UA78575C2

UA78575C2 - Engine with rolling rotor

Info

Publication number: UA78575C2
Application number: UAA200500245A
Authority: UA
Original assignee: Rabeshko Oleksiy Stepanovych; Rakovych Vasyl Yakovych
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2007-04-10

Abstract

The invention concerns a field of mechanical engineering and may be used in a gearless electric drive of automated equipment and relates to engines with a rolling rotor having a magnetic bias on the base of two-package like-poles inductor machine. In the proposed Invention a working winding fulfills the function of stator magnetizing coil under proper construction of magnetic system and circuit of switching in power system of rolling rotor engines. Six off-center in axes direction teeth with coils install on the stator packages, massive ferromagnetic stator and rotor bodies on the areas between packages are thickened. Laminated stator and rotor packages are magnetic weak-saturable. Additionally, circular magnetic slots may be provided. Combination of the magnetizing coil and the working winding functions in the same stator winding using stabilizing and smoothing properties of the magnetic system improves technical and economic characteristics of rolling rotor engines.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до галузі електромашинобудування, який може бути використаний в низько обертовому 2 безредукторному електроприводі автоматизованого обладнання.The invention relates to the field of electrical engineering, which can be used in a low-speed 2 gearless electric drive of automated equipment.

Відомий двигун з котким ротором (ДКР) типу ВП, з осьовим уніполярним підмагнічуванням (1), який по технічній суті і, частково, по конструкції близький до пропонованого. Двигун складається із електромагнітних вузлів - статора, ротора і механічної частини, яка містить в собі катки і направляючі. На статорі рівномірно по колу встановлені чотири П - подібні шихтовані в радіально - осьовому напрямку із пластин різної довжини 70 осердя, на яких розташовані котушки. На торцях корпуса статора розташовані напрямляючі з конусоподібними робочими поверхнями, які оброблені концентрично розточці статора. На валу ротора встановлені у відповідності з виступами осердь статора два шихтовані в осьовому напрямку кільцеві пакети, між якими розміщений кільцевий постійний магніт для уніполярного підмагнічування в осьовому напрямку двигуна. На торцях ротора встановлені катки з конусоподібними робочими поверхнями, обробленими концентрично поверхням пакетів. 79 Напрямляючі статора і катки ротора забезпечують необхідний контакт - точки дотику цих частин при обкатуванні статора ротором. При підключені котушок до мережі змінного струму виникає обертове магнітне поле, яке взаємодіє з підмагнічуючим полем постійних магнітів і обумовлює появу пульсуючих сил, які забезпечують безперервне протягування по колу ротора до статора, а значить обертання його навколо своєї осі. Завдяки наявності в цьому ДКР потоку підмагнічення його ротор при відключенні обмотки статора від мережі живлення практично не має вибігу і чітко фіксується в обумовленому положенні.There is a known motor with a rolling rotor (DKR) of the VP type, with axial unipolar magnetization (1), which is close to the proposed one in its technical essence and, in part, in its design. The engine consists of electromagnetic assemblies - a stator, a rotor and a mechanical part that includes rollers and guides. On the stator, four U-shaped cores stacked in the radial-axial direction from plates of different lengths 70, on which the coils are located, are installed evenly around the circle. On the ends of the stator housing there are guides with cone-shaped working surfaces, which are machined concentrically to the stator bore. On the rotor shaft, in accordance with the protrusions of the stator cores, two annular packages charged in the axial direction are installed, between which an annular permanent magnet is placed for unipolar magnetization in the axial direction of the motor. Rollers with cone-shaped working surfaces, processed concentrically with the surface of the packages, are installed on the ends of the rotor. 79 Stator guides and rotor rollers provide the necessary contact - points of contact of these parts when rolling the stator with the rotor. When the coils are connected to an alternating current network, a rotating magnetic field arises, which interacts with the magnetizing field of permanent magnets and causes the appearance of pulsating forces that ensure continuous drawing of the rotor in a circle to the stator, which means its rotation around its axis. Due to the presence of a magnetizing flux in this DCR, its rotor, when the stator winding is disconnected from the power supply network, has practically no runout and is clearly fixed in the specified position.

Використання в ДКР ВП для підмагнічування постійних магнітів і наявність відносно складних конструкції і технології виготовлення Т-подібних осердь з котушками на них , складного статора з намагнічуючим ротором ведуть до суттєвого ускладнення і подорожчання двигуна в цілому.The use in DKR VP for magnetizing permanent magnets and the presence of relatively complex designs and manufacturing technology of T-shaped cores with coils on them, a complex stator with a magnetizing rotor lead to significant complications and an increase in the price of the motor as a whole.

Близьким до винаходу, що пропонується, по принципу дії і конструкції є ДКР, які розроблені на базі с двопакетних однойменно полюсних індукторних машин |21. Ге)Close to the proposed invention, according to the principle of operation and design, are DCRs, which are developed on the basis of two-pack eponymous pole inductor machines |21. Gee)

Підмагнічування магнітопроводу в осьовому напрямку двигуна здійснюється за рахунок використання постійного струму, що протікає по кільцевій котушці, яка розміщена між пакетами статора, або кільцевими постійними магнітами, які розміщені між пакетами статора або на валу між пакетами ротора.The magnetization of the magnetic core in the axial direction of the motor is carried out due to the use of direct current flowing through the ring coil, which is placed between the stator packages, or ring permanent magnets, which are placed between the stator packages or on the shaft between the rotor packages.

Недоліками конструкції з електромагнітним підмагнічуванням є необхідність використання спеціальної о відносно дорогої котушки і джерела постійного струму для її живлення, які ведуть до ускладнення конструкції - двигуна, появі затрат електроенергії в котушці і необхідності її інтенсивного охолодження. В кінцевому рахунку це підвищує ціну виготовлення і експлуатації двигуна. Так само до цього веде і використання для о підмагнічування дорогих постійних магнітів, які ускладнюють конструкцію і технологію виготовлення двигуна, а с також потребують періодичного відновлення своїх властивостей (намагнічування). 3о Завданням винаходу є здешевлення конструкції, виготовлення і експлуатації ДКР. вThe disadvantages of the design with electromagnetic biasing are the need to use a special relatively expensive coil and a direct current source for its power supply, which lead to the complication of the motor design, the appearance of electricity costs in the coil and the need for its intensive cooling. Ultimately, this increases the price of manufacturing and operating the engine. This also leads to the use of expensive permanent magnets for magnetization, which complicate the design and manufacturing technology of the engine, and also require periodic restoration of their properties (magnetization). 3. The task of the invention is to reduce the cost of construction, manufacture and operation of DKR. in

Поставлене завдання вирішується шляхом суміщення дії котушки підмагнічування або постійних магнітів і робочої обмотки в одній обмотці статора, яка містить в собі напівпровідниковий комутатор для забезпечення комутації імпульсів струму в її котушках в необхідному напрямку і чергуванні в часі. «The task is solved by combining the action of the magnetizing coil or permanent magnets and the working winding in one stator winding, which contains a semiconductor commutator to ensure the commutation of current pulses in its coils in the required direction and alternating in time. "

Для більшої ефективності роботи двигуна залежність струму в котушках і магнітних потоків, які вони З утворюють в активній зоні повинна бути практично прямо пропорційною, для чого шихтовані пакети статора і с ротора необхідно виконувати з відносно слабким насиченням при навантажені. Для стабілізації магнітного потоку з» в осьовому напрямку по величині, покращення демпферних властивостей масивних корпусів ротора і статора збільшують товщину ділянок корпусів між шихтованими пакетами на місцях вилучених котушок (або постійних магнітів) підмагнічування.For greater efficiency of the engine, the dependence of the current in the coils and the magnetic fluxes that they form in the active zone should be practically directly proportional, for which the charged packages of the stator and the rotor must be performed with a relatively weak saturation under load. To stabilize the magnetic flux z" in the axial direction in terms of magnitude, improve the damping properties of the massive rotor and stator housings, increase the thickness of the sections of the housings between the stacked packages at the locations of the removed coils (or permanent magnets) of magnetization.

На обох пакетах статора передбачено по шість зубців, на яких намотані в одну сторону котушки зосередженої і обмотки статора. Виводи котушок при складані статора розмішують ззовні на його торцях. Зубці пакетівOn both stator packages, six teeth are provided, on which the coils of the concentrated and stator windings are wound in one direction. The leads of the coils when folding the stator are stirred from the outside on its ends. The teeth of the packages

Ге | співпадають (суміщені) в осьовому напрямку.Ge | coincide (combined) in the axial direction.

Котушки обмотки підключають до трифазної мережі живлення змінного струму через напівпровідникові діоди і-й комутатора таким чином, що в них по черзі виникають імпульси струму, які спричиняють появу імпульсів -І 20 магнітних потоків, осьові складові яких замикаються узгоджено (в одному напрямку: пакети і корпус статора - повітряні зазори між ротором і статором - пакети і корпус ротора) і завдяки наявності масивних частин в сл магнітопроводі підсумовуються в один підсумовуючий уніполярний магнітний потік. В той же час поперечні складові магнітних потоків мають пульсуючий характер і замикаються в поперечних площинах торців пакетів статора і ротора (зубці і спинки пакетів статора - повітряні зазори між ротором і статором - пакети ротора) і 29 періодично по черзі взаємодіють (підсумовуються) з підмагнічуючим потоком в повітряному зазорі підThe coils of the winding are connected to the three-phase AC power supply network through the semiconductor diodes of the i-th switch in such a way that current pulses appear in them in turn, which cause the appearance of pulses -I 20 magnetic fluxes, the axial components of which are closed in concert (in one direction: packages and stator housing - air gaps between the rotor and stator - packages and rotor housing) and due to the presence of massive parts in the sl magnetic circuit are summed up into one summing unipolar magnetic flux. At the same time, the transverse components of the magnetic fluxes have a pulsating character and are closed in the transverse planes of the ends of the stator and rotor packages (teeth and backs of the stator packages - air gaps between the rotor and stator - rotor packages) and 29 periodically alternately interact (sum up) with the magnetizing flux in the air gap under

ГФ) співпадаючими зубцями пакетів статора, в послідовно - зустрічно, або паралельно - зустрічно (через зустрічно ввімкнені діоди) котушках, в яких в даний момент протікають імпульси струму. Завдяки цій взаємодії пакети о ротора притягуються по черзі до зубців пакетів статора і цим самим забезпечується рівномірне обкочування ротором розточки статора, а значить безперервне його обертання. 60 Поставлене завдання в пропонованому винаході може бути вирішено також при живлені котушок обмотки статора від мережі постійного струму через напівпровідниковий керований комутатор, який включає по черзі послідовно - зустрічно (або паралельно - зустрічно) з'єднані котушки на співпадаючих в осьовому напрямку зубцях пакетів статора.HF) coincident teeth of the stator packages, in series - opposite, or parallel - opposite (due to oppositely switched on diodes) coils, in which current pulses flow at the moment. Thanks to this interaction, the packages of the rotor are attracted one by one to the teeth of the stator packages, and this ensures uniform rolling of the stator bore by the rotor, which means its continuous rotation. 60 The task in the proposed invention can also be solved when the coils of the stator winding are fed from the direct current network through a semiconductor controlled commutator, which includes in turn series-opposite (or parallel-opposite) connected coils on the axially coincident teeth of the stator packages.

Для більш гарантованого розмежування підмагнічуючої і пульсуючої складової магнітного потоку по довжині бо пакетів і регулювання їх співвідношення по величині між частиною зовнішніх поверхонь пакетів і внутрішніх поверхонь торців корпуса статора передбачені кільцеві щілини, які можуть бути заповнені немагнітними матеріалами.For a more guaranteed demarcation of the magnetizing and pulsating component of the magnetic flux along the length of the packages and regulation of their ratio in size between part of the outer surfaces of the packages and the inner surfaces of the ends of the stator housing, annular gaps are provided that can be filled with non-magnetic materials.

При необхідності збільшення демпферних властивостей магнітної системи в осьовому напрямку і стабілізаціїIf necessary, increase the damping properties of the magnetic system in the axial direction and stabilization

Підмагнічуючого потоку по величині між пакетами статора або ротора установлюють додаткове кільце із матеріалів підвищеної електропровідності (мідь, алюміній, сплави металів).An additional ring made of materials of increased electrical conductivity (copper, aluminum, metal alloys) is installed between the stator or rotor packages in terms of the magnitude of the magnetizing flux.

Суміщення дії обмотки підмагнічування або постійних магнітів і робочої обмотки в одній обмотці статора з використанням комутуючих напівпровідникових обладнань являється технічним рішенням, яке дає можливість суттєво спростити і здешевити конструкцію ДКР і покращити його експлуатаційні характеристики. 70 Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на Фіг1 схематично зображено поздовжній переріз активної частини двохпакетного двигуна з котким ротором, який містить: масивний феромагнітний корпус статора (1), шихтовані із електротехнічної сталі зубчаті пакети статора (2), котушки обмотки статора (3), шихтовані із електротехнічної сталі кільцеві пакети ротора (4), масивний феромагнітний корпус (5) і вал (6) ротора. Пунктирними лініями і колами зображені контури, по /5 яким замикаються підмагнічуючий Фпм і робочий Фр магнітні потоки, при протіканні струму в котушках в напрямку, показаному на перерізах їх лобових частин.Combining the action of the magnetizing winding or permanent magnets and the working winding in one stator winding with the use of switching semiconductor equipment is a technical solution that makes it possible to significantly simplify and reduce the cost of the DCR design and improve its operational characteristics. 70 The essence of the invention is explained by the drawings, where Fig. 1 schematically shows a longitudinal section of the active part of a two-pack motor with a rolling rotor, which contains: a massive ferromagnetic stator housing (1), stator gear packs made of electrical steel (2), stator winding coils (3), ring packages of the rotor (4), a massive ferromagnetic body (5) and a shaft (6) of the rotor charged from electrotechnical steel. Dashed lines and circles depict the contours along which the magnetizing Fpm and working Fr magnetic fluxes are closed, when the current flows in the coils in the direction shown on the cross-sections of their frontal parts.

На Фіг.2 зображена принципова схема підключення пропонованого ДКР до трифазної мережі живлення змінного струму через ввімкнені відповідно в різних напрямках напівпровідникові діоди комутатора. Котушки першого (м/4, Мо, М3, Ма, М, Ме) і другого (м/4, М/о, М'3, М'я, М'5) М'є) пакетів попарно послідовно-зустрічно з'єднані, для того, щоб осьові складові магнітних потоків, обумовлені струмами в них, замикались узгоджено.Fig. 2 shows the schematic diagram of the proposed DCR connection to a three-phase alternating current power supply network through semiconductor diodes of the commutator switched on, respectively, in different directions. The coils of the first (m/4, Mo, M3, Ma, M, Me) and the second (m/4, M/o, M'3, Mya, M'5) Mye) packages are paired in series-opposite with connected, so that the axial components of the magnetic fluxes, caused by the currents in them, close together.

Начала виводів котушок позначені зірочками.The beginnings of the coil outputs are marked with asterisks.

На Фіг.3 зображена принципова схема підключення ДКР до мережі постійного струму Через напівпровідниковий керований комутатор, який містить напівпровідникові прилади (транзистори), розподільне і підсилююче обладнання. Котушки першого (м/4, умо, Муз, Ума, М/5, М'6) і другого (м/4, Мо, М з, Мил, М'Б, М'в) пакетів сч г попарно з'єднані послідовно-зустрічно для підсумовування узгоджено направлених магнітних потоків, створених о струмами в них.Fig. 3 shows the schematic diagram of the DCR connection to the DC network through a semiconductor controlled switch, which contains semiconductor devices (transistors), distribution and amplifying equipment. The coils of the first (m/4, umo, Muz, Uma, M/5, M'6) and the second (m/4, Mo, M z, Mil, M'B, M'v) packets of sch g are connected in pairs in series-opposite for summation of coherently directed magnetic fluxes created by currents in them.

На Фіг.4 показана поперечне розгорнення двигуна з торця першого пакета. Пунктирними лініями і колами показані контури, по яким замикаються складові магнітного потоку (Ф лм, Фр) при протіканні імпульсу струму в котушках м/з - М'з. Повітряний зазор між ротором і статором нерівномірний, ротор безпосередньо не обкочує ю зо розточки пакетів статора, тому що ДКР містить у собі спеціальні направляючі і катки.Fig. 4 shows the transverse deployment of the engine from the end of the first package. Dotted lines and circles show the contours along which the components of the magnetic flux (F lm, Fr) are closed when the current pulse flows in the m/z - M'z coils. The air gap between the rotor and the stator is uneven, the rotor does not directly roll through the boring of the stator packages, because the DKR contains special guides and rollers.

Пропонований ДКР працює таким чином: при включенні його на напругу трифазної мережі живлення через - напівпровідникові діоди комутатора (Фіг.2) в котушках пакетів з чергуванням в такому порядку 1-2-6; 3-2-4; ю 5-4-65 1-2-6... протікають імпульси струмів, які з врахуванням демпферних властивостей магнітопроводу створюють практично постійний по величині підмагнічуючий потік Фрім і пульсуючий в торцевих частинах соThe proposed DCR works as follows: when it is connected to the voltage of a three-phase power supply network through - semiconductor diodes of the commutator (Fig. 2) in the coils of the packages with alternation in this order 1-2-6; 3-2-4; ю 5-4-65 1-2-6... pulses of currents flow, which, taking into account the damping properties of the magnetic conductor, create an almost constant magnetizing flux Frim and pulsating in the end parts of the

Зб шШИихтованих пакетів робочий потік Ф, (Фіг.1). Завдяки взаємодії цих потоків (сумуванню їх в зубцях статора, в ї- котушках яких в даний момент протікає імпульс струму) ротор притягується, з обкачуванням по черзі, до 6-1-2, 2-3-4, 4-5-6, 6-1-2... зубців пакетів статора і обертається навколо своєї осі.Collection of sealed packages workflow F, (Fig. 1). Due to the interaction of these flows (summation of them in the teeth of the stator, in the coils of which a current pulse is currently flowing), the rotor is attracted, with pumping alternately, to 6-1-2, 2-3-4, 4-5-6, 6-1-2... teeth of the stator packages and rotates around its axis.

При включенні цього ДКР на напругу мережі живлення постійного струму через керований напівпровідниковий комутатор (Фіг.3) в з'єднаних попарно послідовно - зустрічно котушках пакетів протікають « імпульси струму, які, аналогічно попередньому варіанту підключення, створюють потоки Ф у і Фр, взаємодія з с яких під зубцями пакетів 1-2-3-4-5-6-1... і Г-2-3-4-5-6-Г..., в котушках яких по черзі протікаютьWhen this DCR is connected to the voltage of the DC power supply network through a controlled semiconductor switch (Fig. 3), current pulses flow in the coils of the packages connected in pairs in series - oppositely, which, similarly to the previous connection option, create flows F y and Fr, interaction with with which under the teeth of packages 1-2-3-4-5-6-1... and G-2-3-4-5-6-G..., in the coils of which alternately flow

Й імпульси струмів, веде до притягування до них ротора в такому ж порядку, а значить - і обертання його. и?» При проектуванні ДКР різного призначення, як зазначено вище, може бути доцільним передбачити: 1) кільцеві немагнітні щілини між торцевими частинами пакетів і корпусом статора для більш гарантійного розмежування і регулювання співвідношення складових магнітного потоку в торцевих частинах машини; -І 2) масивні кільця із матеріалів підвищеної електропровідності між пакетами статора або ротора для додаткового згладжування можливих пульсацій підмагнічуючої складової магнітного потоку обмотки статора. со Джерела інформації: с 1). Борзяк Ю.Г., Зайков М.П., Наний В.П. Злектродвигатели с катящимся ротором. - Киев; Техніка, 1982. 2). Бертинов А.И., Варлей В.В., Гусаров О.А. Конструктивнье схемь! злектрических машин с катящимсяAnd the pulses of the currents lead to the attraction of the rotor to them in the same order, which means - and its rotation. and?" When designing DCRs for various purposes, as mentioned above, it may be appropriate to provide: 1) annular non-magnetic gaps between the end parts of the packages and the stator body for more guaranteed separation and regulation of the ratio of the components of the magnetic flux in the end parts of the machine; -And 2) massive rings made of materials of increased electrical conductivity between the stator or rotor packages for additional smoothing of possible pulsations of the magnetizing component of the magnetic flux of the stator winding. Sources of information: p. 1). Borzyak Y.G., Zaikov M.P., Nany V.P. Electric motors with a rolling rotor. - Kyiv; Technology, 1982. 2). Bertynov A.Y., Varley V.V., Husarov O.A. Constructive schemes! from electric machines with rolling

Ш- ротором (ЗМКР). Трудь! третьей всесоюзной конференции по бесконтактньмм злектрическим машинам. - Рига, сп Зинате, 1966.Sh- rotor (ZMKR). Labor! of the third all-Union conference on contactless electric machines. - Riga, Mr. Zinate, 1966.

Claims

The formula of the invention

(F) 1. A motor with a rolling rotor, containing a stator, which includes a ferromagnetic housing with two GIs placed on its ends with stacked gear packages with winding coils, and a rotor, which includes a ferromagnetic housing with annular stacked packages located on according to it, because the stator packages, which differ in that the stator and rotor packages are made with a relatively weak magnetic saturation under load, and the cylindrical sections of the stator and rotor bodies between the packages are made thickened; on the stator packages, there are six teeth evenly spaced around the circle and coincident in the axial direction of the machine, on which coils are wound in one direction, which are connected to a three-phase alternating current network through a semiconductor switch in such a way that current pulses appear in its diodes in turn, 65 which cause the appearance of pulses of magnetic fluxes, the axial components of which are closed in concert (in one direction: the packages and the stator housing - air gaps between the rotor and the stator - the packages and the rotor housing) and sum up in the massive parts of the magnetic circuit into one magnetizing unipolar flux of the motor, and the transverse components pulses of magnetic fluxes are closed in the transverse planes of the ends of the stator and rotor packages (teeth and backs of the stator packages - air gaps between the rotor and stator - rotor packages) and periodically alternately interact (add up) with the magnetizing flux in the air gap under the coincident teeth of the stator packages, in in series-against or in parallel-with tape-connected coils in which current pulses flow at the moment, with the possibility of attracting the rotor packets in turn to the teeth of the stator packets to ensure uniform rolling of the stator rotor.

2. The motor according to claim 1, which is characterized by the fact that the power supply of the stator winding is carried out from the network of constant 7/0 current through a semiconductor switch, which is made controlled and includes alternately connected series-opposite or parallel-opposite coils that coincide in the axial direction machines of the teeth of the stator packages.

Z. The engine according to claim 1, which differs in that annular gaps are provided between part of the lengths of the outer surfaces of the packages and the corresponding inner surfaces of the ends of the stator housing.

4. The engine according to claim 1, which is characterized by the fact that between the stator or rotor packages, rings made of material of increased electrical conductivity are additionally provided. with 6) IF) in IF) (ee) and -

- and? -i (ee) 1 -i sl ime) 60 b5