RU2709024C1 - Электромеханический преобразователь энергии с зубцовой концентрической обмоткой - Google Patents
Электромеханический преобразователь энергии с зубцовой концентрической обмоткой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2709024C1 RU2709024C1 RU2019110023A RU2019110023A RU2709024C1 RU 2709024 C1 RU2709024 C1 RU 2709024C1 RU 2019110023 A RU2019110023 A RU 2019110023A RU 2019110023 A RU2019110023 A RU 2019110023A RU 2709024 C1 RU2709024 C1 RU 2709024C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- winding
- energy converter
- electromechanical energy
- concentric winding
- concentric
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/16—Synchronous generators
- H02K19/26—Synchronous generators characterised by the arrangement of exciting windings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в автономных системах электроснабжения, а также в авиационной отрасли в качестве стартер-генератора. Технический результат - минимизация колебаний частоты вращения и электромагнитного момента при номинальном режиме работы электромеханического преобразователя. Электромеханический преобразователь энергии с зубцовой концентрической обмоткой содержит ротор с постоянными магнитами, магнитопровод статора с зубцами, на которых расположена зубцовая концентрическая обмотка. Указанная зубцовая концентрическая обмотка имеет катушечные группы, между которыми продольно зубцу магнитопровода статора расположены обмотки подмагничивания. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в автономных системах электроснабжения, а также в авиационной отрасли в качестве стартер-генератора.
Известны схемы однослойных концентрических обмоток статоров электрических машин трехфазного переменного тока [В.И. Зимин, М.Я. Каплан и др. Обмотки электрических машин. Изд. пятое, переработанное: государственное энергетическое издательство: М.-Л. 1961 г., с. 118-123]. Эти обмотки состоят из трех однофазных обмоток, оси которых смещены в пространстве друг относительно друга на 120 градусов. Каждая из однофазных обмоток на протяжении двойного полюсного деления статора образована катушками, число которых определяется по формуле Z/2pm, где Z - число пазов статора, 2р - число полюсов машины, m - число фаз статора. Катушки имеют различную ширину, но одинаковое количество витков. Активные стороны этих катушек на протяжении полюсного деления размещены в Z/2pm рядом расположенных пазах и полностью заполняют весь объем этих пазов.
Недостатком трехфазных однослойных концентрических обмоток является то, что наряду с основной гармоникой магнитодвижущей силы (МДС) и магнитного потока они создают широкий спектр высших пространственных гармоник со значительными величинами их амплитуд. Данный недостаток объясняется ярко выраженным ступенчатым характером изменения магнитодвижущей силы вдоль расточки статора. Действие высших пространственных гармоник магнитодвижущей силы приводит к уменьшению электромагнитного момента электрических машин, особенно в зоне низких частот вращения ротора, увеличению дифференциального сопротивления рассеяния обмоток статора, росту потерь и температуры нагрева активных частей электрической машины, вибрациям и шумам.
Известна конструкция электромеханического преобразователя энергии [G. Dajaku, S. Spas, Xh. Dajaku, D. Gerling; An improved fractional slot concentrated winding for low-poles induction machines; Electrical Machines (ICEM), 2016 XXII International Conference; 4-7 Sept. 2016; 16444129; DOI: 10.1109/ICELMACH.2016.7732514], статор которого состоит из двух обмоточных систем, которые могут быть соединены как комбинация звезд или звезд и треугольников. Первая (основная) система намотки имеет шесть концентрических катушек, которые намотаны вокруг шести зубцов статора, в то время как вторая (вспомогательная) система обмоток имеет двенадцать концентрических катушек, намотанных вокруг двенадцати зубьев статора. В дополнение к этому сердечник статора имеет двухслойную структуру с шестью слотами во внешней области и дополнительно двенадцать пазов рядом с областью воздушного зазора. В результате, благодаря дополнительной (второй, вспомогательной) обмотки статора, находящийся в области воздушного зазора, распределение магнитной индукции в воздушном зазоре становится максимально приближено к синусоидальному распределению. Тем самым минимизируется негативное влияние высших гармоник в зубцовых концентрических обмотках.
Недостатком данного электромеханического преобразователя энергии является невысокое значения коэффициента заполнения, сложность конструкции, ограниченная область применения.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является конструкция электромеханического преобразователя энергии с зубцовой концентрической обмоткой [G. Dajaku, S. Spas, Xh. Dajaku, D. Gerling; Comparison of PM machines with concentrated windings for automotive application; 2014 International Conference on Electrical Machines (ICEM); 2-5 Sept. 2014; 14769227; DOI: 10.1109/ICELMACH.2014.6960458], имеющая ротор с постоянными магнитами, магнитопровод статора с зубцами, на которых расположена зубцовая концентрическая обмотка с немагнитными вставками, расположенными радиально, по середине зубца. Причем, немагнитные вставки расположены не на каждом зубце, а расположены через зубец, т.е. если идти по длине окружности, то один зубец будет с немагнитной вставкой, следующий без немагнитной вставки, а другой с немагнитной вставкой. Данное техническое решение позволяет снизить первую гармонику до 73%, пятую до 19% и повысить седьмую на 16%. Иными словами, электромеханический преобразователь энергии работает на седьмой гармоники.
Недостатком данного электромеханического преобразователя энергии с зубцовой концентрической обмоткой является сложность конструкции, низкая механическая прочность, ограниченные функциональные возможности.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей, минимизация колебаний частоты вращения и электромагнитного момента, благодаря монтажу обмоток подмагничивания в зубцы магнитопровода статора.
Техническим результатом является повышение механической прочности магнитопровода статора, минимизация колебаний, вызванных нелинейным распределением электромагнитного момента и частоты вращения при номинальном режиме работы электромеханического преобразователя энергии с зубцовой концентрической обмоткой.
Поставленная задача решается и указанный результат достигается тем, что электромеханический преобразователь энергии с зубцовой концентрической обмоткой, содержащий ротор с постоянными магнитами, магнитопровод статора с зубцами, на которых расположена зубцовая концентрическая обмотка, согласно изобретению, зубцовая концентрическая обмотка имеет катушечные группы, между которыми продольно зубцу магнитопровода статора расположены обмотки подмагничивания.
Существо изобретения поясняется чертежами фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3. На фиг 1, изображен поперечный разрез электромеханического преобразователя энергии с зубцовой, концентрической обмоткой, на фиг. 2 и фиг. 3 показана функция зависимости электромагнитного момента от времени для конструкции без обмотки подмагничивания и с обмоткой подмагничивания соответственно.
Предложенное устройство содержит магнитоэлектрический ротор 1, с к количеством полюсов, вал 2, магнитопровод статора 3, с n зубцами, на которых расположена зубцовая, концентрическая обмотка 4, продольно зубцу магнитопровода статора 3 расположены обмотки подмагничивания 5 имеющие катушечные группы 6, причем обмотки подмагничивания 5 расположены не на каждом зубце магнитопровода статора 3, а расположены между катушечными группами 6 зубцовой концентрической обмотки 4.
Электромеханический преобразователь энергии с зубцовой концентрической обмоткой работает следующим образом. При работе электромеханического преобразователя энергии с зубцовой концентрической обмоткой появляются такие негативные явления как броски (колебания) частоты вращения, броски (колебания) электромагнитного момента (фиг. 2), несинусоидальное распределение ЭДС и токов в фазах. Все описанные явления вызваны негативным влиянием высших гармоник, которые искажают основную, первую гармонику. При подаче постоянного тока в обмотку подмагничивания 5 участки магнитопровода статора 3 в области обмотки подмагничивания 5 перенасыщаются магнитной индукцией, и основной магнитный поток не проходит через участки перенасыщения. В результате действие основной гармоники значительно уменьшается, и в зависимости от значений магнитной индукции в области обмотки подмагничивания 5 уменьшается ряд высших субгармоник и увеличиваются одна (две) высшие гармоники. К примеру, при полном перенасыщении участка области обмотки подмагничивания 5 действие основной гармоники значительно уменьшается, а также уменьшаются третья и пятая гармоника (аналогично прототипу), а седьмая гармоника усиливает свое действие. В результате электромеханический преобразователь энергии с зубцовой концентрической обмоткой начинает работать на седьмой гармонике с минимальными бросками скорости и электромагнитного момента (фиг. 3). При использовании электромеханического преобразователя энергии в качестве стартер-генератора, в режиме стартера, изменяя значения постоянного тока в обмотке подмагничивания 5, появляется возможность регулировать частоту вращения ротора 1, благодаря изменению гармонического состава электромеханического преобразователя энергии с зубцовой концентрической обмоткой. А также в режиме стартера появляется возможность питать выводные концы напряжением с частотой перемагничивания в разы меньше частоты, соответствующей номинальной частоте перемагничивания стартер-генератора, что позволит достигать высоких частот вращения ротора при небольших частотах перемагничивания источника питания. В генераторном режиме обмотка подмагничивания 5 отключается от источника постоянного тока.
Итак, заявляемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности, минимизировать колебаний частоты вращения и электромагнитного момента, а также повысить механическую прочность электромеханического преобразователя энергии, благодаря монтажу обмоток подмагничивания в зубцы магнитопровода статора.
Claims (1)
- Электромеханический преобразователь энергии с зубцовой концентрической обмоткой, содержащий ротор с постоянными магнитами, магнитопровод статора с зубцами, на которых расположена зубцовая концентрическая обмотка, отличающийся тем, что зубцовая концентрическая обмотка имеет катушечные группы, между которыми продольно зубцу магнитопровода статора расположены обмотки подмагничивания.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019110023A RU2709024C1 (ru) | 2019-04-04 | 2019-04-04 | Электромеханический преобразователь энергии с зубцовой концентрической обмоткой |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019110023A RU2709024C1 (ru) | 2019-04-04 | 2019-04-04 | Электромеханический преобразователь энергии с зубцовой концентрической обмоткой |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2709024C1 true RU2709024C1 (ru) | 2019-12-13 |
Family
ID=69006585
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019110023A RU2709024C1 (ru) | 2019-04-04 | 2019-04-04 | Электромеханический преобразователь энергии с зубцовой концентрической обмоткой |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2709024C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2753739C1 (ru) * | 2020-11-17 | 2021-08-23 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭТК" | Отказоустойчивая электрическая машина со статором из двухфазного материала |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU186011A1 (ru) * | В. Д. Гладышев | Электрическая машина с возбуждением от постоянных магнитов | ||
SU1403267A1 (ru) * | 1985-09-05 | 1988-06-15 | Предприятие П/Я В-8624 | Вентильный электродвигатель |
RU94031608A (ru) * | 1994-08-29 | 1996-08-20 | Акционерное общество "Уралэлектротяжмаш" | Синхронная машина с совмещенным многофункциональным бесщеточным возбудителем |
FR2938385A1 (fr) * | 2008-11-10 | 2010-05-14 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Machine electrique tournante a double excitation de type homopolaire |
RU2439770C1 (ru) * | 2010-10-07 | 2012-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Генератор переменного тока с комбинированным возбуждением |
-
2019
- 2019-04-04 RU RU2019110023A patent/RU2709024C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU186011A1 (ru) * | В. Д. Гладышев | Электрическая машина с возбуждением от постоянных магнитов | ||
SU1403267A1 (ru) * | 1985-09-05 | 1988-06-15 | Предприятие П/Я В-8624 | Вентильный электродвигатель |
RU94031608A (ru) * | 1994-08-29 | 1996-08-20 | Акционерное общество "Уралэлектротяжмаш" | Синхронная машина с совмещенным многофункциональным бесщеточным возбудителем |
FR2938385A1 (fr) * | 2008-11-10 | 2010-05-14 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Machine electrique tournante a double excitation de type homopolaire |
RU2439770C1 (ru) * | 2010-10-07 | 2012-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Генератор переменного тока с комбинированным возбуждением |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2753739C1 (ru) * | 2020-11-17 | 2021-08-23 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭТК" | Отказоустойчивая электрическая машина со статором из двухфазного материала |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20180262091A1 (en) | Permanent magnet starter-generator with magnetic flux regulation | |
JPS59129558A (ja) | 可変速回転電機 | |
Zulu et al. | Topologies for wound-field three-phase segmented-rotor flux-switching machines | |
Liu et al. | A family of vernier permanent magnet machines utilizing an alternating rotor leakage flux blocking design | |
JP2003180059A (ja) | 車両用交流回転電機 | |
CN104682648A (zh) | 双谐波励磁的混合励磁永磁电机 | |
Sun et al. | Influence of stator slot and rotor pole number combination on field winding induced voltage ripple in hybrid excitation switched flux machine | |
US20170005555A1 (en) | Asymmetric salient permanent magnet synchronous machine | |
GB2468695A (en) | A stator assembly incorporating permanent magnets and wound field poles for an inductor machine. | |
KR20130051398A (ko) | 전자기 장치 | |
RU2709024C1 (ru) | Электромеханический преобразователь энергии с зубцовой концентрической обмоткой | |
FI84681B (fi) | Roterande elmaskin. | |
RU2437202C1 (ru) | Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением | |
Kataoka et al. | Design of high torque PM vernier motor | |
CN115940559B (zh) | 一种定子偏置式双凸极永磁电机 | |
Mizuno et al. | Basic principles and characteristics of hybrid excitation synchronous machine | |
RU2652102C1 (ru) | Вентильный электродвигатель | |
RU2143777C1 (ru) | Бесконтактная электрическая машина магнитоэлектрического типа | |
JP2939914B2 (ja) | ブラシレス自励同期発電機 | |
RU2393615C1 (ru) | Однофазный бесконтактный магнитоэлектрический генератор | |
Kim et al. | Design of damper to protect the field coil of an HTS synchronous motor | |
Kataoka et al. | Design of surface permanent magnet-type vernier motor using Halbach array magnet | |
WO2009051515A1 (fr) | Machine électrique synchrone | |
RU216073U1 (ru) | Магнитоэлектрический генератор с бифилярной обмоткой | |
Simion et al. | FEM analysis of a low speed permanent magnet synchronous machine with external rotor for a wind generator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210405 |