3 of amorphous iron tape are installed. According to the law of electromagnetic induction during the rotation of the rotor 1, an electromotive force is induced in the winding 10, the value of which depends on the number of turns of the winding, the frequency of rotation of the rotor 1 and the magnetic flux of excitation. When connecting the load in the windings 10 begins to flow current, this creates heat losses in the windings 10, due to the current in the windings 10 and its active resistance, as well as eddy current losses due to the rotor rotation frequency, winding size and resistivity, as well as the design of the stator magnetic circuit of electromechanical energy converters. To minimize eddy current losses, the magnetically conductive elements, namely, horseshoe-shaped cores 2 and twisted rings 3 are assembled and isolated from each other in the axial direction, to minimize eddy current contours. In addition, there are losses directly in the horseshoe-shaped cores 2 and twisted rings 3, due to the magnitude of the magnetic flux of excitation, mass of the stator magnetic circuit and specific losses of the material of the stator magnetic circuit, to minimize the described losses, the horseshoe-shaped cores 2 and twisted rings 3 are made of amorphous iron ribbons, which has minimum specific losses (0.01-1 W / kg). Energy losses due to friction of the rotor 1 with air are also highlighted, due to the rotational speed of the rotor 1, its geometrical dimensions, air temperature and pressure in the gap between the rotor 1 and the stator magnetic core. Additional loss diversion is carried out according to the laws of heat transfer, when refrigerant flows through axial cooling tubes 5 installed in the space between the horseshoe-shaped cores 2 and twisted rings 3, and additional cooling channels 7 installed in the dielectric core 6.

Итак, заявляемое изобретение позволит расширить функциональные возможности магнитопровода статора электромеханических преобразователей энергии, повысить выходную мощность при неизменных массогабаритных показателях, повысить энергоэффективность и удельные показатели электромеханического преобразователей энергии, повысить надежность, минимизировать тепловыделения электромеханических преобразователей энергии.Thus, the claimed invention will expand the functionality of the stator magnetic circuit of electromechanical energy converters, increase output power with constant weight and dimensions, improve energy efficiency and specific indicators of electromechanical energy converters, increase reliability, minimize heat generation of electromechanical energy converters.

Claims (1)

Магнитопровод статора электромеханических преобразователей энергии, содержащий подковообразные сердечники, набранные из ленты аморфного железа и образующие зубцы и пазы статора, в которых уложена обмотка, диэлектрический остов, аксиальные трубки, отличающийся тем, что магнитопровод статора образован подковообразными сердечниками, набранными из ленты аморфного железа и установленными в аксиальном направлении, на внешних сторонах которых расположены изолированные друг от друга витые кольца из ленты аморфного железа, на внешнюю часть которых установлен диэлектрический остов, при этом в каналах, образованных между подковообразными сердечниками и витыми кольцами, установлены аксиальные трубки охлаждения.The stator magnet core of electromechanical energy converters containing horseshoe-shaped cores assembled from amorphous iron tape and forming teeth and stator slots in which a winding is laid, a dielectric core, axial tubes, characterized in that the stator magnetic circuit is formed by horseshoe-shaped cores assembled from amorphous iron tape and installed in the axial direction, on the outer sides of which there are insulated twisted rings of amorphous iron tape, on the outer part which have a dielectric core, while in the channels formed between the horseshoe-shaped cores and twisted rings, axial cooling tubes are installed.
RU2017145007A 2017-12-20 2017-12-20 Stator magnetic core of electromechanical power converters RU2685420C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017145007A RU2685420C1 (en) 2017-12-20 2017-12-20 Stator magnetic core of electromechanical power converters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017145007A RU2685420C1 (en) 2017-12-20 2017-12-20 Stator magnetic core of electromechanical power converters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2685420C1 true RU2685420C1 (en) 2019-04-18

Family

ID=66168392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017145007A RU2685420C1 (en) 2017-12-20 2017-12-20 Stator magnetic core of electromechanical power converters

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2685420C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6960860B1 (en) * 1998-06-18 2005-11-01 Metglas, Inc. Amorphous metal stator for a radial-flux electric motor
DE102012207508A1 (en) * 2012-05-07 2013-11-07 Siemens Aktiengesellschaft Stator for electric machine e.g. electric motor of electric vehicle, has several stator windings that are formed coaxially with legs of laminations and wrapped around winding supporting element formed by connecting legs of laminations
RU2550506C2 (en) * 2010-07-27 2015-05-10 Киль Пон СОН Segmented motor with armature
RU2570834C1 (en) * 2014-07-08 2015-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Stator magnetic circuit for electromechanical energy converters with blast cooling (versions) and method of its manufacturing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6960860B1 (en) * 1998-06-18 2005-11-01 Metglas, Inc. Amorphous metal stator for a radial-flux electric motor
RU2550506C2 (en) * 2010-07-27 2015-05-10 Киль Пон СОН Segmented motor with armature
DE102012207508A1 (en) * 2012-05-07 2013-11-07 Siemens Aktiengesellschaft Stator for electric machine e.g. electric motor of electric vehicle, has several stator windings that are formed coaxially with legs of laminations and wrapped around winding supporting element formed by connecting legs of laminations
RU2570834C1 (en) * 2014-07-08 2015-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Stator magnetic circuit for electromechanical energy converters with blast cooling (versions) and method of its manufacturing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0225132B1 (en) Stator for electrical machine
CN105103409B (en) Pole shoe cooling gap for axial direction electric machine
CN103715945B (en) A kind of 12/14 bearing-free permanent magnet biased witch reluctance motor
US4852245A (en) Toothless stator electrical machine construction method
US20100289348A1 (en) Axial flow machine
BG66641B1 (en) Electric machine with internal stator
WO2016058446A1 (en) Motor
CN102315739B (en) Hybrid excitation generator
RU2570834C1 (en) Stator magnetic circuit for electromechanical energy converters with blast cooling (versions) and method of its manufacturing
US20220166268A1 (en) Direct contact cooling of axial flux motor stator
CN104335465A (en) Electrical power motor-generator excited by magnetic transference
CN105978270A (en) Stator partition type dual salient pole permanent magnetic brushless motor
RU2659091C1 (en) Free-phase magnetic core stator of electromechanical energy converters from amorphous iron with minimum influence of vortex currents (options)
CN201887626U (en) Novel permanent magnet motor
CN109038991A (en) A kind of 36/4 structure high-speed magneto
CN107615621B (en) Stator of rotating electric machine
CN112953092A (en) Novel permanent magnet synchronous generator
KR101682408B1 (en) Electric motor
RU2685420C1 (en) Stator magnetic core of electromechanical power converters
RU2436220C1 (en) Rotor of asynchronous electric machine
RU2644577C1 (en) Hybrid stator magnetic circuit of electromechanical energy converters
RU2538377C2 (en) Submersible linear electric motor
RU2330369C1 (en) Magnetic core of electric machine stator
RU2700280C1 (en) High-revving electromechanical energy converter with air cooling (versions)
CN112448492A (en) Axial and radial omnidirectional flux motor