UA124412C2

UA124412C2 - CONTRACTOR SYNCHRONOUS ELECTROMECHANICAL CONVERTER

Info

Publication number: UA124412C2
Application number: UAA201712825A
Authority: UA
Inventors: Віталій Олександрович Мушинський; Михайло Миколайович Порозов; Євгеній Віталійович Мушинський
Original assignee: Євгеній Віталійович Мушинський
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2021-09-15
Also published as: WO2019125347A1; WO2019125347A4; PL240640B1; PL434592A1

Abstract

Винахід належить переважно до електричних машин для перетворення енергії, зокрема, до конструкції машин з постійними магнітами та аксіальним магнітним потоком (Axial-Flux), і може бути використаний як контрроторний одностаторний синхронний електромеханічний перетворювач або багатоконтрроторний багатостаторний синхронний електромеханічний перетворювач. Контрроторний синхронний електромеханічний перетворювач містить ротор з сукупністю індукційних полюсів, розташованих навколо центральної осі обертання, та статор, який містить сукупність сегментів, розділених повітряним простором. Кожен з сегментів має щонайменше два протилежно заряджені полюси. Перетворювач містить також сукупність постійних магнітів, кожен з яких має щонайменше два протилежно заряджені полюси і розташований між парою сусідніх сегментів статора. Ротор складається щонайменше з першого ротора та другого ротора, розташованих по обидва боки від статора. Обидва ротори виконані з можливістю синхронного обертання навколо центральної осі у протилежних напрямках, при цьому перший ротор та другий ротор виконані з немагнітного матеріалу. Сукупність індукційних полюсів виконані щонайменше частково з магнітно-м'якого матеріалу та розташовані на першому роторі та на другому роторі по їх окружності з певним інтервалом між зазначеними полюсами. На кожному сегменті статора розташовано котушку управління і індукційну котушку змінного струму. Сукупність постійних магнітів розташована між сегментами по контуру окружності, яка обмежує магнітний потік статора. Технічним результатом винаходу є спрощення конструкції електромеханічного перетворювача з одночасним підвищенням надійності її роботи шляхом зміни конструкції статора та ротора. Іншим технічним результатом винаходу є збільшення потужності та ККД перетворювача в цілому шляхом застосування методу паралельних потоків у схемі побудови магнітних ланцюгів перетворювача для забезпечення низької індуктивності та шляхом збільшення частоти ЕДС, яка генерується перетворювачем. Одним технічним результатом винаходу є забезпечення синхронності обертання роторів.The invention relates mainly to electric machines for energy conversion, in particular to the design of machines with permanent magnets and axial magnetic flux (Axial-Flux), and can be used as a counter-rotor single-stator synchronous electromechanical converter or multi-controller multi-stator synchronous electron converter. The counter-rotor synchronous electromechanical converter comprises a rotor with a set of induction poles located around the central axis of rotation, and a stator that contains a set of segments separated by airspace. Each of the segments has at least two oppositely charged poles. The converter also contains a set of permanent magnets, each of which has at least two oppositely charged poles and is located between a pair of adjacent stator segments. The rotor consists of at least a first rotor and a second rotor located on either side of the stator. Both rotors are made with the possibility of synchronous rotation around the Central axis in opposite directions, while the first rotor and the second rotor are made of non-magnetic material. The set of induction poles are made at least in part of a magnetically soft material and are located on the first rotor and on the second rotor in a circle with a certain interval between these poles. A control coil and an AC induction coil are located on each stator segment. The set of permanent magnets is located between the segments along the contour of the circle that limits the magnetic flux of the stator. The technical result of the invention is to simplify the design of the electromechanical converter while increasing the reliability of its operation by changing the design of the stator and rotor. Another technical result of the invention is to increase the power and efficiency of the converter as a whole by applying the method of parallel flows in the scheme of construction of magnetic circuits of the converter to provide low inductance and by increasing the EMF frequency generated by the converter. One technical result of the invention is to ensure the synchrony of rotation of the rotors.

Description

виконані з можливістю синхронного обертання навколо центральної осі у протилежних напрямках, при цьому перший ротор та другий ротор виконані з немагнітного матеріалу.made with the possibility of synchronous rotation around the central axis in opposite directions, while the first rotor and the second rotor are made of non-magnetic material.

Сукупність індукційних полюсів виконані щонайменше частково з магнітно-м'якого матеріалу та розташовані на першому роторі та на другому роторі по їх окружності з певним інтервалом між зазначеними полюсами. На кожному сегменті статора розташовано котушку управління |і індукційну котушку змінного струму. Сукупність постійних магнітів розташована між сегментами по контуру окружності, яка обмежує магнітний потік статора. Технічним результатом винаходу є спрощення конструкції електромеханічного перетворювача з одночасним підвищенням надійності її роботи шляхом зміни конструкції статора та ротора. Іншим технічним результатом винаходу є збільшення потужності та ККД перетворювача в цілому шляхом застосування методу паралельних потоків у схемі побудови магнітних ланцюгів перетворювача для забезпечення низької індуктивності та шляхом збільшення частоти ЕДС, яка генерується перетворювачем. Одним технічним результатом винаходу є забезпечення синхронності обертання роторів.A set of induction poles are made at least partially of magnetically soft material and are located on the first rotor and on the second rotor along their circumference with a certain interval between the indicated poles. A control coil and an AC induction coil are located on each segment of the stator. The set of permanent magnets is located between the segments along the contour of the circle, which limits the magnetic flux of the stator. The technical result of the invention is the simplification of the design of the electromechanical converter while simultaneously increasing the reliability of its operation by changing the design of the stator and rotor. Another technical result of the invention is to increase the power and efficiency of the converter as a whole by applying the method of parallel flows in the scheme of constructing the magnetic circuits of the converter to ensure low inductance and by increasing the frequency of the EMF generated by the converter. One technical result of the invention is ensuring the synchronism of the rotation of the rotors.

Ж ле А и х ! 7 | / ра х рий х КТ р раJ le A and x! 7 | / ра х рый х КТ р ра

СКМ о т иеннннннь ши чі й кн хв и в жу же 3 ча н- р ЯSCM o t iennnnnnn shi chi i kn hv i zhu same 3 cha n- r I

У МУ левеня вані ах свя вжи ка й ие А. х ес ДВК я я я Кит а се фуре подавав е раAt MU levenya vani ah svia uzhika i ie A. h es DVK i i i Kit a se fure served e ra

КК т ву, У юнишш; й /-я а ШЕ т і он й " ло !KK t vu, U junior; y /-ya a SHE t i on y " lo !

Ах уд а ай а В ау с Що е «й є У с жан ЇїAh ud a ay a V aus s What e «y is U s zan Her

Х саке ес у,X sake es y,

Мона А ОК р Ох ЕКО о и є: щЬ а и в ри ЛЕ | ке нн З ще Е Й кали че р ра : жMona A OK r Okh ECO o i is: shch a i v ry LE | ke nn With still E Y kali cher ra: f

ГЕ) ре й й МкGE) re and Mk

Кк ій и Му МKk iy and Mu M

Фіг, 1Fig, 1

Винахід належить переважно до електричних машин для перетворення енергії, зокрема, до конструкції генераторів та двигунів, які мають низьку індуктивність у ланцюгах якоря електричної машини. Заявлений контрроторний синхронний електромеханічний перетворювач (далі по тексту - перетворювач) може бути використаний у контрроторних системах вітрогенераторів, кінетичних накопичувачах енергії у маховиках тощо. Згідно з переважними варіантами застосування винаходу, перетворювач може мати потік комутації топології, який може бути потоком перемикання для таких машин як високошвидкісні електричні машини з постійним магнітом (Пих-5уліспіпу рептапепі тадпеї (Е5РМ) таспіпе). Такі машини можуть бути використані як двигуни та/або генератори тощо. Перетворювач за винаходом також може бути виконаний як синхронний двигун або генератор або послідовно сполучені двигун та генератор.The invention relates mainly to electric machines for energy conversion, in particular to the design of generators and motors that have low inductance in the armature circuits of the electric machine. The proposed counter-rotor synchronous electromechanical converter (hereinafter referred to as the converter) can be used in counter-rotor systems of wind generators, kinetic energy accumulators in flywheels, etc. According to preferred embodiments of the invention, the converter may have a topology commutation flow, which may be a switching flow for such machines as high-speed electric machines with a permanent magnet (Pyh-5ulispipu reptapepi tadpei (E5RM) taspipe). Such machines can be used as engines and/or generators, etc. The converter according to the invention can also be made as a synchronous motor or generator or a series connected motor and generator.

У цьому випадку можливе використання перетворювача, наприклад, як приводу коліс електричного транспортного засобу та/або для відновлення енергії при гальмуванні.In this case, it is possible to use the converter, for example, as a drive for the wheels of an electric vehicle and/or to recover energy during braking.

Сучасні галузі застосування електричних машин передбачають застосування таких перетворювачів енергії, зокрема, двигунів або генераторів, які забезпечують підвищення щільності потоку електромагнітної енергії та ефективності роботи (ККД) завдяки застосуванню постійних магнітів з високою коерцитивною силою. Застосування таких постійних магнітів передбачає зменшення кількості міді у обмотках збудження перетворювачів, зменшуючи тим самим втрати загального струму в ньому. Заміна котушок при застосуванні постійних магнітів змінює конструкцію електромашини. При застосуванні постійних магнітів їх магнітне поле постійних магнітів не може бути "вимкнене", що призводить до збільшення висоти зубців ротора для запуску перетворювача. Постійний магнітний потік також викликає зворотну електрорушійну силу, яка стає лінійною в залежності від відношення швидкості до крутного моменту, що знижує ефективність роботи перетворювача.Modern fields of application of electric machines involve the use of such energy converters, in particular, engines or generators, which provide an increase in the density of the flow of electromagnetic energy and efficiency of operation (efficiency) due to the use of permanent magnets with a high coercive force. The use of such permanent magnets involves reducing the amount of copper in the excitation windings of the converters, thus reducing the total current losses in it. Replacing the coils when using permanent magnets changes the design of the electric machine. When applying permanent magnets, their magnetic field of permanent magnets cannot be "turned off", which leads to an increase in the height of the rotor teeth to start the converter. The constant magnetic flux also causes a reverse electromotive force, which becomes linear in the speed-to-torque ratio, which reduces the efficiency of the converter.

Більшість підходів до контролю ККД при умовах пікової вихідної потужності для перетворювачів з постійними магнітами полягає у електронному керуванні величинами фазових кутів збудження та струму. Таке електронне керування є ефективним для зміни лінійної швидкості до максимального крутного моменту. Забезпечення гіперболічної залежності швидкості від крутного моменту вимагає збільшення розмірів перетворювача і, відповідно, його ваги. Зокрема, розміри та вага перетворювачів можуть бути збільшені подібно до розмірів таMost approaches to controlling efficiency at peak output power conditions for permanent magnet converters consist of electronic control of excitation phase angles and current. Such electronic control is effective for changing linear speed to maximum torque. Ensuring the hyperbolic dependence of the speed on the torque requires an increase in the size of the converter and, accordingly, its weight. In particular, the dimensions and weight of the transducers can be increased similar to the dimensions and

Зо ваги перетворювачів, які використовують мідні обмотки, що нівелює переваги використання постійних магнітів у перетворювачах.From the weight of converters that use copper windings, which negates the advantages of using permanent magnets in converters.

У електричних машинах, таких як двигуни або генератори, внутрішній опір є важливим параметром у поєднанні з повним внутрішнім опором навантаження для визначення продуктивності всієї системи. Через те, що внутрішній опір електричної машини менше повного внутрішнього опору навантаження, вихідна напруга електричної машини стає більше, ніж втрати напруги джерела ЕДС. У відомих технічних рішеннях для забезпечення найменшого шляху опору у мідних обмотках електричної машини забезпечують мінімальний внутрішній опір та зведення до мінімуму втрат потужності та тепла, яке відводиться від електричної машини та повинно бути розсіяне.In electrical machines such as motors or generators, the internal resistance is an important parameter in combination with the total internal resistance of the load to determine the performance of the entire system. Due to the fact that the internal resistance of the electric machine is less than the total internal resistance of the load, the output voltage of the electric machine becomes greater than the voltage loss of the EMF source. In the known technical solutions for providing the least resistance path in the copper windings of the electric machine, the minimum internal resistance and the minimization of power losses and heat, which is removed from the electric machine and must be dissipated, are provided.

На відміну від цього, у випадку мізерно малої внутрішньої індуктивності, вихідна напруга буде зростати зі збільшенням частоти струму у зв'язку зі збільшенням зміни потоку за часом.In contrast, in the case of a negligible internal inductance, the output voltage will increase with an increase in the frequency of the current due to an increase in the change in flux over time.

Рівні струму збудження можуть бути потім зменшені при підвищенні частоти струму, що дозволить уникнути стану насичення електричної машини. Зменшення збудження струму буде компенсувати збільшення частоти струму таким чином, що втрати у сердечнику статора залишатимуться практично постійними.Excitation current levels can then be reduced when the current frequency is increased, which will avoid the state of saturation of the electric machine. The reduction in the excitation current will compensate for the increase in the frequency of the current in such a way that the losses in the stator core will remain practically constant.

Високошвидкісні електричні машини (их 5м/йспіпд таспіпе, ЕЗМ) належать до класу електричних машин - доибіу-заїїепі реппапепі тадпеї (ОРЗМ), які описані, наприклад, у статті А.High-speed electric machines (their 5m/yspipd taspipe, EZM) belong to the class of electric machines - doibiu-zaiiepi reppapepe tadpei (ORZM), which are described, for example, in article A.

Маптоцмиаї", М. А. Напіт апа МУ. Р. Нему, АхіаІ-ЯПих реппапепі-тадпеї таснпіпе тоавеїїпа, аевзідп, вітшиіайоп апа апаїузів, Зсієпійіс Везєагсі апа Еззауз Мої. 6(12), стор. 2525-2549, дата публікації 18.06.2011, доступної за посиланням пир/Лумлу.асадетісіоитпа!5.ог9/З5ВЕ. При існуючому потоці комутації машини мають певні недоліки, у тому числі відносно низький крутний момент у порівнянні з іншими електричними машинами з постійними магнітами.Maptotsmiai", M. A. Napit apa MU. R. Nemu, AkhiaI-Yapih reppapepi-tadpei tasnpipe toaveiipa, aevzidp, vitshiiaiop apa apaiuziv, Zsiepiyis Vezeagsi apa Ezzauz Moi. 6(12), pp. 2525-2549, publication date 18.06 .2011, available at the link pyr/Lumlu.asadetisioitpa!5.og9/Z5VE.With the existing commutation flux, the machines have certain disadvantages, including a relatively low torque compared to other permanent magnet electric machines.

Такі недоліки описані, наприклад, у 05 20140049124 Ат, дата публікації 20.02.2014.Such shortcomings are described, for example, in 05 20140049124 At, publication date 02.20.2014.

Зазначена заявка описує електричну машину з постійними магнітами, аналогічну заявленій електричній машині (перетворювачу). Перетворювач містить два ротори, які обертаються в одному напрямку. Недоліком аналогічної машини є можливі порівняно великі втрати магнітної індукції на роторах, про що свідчить діаграма на фіг. 2 до опису зазначеної заявки. Також конструкція аналогічної машини має відносно велику вагу за рахунок застосування важких сталевих роторів.This application describes an electric machine with permanent magnets, similar to the claimed electric machine (converter). The converter contains two rotors that rotate in the same direction. The disadvantage of a similar machine is possible relatively large losses of magnetic induction on the rotors, as evidenced by the diagram in Fig. 2 to the description of the specified application. Also, the design of a similar machine has a relatively large weight due to the use of heavy steel rotors.

Також відомо ротаційну електричну машину, що містить статор та два ротори, описану у О5 20060175923 АТ, дата публікації 10.08.2006. Зовнішній статор розташований усередині зовнішнього ротора. Внутрішній ротор розташований у радіальному напрямку на внутрішній стороні статора. Зовнішній ротор та внутрішній ротор містять постійні магніти та синхронно обертаються в одному напрямку, на відміну від заявленого перетворювача, ротори якого мають синхронне контрроторне обертання.A rotary electric machine containing a stator and two rotors is also known, described in О5 20060175923 JSC, publication date 08/10/2006. The outer stator is located inside the outer rotor. The inner rotor is located in the radial direction on the inner side of the stator. The outer rotor and inner rotor contain permanent magnets and rotate synchronously in the same direction, unlike the claimed converter, whose rotors have synchronous counter-rotor rotation.

Подібні до зазначеного вище аналогу перетворювачі описані і у статті Моренко, К. С.Converters similar to the analogue mentioned above are also described in the article by Morenko, K.S.

Двухроторнье злектрическиє генераторь! для ветроустановок / К. С Моренко, Г. В. Степанчук //Two-rotor electrical generator! for wind turbines / K. S. Morenko, G. V. Stepanchuk //

Вестник аграрной науки Дона. - Зерноград: ФГ'БОУ ВПО АЧГАА, 2011. - Мео2(14). стор. 66-73. В статті описані генератори з двостороннім живленням та подвійним ротором. Недоліки подібних перетворювачів описані вище і усуваються перетворювачами з контр роторним синхронним обертанням обох роторів.Don's Herald of Agrarian Science. - Zernograd: FG'BOU VPO AChGAA, 2011. - Meo2(14). page 66-73. The article describes generators with two-way power supply and a double rotor. The disadvantages of such converters are described above and are eliminated by converters with counter-rotary synchronous rotation of both rotors.

Також відомо перетворювач (двигун), який описано у публікації міжнародної заявкиAlso known is the converter (engine), which is described in the publication of the international application

МО 2008/096600 від 14.08.2008. Двигун містить статор з першими та другими якорями, які формують ротаційне магнітне поле, внутрішній ротор з першими та другими постійними магнітами, і зовнішній ротор, розташований між статором та внутрішнім ротором. Зовнішній ротор містить корпус, який підтримує перші та другі індукційні магнітні полюси, виготовлені з слабомагнітного матеріалу таким чином, що вони вставляються в корпус ротора. Фаза першого індукційного магнітного полюса збігається з фазою другого індукційного магнітного полюса.MO 2008/096600 dated August 14, 2008. The motor includes a stator with first and second armatures that form a rotating magnetic field, an inner rotor with first and second permanent magnets, and an outer rotor located between the stator and the inner rotor. The outer rotor includes a housing that supports first and second induction magnetic poles made of weakly magnetic material such that they are inserted into the rotor housing. The phase of the first induction magnetic pole coincides with the phase of the second induction magnetic pole.

Перші та другі індукційні магнітні полюси розташовані у корпусі ротора таким чином, що вони є вирівняні в напрямку загальної осі обертання перетворювачів. За рахунок двоосьового обертання зовнішній ротор має просту конструкцію і підвищену надійність, а також спрощено підтримку та складання перших і других індукційних магнітних полюсів у зовнішньому роторі.The first and second induction magnetic poles are located in the rotor housing in such a way that they are aligned in the direction of the common axis of rotation of the converters. Due to biaxial rotation, the outer rotor has a simple design and increased reliability, as well as simplified support and assembly of the first and second induction magnetic poles in the outer rotor.

Проте описаний аналог також не передбачає контрроторне синхронне обертання зовнішнього та внутрішнього роторів.However, the described analog also does not provide counter-rotor synchronous rotation of the outer and inner rotors.

Також відомо безконтактний біротативний електромеханічний перетворювач, описаний у патенті ВО 166023 01, дата публікації - 10.11.2016. Перетворювач містить статор, магнітопровід якого має багатофазну кільцеву обмотку, та два ротори-індуктори з постійними магнітами.A non-contact birotative electromechanical converter is also known, described in patent VO 166023 01, publication date - 11/10/2016. The converter contains a stator, the magnetic wire of which has a multiphase ring winding, and two rotors-inductors with permanent magnets.

Ротори встановлені з можливістю конструктивної незалежності обертання, тобто обертання зThe rotors are installed with the possibility of structural independence of rotation, that is, rotation with

Зо різними швидкостями, на відміну від запропонованого перетворювача, який є синхронною машиною.With different speeds, unlike the proposed converter, which is a synchronous machine.

Також відомо перетворювач (двигун), описаний у 5 6,455,969 ВІ, дата публікації - 24.09.2002. Двигун містить один статор, середній утримуючий шар, зовнішній та внутрішній ротор. Зазначені ротори містять однакову кількість постійних магнітів для утворення магнітного поля та розташовані зі зміщенням один відносно одного. Статор містить індукційні котушки збудження з кількістю, яка дорівнює кількості магнітів роторів. Зазначені ротори обертаються у протилежному напрямку шляхом комутації струму, що протікає через котушки збудження статора. Недоліком описаного перетворювача є відносно великий шлях магнітного потоку (фіг. З та 4), а також великі поля розсіювання та магнітний опір перетворювача.Also known is the converter (engine) described in 5 6,455,969 VI, publication date - 09/24/2002. The motor contains one stator, a middle retaining layer, an outer and an inner rotor. These rotors contain the same number of permanent magnets for the formation of a magnetic field and are located with an offset relative to each other. The stator contains induction coils of excitation with a number equal to the number of rotor magnets. These rotors rotate in the opposite direction by commutation of the current flowing through the stator excitation coils. The disadvantage of the described converter is a relatively long magnetic flux path (Fig. 3 and 4), as well as large scattering fields and magnetic resistance of the converter.

За прототип винаходу вибрано електромеханічний перетворювач - гібридний двигун з постійним магнітом, описаний у 05 20090160391 А1, дата публікації -25.06.2009. Перетворювач за прототипом може функціонувати і як генератор та містить ротор з сукупністю індукційних магнітних полюсів, розташованих навколо центральної осі обертання, статор, який містить сукупність сегментів, розділених повітряним простором, кожен з яких має щонайменше два протилежно заряджені полюси, та сукупність постійних магнітів, кожен з яких має щонайменше два протилежно заряджені полюси і розташований між парою сусідніх сегментів статора у області дії магнітного поля між котушками управління. Котушки управління знаходяться під напругою для створення зустрічного потоку для постійних магнітів і створюють крутний момент на полюсах ротора, перш ніж ці полюси збігаються з полюсами котушок управління сегментів статора. Постійні магніти на сегментах статора розташовані послідовно уздовж шляху магнітного потоку. Коли струм не тече у фазних обмотках, це дозволяє керувати перетворювачем через фазні обмотки. При роботі описаного перетворювача присутня невелика кількість магнітного потоку розсіювання. Таке розташування магнітних потоків у безпосередній близькості від потоків витоку, що притаманне компактним багатополюсним машинам, зменшує ефективність роботи перетворювача.An electromechanical converter - a hybrid motor with a permanent magnet, described in 05 20090160391 A1, publication date - 25.06.2009, was chosen as the prototype of the invention. The converter according to the prototype can also function as a generator and includes a rotor with a collection of induction magnetic poles arranged around a central axis of rotation, a stator that contains a collection of segments separated by an air space, each of which has at least two oppositely charged poles, and a collection of permanent magnets, each of which has at least two oppositely charged poles and is located between a pair of adjacent stator segments in the field of action of the magnetic field between the control coils. The control coils are energized to create a counter flux for the permanent magnets and create a torque on the rotor poles before these poles match the control coil poles of the stator segments. Permanent magnets on the stator segments are arranged in series along the path of the magnetic flux. When no current flows in the phase windings, this allows the converter to be controlled through the phase windings. During the operation of the described converter, there is a small amount of stray magnetic flux. This arrangement of magnetic fluxes in close proximity to the leakage currents, which is characteristic of compact multipole machines, reduces the efficiency of the converter.

В основу винаходу поставлена задача спрощення конструкції електромеханічного перетворювача з одночасним підвищенням надійності її роботи шляхом зміни конструкції статора та ротора. Додатковою перевагою винаходу є збільшення потужності та ККД перетворювача в цілому шляхом застосування методу паралельних потоків у схемі побудови бо магнітних ланцюгів перетворювача для забезпечення низької індуктивності та шляхом збільшення частоти ЕДС, яка генерується перетворювачем. Ще одною додатковою перевагою винаходу є забезпечення синхронності обертання роторів.The invention is based on the task of simplifying the design of the electromechanical converter while simultaneously increasing the reliability of its operation by changing the design of the stator and rotor. An additional advantage of the invention is to increase the power and efficiency of the converter as a whole by applying the method of parallel flows in the scheme of constructing the magnetic circuits of the converter to ensure low inductance and by increasing the frequency of the EMF generated by the converter. Another additional advantage of the invention is ensuring the synchronism of the rotation of the rotors.

Поставлена задача вирішується таким чином, що у відомому контрроторному синхронному електромеханічному перетворювачі, який містить ротор з сукупністю індукційних полюсів, розташованих навколо центральної осі обертання, статор, який містить сукупність сегментів, розділених повітряним простором, кожен з яких має щонайменше два протилежно заряджені полюси, та сукупність постійних магнітів, кожен з яких має щонайменше два протилежно заряджені полюси і розташований між парою сусідніх сегментів статора, згідно з винаходом, ротор складається щонайменше з першого ротора та другого ротора, розташованих по обидва боки від статора, причому обидва ротори виконані з можливістю синхронного обертання навколо центральної осі у протилежних напрямках, при цьому перший ротор та другий ротор виконані з немагнітного матеріалу, а сукупність індукційних полюсів виконані щонайменше частково з магнітно-м'якого матеріалу та розташовані на першому роторі та на другому роторі по їх окружності з певним інтервалом між зазначеними полюсами, причому на кожному сегменті статора розташовано котушку управління і індукційну котушку змінного струму, а сукупність постійних магнітів розташована між сегментами по контуру окружності, яка обмежує магнітний потік статора.The problem is solved in such a way that in a known counter-rotor synchronous electromechanical converter, which contains a rotor with a set of induction poles arranged around a central axis of rotation, a stator, which contains a set of segments separated by an air space, each of which has at least two oppositely charged poles, and a set of permanent magnets, each of which has at least two oppositely charged poles and is located between a pair of adjacent segments of the stator, according to the invention, the rotor consists of at least a first rotor and a second rotor located on both sides of the stator, and both rotors are made with the possibility of synchronous rotation around a central axis in opposite directions, wherein the first rotor and the second rotor are made of non-magnetic material, and the set of induction poles are made at least partially of magnetically soft material and are located on the first rotor and the second rotor around their circumferences at a certain interval between the specified poles, and on each segment of the stator there is a control coil and an induction coil of alternating current, and a set of permanent magnets is located between the segments along the contour of the circle, which limits the magnetic flux of the stator.

Згідно з одним із переважних варіантів виконання винаходу, індукційні полюси першого ротора можуть бути розташовані із зсувом відносно індукційних полюсів другого ротора на половину полюсного кроку.According to one of the preferred embodiments of the invention, the induction poles of the first rotor can be arranged with a shift relative to the induction poles of the second rotor by half the pole step.

Згідно з ще одним із переважних варіантів виконання винаходу, як індукційні полюси першого ротора та другого ротора може бути використано сукупність замикачів, виконаних з матеріалу з високою магнітною проникністю, встановлених з можливістю обертання навколо центральної осі обертання.According to another preferred embodiment of the invention, as the induction poles of the first rotor and the second rotor, a set of switches made of material with high magnetic permeability, installed with the possibility of rotation around the central axis of rotation, can be used.

Згідно з ще одним із переважних варіантів виконання винаходу, сукупність замикачів може бути встановлена на диску з немагнітного матеріалу.According to another preferred embodiment of the invention, a set of switches can be installed on a disc made of non-magnetic material.

Згідно з ще одним із переважних варіантів виконання винаходу, перший ротор та другий ротор можуть бути виконані із зубчатою поверхнею.According to another preferred embodiment of the invention, the first rotor and the second rotor can be made with a toothed surface.

Згідно з ще одним із переважних варіантів виконання винаходу, зубці першого ротораAccording to another preferred embodiment of the invention, the teeth of the first rotor

Зо можуть бути суміщені із зубцями другого ротора і навпаки у межах одного сегмента статора.Zo can be combined with the teeth of the second rotor and vice versa within one segment of the stator.

Згідно з ще одним із переважних варіантів виконання винаходу, котушки управління сполучені між собою послідовно, а індуктивні котушки змінного струму сполучені послідовно між собою таким чином, що утворюють щонайменше дві, першу та другу, паралельні гілки.According to another preferred embodiment of the invention, the control coils are connected in series with each other, and the alternating current inductive coils are connected in series with each other in such a way that they form at least two, first and second, parallel branches.

Згідно з ще одним із переважних варіантів виконання винаходу, кожен з сукупності постійних магнітів, виконаних з магнітно-твердого матеріалу та розташованих по окружності поміж сегментами статора, які виконані з магнітно-м'якого матеріалу, може бути намагнічений протилежно сусідньому постійному магніту.According to another preferred embodiment of the invention, each set of permanent magnets made of magnetically hard material and located circumferentially between stator segments made of magnetically soft material can be magnetized opposite to the adjacent permanent magnet.

Згідно з ще одним із переважних варіантів виконання винаходу, кожний сегмент статора може мати Н-подібну форму, яка утворює зубці на верхній стороні статора та на нижній стороні статора.According to another preferred embodiment of the invention, each segment of the stator can have an H-shaped shape that forms teeth on the upper side of the stator and on the lower side of the stator.

У цьому випадку зубці на верхній стороні статора та на нижній стороні статора можуть формувати полюсні наконечники кільцевої сегментної форми з розташованими на них котушками управління та індуктивними котушками змінного струму.In this case, the teeth on the upper side of the stator and on the lower side of the stator can form pole tips of ring segment shape with control coils and alternating current inductive coils located on them.

Також цьому випадку на верхній стороні статора та на нижній стороні статора може бути розташовано 6бп зубців, та кожен з роторів містить бпж2 полюси, де п більше або дорівнює 2.Also in this case, 6 bp teeth can be located on the upper side of the stator and on the lower side of the stator, and each of the rotors contains bpz2 poles, where n is greater than or equal to 2.

Згідно з ще одним із переважних варіантів виконання винаходу, на верхній стороні статора та на нижній стороні статора розташовано бп зубців, та кожен з роторів містить бпж 2 полюси, де п більше або дорівнює 2.According to another preferred embodiment of the invention, there are bp teeth on the upper side of the stator and on the lower side of the stator, and each of the rotors contains bpz 2 poles, where n is greater than or equal to 2.

Згідно з ще одним із переважних варіантів виконання винаходу, обидва ротори можуть бути виконані з можливістю синхронного обертання у протилежних напрямках навколо центральної осі за допомогою засобу протилежного обертання.According to another preferred embodiment of the invention, both rotors can be made capable of synchronous rotation in opposite directions around the central axis by means of counter-rotation.

У такому випадку засіб протилежного обертання може бути виконаний як механічний контрроторний пристрій або як електронний засіб протилежного обертання.In this case, the means of counter-rotation can be made as a mechanical contra-rotor device or as an electronic means of counter-rotation.

У цьому випадку як механічний контрроторний пристрій може бути використано планетарний редуктор з передаточним числом і-- 1, сполучений з першим ротором та другим ротором.In this case, as a mechanical counter-rotor device, a planetary gearbox with a gear ratio of i--1, connected to the first rotor and the second rotor, can be used.

Також у цьому випадку як електронний засіб протилежного обертання може бути використано контролер, обладнаний датчиками стеження за положенням роторів для перемикання котушок управління.Also in this case, a controller equipped with sensors for tracking the position of the rotors for switching the control coils can be used as an electronic means of opposite rotation.

Згідно з ще одним із переважних варіантів виконання винаходу, перший ротор та другий ротор обладнані однаковою кількістю замикачів, розташованих з кутовим зміщенням відносно котушок управління і індуктивних котушок змінного струму.According to another preferred embodiment of the invention, the first rotor and the second rotor are equipped with the same number of switches located with an angular offset relative to the control coils and the alternating current inductive coils.

Згідно з винаходом, для вирішення поставленого завдання запропоновано електромеханічний пристрій з постійними магнітами, а саме контрроторний синхронний електромеханічний перетворювач, який може функціонувати як двигун або генератор. У запропонованому перетворювачі використано сукупність котушок управління та індуктивних котушок змінного струму (фазних котушок), потрібних для знімання енергії в режимі генератора.According to the invention, an electromechanical device with permanent magnets, namely a counter-rotor synchronous electromechanical converter, which can function as a motor or a generator, is proposed to solve the problem. The proposed converter uses a set of control coils and AC inductive coils (phase coils), which are necessary for removing energy in the generator mode.

Також перетворювач містить сукупність постійних магнітів (мінімально два або більше), розташованих на статорі, підшипники та конструктивні елементи, а також введений у конструкцію засіб протилежного обертання, виконаний, наприклад, як механічний контрроторний пристрій або як електронний засіб протилежного обертання. Застосований метод паралельних потоків при побудові магнітних ланцюгів (шляхів проходження магнітного потоку) згідно з винаходом збільшує потужність перетворювача практично удвічі у порівнянні з аналогами.Also, the converter contains a set of permanent magnets (at least two or more) located on the stator, bearings and structural elements, as well as a means of counter-rotation introduced into the structure, made, for example, as a mechanical counter-rotor device or as an electronic means of counter-rotation. The applied method of parallel flows in the construction of magnetic circuits (passage paths of the magnetic flux) according to the invention increases the power of the converter by almost two times compared to analogues.

Так, завдяки використанню окремих котушок (котушка управління і індукційна котушка змінного струму), розташованих на кожному сегменті статора, досягають спрощення конструкції перетворювача та підвищення надійності її роботи, на відміну від розподілених обмоток, як у аналогічних конструкціях з рівня техніки.Thus, due to the use of separate coils (control coil and AC induction coil) located on each segment of the stator, the converter design is simplified and its reliability is improved, unlike distributed windings, as in similar prior art designs.

Також статор не має фіксованого ярма, яке служить тільки як остов для кріплення полюсних наконечників та є перешкодою на шляху магнітному потоку і є джерелом значних втрат у залізі.Also, the stator does not have a fixed yoke, which serves only as a frame for attaching the pole tips and is an obstacle to the magnetic flux and is a source of significant losses in the iron.

Відсутність ярма призводить до усунення цих втрат і значно покращує ефективність роботи перетворювача, особливо на високих швидкостях обертання роторів.The absence of a yoke leads to the elimination of these losses and significantly improves the efficiency of the converter, especially at high speeds of rotation of the rotors.

Виконання ротора щонайменше з першого ротора та другого ротора, розташованих по обидва боки від статора з можливістю синхронного обертання навколо центральної осі у протилежних напрямках (контрроторна схема), дозволяє практично подвоїти крутний момент для того ж обсягу, у порівнянні з перетворювачем з одним ротором.Making the rotor from at least the first rotor and the second rotor, located on both sides of the stator with the possibility of synchronous rotation around the central axis in opposite directions (counter-rotor scheme), allows you to practically double the torque for the same volume, compared to a converter with one rotor.

Наявність двох роторів, які у процесі роботи перетворювача змінюють положення своїх замикачів відносно магнітних полюсів статора та зсунуті один відносно одного за рахунок Н- подібної форми сегментів статора, забезпечують зменшення полюсного поділу та, відповідно, збільшують потужність перетворювача.The presence of two rotors, which during the operation of the converter change the position of their contacts relative to the magnetic poles of the stator and are shifted relative to each other due to the H-shaped shape of the stator segments, ensure a decrease in pole separation and, accordingly, increase the power of the converter.

Згідно з переважними варіантами здійснення винаходу, перетворювач може мати потік комутації топології, що може бути потоком перемикання перетворювача (ЕЗРМ). Це дозволяє використовувати подібні пристрої як двигуни та/або генератори.According to preferred embodiments of the invention, the converter may have a topology switching flow, which may be a converter switching flow (ESRM). This allows similar devices to be used as motors and/or generators.

Розташування постійних магнітів статора, виконаних з магнітно-твердого матеріалу, по окружності поміж сегментами статора, виконаними з магнітно-м'якого матеріалу, намагніченими протилежно сусідньому постійному магніту, тобто у протилежному напрямку по колу, та розташування їх між сегментами статора Н-подібної форми навколо центральної осі обертання, у межах контуру окружності, яка обмежує магнітний потік статора, дозволяє підвищити крутний момент перетворювача та, відповідно, його потужність. Дослідження перетворювача згідно із винаходом як двигуна підтвердили підвищення крутного моменту більш ніж на 40 95 у порівнянні зі звичайним потоком комутації подібних пристроїв.The arrangement of permanent magnets of the stator, made of magnetically hard material, along the circumference between the segments of the stator made of magnetically soft material, magnetized opposite to the adjacent permanent magnet, i.e. in the opposite direction around the circle, and their arrangement between the segments of the H-shaped stator around the central axis of rotation, within the contour of the circle, which limits the magnetic flux of the stator, allows to increase the torque of the converter and, accordingly, its power. Studies of the converter according to the invention as a motor have confirmed an increase in torque of more than 40 95 in comparison with the usual commutation flow of similar devices.

Застосування двох роторів (першого та другого), що обертаються у протилежні сторони та обладнані сукупністю замикачів з матеріалу з високою магнітною проникністю, дозволяє забезпечити створення модуляторів магнітного потоку, встановлених на диску з немагнітного матеріалу з можливістю обертання навколо центральної осі обертання, завдяки чому забезпечене зняття вихідної потужності окремо з першого ротора та другого ротора та з індуктивних котушок змінного струму статора.The use of two rotors (first and second) rotating in opposite directions and equipped with a set of switches made of material with high magnetic permeability allows for the creation of magnetic flux modulators installed on a disc made of non-magnetic material with the possibility of rotation around the central axis of rotation, thanks to which removal is ensured output power separately from the first rotor and the second rotor and from the inductive coils of the stator alternating current.

Перетворювач відповідно до винаходу демонструє невеликі сили крутіння, високу ефективність і високу щільність магнітного потоку (магнітний потік на площу магнітних зазорів полюсів). Через описану вище геометрію роторів та полюсів статора, а також відстань між ними, перетворювач може бути організований як в вигляді однофазного, так і багатофазного генератора та/або двигуна.The converter according to the invention demonstrates small torques, high efficiency and high magnetic flux density (magnetic flux per area of magnetic pole gaps). Due to the geometry of the rotors and stator poles described above, as well as the distance between them, the converter can be organized as a single-phase or multiphase generator and/or motor.

Виконання кожного сегмента статора Н-подібної форми, яка утворює полюсні наконечники кільцевої сегментної форми з розташованими на них котушками управління та індуктивними котушками змінного струму, дозволяє забезпечити клиноподібну форму магнітів першого ротора та другого ротора відносно центральної осі обертання, з шириною клиноподібної форми, яка збільшується при віддаленні від статора. Така форма магнітів дозволяє утримувати полюсні наконечники статора з високою швидкістю обертання частин ротора, без необхідності додаткового кріплення магнітів, що спрощує конструкцію перетворювача та підвищує надійність його роботи.Making each segment of the stator H-shaped, which forms the pole tips of the annular segment shape with the control coils and alternating current inductive coils located on them, allows to provide a wedge-shaped shape of the magnets of the first rotor and the second rotor with respect to the central axis of rotation, with a wedge-shaped width that increases when moving away from the stator. This shape of the magnets allows holding the pole tips of the stator with a high speed of rotation of the rotor parts, without the need for additional fastening of the magnets, which simplifies the design of the converter and increases the reliability of its operation.

Згідно із одним із переважних варіантів виконання винаходу, синхронізація обертання між першим ротором та другим ротором досягається наявністю засобу протилежного обертання.According to one of the preferred embodiments of the invention, synchronization of rotation between the first rotor and the second rotor is achieved by the presence of a means of opposite rotation.

Такий засіб може бути виконаний як механічна передача з передавальним числом і- -1 або як диференціальна передача із нерухомою центральною шестірнею або як планетарна зубчаста, епітрохоїдальна передача з проміжними тілами або засіб проти обертання, наведений на фіг. 2.Such a means can be made as a mechanical transmission with a gear ratio of -1 or as a differential transmission with a fixed central gear or as a planetary gear, an epitrochoidal transmission with intermediate bodies or an anti-rotation device shown in fig. 2.

Як варіант, синхронізація обертання між першим ротором та другим ротором може бути досягнута і за допомогою контролера, обладнаного датчиками стеження за положенням роторів для перемикання котушок управління в самому перетворювачі, наприклад, сенсорним зчитуванням кута повороту кожного ротора за допомогою датчиків Холла.Alternatively, the synchronization of rotation between the first rotor and the second rotor can be achieved with the help of a controller equipped with sensors for monitoring the position of the rotors for switching the control coils in the converter itself, for example, by sensing the angle of rotation of each rotor using Hall sensors.

Розташування бп зубців на верхній стороні статора та на нижній стороні статора та виконання кожного з роторів з бп-2 полюсами, де п більше або дорівнює 2, дозволяє підвищити коефіцієнт обмотки, який відображає ефективність використання обмотки та свідчить про більшу ефективність та компактність перетворювача. Описана конфігурація є найбільш доцільною, коли кожен зубець статора є сердечником для обмотки, підтримуючи одну окрему котушку управління або індуктивну котушку змінного струму ("концентрована обмотка").The arrangement of bp teeth on the upper side of the stator and on the lower side of the stator and the implementation of each of the rotors with bp-2 poles, where n is greater than or equal to 2, allows to increase the winding ratio, which reflects the efficiency of the use of the winding and indicates greater efficiency and compactness of the converter. The described configuration is most suitable where each stator tooth is a core for the winding, supporting a single control coil or AC inductor ("concentrated winding").

Заявлений винахід проілюстровано наступним прикладом реалізації перетворювача, його роботи, та досягнення технічного результату, а також кресленнями, на яких зображено: - на фіг. 1 - загальний вигляд перетворювача з частковим вирізом відповідно до варіанту здійснення даного винаходу, - на фіг 2 - схема перетворювача у поздовжньому перерізі відповідно до варіанту здійснення даного винаходу, - на фіг. З - схема перетворювача з радіальним магнітним потоком у поперечному перерізі відповідно до другого варіанту здійснення даного винаходу, - на фіг. 4 - схема розімкнутого ланцюга силових ліній магнітних потоків перетворювача у його поперечному перерізі відповідно до варіанту здійснення даного винаходу, - на фіг. 5 - фрагмент розрахунку магнітних силових ліній у ЗО Н-подібного статора двох полюсів з верхнім та нижнім замикачами у момент максимального значення магнітної індукції, вигляд з боку зовнішньої частині статора, - на фіг. 6 - фрагмент розрахунку магнітних силових ліній у ЗО Н-подібного статора двох полюсів з верхнім та нижнім замикачами у момент максимального значення магнітної індукції, вигляд з боку нижнього замикача, - на фіг. 7 - загальний вигляд компонування статора та роторів аксіального (торцевого) перетворювача відповідно до варіанту здійснення даного винаходу.The claimed invention is illustrated by the following example of the implementation of the converter, its operation, and the achievement of the technical result, as well as by drawings showing: - in fig. 1 - a general view of the converter with a partial cut-out according to the embodiment of this invention, - in Fig. 2 - a diagram of the converter in a longitudinal section according to the variant of implementation of this invention, - in Fig. C - diagram of a converter with a radial magnetic flux in a cross section according to the second embodiment of the present invention, - in fig. 4 - diagram of the open circuit of the power lines of the magnetic fluxes of the converter in its cross-section according to the embodiment of this invention, - in fig. 5 - a fragment of the calculation of magnetic lines of force in the ZO of an H-shaped stator of two poles with upper and lower switches at the moment of the maximum value of the magnetic induction, a view from the side of the outer part of the stator, - in fig. 6 - a fragment of the calculation of magnetic lines of force in the ZO of an H-shaped stator of two poles with upper and lower switches at the moment of the maximum value of the magnetic induction, a view from the side of the lower switch, - in fig. 7 - a general view of the arrangement of the stator and rotors of the axial (end) converter according to the embodiment of this invention.

Наведені приклади та креслення не обмежують кількість можливих варіантів виконання винаходу відповідно до зазначених вище ознак, а тільки пояснюють суть винаходу.The given examples and drawings do not limit the number of possible variants of implementing the invention in accordance with the above features, but only explain the essence of the invention.

Приклад здійснення винаходу та його використанняAn example of the implementation of the invention and its use

Відповідно до варіанта здійснення даного винаходу, контрроторний синхронний електромеханічний перетворювач може бути виконаний як синхронний генератор з осьовою контрроторною конструкцію типу ЕЗРМ (фіг. 1). В ілюстративних цілях зазначений генератор показаний однофазним та 48-полюсний, але наведений варіант здійснення винаходу не обмежується кількістю магнітів та полюсів.According to the embodiment of the present invention, the counter-rotor synchronous electromechanical converter can be made as a synchronous generator with an axial counter-rotor construction of the EZRM type (Fig. 1). For illustrative purposes, the specified generator is shown as single-phase and 48-pole, but the given variant of the invention is not limited to the number of magnets and poles.

Генератор містить нерухомий статор 1 та ротор, що складається щонайменше з першого ротора 2 та другого ротора 3, розташованих по обидва боки від статора 1. Перший ротор 2 та другий ротор З виконані з немагнітного матеріалу з можливістю синхронного обертання навколо центральної осі 0-0 у протилежних напрямках.The generator contains a fixed stator 1 and a rotor consisting of at least the first rotor 2 and the second rotor 3 located on both sides of the stator 1. The first rotor 2 and the second rotor C are made of non-magnetic material with the possibility of synchronous rotation around the central axis 0-0 in in opposite directions.

Перший ротор 2 та другий ротор З містять сукупність індукційних полюсів, виконаних як замикачі 4 та 5, розташовані навколо центральної осі обертання 0-0. Індукційні полюси 4 та 5 виконані з магнітно-м'якого матеріалу та розташовані на першому роторі 2 та на другому роторіThe first rotor 2 and the second rotor Z contain a set of induction poles designed as switches 4 and 5, located around the central axis of rotation 0-0. Induction poles 4 and 5 are made of magnetically soft material and are located on the first rotor 2 and on the second rotor

З по їх окружності з певним інтервалом.From along their circumference with a certain interval.

Статор 1 містить феромагнітні сегменти 6, які мають Н-подібну форму, та постійні магніти з полюсом М 7 та постійні магніти з полюсом М5 8, призначені для створення основного магнітного поля перетворювача. Згідно з варіантом винаходу, статор 1 може складатися з 24 сегментів, Н-подібна форма яких утворює зубці на верхній стороні статора 1 та на нижній стороні статора 1. У цьому випадку загальне число зубців сегментів 6 Н-подібної форми складає 96, по 48 зубців з верхньої сторони та з нижньої сторони статора 1. Кожен з сегментів 6 розділений повітряним простором та має щонайменше два протилежно заряджені полюси 9 та 10. Кожен з постійних магнітів 7 та 8 розташований між парою сусідніх сегментів 6 статора 1.Stator 1 contains ferromagnetic segments 6, which have an H-shaped shape, and permanent magnets with pole M 7 and permanent magnets with pole M5 8, designed to create the main magnetic field of the converter. According to the variant of the invention, the stator 1 can consist of 24 segments, the H-shaped shape of which forms teeth on the upper side of the stator 1 and on the lower side of the stator 1. In this case, the total number of teeth of the 6 H-shaped segments is 96, 48 teeth each from the upper side and from the lower side of the stator 1. Each of the segments 6 is separated by an air space and has at least two oppositely charged poles 9 and 10. Each of the permanent magnets 7 and 8 is located between a pair of adjacent segments 6 of the stator 1.

Кожен з сукупності постійних магнітів 7 та 8, виконаних з магнітно-твердого матеріалу та розташованих по окружності поміж сегментами 6, які виконані з магнітно-м'якого матеріалу, намагнічений протилежно сусідньому постійному магніту за схемою М-5-М-5.Each of the set of permanent magnets 7 and 8, made of magnetically hard material and located circumferentially between segments 6, which are made of magnetically soft material, is magnetized opposite to the adjacent permanent magnet according to the M-5-M-5 scheme.

Мідні котушки управління 11, призначені для перемикання магнітного потоку, та індукційні котушки змінного струму 12 та 13, в яких наводиться ЕРС, можуть бути розташовані на зубцях кожного сегмента 6 статора 1. Зубці мають кільцеву сегментну форму, утворену Н-подібною формою сегментів 6.Copper control coils 11, designed to switch the magnetic flux, and alternating current induction coils 12 and 13, in which EMF is induced, can be located on the teeth of each segment 6 of the stator 1. The teeth have an annular segmental shape formed by the H-shaped shape of segments 6.

Як варіант, зубці можуть мати дві протилежні частини статора 1, направлені до першого ротора та до другого ротора відповідно. У такому випадку зубці статора 1 виконані без полюсних наконечників, тим самим дозволяючи кріплення окремих котушок шляхом їх зачепленням на Н-подібних зубцях статора 1. У цьому випадку котушки виготовляються окремо.Alternatively, the teeth may have two opposite parts of the stator 1 directed to the first rotor and to the second rotor, respectively. In this case, the teeth of the stator 1 are made without pole tips, thereby allowing the attachment of individual coils by engaging them on the H-shaped teeth of the stator 1. In this case, the coils are made separately.

Котушки управління 11 усіх сегментів 6 статора 1 сполучені між собою послідовно у кількості 96 котушок, згідно з варіантом виконання винаходу. Індуктивні котушки змінного струму 12 та 13 сполучені послідовно між собою таким чином, що утворюють щонайменше дві паралельні гілки, сполучені по 48 котушок в кожній гілці, згідно з варіантом виконання винаходу.The control coils 11 of all segments 6 of the stator 1 are connected to each other in series in the amount of 96 coils, according to the embodiment of the invention. AC inductive coils 12 and 13 are connected in series with each other in such a way that they form at least two parallel branches, connected by 48 coils in each branch, according to an embodiment of the invention.

Усі зазначені вище котушки можуть бути виготовлені з будь-якого відповідного матеріалу, відомого з рівня техніки. Наприклад, котушки можуть бути виготовлені з міді, хоча варіанти здійснення винаходу не обмежуються цим.All of the above coils can be made from any suitable material known in the art. For example, coils can be made of copper, although the invention is not limited to this.

Сегменти 6 відокремлені один від одного повітряним зазором та утримуються внутрішнім діамагнітним диском 14 та зовнішнім діамагнітним диском 15.Segments 6 are separated from each other by an air gap and are held by an internal diamagnetic disk 14 and an external diamagnetic disk 15.

Статор 1 може мати модульну структуру, яка може спростити процес виготовлення. Кожен такий модуль може включати декілька сегментів б та бути виконаний з матеріалу з високою магнітною проникністю (наприклад, м'яких магнітних композитів (5пеєї Моїдіпа Сотрошипа, ЗМО) або кременистої стали з вбудованим магнітом (наприклад, РМ), а котушки 11,12 та 13 можуть бути намотані навколо матеріалу з вбудованим магнітом.The stator 1 may have a modular structure that may simplify the manufacturing process. Each such module can include several segments b and be made of a material with high magnetic permeability (for example, soft magnetic composites (Moidip Sotroship's 5pei, ZMO) or siliceous steel with a built-in magnet (for example, PM), and the coils 11, 12 and 13 can be wound around material with a built-in magnet.

Кожна фаза перетворювача може мати по одній або більше котушок управління 11 та котушок змінного струму 12 та 13. У випадку модульної структури статора 1 кількість модулів може бути визначена кількістю витків котушок, помноженою на кількість фаз у перетворювачі. У цьому випадку зворотна ЕРС є синусоїдальною, навіть якщо обмотки зазначених вище котушокEach phase of the converter can have one or more control coils 11 and alternating current coils 12 and 13. In the case of a modular structure of the stator 1, the number of modules can be determined by the number of turns of the coils multiplied by the number of phases in the converter. In this case, the back emf is sinusoidal, even if the windings of the above coils

Зо є зосередженими, а ланцюг їх сполучення розімкнутий при три фазному виконанні електромашини.Zo are concentrated, and the chain of their connection is open in the case of a three-phase electric machine.

Загалом, статор 1 цілююм може бути розташований усередині немагнітного матеріалу, такого, наприклад, як епоксидна смола або алюміній.In general, the stator 1 cell may be located inside a non-magnetic material such as, for example, epoxy resin or aluminum.

Постійні магніти 7 та 8 розташовані між сегментами 6 по контуру окружності, яка обмежує магнітний потік статора 1. Постійні магніти 7 та 8 можуть бути виготовлені з будь-якого відповідного матеріалу, відомого з рівня техніки, наприклад, з неодиму фериту бору (Магев) або сплаву алюмінію, ніселю та кобальту (Алніко), хоча варіанти здійснення винаходу не обмежуються цим. У описаному варіанті здійснення постійні магніти 7 та 8 виконані з матеріалуPermanent magnets 7 and 8 are located between segments 6 along the contour of a circle that limits the magnetic flux of the stator 1. Permanent magnets 7 and 8 can be made of any suitable material known in the art, for example, neodymium boron ferrite (Magev) or an alloy of aluminum, nickel and cobalt (Alnico), although the variants of the invention are not limited to this. In the described embodiment, permanent magnets 7 and 8 are made of material

Ммагев-30 (Меодутішт коп Вогоп). Згідно із згаданим вище варіантом винаходу, кількість магнітів у верхній та в нижній частині статора 1 складає по 24 магніти.Mmagev-30 (Meodutisht kop Vogop). According to the above-mentioned variant of the invention, the number of magnets in the upper and lower parts of the stator 1 is 24 magnets each.

Індукційні полюси 4 першого ротора 2 розташовані із зсувом відносно індукційних полюсів 5 другого ротора З на половину полюсного кроку. Перший ротор 2 та другий ротор З виконані із зубчатою поверхнею, тобто перший ротор 2 містить зубці 16, а другий ротор З містить зубці 17.The induction poles 4 of the first rotor 2 are located with a shift relative to the induction poles 5 of the second rotor C by half the pole pitch. The first rotor 2 and the second rotor C are made with a toothed surface, that is, the first rotor 2 contains teeth 16, and the second rotor C contains teeth 17.

При цьому зубці 16 суміщені із зубцями 17 і навпаки у межах одного сегмента Н-подібної форми 6 в напрямку по колу.At the same time, the teeth 16 are combined with the teeth 17 and vice versa within one segment of the H-shaped shape 6 in the circular direction.

Перший ротор 2 та другий ротор З кожен містять однакову сукупність замикачів 4 та 5, виконаних з матеріалу з високою магнітною проникністю, встановлених з кутовим зміщенням відносно котушок управління та індукційних котушок змінного струму з можливістю обертання навколо центральної осі обертання 0-0 на диску з немагнітного матеріалу роторів 2 та 3. Згідно з варіантом здійснення винаходу, кожен з роторів 2 та З містить по 12 феромагнітних замикачів 4,5.The first rotor 2 and the second rotor C each contain the same set of switches 4 and 5, made of material with high magnetic permeability, installed with an angular offset relative to the control coils and induction coils of alternating current with the possibility of rotation around the central axis of rotation 0-0 on a disc of non-magnetic material of rotors 2 and 3. According to the embodiment of the invention, each of the rotors 2 and C contains 12 ferromagnetic switches 4,5.

Ротори 2 та 3 обертаються в протилежних напрямках для складання швидкостей їх обертання та усунення реакції від обертального моменту. Синхронне обертання першого ротора 2 та другого ротора З навколо центральної осі О-О у протилежних напрямках може бути реалізоване за допомогою засобу протилежного обертання, виконаного, наприклад, як механічний контрроторний пристрій 18. Як механічний контрроторний пристрій 18 використано планетарний редуктор з передаточним числом і-- 1, сполучений з першим ротором 2 та другим ротором 3.Rotors 2 and 3 rotate in opposite directions to add up their rotation speeds and eliminate the reaction from the torque. Synchronous rotation of the first rotor 2 and the second rotor Z around the central axis О-О in opposite directions can be realized with the help of a means of opposite rotation, made, for example, as a mechanical counter-rotor device 18. As a mechanical counter-rotor device 18, a planetary gearbox with a gear ratio of - 1, connected to the first rotor 2 and the second rotor 3.

Засіб протилежного обертання може бути виконаний і як електронний засіб протилежного обертання, наприклад, у вигляді контролера, обладнаного датчиками стеження за положенням роторів 2 та З для перемикання котушок управління 11.The means of opposite rotation can be made as an electronic means of opposite rotation, for example, in the form of a controller equipped with sensors for monitoring the position of rotors 2 and З for switching the control coils 11.

Сам принцип дії описаного вище перетворювача згідно з винаходом оснований на імпульсному перемиканні напряму магнітного поля в залежності від положення замикачів 4 першого ротора 2 (магнітні лінії 19 на фіг. 4) та замикачів 5 другого ротора З (магнітні лінії 20 на фіг. 4) відносно магнітних полюсів статора 1. Постійні магніти 7 та 8 створюють основне магнітне поле статора 1. Замикачі 4 та 5 першого ротора 2 та другого ротора З переміщуються у протилежних напрямках та взаємодіють з основним магнітним полем статора 1. У момент суміщення осі 21 полюса статора 1 і замикача 4 та 5 на котушки управління 11 подається імпульс струму (нижня частина фіг. 4). При цьому відбувається зміна напрямку магнітного поля в сторону замикача 5. Таким чином, утворюються магнітні контури 22, які проходять через замикачі 4 та 5.The very principle of operation of the above-described converter according to the invention is based on pulse switching of the direction of the magnetic field depending on the position of the switches 4 of the first rotor 2 (magnetic lines 19 in Fig. 4) and the switches 5 of the second rotor Z (magnetic lines 20 in Fig. 4) relative to magnetic poles of stator 1. Permanent magnets 7 and 8 create the main magnetic field of stator 1. Switches 4 and 5 of the first rotor 2 and the second rotor Z move in opposite directions and interact with the main magnetic field of stator 1. At the moment of alignment of the axis 21 of the stator poles 1 and of the circuit breaker 4 and 5, a current pulse is supplied to the control coil 11 (lower part of Fig. 4). At the same time, the direction of the magnetic field changes in the direction of the switch 5. Thus, magnetic circuits 22 are formed, which pass through the switches 4 and 5.

При подальшому переміщенні замикачів 4 та 5 відбувається розрив контуру магнітного поля, що викликає виплеск проти ЕРС в індукційних котушках змінного струму першої гілки 12. При цьому в індукційних котушках змінного струму другої гілки 13, ЕРС дорівнює нулю. При збігу магнітної осі 21 замикача 5 з наступним магнітним полюсом статора 1 подається імпульс на котушки управління 11 протилежної полярності. Напрямок силових магнітних ліній змінюється на протилежний. Переміщення замикачів 4 та 5 розриває контур магнітного поля 22 статора 1, при цьому у індукційних котушках змінного струму другої гілки 13 здійснюється наведення протиWhen switches 4 and 5 are moved further, the magnetic field circuit breaks, which causes a surge against the EMF in the AC induction coils of the first branch 12. At the same time, in the AC induction coils of the second branch 13, the EMF is zero. When the magnetic axis 21 of the switch 5 coincides with the next magnetic pole of the stator 1, an impulse is applied to the control coils 11 of the opposite polarity. The direction of the magnetic lines of force changes to the opposite. The movement of switches 4 and 5 breaks the circuit of the magnetic field 22 of the stator 1, while in the induction coils of the alternating current of the second branch 13, guidance against

ЕРС, у індукційних котушках змінного струму першої гілки 12 ЕРС дорівнює нулю. У котушках 12 та 13 першої та другої гілки по черзі наводиться ЕРС від 0 до максимального значення.The EMF in the AC induction coils of the first branch of 12 EMF is zero. In the coils 12 and 13 of the first and second branch, the emf is alternately induced from 0 to the maximum value.

Оскільки переміщення замикачів викликає синусоїдальну залежність зміни магнітного поля, то й наведена проти ЕРС у котушках 12 та 13 являє собою синусоїдальну напругу змінного струму. При цьому зміщення ЕРС котушок 12 та 13 першої та другої гілки складає 90 електроградусів.Since the movement of the switches causes a sinusoidal dependence of the change in the magnetic field, the induced vs. EMF in the coils 12 and 13 is a sinusoidal alternating current voltage. At the same time, the EMF displacement of the coils 12 and 13 of the first and second branches is 90 electrical degrees.

При використанні перетворювача як генератора кожен з роторів може бути встановлений на валу 23 вітротурбіни.When using the converter as a generator, each of the rotors can be installed on the shaft 23 of the wind turbine.

Як варіант виконання винаходу, зубці на верхній та на нижній стороні статора 1 можутьAs an embodiment of the invention, the teeth on the upper and lower sides of the stator 1 can

Зо формувати полюсні наконечники кільцевої сегментної форми з розташованими на них котушками управління 11 та індуктивними котушками змінного струму 12 та 13.To form pole tips of ring segment shape with control coils 11 and alternating current inductive coils 12 and 13 located on them.

Claims

FORMULA OF THE INVENTION

1. Counter-rotor end-to-end synchronous electromechanical converter, which contains a rotor with a set of magnetic flux breakers (4) and (5) located around the central axis of rotation, a stator (1), which contains a set of segments (b), and on each segment (6) the main winding coils (12) and (13) and the control winding coils (11) are located, a set of permanent magnets (7) and (8), a rotor position sensor, which is characterized by the fact that the rotor consists of at least the first rotor (2) and the second rotor (3) located on both sides of the stator, and both said rotors (2) and (3) are designed to rotate around the central axis in opposite directions at the same speed by means of synchronous counter-rotation, and magnetic flux breakers (4) and (5) are located on the first rotor (2) and the second rotor (3) around the perimeter and are made at least partially of magnetically soft material, while permanent magnets (7) and (8) are located on the body of the of the rotor (1) between the segments of the stator (1) in a circle and magnetized (M-5) (M-5) or (M-5) (5-M).

2. The converter according to claim 1, which differs in that an optical sensor or a Hall sensor is used as a rotor position sensor.

3. The converter according to claim 1, which is characterized by the fact that the magnetic flux breakers (4) of the first rotor (2) are offset relative to the magnetic flux breakers (5) of the second rotor (3) by half a pole division.

4. The converter according to claim 1, which is characterized by the fact that the set of magnetic flux breakers is installed on the first and second rotors, which are made of non-magnetic material.

5. The converter according to claim 1, which is characterized by the fact that the first rotor and the second rotor are made with a toothed surface made of magnetically soft material.

6. The converter according to claim 4, which is characterized by the fact that the coils of the control winding (11) are connected to each other in series, and the main windings (12) and (13), which contain a group of coils, are connected to form at least two parallel windings, in each of whose coils are connected in series.

7. The converter according to claim 1, characterized in that each segment of the stator has an H-shaped shape that forms teeth on the upper side of the stator and on the lower side of the stator.

8. The converter according to claim 1, which is characterized in that the first rotor and the second rotor are made with the possibility of synchronous rotation in opposite directions around the central axis by means of opposite rotation.

9. The converter according to claim 8, which is characterized by the fact that the means of opposite rotation is made as a mechanical counter-rotor device or as an electrical means of opposite rotation.

10. The converter according to claim 9, which is characterized by the fact that a planetary or magnetic gearbox with a gear ratio of 1 and - 1, connected to the first rotor and the second rotor, is used as a mechanical counter-rotor device.

11. The converter according to claim 8, which is characterized by the fact that a controller connected to position sensors of the first and second rotors is used to control the electric means of opposite rotation.

12. The converter according to claim 3, which is characterized by the fact that the first rotor and the second rotor are equipped with the same number of magnetic flux breakers.

13. The converter according to claim 1, which is characterized by the fact that it contains two or more stators (1), each of which is connected to both rotors (2) and (3) located around one central axis, and made with the possibility of synchronous rotation in opposite directions y I y y o . Хо ХИ glo, m X 7 Iii y h U Nura ya dv CHI zrya shiy a ke NN NAV a ik ya ka still en DN Men, ra e Y in Konan ss ZAV U K ; M svv NI pionnnvnnnnnih KI Kk kula SHY ti» WIN I B a r sh, WE res A IKK to her! Bk Z MY a PA du, ke SI se BA OO BYEKOYA z i vi y U m I M Fe. shs s N x x ODU a Gl t R iy x x ZY shk sennia sh - i i M Me: DU Shin - : xx mch be u 7 rysa ! shchi in: ChK ay in U GKI ra is meh de SCHE A ra I KYA in DI; x - Ba M, / AH Zh

Fig. 1 in K x A glya MLN g. ev y pam M) ra OM Vrya ny Shin NE Y avannevoyovatovanosvnn Z ZI her Y, lyny PEK ovanvvnny ya r ry NEK I KK en oi duttya tt - : Tse ke vka nd "Aa as seni ny SHY GA pen nvnnny stvle: ie krav 7 Ya sya yavsdai yti UVK Se: SHY 205 MV ZHI. zh ry v za inyaichinya i I M - CHA U-chY sii y 5 ts epics MY keskssee y Office SU box t "tian nyny sa u nia ve 5 i no y; Pn shchi r Od M st shsh sha tra SI x Sho; ho ; x i-i i x Ta No V. NN SHCI 1

Fig. 2

; . t u / I | And 7 Ko rn! de eko / i og ; / x m ZO i - U M ILEERV SKU / ey u es At I 8 OKH KZ U 6 lu AK m IZ y F DU Sltthyu A u a r ya yu U A FV I o V AK M sche A niya Z YA VA A NYA M Sa» AV u ia la dir -o ikh y ku Fo i -B y Eo- SM d uza che a s -b shk. U Sr hu S ry CHIYA U lu

Z. Sya da de Y sk A mo os Me ra Soya shin ey p y 5.

Fig. Z - I I M, B re / / / / L. s / / ГИ ж S, d4 | и и и / , рый PE MD noevnkh goth DU tri / и ий 5 DE У и slot / / И / that Dn rshe i-th street ; ee : A t En r Shinsnny snow r KU rai // o x y | Mche and 7 and // | y i: dy y M chy y A chy y

LE. Come on,

Fig. 4 th kyodovtsvimh K ( TO! 1 ii zd: Temi meulens Yam Ota u U "a ese Per r Zreioa Kogeri UK UK, Y shov v y / ; KK pt ujih U Blaz kikh re vd , ra: es sce EK . ra PO ro maple for UK le MK tiv ven chnn ry p ouF male LK iatin shu SHE spik os Be pev a ky M NN By y zhi shk zhi ry A I scha uyr ssh rtu scha uuro plani och oy set V shen NI nin ey oso MNE Shchy ne ti Pn VE SHA : He and ishtevma OB i.e., Pak PO o ho shi TO, SHY GID u caste I she vekk; nina eh VN aa mo MN sh h vysh nie M I same PE ANNA ZA o y, " PVC p UA: MM Goy moz u "n svt KM 00 wk MYH o dev " fish" oo sledge oh m ghy r N vm soya SHOSE DI MY dni ov / din My ns Y / X secre NOnvu Ot -- ma sy by ra y ve ES V y 9 7 zm B Z z, SY N cy lya M

Fig. 5 Zh kokuyans koe fenu and ve. Li ZurkTioi modgonh Yake byu, shh sov NNYA ey uk / Pa DY zi Ka | 1 b / ek DL ilty I N zaliv zha wa / in U KAK 1; shk / ko po -yai TO MasktAh OBOV TK U M ke iy i -. an u ia A 4 aa the same eh: ii. s ayu I ne x H OMA pivu i MK, sha Z poh x M i sit se SH i Zo; skh Z muk U SV chai s U g chas I she lyu sho KI lu ze vva de OO OO Ka so» MNYH: I h, DE o deli KE M HU nie oh UT U Ye; KOH eV ka I z se u sh EE oo m Ah Chi SO BO ok Fe M OV MEN i Ku, ak Uh i KOEUYE. SCHE HU I KE Su; THOSE WITH Z o On KK ooo et syu VC Bok i o B INA. MKK sly shcha 5 ko S u, AK ON sho show a B OB v. he I IY ih MIMO I che z SU M ih un Oky i she h i: і V ZY Zah vo U le OSY o i i they Ge ch st i h Kub b VV u I I V goyu i YUK am pek I - kh 77 Oh u ron U cm Ho woman cha. and I STODE NO and Zida now I think about them

Fig. 5

Ku -/ p be a Z t Dezhkosya o , PO» Y i Y cha s cha ; Km

Fig. 7 0 Computer keyboard. Yukiny 00000000 SE "Ukrainian Institute of Intellectual Property", str. Glazunova, 1, Kyiv - 42, 01601