RU16046U1

RU16046U1 - Вентильная электрическая машина

Info

Publication number: RU16046U1
Application number: RU2000118620/20U
Authority: RU
Inventors: А.Б. Захаренко
Original assignee: Захаренко Андрей Борисович
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2000-11-27

Abstract

1. Вентильная электрическая машина, содержащая ось со статором и установленный на ней с возможностью вращения ротор и обод, отличающаяся тем, что названная машина имеет постоянные магниты с числом полюсов 2р, зубцы статора с катушками, датчики углового положения ротора, причем ротор расположен в виде концентрично расположенного индуктора и соединен с ободом, при этом постоянные магниты расположены на индукторе с чередованием полярности, статор расположен внутри индуктора и несет зубцы с катушками и ярмо, расположенные с зазорами относительно постоянных магнитов, датчики углового положения закреплены на статоре и электрически связаны с катушками, катушки соединены в обмотку, имеющую фазы, разбитые на фазные группы, катушки в пределах фазной группы расположены с шагом, отличным от шага размещения постоянных магнитов, на величину 1, 2, 3 ..., так, чтобы число зубцов статора Zудовлетворяло выражениюZ= ζ·m·α,где ζ - число катушек в фазной группе;m - число фаз;α - число параллельных ветвей обмотки,и, в то же время, число полюсов 2р определялось как2p = (ζ·m±1)·α,датчики углового положения размещены по одному на фазу между зубцами статора как можно ближе к осям фазных групп.2. Вентильная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что сердечник статора выполнен с целью снижения отходов электротехнической стали из отдельных модулей - зубец и участок ярма, скрепленных вместе.3. Вентильная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что число фаз может быть равно 2, 3, 4, ..., Z.

Description

ВЕНТИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Устройство относится к электротехнике, точнее к электрическим машинам и может быть использовано:

а как двигатель, для привода электрических и гибридных (приводимых в действие двигателем внутреннего сгорания и электрическими двигателями) транспортных средств, в качестве безредукторного мотор-колеса и др. моментных приводах; а как генератор низкой частоты вращения, применяемый в ветроустановках и бесплатинных ГЭС.

Известен Синхронный электродвигатель см. Авторское свидетельство SU 1345291 А1 по МПК4Н02К19/02 за 1987г., бюл. №38 от 15.10.87, автор Шевченко А.Ф., содержащий статор с трехфазной обмоткой из катушек и активный ротор с чередующейся полярностью полюсов. Такое устройство не может быть применено на низких скоростях вращения, так как в нем число зубцов статора Z связано с числом полюсов ротора 2р соотиошением: 2р Zf;±K, где Z ЗК, , 2, 3 ... ,T:.Q. Zfi 2р. Как известно, число пар полюсов:

где /- частота питающей сети

п - частота вращения электрической машины об/мин. При низких скоростях вращения 20 -f 80 об/мин, необходимых, например, для инвалидных колясок, число зубцов статора по предложению автора выщеупомянутого технического решения столь велико, что изготовление таких мащин стало бы чрезвычайно трудоемким.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является Приводное устройство для передвижных средств см. Патент РФ № 2074761 по МПК6А63С17/12 за 1997г., авторы Кривоспицкий К).Г1., Авдонин А.Ф., Машуроп С.И. и др., содержащее постоянные магниты, сердечники с катущками, датчики углового положения ротора, причем ротор выполнен в виде концентрично

2000118620

INIIIiinillinil

0115620

МПК6Н02К17/16

Р 60 f/п.(1)

расположенных оболочек и сосденсны с ободом, при этом постоянные магниты расположены на оболочках один напротив другого и с противоположной полярностью, на каждой оболочке постоянные магниты расположены с чередованием полярности, статор размещен между постоянными магнитами и несет катушки с сердечниками. Недостатком известного устройства является наличие, по крайней мере, двух оболочек (индукторов) с постоянными магнитами, а значит и двух немагнитных зазоров между статором и ротором, из-за чего, магниты недостаточно полно использованы, что ведет к неоправданному повышению стоимости изделия. По сравнению с машиной только с одним внешним индуктором и одним зазором, в двухиндукторной масса магнитов увеличивается примерно на 40% (внутренний индуктор расположен на меньшем диаметре), в то время как немагнитный зазор увеличивается п два раза, т. к. уменьшение величины каждого из зазоров привело бы к ужесточению требований к точности изготовления и балансировки электрической машины. Таким образом, магнитодвижущая сила (МДС) ивдукторов F в двухиндукторной машине не более чем на 40% больше, чем в

одноиндукторной, а величина немагнитного зазора и его магнитного

- т

сопротивления RS в предпоследней в два раза больше. Магнитный поток под полюсом Вб, в двухиндукторной машине, поэтому, меньше, чем в одноиндукторной:

где F-MflC A ;

RS- магнитное сопротивление 1/м.

Момент, развиваемый двигателем Им наиболее значимая величина тихоходного моментного привода прямо пропорциональна магнитному потоку ротора также меньше в двухиндукторной машине:

Ф F/RS.(2)

М Ф-/,(3)

Целью настоящего технического решения является улучшение тяговых характеристик, энергетических показателей и снижение стоимости тихоходной вентильной электрической машины.

Указанная цель достигается тем, что предлагается вентильная электрическая машина, содержаш 1я постоянные магниты, сердечники с обмотками, датчики углового положения ротора отличаюшаяся тем, что ротор выполнен в виде одной внешней концентрично расположенной оболочки и соединен с ободом колеса, при этом магниты расположены один возле другого с чередованием полярности, статор размешен внутри ротора и несет обмотки, расположенные на сердечнике; для удобства намотки обмоток и снижения отходов электротехнической стали сердечник статора может быть выполнен из отдельных сердечников зубцов, скрепленных вместе, при этом число зубцов статора Z должно удовлетворять выражению:

где $ - число катушек в фазной группе,

т - число фаз,

а число параллельных ветвей обмотки, и, в то же время, число полюсов 1р определяется как:

датчики углового положения размешены по одному на фазу между зубцами статора как можно ближе к осям фазных групп.

Технический результат состоит в улучшении энергетических и тяговых показателей вентильной электрической машины при снижении массы постоянных магнитов и, следовательно, стоимости изделия.

На фиг.1 представлена схема магнитной цепи предлагаемого технического решения вентильной электрической машины с одним индуктором. Вентильная электрическая машина содержит: постоянные магниты 1, ярмо индуктора 2, зубцы статора 3, датчики 4 положения ротора, первый вывод 5 обмотки 6 и её второй вывод 7. Постоянные магниты 1 чередуюшейся полярности закреплены на ярме (магнитопроводе) индуктора 2 ротора. На зубцах якоря (статора) 3 намотана фазная группа катушек обмотки 6. На фиг. 1 в качестве примера показана фазная группа, состояшая из трех катушек. В обшем случае она может состоять из 1 -ь 7.1 катушек. Фазные группы могут соединяться между собой выводами 5, 7 параллельно и/или последовательно. Для создания оптимального значения врашаюшего момента в двигательном режиме, или отдачи электрической мошности

,

2p(qin±l} i,

в сеть при рекуперации, обмотки включаются посредством электронного коммутатора. Момент включения определяется датчиком положения ротора 4, например, датчиком Холла, расположенном на статоре, между зубцов, чувствительным элементом в рабочем зазоре машины.

Устройство работает следующим образом. В двигательном режиме сигнал с датчика 4 положения ротора, расположенного под постоянным магнитом 1, закрепленном на ярме 2, поступает на электронный коммутатор (на фигЛ не показан в связи с непринципиальностью в рамках рассматриваемого технического решения), который подключает источник ЭДС к зажимам, например 5 и 7, катушек одной из фаз 6. По ним протекает ток, создавая МДС, которая, взаимодействуя с полями постоянных магнитов 1, создаёт усилие между зубцами 3, в которых сконцентрировано электромагнитное поле фазы статора, и постоянными магнитами 1, создавая вращающий момент нужного направления. При прохождении заднего края магнита над датчиком, он отключает фазу, пока она снова не займет наиболее выгодного положения, необходимого для создания вращающего момента того же направления. В это время другой датчик положения ротора включает следующую фазу и т. д. Цикл повторяется во всех фазах, и ротор получает непрерывное вращение.

Отличие режима рекуперации состоит в том, что фазы включаются с целью наведения в них ЭДС полем постоянных магнитов, а вращающий момент создается приводным двигателем. Датчик положения ротора служит в этом случае для своевременного включения обмоток с целью создания ЭДС, отдаваемой в сеть, а не разнонаправленной во времени.

При увеличении количества фаз меньше катушек в одно и тоже время находятся в отключенном состоянии, что приводит к снижению пульсаций вращающего момента в двигательном режиме, и ЭДС в режиме рекуперации, но и к увеличению количества полупроводниковых вентилей, т.е. возрастанию стоимости изделия.

Предлагаемое техническое решение позволяет получить тихоходную вентильную электрическую машину, применяемую для безредукторного привода транспортных средств с режимом рекуперации, а также, как иизкоскоростной генератор электрической энергии.

Claims

1. Вентильная электрическая машина, содержащая ось со статором и установленный на ней с возможностью вращения ротор и обод, отличающаяся тем, что названная машина имеет постоянные магниты с числом полюсов 2р, зубцы статора с катушками, датчики углового положения ротора, причем ротор расположен в виде концентрично расположенного индуктора и соединен с ободом, при этом постоянные магниты расположены на индукторе с чередованием полярности, статор расположен внутри индуктора и несет зубцы с катушками и ярмо, расположенные с зазорами относительно постоянных магнитов, датчики углового положения закреплены на статоре и электрически связаны с катушками, катушки соединены в обмотку, имеющую фазы, разбитые на фазные группы, катушки в пределах фазной группы расположены с шагом, отличным от шага размещения постоянных магнитов, на величину 1, 2, 3 ..., так, чтобы число зубцов статора Z_S удовлетворяло выражению
Z_s = ζ·m·α,
где ζ - число катушек в фазной группе;
m - число фаз;
α - число параллельных ветвей обмотки,
и, в то же время, число полюсов 2р определялось как
2p = (ζ·m±1)·α,
датчики углового положения размещены по одному на фазу между зубцами статора как можно ближе к осям фазных групп.

2. Вентильная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что сердечник статора выполнен с целью снижения отходов электротехнической стали из отдельных модулей - зубец и участок ярма, скрепленных вместе.

3. Вентильная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что число фаз может быть равно 2, 3, 4, ..., Z_S.