WO2009143855A1 - Вентильная электрическая машина с регулируемым возбуждением - Google Patents

Вентильная электрическая машина с регулируемым возбуждением Download PDF

Info

Publication number
WO2009143855A1
WO2009143855A1 PCT/EA2009/000002 EA2009000002W WO2009143855A1 WO 2009143855 A1 WO2009143855 A1 WO 2009143855A1 EA 2009000002 W EA2009000002 W EA 2009000002W WO 2009143855 A1 WO2009143855 A1 WO 2009143855A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
poles
rotor
stator
excitation
pole
Prior art date
Application number
PCT/EA2009/000002
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Алексей Сергеевич АДАЛЁВ
Светлана Юрьевна ГРИГОРЬЕВА
Андрей Сегееевич ДРУЖИНИН
Алексей Сергеевич Кибардин
Владимир Георгиевич КУЧИНСКИЙ
Карен Вруйрович МАРТИРОСЯН
Георгий Иванович ШМАЛЬКО
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Инжиниринговая Нефтегазовая Компания - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт По Строительству И Эксплуатации Трубопроводов, Объектов Тэк"
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 Открытое Акционерное Общество "Инжиниринговая Нефтегазовая Компания - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт По Строительству И Эксплуатации Трубопроводов, Объектов Тэк" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Инжиниринговая Нефтегазовая Компания - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт По Строительству И Эксплуатации Трубопроводов, Объектов Тэк"
Publication of WO2009143855A1 publication Critical patent/WO2009143855A1/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
    • H02K21/38—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary

Definitions

  • the present invention relates to electrical engineering, namely, to valve electric machines.
  • the excitation system is usually located on the rotor, in particular in the Eurasian patent Ns 008613 "Multiphase electric machine" describes a multiphase electric machine having an explicitly polar cylindrical rotor and explicitly polar stator located coaxially with the rotor. The number of poles on the rotor is not equal to the number of poles on the stator. Each pole of the excitation system located on the rotor contains permanent magnets, which does not allow you to adjust the voltage of the machine when changing the speed.
  • Another disadvantage of this type of machine is the lack of liquid cooling of permanent magnets during operation of the machine. Since the properties of permanent magnets depend on temperature, and with an increase in temperature above a certain value, magnets start decrease in coercive force, then to ensure the possibility of using permanent magnet motors in factories with high ambient temperature (steel workshops, etc.), the task of stabilizing the temperature of a permanent magnet assembly takes on significant significance.
  • a well-known solution to attenuating the flux of excitation of permanent magnets in motors operating from frequency converters is the use of a demagnetizing reaction of stator currents. This is done by changing the unlocking angle of the switch keys in conjunction with an increase in the total inductance of the motor phase.
  • the poles of the passive rotor have a common section of the magnetic circuit connecting them to each other.
  • a characteristic feature of such machines is the path of passage of the magnetic flux of the stator coils from one pole of the rotor to another along the common section of the rotor magnetic circuit.
  • voltage also increases with increasing speed.
  • the installed power of the power system (I max x U max ) will increase with respect to the required power of the machine.
  • US3289021 describes an electric machine that can be taken as the closest analogue of the proposed solution.
  • This machine has an explicit pole stator with an excitation winding and an alternating current winding, as well as a rotor with magnetically soft sectors serving to direct the magnetic flux from the excitation poles to the poles of the alternating current winding.
  • the known electric machine does not contain permanent magnets, which requires constant power to the field winding in all operating modes and leads to reduced energy performance.
  • An object of the present invention is to provide an electric machine in which the disadvantages of prior art solutions are eliminated.
  • Declared valve electric machine ensures the achievement of a technical result, which consists in minimizing the installed power of the power system for operating modes, which require maintaining a constant power of the machine when changing speed.
  • the flexibility of controlling the machine also increases depending on the desired operating mode.
  • a valve electric machine which includes an explicit pole rotor formed by a combination of separate rotor poles evenly spaced around the circumference of the rotor, and an explicit pole stator containing excitation poles and alternating current poles.
  • Each pole of the field winding is surrounded by a coil of the field winding, and each pole of the AC coil is surrounded by a coil of the AC coil.
  • the poles of the excitation and the poles of the AC winding alternate around the circumference of the stator.
  • Each field pole contains at least one permanent magnet.
  • the polarities of the excitation poles closest to each other are different, i.e. alternate around the circumference of the stator.
  • the number of poles of the AC winding is different from the number of poles of the rotor.
  • the angular extent of the rotor pole is essentially two-thirds of the angular distance between the centers of adjacent poles of the AC winding on the stator, in other words, two-thirds of the period of the stator structure. If the angular extent of the rotor pole deviates from the indicated value to a greater or lesser extent, phenomena begin to appear that have a negative impact on the efficiency of the presented machine. Specifically, when modeling the machine of the present invention, it was found that as the rotor pole increases, the stray fluxes of the excitation poles increase, which leads to a decrease in the EMF level and a decrease in the machine efficiency. In addition to this, both when increasing and decreasing the rotor pole, the amplitude of higher-order harmonics in the EMF increases, which leads to a decrease in the efficiency of both the machine and the drive as a whole.
  • each excitation pole contains two permanent magnets that are angled relative to each other. This angle faces the apex in the direction from the gap between the rotor and the stator. At the apex, the permanent magnets are in contact with the ribs, and these ribs belong to unipolar faces.
  • a valve electric machine including an open pole rotor formed by a set of separate rotor poles evenly spaced around the circumference of the rotor, and an explicit pole stator containing excitation poles and alternating current winding poles.
  • Each pole of the AC winding is surrounded by a coil of the AC winding, the field poles and the poles of the AC winding alternate around the circumference of the stator.
  • the field poles are divided into adjustable field poles, each of which is surrounded by a coil of the field coil, and unregulated field poles, each of which contains at least one permanent magnet.
  • the number of adjustable excitation poles is equal to the number of unregulated excitation poles, adjustable excitation poles and unregulated excitation poles alternate around the stator circumference, and the polarity of all unregulated excitation poles is identical.
  • the number of poles of the AC winding is different from the number of poles of the rotor.
  • the angular extent of the rotor pole is essentially two-thirds of the angular distance between the centers of adjacent poles of the AC winding on the stator.
  • Each unregulated excitation pole preferably contains two permanent magnets located at an angle to each other.
  • the vertex of the angle faces the apex in the direction from the gap between the rotor and the stator.
  • the permanent magnets are in contact with the ribs, and these ribs belong to unipolar faces.
  • Such electrical machines can be performed both with an internal rotor located inside the stator and with an external rotor located outside the stator.
  • the excitation system creates a magnetic flux in the stator excitation poles, the direction of which is opposite in any adjacent excitation poles. This provides a change in the sign of the electromagnetic induction of excitation along the bore of the machine.
  • a current of a certain polarity is supplied to the alternating current winding coils, the force interaction of the magnetic fields of each pair of field poles and the alternating current winding is ensured.
  • After moving the rotor to a certain angle it is necessary to change the polarity of the current in some coils of the AC winding. it necessary in order to provide the required direction of the force acting on the rotor elements.
  • any pole of the AC winding On both sides of it (to the right and left along the bore of the machine) are the excitation poles.
  • the polarities of these excitation poles have opposite meanings.
  • the ferromagnetic element (pole) of the rotor moves past the pole of the AC winding counterclockwise (from right to left).
  • the rotor pole approaches the pole of the alternating current winding, it occupies a position in which part of the rotor pole is located above the right excitation pole, and part is located above the alternating current winding pole.
  • the magnetic flux from the right pole of the excitation passes through the pole of the rotor and closes on the considered pole of the AC winding.
  • the rotor pole moves away from the right excitation pole and occupies a position in which part of the rotor pole is located above the left excitation pole and part above the alternating current winding pole.
  • the magnetic flux from the left pole of the excitation passes through the pole of the rotor and closes on the considered pole of the AC winding. For this reason, a stream of the opposite sign from the left excitation pole is closed to the pole of the AC winding under consideration.
  • the magnetic field at the poles of the AC winding will change not only in magnitude, but also in sign, while the complete magnetization reversal of the AC winding coils is achieved, which improves the performance of the machine.
  • the field pole may further comprise at least one permanent magnet.
  • the excitation pole contains one permanent magnet magnetized radially (perpendicular to the surface of the stator facing the gap between the rotor and the stator).
  • Another option involves two permanent magnets located relative to each other at an angle facing the apex from the gap between the rotor and the stator.
  • the permanent magnets of each pole are in contact with the edges of unipolar faces.
  • the polarities of the magnets in the neighboring poles alternate with each other. It is also possible to place a larger number of magnets in the excitation poles, which in individual applications, with the proper geometrical configuration of the magnets, can help increase the efficiency of magnetic flux distribution.
  • the presence of a permanent magnet can partially reduce excitation losses.
  • the very presence of permanent magnets already creates an excitation field and provides a certain value of the machine voltage at a fixed speed value. If it is necessary to change the field of excitation, a current is supplied to the field winding, which can both amplify and weaken the field of permanent magnets. This increases the flexibility and degree of regulation of the machine, allowing you to adapt it to different operating modes. In some applications, spatial assignment to different poles of the stationary part of the excitation field (created by unregulated excitation poles with permanent magnets) and the variable part of the excitation field (created by adjustable excitation poles surrounded by field coils) is appropriate.
  • the electric machine of the present invention can be effectively applied in conditions of adverse temperatures, where other solutions of a similar type would overheat, and existing machines with pole cooling do not adequately meet the requirements.
  • FIG. 1 shows an example embodiment of an electric machine with reversed geometry when the rotor is coaxial with the stator outside the stator.
  • FIG. 2 is a typical idle magnetic field picture in an electric machine according to the example of FIG. 1.
  • FIG. 3 schematically shows an example of another embodiment of the present invention, in which the stator comprises adjustable and non-adjustable field poles. Information confirming the possibility of carrying out the invention
  • FIG. 1 shows an embodiment of a valve electric machine with a cylindrical rotor 2 located outside the stator 1.
  • the number of poles of the rotor is one less than the number of poles of the stator AC winding.
  • the magnetic system of the explicit pole stator 1 consists of two groups of stator poles: poles 3 of the AC winding and poles 5 of the excitation. Each pole of the AC winding is surrounded by a coil 4 of the AC winding. Each pole of the excitation is surrounded by a coil 6 of the field winding and contains a pair of permanent magnets 7 that are symmetrical about the radial axis of the pole. The magnets of each pole practically touch the edges of unipolar faces. The polarities of any adjacent excitation poles are opposite. All stator poles are united by a common magnetic circuit (back of stator 8).
  • the number of different phases in this embodiment of an electric machine is six. Two diametrically opposite coils are combined in the phase.
  • the AC winding coils of the same phases can be connected both in series and in parallel, taking into account the polarity of the current in the coils.
  • the rotor 2 of the machine consists of a set of individual passive ferromagnetic elements (poles) evenly spaced around the circumference 9.
  • the length in the angular direction of each element (pole) of the rotor is about two thirds of the period of the stator structure.
  • Ferromagnetic elements (poles) are mechanically fixed on a non-magnetic cylinder 10, connected to the shaft of the machine using a durable disk.
  • FIG. 2 shows a picture of a magnetic field in the above-described embodiment of an electric machine at a random time. This figure clearly shows how exactly the magnetic field of the excitation poles 5 interacts with the coils 4 of the AC winding.
  • FIG. 3 shows a fragment of the execution of a valve electric machine containing adjustable and unregulated excitation poles.
  • the number of poles of rotor 2 is one less than the number of poles 3 of the AC winding stator 1.
  • the magnetic system of the explicit pole stator 1 consists of three groups of stator poles: poles 3 of the AC winding, adjustable poles of 5 excitation 5 and unregulated poles of 7 excitation.
  • Each pole 3 of the AC winding is surrounded by a coil 4 of the AC winding.
  • Each adjustable pole 5 excitation surrounded by a coil 6 of the excitation winding.
  • Each unregulated pole 7 of the excitation contains one permanent magnet 8, magnetized radially (perpendicular to the surface of the stator facing the gap between the rotor and the stator).
  • any adjacent excitation poles are opposite.
  • all of the above embodiments are merely examples, and in practice, various combinations of features of the described options are possible.
  • machine designs are possible when unregulated field poles contain not one but several magnets.
  • the configuration of the magnets may be, for example, such as in the embodiment described with reference to FIG. one.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Abstract

Вентильная электрическая машина с явнополюсными ротором и статором. Статор содержит полюса возбуждения, окруженные катушкой обмотки возбуждения, и полюса обмотки переменного тока, окруженные обмоткой переменного тока. Полюса возбуждения содержат по меньшей мере один постоянный магнит, полярности полюсов возбуждения чередуются по окружности статора, при этом число полюсов обмотки переменного тока отлично от числа полюсов ротора, а угловая протяженность полюса ротора составляет по существу две трети углового расстояния между центрами соседних полюсов обмотки переменного тока на статоре.

Description

ВЕНТИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С РЕГУЛИРУЕМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электротехнике, а именно, к вентильным электрическим машинам.
Предшествующий уровень техники
В известных электрических машинах система возбуждения, как правило находится на роторе, в частности в Евразийском патенте Ns 008613 «Mнoгoфaзнaя электрическая мaшинa» описана многофазная электрическая машина, имеющая явнополюсный цилиндрический ротор и явнополюсный статор, расположенный коаксиально с ротором. Число полюсов на роторе не равно числу полюсов на статоре. Каждый полюс системы возбуждения, расположенный на роторе, содержит постоянные магниты, что не позволяет регулировать напряжение машины при изменении частоты вращения.
При увеличении оборотов в машине напряжение обмотки переменного тока возрастает, что в случае требования поддержания постоянной мощности машины, приводит к увеличению установленной мощности системы питания. (Под установленной мощностью системы питания понимается произведение максимальных значений тока и напряжения.) Для того, чтобы установленная мощность была бы минимальной необходимо при изменении оборотов сохранять напряжение постоянным.
Другим недостатком указанного типа машин является отсутствие возможности жидкостного охлаждения постоянных магнитов в процессе работы машины. Поскольку свойства постоянных магнитов зависят от температуры и при увеличении температуры выше определённой величины у магнитов начинается снижение коэрцитивной силы, то для обеспечения возможности использования двигателей с постоянными магнитами в производствах с повышенной температурой окружающей среды (сталелитейные цеха и др.) задача стабилизации температуры узла с постоянными магнитами приобретает существенное значение. Известным решением ослабления потока возбуждения постоянных магнитов в двигателях, работающих от преобразователей частоты, является использование размагничивающей реакции статорных токов. Это производится за счет изменения угла отпирания ключей коммутатора в совокупности с увеличением суммарной индуктивности фазы двигателя. Такое увеличение достигается за счет введения в цепь ее питания дополнительной внешней индуктивности (реактора). Однако для применения данного способа снижения напряжения двигателя необходимо наличие значительного тока в обмотке статора, поэтому в режимах с малой нагрузкой (например, в тяговом электроприводе на высокой частоте вращения) и режимах холостого хода данный способ неприменим, а, следовательно, снижения установленной мощности преобразователя достичь таким способом невозможно.
Из уровня техники известны электрические машины индукторного типа с сосредоточенными обмотками (катушками) на статоре, с явнополюсными статором и ротором, имеющие неравное количество полюсов статора и ротора. Полюса пассивного ротора имеют общий участок магнитопровода, соединяющий их друг с другом. Характерной особенностью таких машин является путь прохождения магнитного потока статорных катушек от одного полюса ротора к другому по общему участку роторного магнитопровода. В данных машинах также происходит возрастание напряжения при увеличении оборотов. Как и в выше описанном случае, при требовании поддержания постоянной мощности, величина установленной мощности системы питания (I max х U max) будет возрастать по отношению к требуемой мощности машины.
Известно, что в ряде случаев в индукторные машины с сосредоточенными обмотками (катушками) на статоре для регулирования потока возбуждения вводят кольцевидную обмотку возбуждения, магнитная ось которой направлена аксиально. При этом поток возбуждения проходит вдоль оси машины по магнитомягкому корпусу статора, затем проникает радиально в активную зону и возвращается в корпус по магнитомягкому остову ротора. Известным недостатком таких машин является ее повышенные габаритные размеры: во-первых, длина из-за необходимости размещения катушки возбуждения и, во-вторых радиальные размеры из-за существенно увеличенной толщины корпуса, торцевых щитов и остова ротора ввиду необходимости пропускать весь поток возбуждения. При использовании обмотки возбуждения (обмотки постоянного тока), распределенной по окружности статора, приходится отказываться от сосредоточенных катушек и для обмотки переменного тока, что увеличивает размеры машины и усложняет технологию ее изготовления. Другим недостатком описанных выше индукторных машин с обмотками возбуждения является наличие значительной постоянной составляющей магнитного поля в активном железе ротора и статора, которая не производит полезной работы (в отличие от машин, где происходит полное перемагничивание обмотки переменного тока) и вызывает лишь ухудшение использования материалов машины.
Известны отдельные предложения, например, описанные в патенте US6917133, с конфигурацией постоянных магнитов в форме угла с раствором сторон, обращенным к рабочему воздушному зазору. Однако в этой машине постоянные магниты расположены на роторе, что не позволяет применить способ регулирования напряжения машины при изменении частоты вращения. Это, в свою очередь, приводит к возрастанию величины установленной мощности системы питания.
В патенте US3289021 описана электрическая машина, которая может быть принята за ближайший аналог предлагаемого решения. Данная машина имеет явнополюсный статор с обмоткой возбуждения и обмоткой переменного тока, а также ротор с магнитомягкими секторами, служащами для направления магнитного потока из полюсов возбуждения в полюса обмотки переменного тока. Известная электрическая машина не содержит постоянных магнитов, что требует постоянного питания обмотки возбуждения во всех режимах работы и ведет к пониженным энергетическим показателям. Кроме того, в указанной электрической машине равенство числа магнитомягких секторов на роторе и числа полюсов обмотки переменного тока на статоре приводит к наличию устойчивых положений ротора, в которых вращающий момент равен нулю (залипание ротора), что в US3289021 предлагается устранить взаимным разворотом двух полуроторов. Последнее требует исполнение машины в виде двух полумашин, что существенно усложняет конструкцию, снижает надежность и увеличивает габариты машины.
Сущность изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в создании электрической машины, в которой устранены недостатки известных из уровня техники решений. Заявленная вентильная электрическая машина обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в минимизации установленной мощности системы питания для режимов работы, при которых требуется поддержание постоянной мощности машины при изменении оборотов. Также увеличивается гибкость управления машиной в зависимости от требуемого режима работы.
В первом варианте заявленного изобретения для этой цели предлагается вентильная электрическая машина, включающая в себя явнополюсный ротор, образованный совокупностью отдельных равномерно расположенных по окружности ротора полюсов ротора, и явнополюсный статор, содержащий полюса возбуждения и полюса обмотки переменного тока. Каждый полюс возбуждения окружен катушкой обмотки возбуждения, а каждый полюс обмотки переменного тока окружен катушкой обмотки переменного тока. Полюса возбуждения и полюса обмотки переменного тока чередуются по окружности статора. Каждый полюс возбуждения содержит по меньшей мере один постоянный магнит. Полярности ближайших друг к другу полюсов возбуждения различны, т.е. чередуются по окружности статора. Число полюсов обмотки переменного тока отлично от числа полюсов ротора. Угловая протяженность полюса ротора, составляет по существу две трети углового расстояния между центрами соседних полюсов обмотки переменного тока на статоре, иначе говоря, две трети периода статорной структуры. В случае, если угловая протяженность полюса ротора отклоняется от указанного значения в большую или меньшую сторону, начинают проявляться явления, оказывающие негативное влияние на эффективность представленной машины. Конкретно, при моделировании машины по настоящему изобретению было обнаружено, что при увеличении полюса ротора увеличиваются паразитные потоки рассеяния полюсов возбуждения, что приводит к снижению уровня ЭДС и уменьшению эффективности машины. В дополнение к этому, как при увеличении, так и уменьшении полюса ротора, увеличивается амплитуда гармоник высшего порядка в ЭДС, что ведет к снижению эффективности как машины, так и привода в целом.
Предпочтительно, в такой машине каждый полюс возбуждения содержит два постоянных магнита, расположенных друг относительно друга под углом. Этот угол обращен вершиной в направлении от зазора между ротором и статором. В вершине постоянные магниты соприкасаются ребрами, причем эти ребра принадлежат однополярным граням.
В другом варианте заявленного изобретения предлагается вентильная электрическая машина, включающая в себя явнополюсный ротор, образованный совокупностью отдельных равномерно расположенных по окружности ротора полюсов ротора, и явнополюсный статор, содержащий полюса возбуждения и полюса обмотки переменного тока. Каждый полюс обмотки переменного тока окружен катушкой обмотки переменного тока, полюса возбуждения и полюса обмотки переменного тока чередуются по окружности статора. Полюса возбуждения подразделены на регулируемые полюса возбуждения, каждый из которых окружен катушкой обмотки возбуждения, и нерегулируемые полюса возбуждения, каждый из которых содержит по меньшей мере один постоянный магнит. Количество регулируемых полюсов возбуждения равно количеству нерегулируемых полюсов возбуждения, регулируемые полюса возбуждения и нерегулируемые полюса возбуждения чередуются по окружности статора, а полярность всех нерегулируемых полюсов возбуждения идентична. Число полюсов обмотки переменного тока отлично от числа полюсов ротора. Угловая протяженность полюса ротора составляет по существу две трети углового расстояния между центрами соседних полюсов обмотки переменного тока на статоре.
Каждый нерегулируемый полюс возбуждения, предпочтительно, содержит два постоянных магнита, расположенных друг относительно друга под углом. Вершина угла обращена вершиной в направлении от зазора между ротором и статором. В вершине постоянные магниты соприкасаются ребрами, причем эти ребра принадлежат однополярным граням.
Такие электрические машины могут выполняться как с внутренним ротором, расположенным внутри статора, так и с наружным ротором, расположенным снаружи статора.
Система возбуждения создаёт в полюсах возбуждения статора магнитный поток, направление которого в любых соседних полюсах возбуждения противоположно. Это обеспечивает изменение знака электромагнитной индукции возбуждения по расточке машины. При подаче тока определенной полярности в катушки обмотки переменного тока, обеспечивается силовое взаимодействие магнитных полей каждой пары полюсов возбуждения и обмотки переменного тока. При этом возникает электромагнитная сила, действующая на ферромагнитные элементы (полюса) ротора, стремящаяся разместить их таким образом, чтобы обеспечить наилучшее замыкание суммарного магнитного поля близлежащих катушек обмотки возбуждения и обмотки переменного тока через полюса, которые они окружают. После перемещения ротора на определенный угол требуется сменить полярность тока в некоторых катушках обмотки переменного тока. Это нужно для того, чтобы обеспечить требуемое направление силы, действующей на роторные элементы.
Рассмотрим какой-либо полюс обмотки переменного тока. По обе стороны от него (справа и слева по расточке машины) расположены полюса возбуждения. Полярности этих полюсов возбуждения имеют противоположные значения. Положим, что ферромагнитный элемент (полюс) ротора движется мимо полюса обмотки переменного тока против часовой стрелки (справа налево). При подходе полюса ротора к полюсу обмотки переменного тока он занимает положение, при котором часть полюса ротора расположена над правым полюсом возбуждения, а часть расположена над полюсом обмотки переменного тока. При этом магнитный поток от правого полюса возбуждения проходит через полюс ротора и замыкается на рассматриваемый полюс обмотки переменного тока. При дальнейшем движении полюс ротора отдаляется от правого полюса возбуждения и занимает положение, при котором часть полюса ротора расположена над левым полюсом возбуждения, а часть - над полюсом обмотки переменного тока. При этом магнитный поток от левого полюса возбуждения проходит через полюс ротора и замыкается на рассматриваемый полюс обмотки переменного тока. По этой причине на рассматриваемый полюс обмотки переменного тока замыкается поток противоположного знака от левого полюса возбуждения. Таким образом, при работе машины магнитное поле в полюсах обмотки переменного тока будет изменяться не только по величине, но и по знаку, при этом достигается полное перемагничивание катушек обмотки переменного тока, что улучшает характеристики машины.
Полюс возбуждения может дополнительно содержать по меньшей мере один постоянный магнит. В одном из вариантов полюс возбуждения содержит один постоянный магнит, намагниченный радиально (перпендикулярно поверхности статора, обращенной в зазор между ротором и статором). Еще один вариант предусматривает два постоянных магнита, расположенных друг относительно друга под углом, обращенным вершиной от зазора между ротором и статором. В этом случае постоянные магниты каждого полюса соприкасаются рёбрами однополярных граней. Полярности магнитов в соседних полюсах при этом чередуются между собой. Возможно также размещение большего количества магнитов в полюсах возбуждения, что в отдельных приложениях, при надлежащей геометрической конфигурации магнитов, может способствовать повышению эффективности распределения магнитного потока. Наличие постоянного магнита позволяет частично снизить потери на возбуждение. Само присутствие постоянных магнитов (без тока в катушках возбуждения) уже создаёт поле возбуждения и обеспечивает определённое значение напряжения машины при фиксированном значении оборотов. При необходимости изменения поля возбуждения в обмотку возбуждения подаётся ток, который может как усиливать, так и ослаблять поле постоянных магнитов. Тем самым повышается гибкость и степень регулирования машины, позволяя адаптировать ее к разным режимам работы. В некоторых приложениях целесообразным оказывается пространственное отнесение к различным полюсам стационарной части поля возбуждения (создаваемой нерегулируемыми полюсами возбуждения с постоянными магнитами) и изменяемой части поля возбуждения (создаваемой регулируемыми полюсами возбуждения, окруженными катушками обмотки возбуждения).
Также при расположение магнитов на неподвижном статорном полюсе возбуждения можно применить жидкостную систему охлаждения узла с постоянными магнитами, что имеет существенное значение при использования двигателей с постоянными магнитами в производствах с повышенной температурой окружающей среды. Благодаря этому, электрическую машину по настоящему изобретению можно эффективно применять в условиях неблагоприятных температур, где иные решения сходного типа перегревались бы, а существующие машины с охлаждением полюсов в недостаточной степени отвечают ставящимся требованиям.
Перечень фигур чертежей На фиг. 1 представлен пример осуществления электрической машины с обращенной геометрией, когда ротор расположен коаксиально со статором снаружи статора.
На фиг. 2 представлена типичная картина магнитного поля в режиме холостого хода в электрической машине, соответствующей примеру на фиг 1. На фиг. 3 схематично представлен пример другого варианта осуществления настоящего изобретения, в котором статор содержит регулируемые и нерегулируемые полюса возбуждения. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг. 1 представлен пример осуществления вентильной электрической машины с цилиндрическим ротором 2, расположенным снаружи статора 1. Число полюсов ротора на один меньше, чем число полюсов обмотки переменного тока статора. Магнитная система явнополюсного статора 1 состоит из двух групп статорных полюсов: полюсов 3 обмотки переменного тока и полюсов 5 возбуждения. Каждый полюс обмотки переменного тока окружён катушкой 4 обмотки переменного тока. Каждый полюс возбуждения окружён катушкой 6 обмотки возбуждения и содержит пару постоянных магнитов 7, симметричных относительно радиальной оси полюса. Магниты каждого полюса практически соприкасаются ребрами однополярных граней. Полярности любых соседних полюсов возбуждения противоположны. Все статорные полюса объединены общим магнитопроводом (спинкой 8 статора).
Число различных фаз в данном осуществлении электрической машины равно шести. В фазу объединяются две диаметрально противоположные катушки.
Катушки обмотки переменного тока одноименных фаз можно соединить как последовательно, так и параллельно с учетом соблюдения полярности тока в катушках.
Ротор 2 машины состоит из совокупности отдельных равномерно расположенных по окружности пассивных ферромагнитных элементов (полюсов) 9. Протяжённость в угловом направлении каждого элемента (полюса) ротора составляет около двух третей периода статорной структуры. Ферромагнитные элементы (полюса) механически закреплены на немагнитном цилиндре 10, связанном с валом машины при помощи прочного диска. На фиг. 2 приведена картина магнитного поля в вышеописанном варианте осуществления электрической машины в некоторый произвольно выбранный момент времени. На данной фигуре наглядно видно, как именно магнитное поле полюсов 5 возбуждения взаимодействует с катушками 4 обмотки переменного тока. Из картины поля видно, что при вращении ротора (смещении ферромагнитных элементов) полюса 3 обмотки переменного тока пересекаются магнитным полем поочередно то в одном, то в другом направлении, обеспечивая их полное перемагничивание.
На фиг. 3 представлен фрагмент исполнения вентильной электрической машины, содержащей регулируемые и нерегулируемые полюса возбуждения. Число полюсов ротора 2 на один меньше, чем число полюсов 3 обмотки переменного тока статора 1. Магнитная система явнополюсного статора 1 состоит из трёх групп статорных полюсов: полюсов 3 обмотки переменного тока, регулируемых полюсов 5 возбуждения 5 и нерегулируемых полюсов 7 возбуждения. Каждый полюс 3 обмотки переменного тока окружён катушкой 4 обмотки переменного тока. Каждый регулируемый полюс 5 возбуждения окружён катушкой 6 обмотки возбуждения. Каждый нерегулируемый полюс 7 возбуждения содержит один постоянный магнит 8, намагниченный радиально (перпендикулярно поверхности статора, обращенной в зазор между ротором и статором). Полярности любых соседних полюсов возбуждения противоположны. Разумеется, все приведенные варианты осуществления являются лишь примерами, и на практике возможны разнообразные комбинации признаков описанных вариантов. Например, возможны варианты исполнения машины, когда нерегулируемые полюса возбуждения содержат не один, а несколько магнитов. Конфигурация магнитов может быть, например, такой, как в варианте осуществления, описанном со ссылкой на фиг. 1.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Вентильная электрическая машина, включающая в себя явнополюсный ротор, образованный совокупностью отдельных равномерно расположенных по окружности ротора полюсов ротора, и явнополюсный статор, содержащий полюса возбуждения и полюса обмотки переменного тока, при этом каждый полюс возбуждения окружен катушкой обмотки возбуждения, а каждый полюс обмотки переменного тока окружен катушкой обмотки переменного тока, причем полюса возбуждения и полюса обмотки переменного тока чередуются по окружности статора, отличающаяся тем, что каждый полюс возбуждения содержит по меньшей мере один постоянный магнит, полярности полюсов возбуждения чередуются по окружности статора, при этом число полюсов обмотки переменного тока отлично от числа полюсов ротора, а угловая протяженность полюса ротора составляет по существу две трети углового расстояния между центрами соседних полюсов обмотки переменного тока на статоре.
2. Электрическая машина по п. 1 , отличающаяся тем, что каждый полюс возбуждения содержит два постоянных магнита, расположенных друг относительно друга под углом, обращенным вершиной от зазора между ротором и статором, при этом в вершине угла постоянные магниты соприкасаются рёбрами однополярных граней.
3. Вентильная электрическая машина, включающая в себя явнополюсный ротор, образованный совокупностью отдельных равномерно расположенных по окружности ротора полюсов ротора, и явнополюсный статор, содержащий полюса возбуждения и полюса обмотки переменного тока, при этом каждый полюс обмотки переменного тока окружен катушкой обмотки переменного тока, а полюса возбуждения и полюса обмотки переменного тока чередуются по окружности статора, отличающаяся тем, что полюса возбуждения подразделены на регулируемые полюса возбуждения, каждый из которых окружен катушкой обмотки возбуждения, и нерегулируемые полюса возбуждения, каждый из которых содержит по меньшей мере один постоянный магнит, при этом количество регулируемых полюсов возбуждения равно количеству нерегулируемых полюсов возбуждения, регулируемые полюса возбуждения и нерегулируемые полюса возбуждения чередуются по окружности статора, полярность всех нерегулируемых полюсов возбуждения идентична, число полюсов обмотки переменного тока отлично от числа полюсов ротора, а угловая протяженность полюса ротора составляет по существу две трети углового расстояния между центрами соседних полюсов обмотки переменного тока на статоре.
4. Электрическая машина по п. 3, отличающаяся тем, что каждый нерегулируемый полюс возбуждения содержит два постоянных магнита, расположенных друг относительно друга под углом, обращенным вершиной от зазора между ротором и статором, при этом в вершине угла постоянные магниты соприкасаются рёбрами однополярных граней.
5. Электрическая машина по любому из п. п. 1-4, отличающаяся тем, что ротор выполнен цилиндрическим и расположен коаксиально со статором внутри статора.
6. Электрическая машина по любому из п. п. 1-4, отличающаяся тем, что ротор выполнен цилиндрическим и расположен коаксиально со статором снаружи статора.
PCT/EA2009/000002 2008-05-29 2009-02-05 Вентильная электрическая машина с регулируемым возбуждением WO2009143855A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA200801640 2008-05-29
EA200801640A EA200801640A1 (ru) 2008-05-29 2008-05-29 Вентильная электрическая машина с регулируемым возбуждением

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009143855A1 true WO2009143855A1 (ru) 2009-12-03

Family

ID=40849084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EA2009/000002 WO2009143855A1 (ru) 2008-05-29 2009-02-05 Вентильная электрическая машина с регулируемым возбуждением

Country Status (2)

Country Link
EA (1) EA200801640A1 (ru)
WO (1) WO2009143855A1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3289021A (en) * 1962-12-03 1966-11-29 Golay Buchel & Cie Sa Rotary electric machine
RU2143777C1 (ru) * 1998-10-06 1999-12-27 Закрытое Акционерное Общество Проектно-Производственно-Технологическая Фирма "ЭЛМА-Ко" Бесконтактная электрическая машина магнитоэлектрического типа
DE19915664A1 (de) * 1999-04-07 2000-10-19 Siemens Ag Elektrische Maschine mit einem Stator
RU2178942C1 (ru) * 2001-04-25 2002-01-27 Московский государственный авиационный институт (технический университет) Сверхпроводниковая вентильная индукторная машина
RU2189685C1 (ru) * 2001-05-15 2002-09-20 Московский государственный авиационный институт (технический университет) Вентильно-индукторная машина
EP1414130A2 (en) * 2002-10-26 2004-04-28 Lg Electronics Inc. Electric motor with a permanent magnet rotor

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU35925U1 (ru) * 2003-11-20 2004-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Электром" Одноименно-полюсный индукторный генератор
US7579738B2 (en) * 2005-10-31 2009-08-25 Greenee Energy Inc. Multi-phase electrical motor for use in a wheel
EP1833148A1 (en) * 2006-03-07 2007-09-12 Jian-Yeu Chen Brushless DC motors and systems using the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3289021A (en) * 1962-12-03 1966-11-29 Golay Buchel & Cie Sa Rotary electric machine
RU2143777C1 (ru) * 1998-10-06 1999-12-27 Закрытое Акционерное Общество Проектно-Производственно-Технологическая Фирма "ЭЛМА-Ко" Бесконтактная электрическая машина магнитоэлектрического типа
DE19915664A1 (de) * 1999-04-07 2000-10-19 Siemens Ag Elektrische Maschine mit einem Stator
RU2178942C1 (ru) * 2001-04-25 2002-01-27 Московский государственный авиационный институт (технический университет) Сверхпроводниковая вентильная индукторная машина
RU2189685C1 (ru) * 2001-05-15 2002-09-20 Московский государственный авиационный институт (технический университет) Вентильно-индукторная машина
EP1414130A2 (en) * 2002-10-26 2004-04-28 Lg Electronics Inc. Electric motor with a permanent magnet rotor

Also Published As

Publication number Publication date
EA011383B1 (ru) 2009-02-27
EA200801640A1 (ru) 2009-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4250878B2 (ja) バーニヤ型ブラシレスモータ
US5111095A (en) Polyphase switched reluctance motor
Ostovic Memory motors-a new class of controllable flux PM machines for a true wide speed operation
KR940001180B1 (ko) 영구자석 가변 자기저항형 발전기
KR200210795Y1 (ko) 영구자석 매립형 모터
EP1509988B1 (en) Rotary permanent magnet electric motor having stator pole shoes of varying dimensions
CN108964396B (zh) 定子分区式交替极混合励磁电机
CN110581614B (zh) 一种伺服有限转角力矩电机
JP2012130223A (ja) 同期モータ
JP2017169280A (ja) 回転電機
JP5581179B2 (ja) Ｄｃブラシレスモータおよびその制御方法
EA014511B1 (ru) Электрическая машина
CN109713868B (zh) 轴向并列型多相永磁容错电机
CN109873542B (zh) 单相电机
JP2013162612A (ja) 電動回転機
JP2017204961A (ja) 回転電機
CN112910130B (zh) 一种转子磁极调制型可变磁通记忆电机
CN112787476B (zh) 基于交替极转子的集成式直流感应混合励磁无刷电机
JP6589703B2 (ja) 回転電機
WO2009143855A1 (ru) Вентильная электрическая машина с регулируемым возбуждением
JP7284503B2 (ja) 可変磁力モータ
JP2003522511A (ja) 電磁装置
CN109687674B (zh) 径向并列型多相永磁容错电机
TWI825120B (zh) 具有柵欄式ｈ型定子的盤式馬達及馬達/發電機
Cao et al. Research on the influence of slot-pole combination on the performance of quadruped robot joint motor

Legal Events

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

Ref document number: 09753568

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: 09753568

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1