WO2023059223A1 - Неявнополюсный ротор синхронной электрической машины - Google Patents
Неявнополюсный ротор синхронной электрической машины Download PDFInfo
- Publication number
- WO2023059223A1 WO2023059223A1 PCT/RU2022/050211 RU2022050211W WO2023059223A1 WO 2023059223 A1 WO2023059223 A1 WO 2023059223A1 RU 2022050211 W RU2022050211 W RU 2022050211W WO 2023059223 A1 WO2023059223 A1 WO 2023059223A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- rotor
- electric machine
- poles
- permanent magnets
- pole
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
- H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
- H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
-
- 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
Definitions
- the utility model relates to the field of electrical engineering in terms of AC electrical machines.
- the device is designed to convert electrical energy into mechanical energy.
- a salient-pole rotor of a synchronous machine model is known - patent RU 2538774 C1, with an even number of poles. Permanent magnets with tangential bias are located on the rotor radially between the poles. The salient-pole rotor with tangential biasing of the poles is made with the number of poles equal to the number of poles on the stator.
- the disadvantage of the described model is the high winding frequency due to the large number of stator poles, which limits the use of the engine at high speeds without the use of expensive materials that will not be affected by Foucault currents, and forced cooling systems. Also, such a rotor does not have a uniform, gradient distribution of magnetic intensity over the active surface and is not able to work in a stator with a non-salient pole distributed winding.
- the objective of this utility model is the need to develop a simple design of the rotor, which allows to reduce the number of poles of the stator winding of a synchronous electric machine, regardless of the number of stator slots, thereby reducing the operating frequency without reducing the operating speed and improve the active interaction of the rotor and stator around the entire perimeter of the active part of the rotor.
- the technical result consists in the formation on the surface of the rotor of a small number of magnetic poles with a strength that varies according to a sinusoidal law for working with a stator with a non-salient pole distributed winding having a small number of poles.
- This increases the response of the stator winding to a change in the position of the rotor and thus improves their interaction around the entire perimeter of the active part.
- the possibility of forming a small number of poles on the rotor in this way makes it possible to reduce the number of poles of the stator winding of an electric machine to one pair, regardless of the number of slots, and to reduce its operating frequency without reducing the operating speed of the electric machine.
- FIG. 1 shows a cross-section of a non-salient pole rotor.
- the numbers indicate the following elements of the electric machine:
- the magnetic core of the rotor is made of a magnetically conductive material
- the implicit-pole rotor of a synchronous electric machine (Fig. 1) includes a magnetic circuit of the rotor 1 with alternating permanent magnets 2 installed on it around the circumference.
- the rotor is the central part of the electric machine, the stator is located in the outer part.
- Permanent magnets 2, which form the required number of poles, equal to the number of poles of the electric machine, are located radially.
- the number of rotor poles formed by permanent magnets 2 is equal to the number of stator poles formed by its windings.
- a non-salient pole rotor of a synchronous electrical machine can be used in a stator with a distributed, non-salient pole winding.
- the implicit-pole design of the rotor makes it possible to reduce the number of poles of the stator winding of a synchronous electric machine, regardless of the number of slots, to one pair with a decrease in the operating frequency of the winding without reducing the operating speed of the electric machine.
- Permanent magnets are located in such a way that each next magnet is rotated 30 degrees in the diametrical plane of the rotor relative to the previous one. All magnets in their sequence form three pairs of magnetic poles with a uniform gradient change in magnetic intensity around the entire perimeter of the rotor.
- an asynchronous motor with a rotor speed of 1000 rpm was redone.
- the rotor part was redone in accordance with the number of stator poles.
- the non-salient pole stator with a six-pole distributed winding located in 36 slots was not subjected to alteration.
- To rebuild the rotor Inexpensive neodymium magnets 2 mm thick and 5 mm wide with magnetization along the first dimension were used. The magnets were stacked in 30 rows with a sequential axial turn relative to each other of 24 degrees in the diametral plane. Thus, the magnets formed six magnetic poles with a uniform gradient distribution of the magnetic voltage on the entire surface of the rotor.
- the thickness of the ring of the rotor magnetic circuit with the magnets immersed in it was 8 mm with its outer diameter of 77.4 mm.
- the inside of the rotor was made of plastic.
- the weight of the rotor after the alteration was reduced by 1.2 kg due to the partial replacement of the metal of the magnetic circuit with plastic.
- black sheet metal 10 mm thick was used, from which parts of the magnetic circuit were cut using laser cutting.
- the prototype tests were carried out both in the motor mode and in the generation mode. In the motor mode, power was supplied through a frequency converter designed to work with an asynchronous motor. The motor showed synchronous speed in all modes of operation with an increase in torque and performance by 25%.
- the operating frequency range of the motor has been increased from 50 Hz to 250 Hz without significant loss in power output.
- the converted motor moved from the category of industrial to the category of engines for wide application, including electric transport.
- a performance increase was also noted with an increase in output voltage by 25% compared to its operation on an asynchronous rotor without alteration.
- An increase in the performance of an electric motor of the corresponding power by 15 ⁇ % without an increase in energy consumption corresponds to an increase in its energy efficiency by 2-3 classes according to the international standard IEC-TS-60034-30-2.
Abstract
Полезная модель относится к области электротехники в части электрических машин переменного тока. Неявнополюсный ротор синхронной электрической машины содержит магнитопровод и постоянные магниты, которые формируют необходимое число полюсов, равное числу полюсов электрической машины, расположенные радиально, с равномерным распределением в теле магнитопровода. При этом постоянные магниты расположены таким образом, что каждый следующий магнит относительно предыдущего развёрнут в диаметральной плоскости ротора на угол α, значение которого определяется по формуле α=360×(p-1)/n, где p – число пар полюсов электрической машины, n – количество магнитов ротора.
Description
Неявнополюсный ротор синхронной электрической машины
Полезная модель относится к области электротехники в части электрических машин переменного тока. Устройство предназначено для преобразования электрической энергии в механическую.
Известен явнополюсный ротор модели синхронной машины - патент RU 2538774 С1, с чётным числом полюсов. Постоянные магниты с тангенциальным подмагничиванием расположены на роторе радиально между полюсами. Явнополюсный ротор с тангенциальным подмагничиванием полюсов выполнен с количеством полюсов, равным количеству полюсов на статоре.
Недостатком описанной модели является высокая частота обмотки по причине большого числа полюсов статора, ограничивающая использование двигателя на высоких оборотах без использования дорогостоящих материалов, которые не будут подвержены действию токов Фуко, и систем принудительного охлаждения. Также такой ротор не имеет равномерного, градиентного распределения магнитной напряжённости по активной поверхности и не способен работать в статоре с неявнополюсной распределённой обмоткой.
Задача настоящей полезной модели заключается в необходимости разработки простой конструкции ротора, позволяющей уменьшить число полюсов статорной обмотки синхронной электрической машины независимо от числа пазов статора, снизив тем самым рабочую частоту без уменьшения рабочих оборотов и улучшить активное взаимодействие ротора и статора по всему периметру активной части ротора.
Технический результат заключается в формировании на поверхности ротора малого числа магнитных полюсов с напряжённостью, меняющейся по синусоидальному закону для работы со статором с неявнополюсной распределённой обмоткой, имеющей малое число полюсов. Это увеличивает реакцию обмотки статора на изменение положения ротора и таким образом улучшает их взаимодействие по всему периметру активной части.
Возможность формирования таким образом малого числа полюсов на роторе позволяет уменьшить число полюсов статорной обмотки электрической машины до одной пары, независимо от числа пазов и понизить её рабочую частоту без снижения рабочих оборотов электрической машины.
Поставленная задача решается тем, что в неявнополюсном роторе синхронной электрической машины с магнитопроводом и постоянными магнитами, которые формируют необходимое число полюсов, равное числу полюсов электрической машины, расположенные радиально, с равномерным распределением в теле магнитопровода, согласно заявленному техническому решению, постоянные магниты расположены таким образом, что каждый следующий магнит относительно предыдущего развёрнут в диаметральной плоскости ротора на угол а, значение которого определяется по формуле а=360х(р-1)/п, где р - число пар полюсов электрической машины, п - количество магнитов ротора.
Рассмотрим устройство активной части неявнополюсного ротора синхронной электрической машины на примере шестиполюсной модели с центральным вращением.
Полезная модель поясняется чертежом: фиг. 1, на котором изображен неявнополюсный ротор в поперечном разрезе. На чертеже номерами обозначены следующие элементы электрической машины:
1. Магнитопровод ротора из магнитопроводящего материала;
2. Постоянные магниты.
Неявнополюсный ротор синхронной электрической машины (фиг. 1) включает в себя магнитопровод ротора 1 с установленными на нём по окружности чередующимися постоянными магнитами 2. Ротором является центральная часть электрической машины, статор размещён в наружной части. Постоянные магниты 2, которые формируют необходимое число полюсов, равное числу полюсов электрической машины, расположены радиально. Плоскости постоянных магнитов 2 имеют угол а осевого разворота в диаметральной плоскости относительно предыдущего магнита,
который определяется по формуле а=360*(р-1)/п, где р - число пар полюсов электрической машины, а п - количество магнитов ротора. Количество полюсов ротора, сформированных постоянными магнитами 2, равно количеству полюсов статора, сформированных его обмотками. Таким образом, неявнополюсный ротор синхронной электрической машины может быть использован в статоре с распределённой, неявнополюсной обмоткой. Неявнополюсная конструкция ротора позволяет уменьшить число полюсов статорной обмотки синхронной электрической машины независимо от числа пазов до одной пары с уменьшением рабочей частоты обмотки без уменьшения рабочих оборотов электрической машины.
В случае использования шестиполюсной модели неявнополюсного ротора с 24 постоянными магнитами угол а составляет а=360х(3- 1)/24=30 градусов. Постоянные магниты расположены таким образом, что каждый следующий магнит относительно предыдущего развёрнут в диаметральной плоскости ротора на 30 градусов. Все магниты в своей последовательности формируют три пары магнитных полюсов с равномерным градиентным изменением магнитной напряжённости по всему периметру ротора.
Во время вращения неявнополюсного ротора в статоре синхронной электрической машины, имеющей неявнополюсную обмотку с малым числом полюсов, на зубцах магнитопровода статора создаётся плавное изменение напряжённости магнитного поля, меняющееся по синусоидальному закону, обеспечивая таким образом высокую реакцию статорной обмотки во время всего периода вращения ротора.
Пример реализации:
Для проверки работоспособности описанной модели был переделан асинхронный мотор с частотой вращения ротора 1000 об/мин. В моторе была переделана роторная часть в соответствии с числом полюсов статора. Неявнополюсный статор с шестиполюсной распределённой обмоткой, размещённой в 36 пазах, переделке не подвергался. Для переделки ротора
были использованы недорогие неодимовые магниты толщиной 2 мм и шириной 5 мм с намагниченностью вдоль первого размера. Магниты были уложены в 30 рядов с последовательным осевым разворотом относительно друг друга величиной 24 градусов в диаметральной плоскости. Таким образом, магнитами было сформировано шесть магнитных полюсов с равномерным градиентным распределением магнитного напряжения на всей поверхности ротора. Толщина кольца магнитопровода ротора с погружёнными в него магнитами составила 8 мм при его внешнем диаметре 77,4 мм. Внутренняя часть ротора была сделана из пластика. Вес ротора после переделки был уменьшен на 1 ,2 кг за счёт частичной замены металла магнитопровода пластиком. Для изготовления магнито провода ротора был использован чёрный листовой металл толщиной 10 мм, из которого с помощью лазерной резки были вырезаны детали магнитопровода. Испытания прототипа проводились как в двигательном режиме, так и в режиме генерации. В двигательном режиме питание подавалось через частотный преобразователь, предназначенный для работы с асинхронным двигателем. Двигатель показал синхронную скорость на всех режимах работы с увеличением крутящего момента и производительности на 25%. Тяговая способность двигателя после переделки проявилась с момента начала вращения его ротора. Диапазон рабочих частот мотора был увеличен с 50 Гц до 250 Гц без значительной потери выходной мощности. Таким образом, переделанный мотор перешёл из разряда промышленных в разряд двигателей широкого применения, в том числе электротранспортного. В режиме генерации также было отмечено увеличение производительности с увеличением выходного напряжения на 25% в сравнении с его работой на асинхронном роторе без переделки. Увеличение производительности электродвигателя соответствующей мощности на 15ЕЗО% без увеличения потребляемой энергии соответствует увеличению его энергоэффективности на 2- З класса по международному стандарту IEC-TS-60034-30-2.
Claims
Формула изобретения:
Неявнополюсный ротор синхронной электрической машины, содержащий магнитопровод и постоянные магниты, которые формируют необходимое число полюсов, равное числу полюсов электрической машины, расположенные радиально, с равномерным распределением в теле магнитопровода, отличающийся тем, что постоянные магниты расположены таким образом, что каждый следующий магнит относительно предыдущего развёрнут в диаметральной плоскости ротора на угол а, значение которого определяется по формуле а=360х(р-1)/п, где р - число пар полюсов электрической машины, п - количество магнитов ротора.
5
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021129452 | 2021-10-10 | ||
| RU2021129452 | 2021-10-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2023059223A1 true WO2023059223A1 (ru) | 2023-04-13 |
Family
ID=85804573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2022/050211 WO2023059223A1 (ru) | 2021-10-10 | 2022-07-01 | Неявнополюсный ротор синхронной электрической машины |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2023059223A1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2181091C1 (ru) * | 2001-05-04 | 2002-04-10 | Открытое акционерное общество "ЭЛСИБ" | Электромеханический усилитель руля автомобиля |
| JP2006050791A (ja) * | 2004-08-04 | 2006-02-16 | Nissan Motor Co Ltd | 同期型回転電機 |
| RU2278797C1 (ru) * | 2005-08-19 | 2006-06-27 | Открытое акционерное общество "Калужский завод электронных изделий" | Электромеханический усилитель руля автомобиля и электродвигатель для усилителя руля |
| RU2518489C2 (ru) * | 2012-03-20 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Электропривод" | Магнитоэлектрическая машина с улучшенной равномерностью вращения |
| RU2538774C1 (ru) * | 2013-11-21 | 2015-01-10 | Иннокентий Иванович Петров | Мотор-колесо для привода транспортных средств |
-
2022
- 2022-07-01 WO PCT/RU2022/050211 patent/WO2023059223A1/ru unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2181091C1 (ru) * | 2001-05-04 | 2002-04-10 | Открытое акционерное общество "ЭЛСИБ" | Электромеханический усилитель руля автомобиля |
| JP2006050791A (ja) * | 2004-08-04 | 2006-02-16 | Nissan Motor Co Ltd | 同期型回転電機 |
| RU2278797C1 (ru) * | 2005-08-19 | 2006-06-27 | Открытое акционерное общество "Калужский завод электронных изделий" | Электромеханический усилитель руля автомобиля и электродвигатель для усилителя руля |
| RU2518489C2 (ru) * | 2012-03-20 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Электропривод" | Магнитоэлектрическая машина с улучшенной равномерностью вращения |
| RU2538774C1 (ru) * | 2013-11-21 | 2015-01-10 | Иннокентий Иванович Петров | Мотор-колесо для привода транспортных средств |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105515229B (zh) | 一种盘式电机 | |
| CN105245073A (zh) | 定子永磁型双凸极盘式电机 | |
| CN108964396B (zh) | 定子分区式交替极混合励磁电机 | |
| CN2836328Y (zh) | 三相外转子双凸极永磁无刷发电机 | |
| CN112865348B (zh) | 一种直线-旋转低速圆筒发电机 | |
| CN113067446A (zh) | 一种双模块化混合励磁磁通切换电机 | |
| CN101262151B (zh) | 低速大转矩永磁无刷电机的分数槽绕组 | |
| CN113178961B (zh) | 一种轴向模块化磁通反向电机 | |
| Jin et al. | Analysis of a six-phase direct-drive permanent magnet synchronous motor with novel toroidal windings | |
| EP2212986A2 (en) | Alternator with angularly staggered stator stages | |
| Anitha et al. | Design and analysis of axial flux permanent magnet machine for wind power applications | |
| RU208769U1 (ru) | Неявнополюсный ротор синхронной электрической машины | |
| WO2023059223A1 (ru) | Неявнополюсный ротор синхронной электрической машины | |
| RU2152118C1 (ru) | Многополюсный тихоходный торцевой синхронный электрический генератор | |
| CN102403860A (zh) | 等极单段双段磁阻发电机 | |
| CN112087114B (zh) | 一种混合励磁双定子开关磁阻电机 | |
| CN111934506B (zh) | 非重叠绕组轴向磁场永磁同步电机 | |
| CN1753287A (zh) | 三相外转子双凸极永磁无刷发电机 | |
| CN107579640B (zh) | 一种低转动惯量的永磁风力电机 | |
| CN111953109A (zh) | 双层整距绕组轴向磁场永磁同步电机 | |
| CN214958923U (zh) | 一种发电机 | |
| CN113131631B (zh) | 一种电动汽车驱动电机 | |
| RU203278U1 (ru) | Генератор дисковый аксиальный на постоянных магнитах | |
| CN117394628B (zh) | 一种盘式横向磁通磁阻电机 | |
| CN210780256U (zh) | 一种双凸极发电机 |
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: 22879007 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |