RU177018U1 - ASYNCHRONOUS ELECTRIC DRIVE OF AIR AND WATER TRANSPORT - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения и касается особенностей конструктивного выполнения воздушного, водного и подводного транспорта, в частности - электрическим приводам винтовых силовых установок с электроприводом от асинхронного двигателя с системой управления им, и может быть использовано в различных областях техники, например, в качестве электропривода в таких транспортных средствах, как самолетов, вертолетов, мультикоптеров, подводных и надводных лодках. Электропривод воздушного и водного транспорта, содержащий посаженный на ось вращения асинхронный двигатель, включающий в себя две взаимозависимые совмещенные обмотки, одна из которых собрана в «звезду», а вторая - в «треугольник», большего, чем у стандартного двигателя с одной обмоткой, числа фаз и сложения магнитных полей этих двух обмоток, а на каждом конце оси вращения установлен механизм физического взаимодействия с окружающей средой и электропривод, содержащий асинхронный двигатель, образованный неподвижным статором и взаимодействующим с ним подвижным короткозамкнутым ротором, при этом механизмы взаимодействия с окружающей средой расположены по краям оси.Использование полезной модели позволяет снизить вес и себестоимость воздушного и водного электротранспорта, повысить его экономичность, исключить механизмы трения на распределение крутящих моментов через передаточные механизмы, снизить шум, повысить пусковые, уменьшить спусковые токи, позволяющие получить большие моменты и скорости вращения, повысить надежность, работоспособность и безопасность конструкции воздушного, водного и подводного транспорта. Данный электродвигатель существенно расширяет возможности электропривода (увеличивает пусковой и уменьшает спусковой ток, менее чувствителен к изменениям параметров в сети).The utility model relates to the field of mechanical engineering and relates to the features of the constructive implementation of air, water and underwater transport, in particular, to electric drives of screw power plants with an electric drive from an induction motor with a control system, and can be used in various fields of technology, for example, as an electric drive in vehicles such as airplanes, helicopters, quadcopters, submarines and surface boats. An electric drive for air and water transport, containing an asynchronous motor mounted on a rotation axis, including two interconnected combined windings, one of which is assembled into a "star", and the second into a "triangle", larger than a standard motor with one winding, the number phases and addition of the magnetic fields of these two windings, and at each end of the axis of rotation there is a mechanism of physical interaction with the environment and an electric drive containing an asynchronous motor formed by a fixed stator and interaction using a movable squirrel-cage rotor with it, while the mechanisms of interaction with the environment are located along the axis. Using the utility model allows to reduce the weight and cost of air and water electric vehicles, increase its efficiency, eliminate friction mechanisms for the distribution of torques through gears, reduce noise, increase starting currents, reduce starting currents, allowing to obtain large moments and speeds of rotation, increase reliability, operability and safety of the design air, water and underwater transport. This electric motor significantly expands the capabilities of the electric drive (increases the starting current and reduces the starting current, is less sensitive to changes in the parameters in the network).

Description

Электропривод воздушного и водного транспортаElectric drive for air and water transport

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к области машиностроения и касается особенностей конструктивного выполнения воздушного, водного и подводного транспорта, в частности -электрическим приводам винтовых силовых установок с электроприводом от асинхронного двигателя с системой управления им, и может быть использовано в различных областях техники, например, в качестве электропривода в таких транспортных средствах, как самолетов, вертолетов, мультикоптеров, подводных и надводных лодках. Уровень техникиThe utility model relates to the field of mechanical engineering and relates to the features of the constructive implementation of air, water and underwater vehicles, in particular, to electric drives of screw power plants with an electric drive from an induction motor with a control system, and can be used in various fields of technology, for example, as an electric drive in vehicles such as airplanes, helicopters, quadcopters, submarines and surface boats. State of the art

Известны аналоги, относящиеся к авиа- и судостроению (RU №2203719 Cl, опубл. 10.05.2003 г., RU №2506198, опубл. 10.02.2014 г., патент WO 2016022040 А1, опубл. 11.02.2016 г., RU №2526331, опубл. 20.08.2014 г.), которые в качестве привода транспорта наиболее часто используют магнитные и асинхронные электродвигатели.Known analogues related to aircraft and shipbuilding (RU No. 2203719 Cl, publ. 05/10/2003, RU No. 2506198, publ. 02/10/2014, patent WO 2016022040 A1, publ. 02/11/2016, RU No. 2526331, published on 08.20.2014), which most often use magnetic and asynchronous electric motors as a drive for transport.

Среди электроприводов известно несколько аналогов.Among electric drives, several analogues are known.

Известна совмещенная гребная электрическая установка с асинхронным электродвигателем открытого типа, включающая гребной винт, встроенный в полый цилиндрический ротор, статор с обмотками и подшипниковые щиты (RU №2306656, МПК В63Н 23/24, опубл. 20.09.2007 г.).Known combined propulsion electric installation with an open type induction motor, including a propeller built into a hollow cylindrical rotor, a stator with windings and bearing shields (RU No. 2306656, IPC V63N 23/24, published on September 20, 2007).

Причинами, по которым нельзя достичь технического результата является то, что данная установка имеет сложную конструкцию ротора, который выполнен в виде сборки из трех концентрических цилиндров различной толщины из разных материалов с наперед заданными электромагнитными свойствами.The reasons why it is impossible to achieve a technical result is that this installation has a complex rotor design, which is made in the form of an assembly of three concentric cylinders of various thicknesses from different materials with predetermined electromagnetic properties.

Известна электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе (RU №2509002, опубл. 10.03.2014 г.), которая содержит первичный тепловой двигатель, асинхронный генератор переменного тока с фазным ротором, тяговый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, обратимый статический преобразователь частоты.Known electric power transmission of a traction vehicle on alternating current (RU No. 2509002, published March 10, 2014), which contains a primary heat engine, an asynchronous alternating current generator with a phase rotor, a traction asynchronous electric motor with a squirrel-cage rotor, a reversible static frequency converter.

Причинами, по которым нельзя достичь технического результата является то, что асинхронный двигатель, как электропривод, имеет большой пусковой ток, чувствителен к изменениям параметров в сети, для плавного регулирования скорости понадобиться преобразователь частоты. Кроме того, асинхронные двигатели из сети потребляют реактивную мощность.The reasons why it is impossible to achieve a technical result is that an induction motor, like an electric drive, has a high starting current, is sensitive to changes in the parameters of the network, for a smooth speed control you need a frequency converter. In addition, asynchronous motors from the network consume reactive power.

Известна гребная электрическая установка, содержащая гребной электродвигатель, вал которого соединен с валом гребного винта через редуктор, источник электропитания, соединенный с гребным электродвигателем через статический преобразователь параметров электроэнергии (RU №2392180, опубл. 20.06.2010 г., МПК В63Н 23/24 - прототип).Known rowing electric installation containing a propeller motor, the shaft of which is connected to the shaft of the propeller through a gearbox, a power source connected to the propeller motor through a static converter of electric energy parameters (RU No. 2392180, publ. 06/20/2010, IPC V63N 23/24 - prototype).

Причинами, по которым нельзя достичь технического результата является то, что в данной установке используется редуктор и соединительные муфты, что значительно увеличивает массогабаритные характеристики. Кроме того, электродвигатель обладает всеми недостатками, присущими магнитным (большие пусковые и переходные токи при трогании и ускорении, что приводит к быстрому износу и порче аккумуляторов и ухудшению теплового режима, и недостаточно эффективное возвращение и использование электроэнергии) и асинхронным электродвигателям (имеет малый пусковой и большой спусковой ток, чувствителен к изменениям параметров в сети, для плавного регулирования скорости понадобиться преобразователь частоты).The reasons why it is impossible to achieve a technical result is that this installation uses a gearbox and couplings, which significantly increases the overall dimensions. In addition, the electric motor has all the inherent disadvantages of magnetic (large starting and transient currents when starting and accelerating, which leads to rapid wear and tear of batteries and deterioration of the thermal regime, and insufficiently efficient return and use of electricity) and asynchronous motors (has a small starting and high trigger current, sensitive to changes in the parameters of the network, for a smooth control of the speed you need a frequency converter).

Известен аналог, который по технической сущности наиболее близок и выбран в качестве прототипа (RU №2507664, опубл. 20.02.2014 г.). Общими признаками являются асинхронный двигатель, включающий в себя две взаимозависимые совмещенные обмотки, одна из которых собрана в «звезду», а вторая - в «треугольник», большего, чем у стандартного двигателя с одной обмоткой, числа фаз и сложения магнитных полей этих двух обмоток. Причинами, по которым нельзя достичь технического результата является то, что данное решение имеет высокие массогабаритные параметры и неудобность конструкции для применения для воздушного и водного транспорта.A similar analogue is known which is closest in technical essence and selected as a prototype (RU No. 2507664, publ. 02.20.2014). Common features are an asynchronous motor, which includes two interdependent combined windings, one of which is assembled into a "star", and the second into a "triangle", larger than a standard motor with one winding, the number of phases and the addition of magnetic fields of these two windings . The reasons why it is impossible to achieve a technical result is that this solution has high overall dimensions and inconvenience of the design for use in air and water transport.

Раскрытие сущности полезной моделиUtility Model Disclosure

Технической проблемой является разработка электропривода, которая направлена на снижение веса и себестоимости воздушного и водного электротранспорта, повышение его экономичности, исключение механизмов трения на распределение крутящих моментов через передаточные механизмы, снижение шума, повышение пусковых, уменьшение спусковых токов, создание системы управления, позволяющие получить большие моменты и скорости вращения.The technical problem is the development of an electric drive, which is aimed at reducing the weight and cost of air and water electric vehicles, increasing its efficiency, eliminating friction mechanisms for the distribution of torques through gears, reducing noise, increasing starting, reducing starting currents, creating a control system that allows to obtain large moments and speeds of rotation.

Техническим результатом является снижение массогабаритных параметров, шума, повышение надежности, работоспособности и безопасности конструкции транспортного средства.The technical result is the reduction of weight and size parameters, noise, improving the reliability, performance and safety of the vehicle structure.

Технический результат достигается тем, что электропривод воздушного и водного транспорта, содержащий посаженный на ось вращения асинхронный двигатель, включающий в себя две взаимозависимые совмещенные обмотки, одна из которых собрана в «звезду», а вторая - в «треугольник», большего, чем у стандартного двигателя с одной обмоткой, числа фаз и сложения магнитных полей этих двух обмоток, а на каждом конце оси вращения установлен механизм физического взаимодействия с окружающей средой и электропривод, содержащий асинхронный двигатель, образованный неподвижным статором и взаимодействующим с ним подвижным короткозамкнутым ротором, при этом механизмы взаимодействия с окружающей средой расположены по краям оси.The technical result is achieved by the fact that the electric drive of air and water transport, containing an asynchronous motor planted on the axis of rotation, includes two interdependent combined windings, one of which is assembled into a "star", and the second into a "triangle", larger than the standard a motor with one winding, the number of phases and the addition of magnetic fields of these two windings, and at each end of the axis of rotation there is a mechanism of physical interaction with the environment and an electric drive containing an asynchronous motor, image It is described by a fixed stator and a moving squirrel cage rotor interacting with it, while the mechanisms of interaction with the environment are located along the edges of the axis.

Сущность технического решения поясняется чертежами:The essence of the technical solution is illustrated by the drawings:

На фиг. 1 - общий вид электропривода.In FIG. 1 - general view of the electric drive.

На фиг. 2. - продольный разрез электропривода.In FIG. 2. - A longitudinal section of the electric drive.

На фиг. 3 - блок управления асинхронными двигателями,In FIG. 3 - control unit of induction motors,

где:Where:

1. Механизм физического взаимодействия с окружающей средой.1. The mechanism of physical interaction with the environment.

2. Ось вращения электропривода.2. The axis of rotation of the electric drive.

3. Подвижный короткозамкнутый ротор.3. Movable squirrel-cage rotor.

4. Неподвижный статор.4. Fixed stator.

5. Взаимозависимые совмещенные обмотки.5. Interdependent combined windings.

6. Крышка.6. The cover.

7. Электропривод.7. The electric drive.

8. Контроллер.8. The controller.

9. Накопитель энергии.9. Energy storage.

10. Преобразователи.10. Converters.

11. Жгуты проводов.11. Wiring harnesses.

Осуществление полезной модели.Implementation of a utility model.

Контролер 8 (фиг. 3) через преобразователи 10 подает сигналы на подачу тока с накопителя энергии 9 на электропривод 7 (фиг. 1), возбуждая магнитное поле асинхронного двигателя. В отличие от стандартного расположения статора и ротора, когда ротор находится внутри статора, в конструкции электропривода задействован обратный принцип: статор находится внутри ротора. Неподвижный статор и подвижный короткозамкнутый ротор имеют взаимозависимые совмещенные обмотки и образуют асинхронный двигатель, при этом неподвижный статор и подвижный короткозамкнутый ротор не имеют физического контакта (через щетки, магниты и др.) и взаимодействуют только через магнитное поле.The controller 8 (Fig. 3) through the converters 10 provides signals for supplying current from the energy storage 9 to the electric drive 7 (Fig. 1), exciting the magnetic field of the induction motor. Unlike the standard arrangement of the stator and rotor, when the rotor is inside the stator, the inverse principle is involved in the design of the electric drive: the stator is inside the rotor. The fixed stator and the movable squirrel-cage rotor have interconnected combined windings and form an induction motor, while the fixed stator and the movable squirrel-cage rotor do not have physical contact (through brushes, magnets, etc.) and interact only through a magnetic field.

При установлении магнитного поля подвижный короткозамкнутый ротор 3 (фиг. 2) начинает вращение, создавая тяговое усилие для механизма физического взаимодействия с окружающей средой 1. Для равномерной работы электропривода 7 (фиг. 1) управление им осуществляется через контроллер 8 и преобразователи 10, управляющие подачей тока на электропривод 7, контролирующий скорость и момент их вращения. Отсутствие физического контакта между неподвижным статором 4 фиг. 2 и подвижным короткозамкнутый ротором 3 позволяет практически полностью исключить сопротивление вращению при свободном инерционном ходе (отсутствии подачи энергии). Таким образом, реализован режим авторотации. При рекуперативном торможении электропривода блок управления обеспечивает подзарядку накопителя энергии.When a magnetic field is established, the movable squirrel-cage rotor 3 (Fig. 2) starts to rotate, creating a pulling force for the mechanism of physical interaction with the environment 1. For the even operation of the electric drive 7 (Fig. 1), it is controlled through the controller 8 and converters 10 that control the feed current to the electric drive 7, controlling the speed and the moment of their rotation. The lack of physical contact between the fixed stator 4 of FIG. 2 and a movable squirrel-cage rotor 3 makes it possible to almost completely eliminate the resistance to rotation during a free inertial stroke (no energy supply). Thus, the autorotation mode is implemented. During regenerative braking of the electric drive, the control unit provides recharge of the energy storage device.

Claims (2)

1. Электропривод воздушного и водного транспорта, содержащий посаженный на ось вращения асинхронный двигатель, включающий в себя две взаимозависимые совмещенные обмотки, одна из которых собрана в «звезду», а вторая - в «треугольник», большего, чем у стандартного двигателя с одной обмоткой, числа фаз и сложения магнитных полей этих двух обмоток, отличающийся тем, что на каждом конце оси вращения установлен механизм физического взаимодействия с окружающей средой и электропривод, содержащий асинхронный двигатель, образованный неподвижным статором и взаимодействующим с ним подвижным короткозамкнутым ротором.1. The electric drive of air and water transport, containing an asynchronous motor mounted on a rotation axis, including two interconnected combined windings, one of which is assembled into a "star", and the second into a "triangle", larger than that of a standard engine with one winding , the number of phases and the addition of magnetic fields of these two windings, characterized in that at each end of the axis of rotation there is a mechanism for physical interaction with the environment and an electric drive containing an induction motor formed by a stationary tator and a moving squirrel cage rotor interacting with it. 2. Электропривод воздушного и водного транспорта по п. 1, отличающийся тем, что механизмы взаимодействия с окружающей средой расположены по краям оси.2. The electric drive of air and water transport according to claim 1, characterized in that the mechanisms of interaction with the environment are located along the edges of the axis.

Images