WO2009051514A1 - Convertisseur électromécanique - Google Patents

Convertisseur électromécanique Download PDF

Info

Publication number
WO2009051514A1
WO2009051514A1 PCT/RU2007/000576 RU2007000576W WO2009051514A1 WO 2009051514 A1 WO2009051514 A1 WO 2009051514A1 RU 2007000576 W RU2007000576 W RU 2007000576W WO 2009051514 A1 WO2009051514 A1 WO 2009051514A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stator
rotor
cores
poles
phase
Prior art date
Application number
PCT/RU2007/000576
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oleg Grigorievich Dashko
Andrey Borisovich Zakharenko
Yuri Prokopievich Krivospitskiy
Vladimir Nikonovich Litvinov
Sergey Ivanovich Mashurov
Original Assignee
Zao Npp 'inkar-M'
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zao Npp 'inkar-M' filed Critical Zao Npp 'inkar-M'
Priority to PCT/RU2007/000576 priority Critical patent/WO2009051514A1/ru
Priority to KR1020087020281A priority patent/KR20090090997A/ko
Publication of WO2009051514A1 publication Critical patent/WO2009051514A1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/02—Synchronous motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures

Definitions

  • the technical field The invention relates to electrical engineering and relates to the implementation of an electromechanical converter (EMF) for mainly low-speed devices, which can be used, for example, as an electric motor in drum winches or in motor wheels of light vehicles, in particular electric carts and electric vehicles, as well as as an electric generator in wind turbines or as a starter-generator in gas or diesel generator stations. It can also be used in electric vehicles with a combined power plant, as a synchronous compensator, as well as in other devices where high specific characteristics or advanced functionality are required.
  • EMF electromechanical converter
  • a known converter [patent RU 2076431], containing a stator with a multiphase winding, a rotor, one part of which is made as a metal conductor with a short-circuited winding, and the other part is in the form of a metal conductor of hard magnetic material, while the stator consists of two parts on which are multiphase windings with an unequal number of pole pairs.
  • the rotor is made in the form of a glass, on one part of which a layer of conductive material is applied, and on the other - a layer of hard magnetic material, and the stator consists of external and internal parts.
  • a disadvantage of the known Converter is the insufficient received values of torque and specific torque.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) A known Converter [patent RU 2083051], containing a rotor with a magnetic circuit and a magnetic flux source and a stator with a winding and a magnetic circuit, the stator winding consists of sections formed by conductors, and the stator magnetic circuit is made in the form of separate elements from a material with high magnetic permeability, which placed between the sections of the winding of the armature, and the elements of the magnetic circuit and sections of the winding of the armature are fastened together using a binder.
  • the inductor and the armature are made cylindrical and have the ability to rotate relative to each other.
  • the inductor is mounted for rotation relative to the armature, and the armature is made in the form of a hollow thin-walled cylinder.
  • the converter contains a housing, while the magnetic circuit of the inductor is cylindrical and mounted on the shaft coaxially with it, and the conductors of the armature winding sections form coils.
  • the inductor magnetic circuit contains two annular parts mounted on the mounting disk coaxially to each other, each of which is made with an inner and outer annular wall, at least one of which has magnetic flux sources, and an anchor is placed in the gap between the annular parts of the inductor magnetic circuit.
  • the known electromagnetic converter is designed to convert high power, however, when operating at low speeds it does not provide the required magnitude of torque and specific torque, nor does it provide the required reliability, since the design of the stator provides for fixing the elements of the magnetic circuit and sections of the armature winding using binder, it does not have the required rigidity and is not able to withstand pulsed loads for a long time.
  • the closest in technical essence to the present invention is a drive device for mobile vehicles [patent RU 2074761], containing a stator-rotor pair, in which the stator is made of cores, ends attached to the supporting
  • ⁇ is the angular width of the gap between the magnets, p- the number of coils in the group.
  • the objective of the invention is to provide an electromechanical transducer with increased specific power and torque at low angular speeds.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Another objective of the invention is the creation of a compact EMF and reduced weight.
  • Another objective of the invention is to increase the efficiency and efficiency of EMF, expanding its scope.
  • k in the relation (1) is an integer
  • the windings of the coil groups in each phase are connected according to, and for k - different from the integer by 0.5 and d is equal to the even number (2, 4, 6 ...) of the windings of the coil groups in each phase are connected counter.
  • the EMF induced in each of the coil groups are geometrically added; when deviating from it, they are subtracted, which leads to a loss in the useful power of the machine.
  • Relation (1) allows to obtain in the generator mode of operation of the converter — the voltage and current are identical in phase in all coil groups of the same phase, in motor mode — the same position of the cores of each group of the same phase, relative to the poles of the inductors.
  • Expression (2) determines the optimal boundaries between the number of cores and the number of poles (from 0.5 to 2), provided that it is not equal to 1. At the same time, the most optimal options are
  • FIG. 1 shows an embodiment of a stator-rotor pair in accordance with the present invention.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a converter in accordance with the present invention with four stator-rotor pairs.
  • the relationship between the number of 2-p poles, the number of d groups, the number of b cores 6 (teeth) in groups 20 and 21 and the number m of phases in the stator-rotor pair 1 indicates when the maximum interaction of the magnetic flux of the stator-rotor inductors 9 and 10 pairs and magnetic flux generated by the winding 7 of the stator 4.
  • FIG. 1 shows a variant of a stator-rotor pair of EMFs satisfying relation (3) for determining the number of 2-p poles:
  • the EMF phase winding 7 can be performed using parallel branches, which, in turn, contain one or more groups of 20 and 21 cores 6.
  • the coils of one group 20 and 21 can be connected without breaking the winding wire obtained by through winding on the winding the machine in one technological operation. This allows you to reduce the number of connections, reduce the complexity of the Assembly, simplify the design, reduce the cost of the stator, increase reliability.
  • connection of the terminals of the parallel branches of the phase windings 7 of the stators 4 can be performed using ring-shaped conductors in the form of tires, which can be located on the outside of the supporting stator 5 and (or) clamping 30 rings and (or) in the inner cavity of the internal inductor 10.
  • the cores 6 and (or) the outer 11 and (or) the inner 12 magnetic circuits of the stator-rotor pairs can be made of ferromagnetic powder, for example by pressing, which reduces the cost of EMF.
  • the cores 6 can be burdened from sheet electrical steel, which allows to achieve maximum values of magnetic induction and, ultimately, the highest values of torque and power density.
  • the direction of the charge parallel to the axis of rotation of the EMF in order to increase the electrical resistance for the flow of induced currents, creating additional losses.
  • the bonding of the core plates 6 is carried out by gluing, tightening with studs, or welding, and only along the lines of symmetry on the surfaces facing the working gaps 2 and 3.
  • the principle of operation of the EMF generally corresponds to the principle of operation of synchronous AC electric machines.
  • alternating voltage is applied to the terminals of the stator winding of the EMF of each stator-rotor pair, a current flows through the winding, causing the stator to rotate MDS.
  • an electric current flows in the winding 7 of the stator 4
  • a force interaction of the magnetic flux of the winding 7 with the main magnetic flux of the EMF poles 13 and 14 occurs.
  • the MDS stator wave rotates the rotor 8
  • the magnetic flux of the poles 13 and 14 moves from one core 6 to the next core 6, while inducing an electromotive force (EMF) in the active conductors 22 located in the grooves between the cores 6.
  • EMF electromotive force
  • the magnitude of the EMF is directly proportional to the speed changes in magnetic flux due to the magnitude of the total magnetic flux of all poles 13 and 14 of both inductors 9 and 10 and the rotational speed of the rotor 8.
  • the EMF will give mechanical power to manual ultrasonic inspection.
  • the rotor 8 of the EMF is driven by an external source of mechanical energy, for example, a wind turbine, while the torque is applied to the rotor 8, for example, using a pulley with a belt drive.
  • the resulting electrical energy is used in an external circuit.
  • the EMF When operating in the synchronous compensator mode, the EMF is connected to the network, but its shaft is necessary only for rotation in the bearings and is not suitable for docking with other devices.
  • the number of turns 22 of the stator winding 7 must be so coordinated with the flow of poles 13 and 14 so that the EMF consumes active power from the network, and
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) gave reactive into it.
  • the EMF in fact playing the role of a large capacitor, increases the power factor of the network.
  • Reactive power is usually consumed in the network to create an electromagnetic field in numerous asynchronous motors.
  • the number of stator-rotor pairs in one EMF can be different - from one to 10 or even more. Their quantity is determined by the design of the product and the ease of placement of EMF components inside the product.
  • the rotors of the stator-rotor pairs may not be bonded to each other and rotate independently or be combined into separate rotor groups or all together, which is determined by the specific purpose of the EMF.
  • FIG. 2 shows the EMF with four stator-rotor pairs, in which the rotors are combined (fastened) in two rotor groups.
  • a stator 4 containing a supporting stator ring 5 and cores 6, between which active conductors of the winding 7 are laid, a rotor 8 containing external 9 and internal 10 inductors with external 11 and internal 12 magnetic cores (yokes) with external 13 and internal 14 poles and a rotor ring 15.
  • Support stator rings 5 stators 4 of all stator-rotor pairs are rigidly connected to a stationary hollow shaft 16.
  • stator-rotor pairs 1 EMF can have the number of pairs of poles and (or) the number of phases and (or) the number of cores (teeth
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) or grooves) that does not coincide with the corresponding numbers of other stator-rotor pairs. This allows you to get one or more generator multiphase systems with their rated voltage and rated frequency, for example 50 and 400 Hz at the same time.
  • the EMF is driven from the outside, and all the stator-rotor pairs 1 operate in the generator mode.
  • a second variant of the EMF is possible, when voltage U 0 is supplied to the winding 7 of one stator-rotor pair 1, operating as an engine, with a frequency f 0 , and the number of phases.
  • the torque created by it drives the rotation of the remaining stator-rotor pairs 1, which operate in the generator mode, forming two electrical systems U-m- ⁇ , fi, U 2 , m 2 , f 2 .
  • Such an EMF can be used as the basis for an umformer with the aim of obtaining several levels of constant voltage.
  • a third variant of the EMF, made according to the “generator-motor” scheme, is possible, when with unconnected rotors 8 of two stator-rotor pairs, an electric reducer can be obtained.
  • the rotor 8 of the first stator-rotor pair is driven from the outside with an angular frequency of n g .
  • stator-rotor pairs for informational purposes, for example, as an m-phase rotor position sensor.
  • a sensor can be used as an absolute in high-precision closed-loop automatic control systems in position. The presence of a sensor simplifies the construction of an EMF control system.
  • the motor-wheel of an electric vehicle when carrying out the invention in accordance with the embodiment of FIG. 1, the following parameters were obtained: rated power of 3 kW at a speed of 700 rpm, without forced cooling, the mass of the motor-wheel with the tire and the built-in brake is 25 kg, of which purely the electric motor is 13 kg.
  • the magnitude of the specific moment is 1.7 Nm / kg per motor wheel as a whole, in terms of the mass of the electric motor - 3.3 Nm / kg.
  • peak torque In peak mode - during acceleration and deceleration - the peak torque is 5 ... 6 times greater, while the specific torque reaches values of the order of 16 ... 20 Nm / kg.
  • the following parameters were obtained: rated power of 5 kW at a speed of 500 rpm without forced cooling, weight 32 kg
  • the nominal value of the torque is 100 Nm
  • the specific gravity is 3 Nm / kg.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Description

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
Область техники Изобретение относится к электротехнике и касается выполнения электромеханического преобразователя (ЭМП) для преимущественно низкооборотных устройств, который может быть использован, например, в качестве электродвигателя в барабанных лебедках или в мотор-колесах легких транспортных средств, в частности электротележках и электромобилях, а также в качестве электрогенератора в ветроэнергоустановках или в качестве стартер-генератора в бензо- или дизель-генераторных станциях. Он может быть также использован в электромобилях с комбинированной энергоустановкой, в качестве синхронного компенсатора, а также в других устройствах, где требуются высокие удельные характеристики или расширенные функциональные возможности.
Уровень техники
Известен преобразователь [патент RU 2076431], содержащий статор с многофазной обмоткой, ротор, одна часть которого выполнена в виде маrнитопровода с короткозамкнутой обмоткой, а другая часть - в виде маrнитопровода из магнитотвердого материала, при этом статор состоит из двух частей, на которых расположены многофазные обмотки с неодинаковым числом пар полюсов. Ротор выполнен в виде стакана, на одной части которого нанесен слой токопроводящего материала, а на другой - слой из магнитотвердого материала, а статор состоит из внешней и внутренней частей. Недостатком известного преобразователя является недостаточные получаемые величины вращающего момента и удельного момента.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Известен преобразователь [патент RU 2083051], содержащий ротор с магнитопроводом и источником магнитного потока и статор с обмоткой и магнитопроводом, при этом обмотка статора состоит из секций, образованных проводниками, а магнитопровод статора выполнен в виде отдельных элементов из материала с высокой магнитной проницаемостью, которые размещены между секциями обмотки якоря, а элементы магнитопровода и секции обмотки якоря скреплены между собой с помощью связующего вещества. Индуктор и якорь выполнены цилиндрическими и имеют возможность вращения друг относительно друга. Индуктор установлен с возможностью вращения относительно якоря, а якорь выполнен в виде полого тонкостенного цилиндра. Преобразователь содержит корпус, при этом магнитопровод индуктора выполнен цилиндрическим и установлен на валу коаксиально с ним, а проводники секций обмотки якоря образуют катушки. Магнитопровод индуктора содержит установленные на крепежном диске коаксиально друг другу две кольцевые части, каждая из которых выполнена с внутренней и внешней кольцевой стенками, по крайней мере, на одной из которых размещены источники магнитного потока, а якорь размещен в зазоре между кольцевыми частями магнитопровода индуктора. Хотя известный электромагнитный преобразователь предназначен для преобразования большой мощности, однако, при работе на пониженных частотах вращения не обеспечивает получения требуемой величины вращающего момента и удельного момента, а также не обеспечивает требуемой надежности, так как конструкция статора предусматривает крепление элементов магнитопровода и секций обмотки якоря с помощью связующего, она не обладает требуемой жесткостью и не способна длительно выдерживать импульсные нагрузки.
Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является приводное устройство для передвижных средств [патент RU 2074761], содержащее статорно-роторную пару, в которой статор выполнен из сердечников, торцами прикрепляемых к опорному
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) статорному кольцу и ориентированных параллельно магнитному потоку, и между которыми расположены активные проводники многофазной, например двух или более, сосредоточенной обмотки, ротор выполнен в виде двух коаксиально расположенных наружного и внутреннего индукторов - магнитопроводов в форме полых цилиндров с возможностью вращения относительно статора, несущих расположенные по окружностям полюса с чередующейся полярностью, обращенные через рабочие зазоры к статору и охватывающие его, при этом полярность магнитов, расположенных на внутреннем и наружном индукторах друг напротив друга - согласная. В формуле изобретения по данному патенту указано, что «кaтyшки... расположены с шагом, отличным от шага размещения постоянных магнитов на величину α(n-1)... α/п, где α - угловая ширина зазора между магнитами, п- число катушек в группе.
Проведенные заявителем исследования показали, что указанное соотношение не является универсальным. По существу оно было адекватным конкретной модификации приводного устройства (электродвигателя) и попытки следовать ему при проектировании электрических машин с иными конструктивными параметрами показали, что при проектировании машин как большего диаметра, так и меньшего диаметра, угловая ширина зазора между постоянными магнитами чрезмерно увеличивается, в результате чего снижается величина магнитного потока, проникающего из ротора в статор, а значит, и величина действующего значения ЭДС и, как следствие, ухудшаются потребительские характеристики изделия, в первую очередь КПД.
Сущность изобретения
Задачей данного изобретения является создание электромеханического преобразователя с повышенной удельной мощностью и вращающим моментом при низких угловых частотах вращения.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Другой задачей изобретения является создание ЭМП компактного исполнения и уменьшенного веса.
Еще одной задачей изобретения является повышение экономичности и КПД ЭМП, расширение области его применения. Указанные задачи решаются в соответствии с настоящим изобретением благодаря созданию электромеханического преобразователя в конструктивном выполнении подобном выполнению указанного прототипа, но в котором соблюдены следующие соотношения между числом сердечников статора z, числом полюсов 2-p, числом пар полюсов р и числом катушечных групп в фазе d: p/d=k, (1) где к - целое положительное число или число отличающееся от целого на 0,5, то есть 1 , 1.5, 2, 2.5, 3, ...
0,5 < z/2-p<2, (2) при этом z/2-p не равно 1.
В случае, если к в соотношении (1) целое число, обмотки катушечных групп в каждой фазе соединены согласно, а при k - отличном от целого числа на 0.5 и d равно четному числу (2, 4, 6 ...) обмотки катушечных групп в каждой фазе соединены встречно. При соблюдении этого соотношения наведенные в каждой из катушечных групп ЭДС геометрически складываются, при отступлении от него вычитаются, что приводит к потере полезной мощности машины.
Соотношение (1) позволяет получить в генераторном режиме работы преобразователя - одинаковые по фазе напряжение и ток во всех катушечных группах одной и той же фазы, в двигательном режиме - одинаковое положение сердечников каждой группы одной и той же фазы, относительно полюсов индукторов.
Выражение (2) определяет оптимальные границы соотношения числа сердечников и числа полюсов (от 0,5 до 2) при условии, что оно не равно 1. В то же время наиболее оптимальными вариантами является
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) выполнение преобразователя с указанным соотношением близким к единице, в частности, исходя из соотношения (3):
2 p=d (b m ± 1 ) , (3)
где b - число сердечников статора, приходящихся на одну фазную группу, и m - число фаз.
Приведенные соотношения могут быть использованы при проектировании и изготовлении электромеханических преобразователей с различными структурными компоновками и режимами использования (генераторный, двигательный, компенсаторный).
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображен вариант выполнения статорно-роторной пары в соответствии с настоящим изобретением
На фиг. 2 изображен вариант выполнения преобразователя в соответствии с настоящим изобретением с четырьмя статорно-роторными парами.
Примеры осуществления изобретения.
Обратимся к фиг. 1 , на которой представлен вариант статорно- роторной пары ЭМП с числом z = 18 сердечников (зубцов) 6, числом m = 3 фаз, числом d = 2 групп 20 и 21 сердечников 6, числом b = 3 сердечников 6 в группах 20 и 21. Соотношение между числом 2-p полюсов, числом d групп, числом b сердечников 6 (зубцов) в группах 20 и 21 и числом m фаз в статорно- роторной паре 1 указывает, когда достигается максимальное взаимодействие магнитного потока индукторов 9 и 10 статорно-роторной пары и магнитного потока, создаваемого обмоткой 7 статора 4. На фиг. 1 представлен вариант статорно-роторной пары ЭМП, удовлетворяющий соотношению (3) для определения числа 2-p полюсов:
2 p = d - ( b m ± 1 ) → 2 р = 2 ( 3 - 3 - 1 ) = 16 ,
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) а соотношение (2) z / (2"p) = 18 / 16 = 1 ,125, то есть близко к единице.
Фазная обмотка 7 ЭМП может быть выполнена с использованием параллельных ветвей, содержащих, в свою очередь, одну или более групп 20 и 21 сердечников 6. Соединения катушек одной группы 20 и 21 может быть выполнено без разрыва обмоточного провода, получаемого за счет сквозной намотки на намоточном станке за одну технологическую операцию. Это позволяет уменьшить количество соединений, уменьшить трудоемкость при сборке, упростить конструкцию, снизить стоимость статора, повысить надежность.
Выполнение соединений выводов параллельных ветвей фазных обмоток 7 статоров 4 может быть выполнено с помощью кольцеобразных проводников в виде шин, которые могут быть расположены с внешней стороны опорного статорного 5 и(или) прижимного 30 колец и(или) во внутренней полости внутреннего индуктора 10.
Сердечники 6 и(или) наружный 11 и(или) внутренний 12 магнитопроводы статорно-роторных пар могут быть выполнены из ферромагнитного порошка, например путем прессования, что позволяет уменьшить стоимость ЭМП. Кроме того, сердечники 6 могут быть шихтованы из листовой электротехнической стали, что позволяет достичь максимальных значений магнитной индукции и, в конечном счете, наибольших значений вращающего момента и удельной мощности. Направление шихтовки параллельно оси вращения ЭМП с целью увеличения электрического сопротивления для протекания наведенных токов, создающих дополнительные потери. Скрепление пластин сердечников 6 выполняется путем склеивания, стягивания шпильками, или сварки, причем только по линиям симметрии на поверхностях, обращенных к рабочим зазорам 2 и 3. Принцип действия ЭМП в целом соответствует принципу работе синхронных электрических машин переменного тока. При неподвижном
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) роторе 8 магнитный поток каждого наружного полюса 13 внешнего индуктора 9 проходит через наружный основной рабочий зазор 2, через ближайшие сердечники 6 статора 4, через внутренний основной рабочий зазор 3, достигает внутреннего полюса 14 внутреннего индуктора 10, проходит сквозь внутренний полюс 14, затем разветвляется по внутреннему магнитопроводу 12 (ярму).
В двигательном режиме на зажимы обмотки статора ЭМП каждой статорно-роторной пары подается переменное напряжение, по обмотке протекает ток, вызывая вращающуюся МДС статора. При протекании электрического тока в обмотке 7 статора 4 происходит силовое взаимодействие магнитного потока обмотки 7 с основным магнитным потоком полюсов 13 и 14 ЭМП. Перемещаясь, волна МДС статора вращает ротор 8, магнитный поток полюсов 13 и 14 перемещается от одного сердечника 6 к следующему сердечнику 6, при этом наводит электродвижущую силу (ЭДС) в активных проводниках 22, находящихся в пазах между сердечниками 6. Величина ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока, обусловленная величиной суммарного магнитного потока всех полюсов 13 и 14 обоих индукторов 9 и 10 и частотой вращения ротора 8. При вращении ротора с некоторой частотой вращения, ЭМП будет отдавать механическую мощность в нагрузку.
В режиме генератора ротор 8 ЭМП приводится во вращение сторонним источником механической энергии, например, ветродвигателем, при этом вращающий момент прикладывают к ротору 8, например, с помощью шкива с ременной передачей. Получаемая при этом электрическая энергия используется во внешней цепи.
При работе в режиме синхронного компенсатора ЭМП подключен к сети, но вал его необходим лишь для вращения в подшипниках и не приспособлен для стыковки с другими устройствами. При этом число витков 22 обмотки статора 7 должно быть так согласовано с потоком полюсов 13 и 14, чтобы ЭМП потреблял из сети активную мощность, а
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) отдавал в неё реактивную. При этом ЭМП, фактически играя роль конденсатора большой ёмкости повышает коэффициент мощности сети. Реактивная мощность обычно расходуется в сети для создания электромагнитного поля в многочисленных асинхронных двигателях. В общем случае количество статорно-роторных пар в одном ЭМП может быть различно - от одной до 10 и даже более. Их количество определяется конструкцией изделия и удобством размещения компонентов ЭМП внутри изделия. Роторы статорно-роторных пар могут быть не скреплены друг с другом и вращаться самостоятельно или быть объединены в отдельные роторные группы или объединены все вместе, что определяется конкретным назначением ЭМП. На фиг.2 показан ЭМП с четырьмя статорно-роторными парами, в котором роторы объединены (скреплены) в две роторные группы. В каждой из статорно-роторной пар имеются наружный 2 и внутренний 3 рабочие зазоры, статор 4, содержащий опорное статорное кольцо 5 и сердечники 6, между которыми проложены активные проводники обмотки 7, ротор 8, содержащий наружный 9 и внутренний 10 индукторы с наружными 11 и внутренними 12 магнитопроводами (ярмами) с наружными 13 и внутренними 14 полюсами и роторное кольцо 15. Опорные статорные кольца 5 статоров 4 всех статорно-роторных пар жестко связаны с неподвижным полым валом 16. Левые роторы 8 скреплены между собой и их результирующий вращающий момент от их роторных колец 15 передается через первое болтовое соединение 17, правые роторы 8 также скреплены и их результирующий вращающий момент от их роторных колец 15 передается через второе болтовое соединение 18, а результирующий реактивный момент всех статорно-роторных пар - через опорные статорные кольца 5, неподвижный полый вал 16 и шпоночный паз 19. Одна из нескольких статорно-роторных пар может выполнять информационную функцию, например, m-фазного датчика положения ротора. Одна или несколько статорно-роторных пар 1 ЭМП могут иметь число пар полюсов и(или) число фаз и(или) число сердечников (зубцов
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) или пазов), не совпадающее с соответствующими числами других статорно-роторных пар. Это позволяет получить одну или несколько генераторных многофазных систем со своим номинальным напряжением и номинальной частотой, например 50 и 400 Гц одновременно. Например, на фиг. 2 ЭМП приводится во вращение извне, и все статорно-роторные пары 1 работают в генераторном режиме. Возможен второй вариант ЭМП, когда к обмотке 7 одной статорно-роторной пары 1 , работающей в качестве двигателя, подводится напряжение U0 с частотой f0, и числом то фаз. Создаваемый ею вращающий момент приводит во вращение остальные статорно-роторные пары 1 , которые работают в генераторном режиме, формируя две электрические системы U-ь m-ι, fi, U2, m2, f2. Такой ЭМП может быть применен в качестве основы для умформера с целью получения нескольких уровней постоянного напряжения. Возможен третий вариант ЭМП, выполненный по схеме «гeнepaтop-двигaтeль», когда при несвязанных роторах 8 двух статорно-роторных пар можно получить электрический редуктор. Ротор 8 первой статорно-роторной пары приводят во вращение извне с угловой частотой nг. Получаемое напряжение с обмотки 7 подают на обмотку 7 второй статорно-роторной парыi , и ее ротор 8 самостоятельно и синхронно с первым приводится во вращение, но с угловой частотой nд = ϊ-nг, где i есть коэффициент редукции. Для этого необходимо выполнить условия равенства напряжения Ur = Uд и числа фаз mг = mд, а также условие редукции по числу пар полюсов pг= i-pд.
Возможно использование одной из нескольких статорно-роторных пар для информационных целей, например, в качестве m-фазного датчика положения ротора. Такой датчик может быть применен в качестве абсолютного в высокоточных системах автоматического управления с замкнутым контуром по положению. Наличие датчика упрощает построение системы управления ЭМП.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Промышленная применимость
Для мотор-колеса электромобиля при осуществлении изобретения в соответствии с вариантом, представленным на фиг. 1 , получены следующие параметры: номинальная мощность 3 кВт при частоте вращения 700 об/мин, без принудительного охлаждения, масса мотор- колеса вместе с шиной и встроенным тормозом - 25 кг, из них чисто электродвигатель - 13 кг. Величина удельного момента - 1 ,7 Н-м/кг на мотор-колесо в целом, в пересчете на массу электродвигателя - 3,3 Н-м/кг. В пиковом режиме - при разгоне и торможении - пиковый вращающий момент в 5...6 раз больше, при этом удельный момент достигает значений порядка 16...20 Н-м/кг.
Для электрогенератора при осуществлении изобретения получены следующие параметры: номинальная мощность 5 кВт при частоте вращения 500 об/мин без принудительного охлаждения, масса 32 кг. Номинальная величина вращающего момента - 100 Н-м, величина удельного момента - 3 Н-м/кг.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Электромеханический преобразователь, содержащий, по меньшей мере, одну статорно-роторную пару, в которой статор состоит из сердечников из материала с высокой магнитной проницаемостью, торцами прикрепленных к опорному статорному кольцу и ориентированных параллельно основному магнитному потоку, и между которыми расположены проводники многофазной обмотки, ротор выполнен в виде двух коаксиально расположенных наружного и внутреннего индукторов - магнитопроводов из материала с высокой магнитной проницаемостью в форме полых цилиндров, закрепленных с возможностью вращения относительно статора, несущих расположенные по окружностям полюса с чередующейся полярностью, обращенные через рабочие зазоры к статору и охватывающие его, при этом полярность полюсов, расположенных на внутреннем и наружном индукторах друг напротив друга, согласная, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что число полюсов 2-p, число пар полюсов р, число сердечников статора z и число катушечных групп в фазе d связаны соотношениями:
р / d = k, (1)
где: k = 1 , 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5 ... - целое положительное число, или число, отличающееся от него на 0.5, при этом, если k - целое число, обмотки катушечных групп в каждой фазе соединены согласно, а при k - отличном от целого числа на 0.5 и d равно четному числу (2, 4, 6 ...) обмотки катушечных групп в каждой фазе соединены встречно и
0,5 < z / (2-p) < 2, (2) и при этом z / (2-p) ≠ 1,
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
2. Электромеханический преобразователь по п.1, отл ич а ю щи й с я тем, что отношение z / (2-p) для статорно-роторной пары устанавливают близким к единице.
3. Электромеханический преобразователь по п.2, отл и ч а ю щ и й с я тем, что соотношение z / (2-p) устанавливают исходя из соотношения
2 р = d ( b-m ±1 ). (3)
где b - число сердечников статора, приходящихся на одну фазную группу, и m - число фаз.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
PCT/RU2007/000576 2007-10-19 2007-10-19 Convertisseur électromécanique WO2009051514A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2007/000576 WO2009051514A1 (fr) 2007-10-19 2007-10-19 Convertisseur électromécanique
KR1020087020281A KR20090090997A (ko) 2007-10-19 2007-10-19 전기기계 변환기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2007/000576 WO2009051514A1 (fr) 2007-10-19 2007-10-19 Convertisseur électromécanique

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009051514A1 true WO2009051514A1 (fr) 2009-04-23

Family

ID=40567609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2007/000576 WO2009051514A1 (fr) 2007-10-19 2007-10-19 Convertisseur électromécanique

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20090090997A (ru)
WO (1) WO2009051514A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3034265A1 (fr) * 2015-03-25 2016-09-30 Andre Chaneac Generatrice et moteur a courant continu comportant un induit fixe

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018030960A1 (en) * 2016-08-11 2018-02-15 Ambroz Milan Motor and generator using both poles of stator coil

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2522626A1 (de) * 1974-05-27 1975-12-11 Philips Nv M-phasige wechselstrommaschine
RU2112309C1 (ru) * 1995-03-13 1998-05-27 Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики Электроагрегат
RU2167482C1 (ru) * 2000-01-27 2001-05-20 Иванов-Смоленский Алексей Владимирович Электрическая машина переменного тока
RU2005130805A (ru) * 2005-10-05 2007-04-10 Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственное Предприятие "Инкар-М" (Ru) Электромеханический преобразователь

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2522626A1 (de) * 1974-05-27 1975-12-11 Philips Nv M-phasige wechselstrommaschine
RU2112309C1 (ru) * 1995-03-13 1998-05-27 Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики Электроагрегат
RU2167482C1 (ru) * 2000-01-27 2001-05-20 Иванов-Смоленский Алексей Владимирович Электрическая машина переменного тока
RU2005130805A (ru) * 2005-10-05 2007-04-10 Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственное Предприятие "Инкар-М" (Ru) Электромеханический преобразователь

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3034265A1 (fr) * 2015-03-25 2016-09-30 Andre Chaneac Generatrice et moteur a courant continu comportant un induit fixe

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090090997A (ko) 2009-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7134180B2 (en) Method for providing slip energy control in permanent magnet electrical machines
US8120224B2 (en) Permanent-magnet switched-flux machine
US9397543B2 (en) Electrical machine
US20100252341A1 (en) Electric rotary machine
JP2004032984A (ja) 誘導電動機
CN104578661A (zh) 一种轴向分布的双凸极无刷直流电机
JP2012529877A (ja) クローポール型交流電気モータ
EP3422541B1 (en) Self-exciting synchronous reluctance generators
RU2337458C1 (ru) Торцевая магнитоэлектрическая машина (варианты)
US20140292134A1 (en) Rotating electrical machine
CN105576929A (zh) 一种集中绕组交流无刷电励磁起动发电机
RU2302692C9 (ru) Электромеханический преобразователь
JP6424729B2 (ja) 回転電機
RU2390086C1 (ru) Бесконтактная редукторная электрическая машина с комбинированным возбуждением
JPH08308192A (ja) 交流発電機
US20100026103A1 (en) Driving or power generating multiple phase electric machine
WO2009051514A1 (fr) Convertisseur électromécanique
WO1996021965A1 (en) An axial flux electric machine, adapted for use as an electric propulsor for vehicles and as an electric power generator
CN103609008B (zh) 旋转电机
CN101771309A (zh) 基于磁齿轮的低速大转矩直驱复合电机
RU2716489C2 (ru) Электромеханический преобразователь
EP2894772A1 (en) Electromechanical converter
JP2014053979A (ja) 回転電機及び風力発電システム
WO2009051515A1 (fr) Machine électrique synchrone
JP2011217435A (ja) ２軸回転電機

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020087020281

Country of ref document: KR

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07872132

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07872132

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1