WO2022035362A1 - Полифазный синхронный электрический двигатель - Google Patents
Полифазный синхронный электрический двигатель Download PDFInfo
- Publication number
- WO2022035362A1 WO2022035362A1 PCT/RU2021/050331 RU2021050331W WO2022035362A1 WO 2022035362 A1 WO2022035362 A1 WO 2022035362A1 RU 2021050331 W RU2021050331 W RU 2021050331W WO 2022035362 A1 WO2022035362 A1 WO 2022035362A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- stator
- electric motor
- poles
- rotor
- magnetic poles
- Prior art date
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
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
Definitions
- the utility model relates to the field of electrical engineering in terms of electrical machines of direct and alternating current.
- the device is designed to convert electrical energy into mechanical energy.
- polyphase (from the Greek words loHb - many) means that the number of working phases of such an electric motor can be any, and not just two or three. In relation to this model, this is any odd number, for example, 3, 5, 7, 9, 15 or more phases.
- a synchronous electric motor-generator is known (RF patent No. RU 181979 U1 dated 2017.12.29 by Andreenko Alexander Stepanovich), containing a stator with a three-phase winding and a rotor made in the form of a multi-pole magnet with magnetic poles evenly spaced around the circumference of alternating w magnetic poles, with a pitch of pole division equal at the same time, the stator is made with N ⁇ m legs with symmetrical and asymmetric caps separated by grooves, the winding of the stator winding is made in phase for groups of legs located symmetrically along of the stator circumference at an angular distance # from each other, while one group for winding one phase includes legs with symmetrical and asymmetric caps, and the angular distance between the edges of the caps facing the group of legs intended for winding the other phase is equal to the angular distance between pole divisions of the number of magnetic poles of the rotor, equal to the number of successively located legs of one group related to one phase.
- the teeth of the magnetic circuit of the stator winding of the described model have a different shape within the same magnetic circuit.
- paragraphs 1 and 2 the described model is of limited use in the development of technical specifications, and paragraph 3 complicates the design of an electric machine, increasing the possibility of errors during winding windings and reduces manufacturability, increasing the cost of the product.
- This utility model is to develop a simple design of an electric motor that allows you to work with maximum efficiency when operating from sources of direct and alternating current, while having a minimum size and weight.
- the main difference of the described model is always an odd number of stator magnetic poles, which is a multiple of the number of phases used, and the number of rotor poles at the same time differs by one unit from the number of stator magnetic poles up or down.
- stator winding is wound in phase for groups legs located around the circumference of the stator, according to the claimed technical solution, the number of magnetic poles of the stator is odd, a multiple of the number of phases used, and the number rotor poles differs by one unit from the number of stator magnetic poles.
- phase windings each occupy their own angular sector on the stator magnetic circuit and are not divided into many parts.
- FIG. 1 - fig. 2 shows the active part of the engine in section.
- the following elements of the electric machine are indicated by numbers:
- a polyphase electric motor (Fig. 1, Fig. 2) includes a rotor magnetic circuit 1 with magnets 2 installed on it and a stator magnetic circuit 3 with windings 4 placed on it.
- the rotor is the outer part of the electric machine, the stator is located in the central part.
- the ratio of the number of rotor and stator poles is calculated as follows.
- the number of stator magnetic poles can be any odd multiple of the number of phases used.
- the number of rotor poles in this case differs by one unit from the number of stator magnetic poles up or down.
- phase windings will be located on the stator magnetic wire in three equal sectors with an angle of 120 degrees - each phase winding in its own sector.
- This simplified arrangement of windings makes it possible to optimize the stator winding process and significantly reduce winding errors due to human error. This reduces the time of the technological process and reduces the amount of marriage during manufacture. Simplification of the winding circuit makes it possible to multiply the number of poles of the electric machine. With an increase in the number of stator poles, the efficiency of the electric motor increases due to a decrease in the distance between the axes of the rotor and stator poles.
- a magnetic circuit with permanent magnets or with excitation windings can be used.
- the active part of the electric motor consisting of a rotor and a stator
- the active part of the electric motor can have a cylindrical shape, a ring shape (for low-speed electric motors, generators, motor-coll s), a linear one (for gearless linear motors or generators), a ball shape, or a flat - axial shape .
- the rotor can be made both in the outer part (outrunner) and in the inner part (inrunner).
- the optimal distribution of magnetic voltage between the magnetic poles of the stator and rotor is achieved, in which the losses of electromagnetic interaction are reduced to technically possible minimum.
- the first and last teeth of the stator winding group fall on opposite magnetic poles of the rotor with a uniform and uniform gradient between them, that is, the rotor field from pole to pole makes a uniform turn of 180 degrees with respect to the extreme teeth of the stator winding group, and this position is fully balanced, without residual voltages between groups of windings.
- a polyphase electric motor can operate from the following current sources: a) a polyphase AC network; b) frequency converter, which is used for asynchronous motors; c) a controller for controlling brushless motors.
- the increase in the number of revolutions and the increase in the distance traveled in all cases was proportional to the increase in efficiency.
- the increase in energy efficiency corresponds to an increase in the motor class by one or two steps according to the international IEC standard.
- the weight of the winding in all cases has decreased due to the simplification of the winding scheme of the stator windings.
- the described model has shown its validity in relation to increasing the efficiency of existing synchronous electrical machines and is suitable for creating new, more efficient, simple and reliable synchronous electrical machines - motors and generators of the widest application.
Abstract
Устройство предназначено для преобразования электрической энергии в механическую. В полифазном электрическом двигателе, содержащем статор и ротор, выполненный в виде многополюсного магнита с равномерно расположенными по окружности чередующимися магнитными полюсами, статор выполнен с ножками с симметричными шляпками, разделенными пазами, намотка обмотки статора выполнена пофазно для групп ножек, расположенных по окружности статора, причем число магнитных полюсов статора является нечетным, кратным количеству используемых фаз, а число полюсов ротора при этом отличается на одну единицу от количества магнитных полюсов статора. Фазные обмотки занимают каждая свой угловой сектор на магнитопроводе статора и не разбиваются на множество частей. Техническим результатом реализации устройства является создание простой конструкции электрического двигателя с высокой эффективностью преобразования электрической энергии в механическую.
Description
Полифазный синхронный электрический двигатель
Полезная модель относится к области электротехники в части электрических машин постоянного и переменного тока. Устройство предназначено для преобразования электрической энергии в механическую.
Термин «полифазный» (от греч. сл. лоХб — многий) означает, что число рабочих фаз такого электрического двигателя может быть любым, а не только две или три. Применительно к настоящей модели это любое нечётное число, например, 3, 5, 7, 9, 15 и более фаз.
Известен синхронный электрический двигатель-генератор (патент РФ № RU 181979 U1 от 2017.12.29 автора Андреенко Александра Степановича), содержащий статор с трехфазной обмоткой и ротор, выполненный в виде многополюсного магнита с равномерно расположенными по окружности чередующимися ш магнитными полюсами, с шагом полюсного деления равным
при этом статор выполнен с N<m ножками со симметричными и асимметричными шляпками, разделенными пазами, намотка обмотки статора выполнена пофазно для групп ножек, расположенных симметрично по
окружности статора на угловом расстоянии # друг от друга, при этом в одну группу для намотки одной фазы входят ножки с симметричными и асимметричными шляпками, а угловое расстояние между краями шляпок, обращенными в сторону группы ножек, предназначенной для намотки другой фазы, равно угловому расстоянию между полюсными делениями числа магнитных полюсов ротора, равного числу последовательно расположенных ножек одной группы, относящейся к одной фазе.
Модель имеет следующие недостатки:
1. На основе описанной модели невозможно создание электрических машин с числом зубов магнитопровода статора меньшим, чем количество полюсов ротора.
2. На основе описанной модели невозможно создание электрических машин с нечётным числом зубов магнитопровода статора.
3. Зубы магнитопровода статорной обмотки описанной модели имеют различную форму в пределах одного магнитопровода.
Таким образом, по пунктам 1 и 2 описанная модель имеет ограниченное применение при разработке технического задания, а пункт 3 усложняет проектирование электрической машины, увеличивая возможность ошибки во время намотки обмоток и снижает технологичность изготовления, увеличивая себестоимость изделия.
Задача настоящей полезной модели заключается в необходимости разработки простой конструкции электрического двигателя, позволяющей работать с максимальной эффективностью при работе от источников постоянного и переменного тока, обладая при этом минимальными размерами и весом.
Основное отличие описанной модели — это всегда нечётное число магнитных полюсов статора, которое является кратным количеству используемых фаз, а число полюсов ротора при этом отличается на одну единицу от количества магнитных полюсов статора в большую или меньшую сторону.
Техническим результатом реализации данной полезной модели является создание простой конструкции электрического двигателя с высокой эффективностью преобразования электрической энергии в механическую.
Поставленная задача решается тем, что в полифазном электрическом двигателе, содержащем статор и ротор, выполненный в виде многополюсного магнита с равномерно расположенными по окружности чередующимися магнитными полюсами, при этом статор выполнен с ножками со симметричными шляпками, разделенными пазами, намотка обмотки статора выполнена пофазно для групп ножек, расположенных по окружности статора, согласно заявленному техническому решению число магнитных полюсов статора является нечётным, кратным количеству используемых фаз, а число
полюсов ротора при этом отличается на одну единицу от количества магнитных полюсов статора. Кроме того, фазные обмотки занимают каждая свой угловой сектор на магнитопроводе статора и не разбиваются на множество частей.
Полезная модель поясняется чертежами: фиг. 1 - фиг. 2, на которых изображена активная часть двигателя в разрезе. На чертежах номерами обозначены следующие элементы электрической машины:
1 - магнитопровод ротора;
2 - магниты, закреплённые на роторе;
3 - магнитопровод статора;
4 - обмотка статора.
Полифазный электрический двигатель (фиг. 1, фиг. 2) включает в себя магнитопровод ротора 1 с установленными на нём магнитами 2 и магнитопровод статора 3 с размещёнными на нём обмотками 4. Ротором является наружная часть электрической машины, статор размещён в центральной части. Соотношение количества полюсов ротора и статора рассчитано следующим образом. Количество магнитных полюсов статора может быть любым нечётным, кратным количеству используемых фаз. Число полюсов ротора при этом отличается на одну единицу от количества магнитных полюсов статора в большую или меньшую сторону.
При этом соотношении и, например, трёхфазном исполнении, независимо от количества полюсов статора фазные обмотки будут расположены на магнито проводе статора в трёх равных секторах с углом 120 градусов - каждая фазная обмотка в своём секторе.
Такое, упрощённое расположение обмоток позволяет оптимизировать процесс намотки статора и значительно сократить ошибки при намотке по причине человеческого фактора. Это уменьшает время технологического процесса и снижает количество брака при изготовлении. Упрощение схемы намотки позволяет многократно увеличивать число полюсов электрической машины.
При увеличении числа полюсов статора вырастает эффективность работы электрического двигателя за счёт уменьшения расстояния между осями полюсов ротора и статора.
В качестве ротора может быть использован магнитопровод с постоянными магнитами, либо с обмотками возбуждения.
Конструктивно активная часть электрического двигателя, состоящая из ротора и статора, может иметь цилиндрическую форму, форму кольца (для низкооборотных электродвигателей, генераторов, мотор-кол с), линейную (для безредукторных линейных двигателей или генераторов), форму шара, либо плоскую - аксиальную форму. Ротор может быть выполнен как во внешней части (аутраннер), так и внутреннего исполнения (инраннер).
При параллельном соединении двух таких синхронных электрических машин с большим числом фаз (более трёх) возможна эффективная передача механического усилия посредством электрической энергии по кабельной линии, с вала «ведущего» устройства на вал «ведомого», по принципу сельсина, но с высоким крутящим моментом и скоростью.
За счёт выполнения магнитных полюсов статора в нечётном числе и кратном количеству используемых фаз, а полюсов ротора в числе, отличающимся на одну единицу от количества магнитных полюсов статора, достигается оптимальное распределение магнитного напряжения между магнитными полюсами статора и ротора, при котором потери электромагнитного взаимодействия сводятся к технически возможному минимуму. В таком исполнении первый и последний зуб группы обмоток статора попадают на разноимённые магнитные полюса ротора с однородным и равномерным градиентом между ними, то есть поле ротора от полюса к полюсу совершает равномерный разворот на 180 градусов по отношению к крайним зубам группы обмоток статора и это положение является полностью уравновешенным, без остаточных напряжений между группами обмоток. При совершении электрической коммутации тока фазных обмоток статора ротор
электрической машины выходит из уравновешенного состояния и приходит в движение.
Полифазный электрический двигатель может работать от следующих источников тока: а) многофазная сеть переменного тока; б) частотный преобразователь, который применяется для асинхронных двигателей; в) контроллер для управления бесщёточными электродвигателями.
Примеры реализации:
По примеру описанной модели был выполнен тюнинг нескольких флагманских моделей велосипедных мотор-колес мощностью от 500 до 3000 Вт от различных производителей. На всех мотор-колёсах было изменено количество магнитов в соответствии с расчётным и перемотаны обмотки статора в соответствии с расчётными пропорциями. Крышки двигателя, ярмо, валовая часть, магнитопровод статора при этом остались заводского исполнения. Число витков обмотки также было оставлено без изменения. При повторных испытаниях все тюнингованные модели показали увеличение КПД от 8% до 15% в зависимости от мощности и производителя. При этом было отмечено улучшение динамики разгона и уменьшение шума при работе под нагрузкой. Во всех случаях наблюдалось некоторое увеличение рабочих оборотов при сохранении тягового момента. Увеличение числа оборотов и увеличение пути пробега во всех случаях было пропорционально увеличению КПД. Увеличение энергоэффективности соответствует увеличению класса двигателя на о дну- две ступени по международному стандарту IEC. Вес обмотки во всех случаях уменьшился за счёт упрощения схемы намотки обмоток статора.
Описанная модель показала свою состоятельность применительно к увеличению эффективности существующих синхронных электрических машин и пригодна для создания новых, более эффективных, простых и
надёжных синхронных электрических машин - моторов и генераторов самого широкого применения.
Claims
1. Полифазный синхронный электрический двигатель, содержащий статор и ротор, выполненный в виде многополюсного магнита с равномерно расположенными по окружности чередующимися магнитными полюсами, при этом статор выполнен с ножками со симметричными шляпками, разделёнными пазами, намотка обмотки статора выполнена пофазно для групп ножек, расположенных по окружности статора, отличающийся тем, что число магнитных полюсов статора является нечётным, кратным количеству используемых фаз, а число полюсов ротора при этом отличается на одну единицу от количества магнитных полюсов статора в большую или меньшую сторону.
2. Полифазный синхронный электрический двигатель, по п.1 отличающийся тем, что фазные обмотки не зависимо от числа полюсов статора занимают каждая свой угловой сектор на магнитопроводе статора и не разбиваются при этом на множество частей.
7
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020126522 | 2020-08-08 | ||
| RU2020126522 | 2020-08-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2022035362A1 true WO2022035362A1 (ru) | 2022-02-17 |
Family
ID=80247262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2021/050331 WO2022035362A1 (ru) | 2020-08-08 | 2021-10-07 | Полифазный синхронный электрический двигатель |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2022035362A1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2143777C1 (ru) * | 1998-10-06 | 1999-12-27 | Закрытое Акционерное Общество Проектно-Производственно-Технологическая Фирма "ЭЛМА-Ко" | Бесконтактная электрическая машина магнитоэлектрического типа |
| RU126226U1 (ru) * | 2012-10-16 | 2013-03-20 | Закрытое акционерное общество "АНТАРЕС ПРО" | Бесконтактная электрическая машина |
| RU181397U1 (ru) * | 2017-10-27 | 2018-07-12 | Общество с ограниченной ответственностью "СПБ Инвертор" | Бесконтактная электрическая машина |
| RU181979U1 (ru) * | 2017-12-29 | 2018-07-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Синхронный электрический двигатель-генератор |
| CN106208574B (zh) * | 2016-08-17 | 2019-01-11 | 上海交通大学 | 一种分块转子式双定子变磁通磁阻电机 |
-
2021
- 2021-10-07 WO PCT/RU2021/050331 patent/WO2022035362A1/ru active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2143777C1 (ru) * | 1998-10-06 | 1999-12-27 | Закрытое Акционерное Общество Проектно-Производственно-Технологическая Фирма "ЭЛМА-Ко" | Бесконтактная электрическая машина магнитоэлектрического типа |
| RU126226U1 (ru) * | 2012-10-16 | 2013-03-20 | Закрытое акционерное общество "АНТАРЕС ПРО" | Бесконтактная электрическая машина |
| CN106208574B (zh) * | 2016-08-17 | 2019-01-11 | 上海交通大学 | 一种分块转子式双定子变磁通磁阻电机 |
| RU181397U1 (ru) * | 2017-10-27 | 2018-07-12 | Общество с ограниченной ответственностью "СПБ Инвертор" | Бесконтактная электрическая машина |
| RU181979U1 (ru) * | 2017-12-29 | 2018-07-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Синхронный электрический двигатель-генератор |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9236784B2 (en) | Flux-switching electric machine | |
| RU109934U1 (ru) | Машина асинхронная вращающаяся | |
| RU203977U1 (ru) | Полифазный синхронный электрический двигатель | |
| RU203611U1 (ru) | Полифазный синхронный электрический двигатель | |
| US20170110923A1 (en) | Electric machine | |
| US20110248582A1 (en) | Switched reluctance machine | |
| CN101262151B (zh) | 低速大转矩永磁无刷电机的分数槽绕组 | |
| TWI467889B (zh) | 複合式永磁同步電機 | |
| CN100405704C (zh) | 低速大转矩永磁无刷电机的分数槽绕组 | |
| US20140001907A1 (en) | High-efficiency power generator | |
| WO2022035362A1 (ru) | Полифазный синхронный электрический двигатель | |
| EP3514922B1 (en) | Fractional slot multi winding set electrical machine | |
| WO2022035363A1 (ru) | Полифазный синхронный электрический двигатель | |
| CN110417157B (zh) | 一种多相轴向磁通永磁同步电机 | |
| RU2652102C1 (ru) | Вентильный электродвигатель | |
| RU111723U1 (ru) | Обмотка асинхронного двигателя | |
| KR101792676B1 (ko) | 개별 자력을 갖는 전동기의 코어 코일 권선 방법 | |
| CN103944315A (zh) | 旋转电机系统 | |
| CN208674969U (zh) | 电机定子和电机 | |
| CN109302030A (zh) | 一种单相单绕组永磁同步发电机 | |
| Shokri et al. | Characterization of Axial Flux Permanent Magnet Generator Under Various Geometric Parameters for Improved Performance of The Machine | |
| CN109713867B (zh) | 一种多单元永磁电机最小单元五对极不对称设计结构 | |
| CN212649199U (zh) | 一种低成本高效率电机定子结构 | |
| CN109617350B (zh) | 一种多单元永磁电机最小单元四对极不对称设计结构 | |
| RU209317U1 (ru) | Полифазный генератор |
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: 21856338 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: 21856338 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |