RU207794U1 - End-type synchronous electric machine - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к синхронным электрическим машинам с торцевым расположением статора и ротора, и используется в конструкциях синхронных двигателей и генераторов с ротором на постоянных магнитах и модульным статором. Синхронная электрическая машина торцевого типа содержит статор с установленными по его окружности одинаковыми магнитопроводами, на зубцах которых размещены катушки так, что каждая катушка охватывает один зубец; ротор с полюсами на основе постоянных магнитов, расположенными по окружности ротора с чередующейся полярностью. Магнитопроводы статора выполнены в виде ярма с двумя полузубцами, каждый из двух соседних магнитопроводов сопряжен своими полузубцами с образованием составного зубца из двух сопряженных полузубцов, каждая катушка охватывает составной зубец; и каждый полюс ротора выполнен с возможностью образования магнитной цепи с составным зубцом, обращенным к нему через воздушный зазор. В предложенной электрической машине эффективно использован активный объем статора и ротора без изменения ее габарита, что позволяет в двигательном режиме увеличить вращающий момент, в генераторном режиме - увеличить мощность, отдаваемую в нагрузку, без увеличения массогабаритных показателей электрической машины. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.The utility model relates to electrical engineering, namely, to synchronous electrical machines with stator and rotor end-mounted, and is used in the design of synchronous motors and generators with a permanent magnet rotor and a modular stator. A synchronous electric machine of the end type contains a stator with identical magnetic circuits installed along its circumference, on the teeth of which there are coils so that each coil covers one tooth; a rotor with permanent magnet poles located around the circumference of the rotor with alternating polarity. The stator magnetic circuits are made in the form of a yoke with two half-teeth, each of two adjacent magnetic circuits is mated by its half-teeth to form a composite tooth of two conjugated half-teeth, each coil encompasses a composite tooth; and each pole of the rotor is configured to form a magnetic circuit with a composite tooth facing it through the air gap. In the proposed electric machine, the active volume of the stator and the rotor is effectively used without changing its dimensions, which makes it possible to increase the torque in the motor mode, and to increase the power supplied to the load in the generator mode, without increasing the weight and dimensions of the electric machine. 4 c.p. f-ly, 6 dwg

Description

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к синхронным электрическим машинам торцевого типа (с торцевым расположением статора и ротора), и может быть использована в конструкциях синхронных двигателей и генераторов с ротором на постоянных магнитах и модульным статором. The utility model relates to the field of electrical engineering, in particular to synchronous electric machines of the end-type (with the end location of the stator and rotor), and can be used in the design of synchronous motors and generators with a permanent magnet rotor and a modular stator.

В настоящее время широко известны конструкции явнополюсных синхронных электрических машин, содержащих неподвижный статор с обмотками, размещенными на зубцах статора. Статор модульного типа (модульный статор) образован одинаковыми узлами сердечника статора, многократно повторенными по его окружности. Ротор такой синхронной машины обычно выполняют с постоянными магнитами, расположенными по окружности ротора с чередующейся полярностью и обращенными через рабочий зазор к статору. At present, the designs of salient-pole synchronous electric machines are widely known, containing a fixed stator with windings placed on the stator teeth. The stator of the modular type (modular stator) is formed by the same units of the stator core, repeated many times around its circumference. The rotor of such a synchronous machine is usually made with permanent magnets located around the circumference of the rotor with alternating polarity and facing through the working gap towards the stator.

Конструкция синхронной электрической машины может быть с радиальным или торцевым расположением статора и ротора. При радиальном расположении статор и ротор образуют кольцевой рабочий зазор, зубцы радиальной машины обычно расположены радиально. При торцевом расположении статор и ротор образуют плоский рабочий зазор. Зубцы статора торцевой машины обычно расположены аксиально.The design of a synchronous electric machine can be with a radial or end position of the stator and rotor. In a radial arrangement, the stator and rotor form an annular working gap, the teeth of a radial machine are usually radially arranged. In the end position, the stator and rotor form a flat working gap. The stator teeth of the end machine are usually axial.

Из патента 2534046 (опубл. 27.11.2014) известен синхронный электрогенератор торцевого типа с модульным статором и ротором на основе постоянных магнитов. По окружности статора установлены магнитопроводы с катушками. Магнитопроводы выполнены П-образными и содержат ярмо и два полюсных зубца. На каждом полюсном зубце расположена катушка, которая охватывает этот зубец. В каждом пазу статора (пространстве между полюсными зубцами одного магнитопровода) расположены две стороны соседних катушек. Постоянные магниты ротора намагничены в аксиальном направлении.From patent 2534046 (publ. 11/27/2014) a synchronous electric generator of the end type with a modular stator and a rotor based on permanent magnets is known. Magnetic cores with coils are installed around the stator circumference. The magnetic circuits are made U-shaped and contain a yoke and two pole teeth. A coil is located on each pole tooth, which encloses this tooth. In each groove of the stator (the space between the pole teeth of one magnetic circuit) there are two sides of adjacent coils. The rotor permanent magnets are axially magnetized.

Окончания полюсных зубцов каждого магнитопровода расположены радиально, что увеличивает диаметр статора и, следовательно, электрогенератора.The ends of the pole teeth of each magnetic circuit are located radially, which increases the diameter of the stator and, consequently, the electric generator.

Количество катушек статора в два раза больше количества П-образных магнитопроводов. Количество полюсов ротора (постоянных магнитов) также в два раза больше количества П-образных магнитопроводов. Большое количество полюсов ротора (постоянных магнитов), практически в два раза превышающее количество магнитопроводов, повышает потери электрической машины на циклическое перемагничивание стали.The number of stator coils is twice the number of U-shaped magnetic circuits. The number of rotor poles (permanent magnets) is also twice the number of U-shaped magnetic circuits. A large number of rotor poles (permanent magnets), which is almost twice the number of magnetic circuits, increases the losses of an electric machine for cyclic magnetization reversal of steel.

Магнитопроводы расположены по окружности статора с большими свободными пространствами между ними, что ухудшает использование зубцовой зоны статора и приводит к неравномерному распределению магнитного потока в рабочем зазоре. Постоянные магниты ротора, которые являются полюсами ротора, расположены также с большими неактивными пространствами между ними. The magnetic circuits are located around the circumference of the stator with large free spaces between them, which impairs the use of the stator toothed zone and leads to an uneven distribution of the magnetic flux in the working gap. The rotor permanent magnets, which are the rotor poles, are also located with large inactive spaces between them.

В целом это снижает использование активного объема электрогенератора, и следовательно, ухудшает его технические характеристики.In general, this reduces the use of the active volume of the electric generator, and, consequently, deteriorates its technical characteristics.

Из патента 2722923 (опубл. 04.06.2020) известен модульный статор синхронной электрической машины торцевого типа, содержащий установленные по его окружности одинаковые магнитопроводы, на зубцах которых размещены катушки. Каждый магнитопровод выполнен Ш-образным и содержит средний зубец и два крайних полузубца. Каждый из двух соседних магнитопроводов сопряжен своими крайними полузубцами с образованием составного зубца из двух сопряженных крайних полузубцов. Обмотка статора выполнена однослойной (в каждом пазу расположена активная сторона одной катушки). Катушка охватывает средний зубец, а составной зубец не охвачен катушкой. Конструкция ротора не раскрыта в данном патенте.From patent 2722923 (publ. 06/04/2020) a modular stator of an end-type synchronous electric machine is known, containing identical magnetic circuits installed along its circumference, on the teeth of which coils are placed. Each magnetic circuit is made W-shaped and contains a middle tooth and two extreme half-teeth. Each of the two adjacent magnetic circuits is mated by its extreme half-teeth to form a composite tooth from two conjugated extreme half-teeth. The stator winding is single-layer (each slot contains the active side of one coil). The spool covers the middle barb and the split barb is not covered by the bobbin. The design of the rotor is not disclosed in this patent.

В известном статоре улучшено использование его активного объема. Однако катушки однослойной обмотки (по сравнению с двухслойной обмоткой) имеют большую толщину, т.к. должны полностью заполнить паз, что увеличивает длину вылета лобовых частей обмотки. Изготовление двухслойных обмоток при данной конструкции магнитопровода практически неосуществимо. В результате, в тех же габаритах (наружном и внутреннем диаметре статора по лобовым частям) нельзя увеличить радиальную длину магнитопровода, и следовательно, нельзя увеличить активный объем синхронной электрической машины без увеличения ее габарита. In the known stator, the use of its active volume is improved. However, the coils of a single-layer winding (compared to a double-layer winding) are thicker, because must completely fill the groove, which increases the length of the overhang of the winding frontal parts. The manufacture of double-layer windings with this design of the magnetic circuit is practically impracticable. As a result, in the same dimensions (outer and inner diameters of the stator along the frontal parts), it is impossible to increase the radial length of the magnetic circuit, and therefore, it is impossible to increase the active volume of a synchronous electric machine without increasing its dimensions.

Из патента 2510559 (опубл. 27.03.2014) известна синхронная электрическая машина с модульным статором и ротором на основе постоянных магнитов. Модульный статор содержит установленные по его окружности элементарные ячейки. Каждая элементарная ячейка включает в себя П-образный магнитопровод с двумя зубцами, на которых расположены катушки. Каждая катушка охватывает один зубец. Элементарные ячейки расположены по окружности статора с большими свободными пространствами между ними, в том числе в рабочем зазоре. В каждом пазу статора расположены две стороны соседних катушек. Постоянные магниты ротора намагничены в аксиальном направлении. A synchronous electric machine with a modular stator and a permanent magnet rotor is known from patent 2510559 (publ. 03/27/2014). The modular stator contains elementary cells installed around its circumference. Each elementary cell includes a U-shaped magnetic circuit with two teeth on which the coils are located. Each coil spans one prong. The elementary cells are located around the circumference of the stator with large free spaces between them, including in the working gap. Each stator slot contains two sides of adjacent coils. The rotor permanent magnets are axially magnetized.

Недостатком известной электрической машины является неэффективное использование зубцовой зоны статора ввиду наличия свободных пространств между соседними магнитопроводами и между сторонами двух катушек в каждом пазу. Последнее приводит к низкому коэффициенту заполнения паза обмоткой, что повышает электрические потери в обмотке и ухудшает отвод тепла, выделяемого обмотками. Кроме того, количество полюсов ротора (постоянных магнитов) в два раза больше количества П-образных магнитопроводов, и полюсы ротора расположены с большими неактивными пространствами между ними, что снижает использование активного объема ротора. В целом это приводит к недоиспользованию активного объема электрической машины и, соответственно, ухудшает ее технические и эксплуатационные характеристики.The disadvantage of the known electric machine is the ineffective use of the stator toothed zone due to the presence of free spaces between adjacent magnetic circuits and between the sides of two coils in each slot. The latter leads to a low filling factor of the slot with the winding, which increases electrical losses in the winding and worsens the heat dissipation generated by the windings. In addition, the number of rotor poles (permanent magnets) is twice the number of U-shaped magnetic circuits, and the rotor poles are located with large inactive spaces between them, which reduces the use of the active rotor volume. In general, this leads to underutilization of the active volume of the electric machine and, accordingly, worsens its technical and operational characteristics.

Кроме того, большое количество полюсов ротора (постоянных магнитов), практически в два раза превышающее количество магнитопроводов, повышает потери электрической машины на циклическое перемагничивание стали.In addition, a large number of rotor poles (permanent magnets), which is almost twice the number of magnetic circuits, increases the losses of an electric machine due to cyclic magnetization reversal of steel.

Таким образом, актуальна проблема улучшения технических и эксплуатационных характеристик синхронной электрической машины торцевого типа. Thus, the actual problem of improving the technical and operational characteristics of a synchronous electric machine of the end type.

Техническим результатом настоящей полезной модели является увеличение активного объема синхронной электрической машины торцевого типа без изменения ее габарита. The technical result of the present utility model is to increase the active volume of the end-type synchronous electric machine without changing its size.

Сущность изобретения поясняется чертежами. Фиг.1 - статор с полузубцами трапециевидного поперечного сечения. Фиг. 2 - статор с полузубцами прямоугольного поперечного сечения. Фиг. 3а - магнитопровод статора на фиг. 1. Фиг. 3б - магнитопровод статора на фиг. 2. Фиг. 4 - ротор со встроенными постоянными магнитами. Фиг. 5 - ротор с поверхностным расположением постоянных магнитов. The essence of the invention is illustrated by drawings. Fig. 1 is a stator with half-teeth of a trapezoidal cross-section. FIG. 2 - stator with half-teeth of rectangular cross-section. FIG. 3a - stator magnetic circuit in FIG. 1. FIG. 3b - stator magnetic circuit in Fig. 2. FIG. 4 - rotor with built-in permanent magnets. FIG. 5 - rotor with surface arrangement of permanent magnets.

На фиг. 1 и 2 модульный статор 1 содержит установленные по окружности одинаковые магнитопроводы 2 с катушками 3 и опорный статорный элемент 4 дискообразной формы (фиг.2). Магнитопроводы 2 содержат ярмо 5 (фиг. 1, 3а, 3б) и два параллельных полузубца 6, т.е. имеют П-образную форму, открытую по направлению к ротору 7 (фиг.4). Каждый из двух соседних магнитопроводов 2 сопряжен своими полузубцами 6 с образованием составного зубца 8 из двух сопряженных полузубцов 6. На составных зубцах 8 размещены катушки 3 так, что каждая катушка 3 охватывает один составной зубец 8. Катушки 3 и составные зубцы 8 выполнены в поперечном сечении трапециевидной формы. Опорный статорный элемент 4 выполнен в виде подшипникового щита. FIG. 1 and 2, the modular stator 1 contains identical magnetic circuits 2 with coils 3 and a supporting stator element 4 of a disk-shaped shape installed around the circumference (Fig. 2). Magnetic cores 2 contain a yoke 5 (Fig. 1, 3a, 3b) and two parallel half-teeth 6, i.e. have a U-shape, open towards the rotor 7 (figure 4). Each of the two adjacent magnetic circuits 2 is mated with its own half-teeth 6 to form a composite tooth 8 of two mating half-teeth 6. Coils 3 are placed on the composite teeth 8 so that each coil 3 covers one composite tooth 8. Coils 3 and composite teeth 8 are made in cross-section trapezoidal. The supporting stator element 4 is made in the form of a bearing shield.

Магнитопровод 2 статора может быть изготовлен с открытыми или с полуоткрытыми пазами (пространствами между полузубцами 6 одного и того же магнитопровода 2).The stator magnetic circuit 2 can be made with open or half-open slots (spaces between the half-teeth 6 of the same magnetic circuit 2).

На фиг. 1 и 2 показаны статоры 1 с открытыми пазами. Открытые пазы статора имеют две параллельные боковые стороны и одинаковое поперечное сечение по всей высоте пазов. Все составные зубцы 8 охвачены катушками 3. В пазах расположено по две активных стороны соседних катушек 3, которые полностью занимают паз (двухслойная обмотка).FIG. 1 and 2 show stators 1 with open slots. The open stator slots have two parallel sides and the same cross-section over the entire height of the slots. All composite teeth 8 are surrounded by coils 3. The grooves have two active sides of adjacent coils 3, which completely occupy the groove (two-layer winding).

Магнитопроводы 2 могут быть изготовлены из шихтованной тонколистовой электротехнической стали с электроизоляционным покрытием или из прессованного порошкового ферромагнитного материала. Выводные концы обмотки (на фиг. не показаны) позволяют произвести соответствующее электрическое подключение для образования окончательной электрической схемы обмотки.Magnetic cores 2 can be made of laminated thin sheet electrical steel with an electrically insulating coating or from pressed powder ferromagnetic material. The terminal ends of the winding (not shown in the figure) allow the appropriate electrical connection to be made to form the final electrical circuit of the winding.

В статоре на фиг. 1 полузубцы 6 выполнены трапециевидного поперечного сечения. И полузубцы 6 одного и того же составного зубца 8 плотно сопряжены между собой по всей своей высоте. Для упрощения технологии изготовления статора, полузубцы 6 статора на фиг. 2 и 3б выполнены прямоугольного поперечного сечения, и полузубцы 6 одного и того же составного зубца 8 плотно сопряжены между собой на внутреннем диаметре статора. Сопряжение между собой полузубцов 6 соседних магнитопроводов 2, и следовательно, самих магнитопроводов 2, способствует эффективному использованию зубцовой зоны статора. Причем в статоре на фиг. 1, при одинаковой со статором на фиг. 2 индукции в полузубцах 6, увеличивается магнитный поток в воздушном зазоре и эффект использования зубцовой зоны статора увеличивается.In the stator in FIG. 1 half-teeth 6 are made of trapezoidal cross-section. And the half-teeth 6 of the same compound tooth 8 are tightly coupled to each other along their entire height. To simplify the stator manufacturing technology, the stator half-teeth 6 in FIG. 2 and 3b are made of rectangular cross-section, and the half-teeth 6 of the same composite tooth 8 are tightly coupled to each other on the inner diameter of the stator. The conjugation of the half-teeth 6 of the adjacent magnetic cores 2, and therefore of the magnetic cores 2 themselves, contributes to the efficient use of the stator tooth zone. Moreover, in the stator in FIG. 1, with the same as the stator in FIG. 2 induction in the half-teeth 6, the magnetic flux in the air gap increases and the effect of using the toothed zone of the stator increases.

На фиг. 4 ротор 7 имеет дискообразную форму и выполнен со встроенными постоянными магнитами 9. Между постоянными магнитами 9 по окружности ротора 7 расположены полюсы 10. Полюсы 10 изготовлены из магнитомягкого материала. Векторы намагниченности каждого постоянного магнита 9 направлены тангенциально. Чередование полярности постоянных магнитов 9 по окружности ротора 7 обозначено (N) и (S).FIG. 4, the rotor 7 has a disk-like shape and is made with built-in permanent magnets 9. Between the permanent magnets 9 around the circumference of the rotor 7, there are poles 10. The poles 10 are made of a soft magnetic material. The vectors of the magnetization of each permanent magnet 9 are directed tangentially. The alternation of the polarity of the permanent magnets 9 around the circumference of the rotor 7 is indicated by (N) and (S).

На фиг. 5 ротор 7 имеет дискообразную форму и выполнен с поверхностным расположением постоянных магнитов 9. Векторы намагниченности каждого постоянного магнита 9 направлены аксиально. В этом случае постоянные магниты 9 являются полюсами ротора 7. Чередование полярности постоянных магнитов 9 по окружности ротора 7 обозначено (N) и (S).FIG. 5, the rotor 7 has a disk-like shape and is made with a surface arrangement of permanent magnets 9. The magnetization vectors of each permanent magnet 9 are directed axially. In this case, the permanent magnets 9 are the poles of the rotor 7. The alternation of the polarity of the permanent magnets 9 around the circumference of the rotor 7 is indicated by (N) and (S).

На фиг.1 и фиг.2 в качестве примера приведены статоры, состоящие из 12 П-образных магнитопроводов (и соответственно с 12 пазами и 12 составными зубцами). В общем случае количество пазов статора 1 равно количеству магнитопроводов 2. Количество пар полюсов ротора (2р) в заявляемой электрической машине определяется по формуле 2р=N/2±1, где N - количество магнитопроводов. При N=12 количество пар полюсов ротора (2р) может быть равно 5 или 7. На фиг. 4 и 5 в качестве примера приведены роторы с 7 парами полюсов.In figure 1 and figure 2, as an example, stators are shown, consisting of 12 U-shaped magnetic circuits (and, respectively, with 12 grooves and 12 compound teeth). In general, the number of stator slots 1 is equal to the number of magnetic circuits 2. The number of pairs of rotor poles (2p) in the claimed electric machine is determined by the formula 2p = N / 2 ± 1, where N is the number of magnetic circuits. When N = 12, the number of pairs of rotor poles (2p) can be 5 or 7. FIG. Figures 4 and 5 show rotors with 7 pole pairs as examples.

Изготовление и установку катушек 3 статора 1 (фиг. 1 и 2) производят следующим образом. Сначала производят намотку плотно прижатых друг к другу витков провода, образующих каждую из катушек 3 трапециевидного поперечного сечения, на независимый шаблон с трапециевидным сердечником, поперечное сечение которого, по существу, равно поперечному сечению составного зубца 8. Сформированную таким образом катушку 3 насаживают в форме единого блока на составной зубец 8 статора, размещая в каждом пазу по две стороны катушки 3, которые полностью заполняют весь объем паза. Укладка катушек 3 в форме единого блока позволяет полностью сохранить плотность намотки катушек 3, что обеспечивает эффективное заполнение пазов обмоточным проводом, за счет чего, в конечном счете, улучшается коэффициент полезного действия (КПД) электрической машины. The manufacture and installation of the coils 3 of the stator 1 (Fig. 1 and 2) is carried out as follows. First, winding of tightly pressed to each other turns of wire, forming each of the coils 3 of a trapezoidal cross-section, is wound on an independent template with a trapezoidal core, the cross-section of which is substantially equal to the cross-section of the composite tooth 8. The coil 3 thus formed is pushed in the form of a single block on the composite tooth 8 of the stator, placing in each groove on two sides of the coil 3, which completely fill the entire volume of the groove. Laying the coils 3 in the form of a single block allows you to fully preserve the winding density of the coils 3, which ensures effective filling of the slots with the winding wire, which ultimately improves the efficiency of the electric machine.

На опорном статорном элементе (подшипниковом щите) 4 могут закрепить магнитопроводы 2 без катушек 3, надев затем катушки 3 на составные зубцы 8. Или могут закрепить на опорном элементе 4 магнитопроводы 2 в сборе с катушками 3. В обоих случаях магнитопроводы 2 жестко прикрепляют к опорному элементу 4 любым известным способом, например, при помощи клея, крепежных деталей и т.п. Далее выполняют электрические соединения для образования электрической схемы обмотки.On the supporting stator element (bearing shield) 4, they can fix the magnetic cores 2 without coils 3, then putting the coils 3 on the composite teeth 8. Or they can fix the magnetic cores 2 assembled with coils 3 on the support element 4. In both cases, the magnetic cores 2 are rigidly attached to the support element 4 in any known way, for example, using glue, fasteners, etc. Next, electrical connections are made to form an electrical circuit for the winding.

Изготовление ротора 7 со встроенными постоянными магнитами 9 (фиг.4) производят следующим образом. Сначала изготавливают сердечник ротора 7 из магнитомягкого материала. При этом сердечник ротора 7 снабжен свободными пространствами, расположенными радиально в поперечном сечении ротора. Затем устанавливают в указанных свободных пространствах постоянные магниты 9 прямоугольной призматической формы, намагниченные в тангенциальном направлении. Полюсы 10 полярности (N) образованы секторами сердечника ротора 7, расположенными в промежутках между постоянными магнитами 9 полярности (N). Логика образования полюсов полярности (S) аналогична. В результате, сектора сердечника ротора 7, расположенные в промежутках между постоянными магнитами 9, являются полюсами 10 ротора, имеющими чередующуюся полярность. The rotor 7 with built-in permanent magnets 9 (Fig. 4) is manufactured as follows. First, the rotor core 7 is made of a soft magnetic material. In this case, the rotor core 7 is provided with free spaces located radially in the cross section of the rotor. Then, permanent magnets 9 of rectangular prismatic shape, magnetized in the tangential direction, are installed in the said free spaces. The poles 10 of polarity (N) are formed by sectors of the rotor core 7 located in the spaces between the permanent magnets 9 of polarity (N). The logic of polarity (S) pole formation is similar. As a result, the sectors of the rotor core 7 located in the spaces between the permanent magnets 9 are rotor poles 10 having alternating polarity.

Синхронная электрическая машина с поверхностным расположением постоянных магнитов ротора может содержать один статор и один ротор, или два статора и расположенный между ними ротор, или два ротора и расположенные между ними два статора. На фиг. 5 показано исполнение ротора 7 для его расположения между двумя статорами 1. Синхронная электрическая машина со встроенными постоянными магнитами ротора (фиг.4) содержит два статора 1 и расположенный между ними ротор 7.A synchronous electric machine with a surface arrangement of permanent magnets of the rotor may contain one stator and one rotor, or two stators and a rotor located between them, or two rotors and two stators located between them. FIG. 5 shows the design of the rotor 7 for its location between two stators 1. A synchronous electric machine with built-in permanent magnets of the rotor (FIG. 4) contains two stators 1 and a rotor 7 located between them.

Синхронная электрическая машина работает следующим образом. Synchronous electric machine works as follows.

Магнитный поток каждого из полюсов 10 ротора со встроенными постоянными магнитами 9 (фиг.4) создается двумя тангенциально намагниченными постоянными магнитами 9 ротора. Это позволяет концентрировать магнитный поток постоянных магнитов 9 на полюсы 10, и тем самым повысить индукцию магнитного поля в рабочем зазоре. The magnetic flux of each of the rotor poles 10 with built-in permanent magnets 9 (Fig. 4) is generated by two tangentially magnetized permanent magnets 9 of the rotor. This allows you to concentrate the magnetic flux of permanent magnets 9 on the poles 10, and thereby increase the magnetic induction in the working gap.

Магнитный поток каждого из полюсов 10 ротора с поверхностным расположением постоянных магнитов (фиг. 5) создается аксиально намагниченным постоянным магнитом 9 ротора. The magnetic flux of each of the rotor poles 10 with a surface arrangement of permanent magnets (Fig. 5) is generated by an axially magnetized permanent magnet 9 of the rotor.

Магнитный поток полюса (N) проходит воздушный зазор, ближайший составной зубец 8 статора, образованный двумя сопряженными полузубцами 6 соседних магнитопроводов 2, два ярма 5 указанных магнитопроводов 2, два других полузубца 6 указанных магнитопроводов 2, воздушный зазор и замыкается на соседнем полюсе (S) ротора 7. The magnetic flux of the pole (N) passes the air gap, the nearest composite tooth 8 of the stator formed by two mating half-teeth 6 of adjacent magnetic circuits 2, two yokes 5 of the indicated magnetic circuits 2, two other half-teeth of the indicated magnetic circuits 2, the air gap and closes at the adjacent pole (S) rotor 7.

В двигательном режиме на клеммы каждой фазы обмотки статора 1 электрической машины подается переменное напряжение в соответствии с числом фаз электрической машины. По катушкам 3 обмотки протекает ток, который, взаимодействуя с магнитным потоком воздушного зазора, создает вращающий момент.In motor mode, an alternating voltage is applied to the terminals of each phase of the stator winding 1 of an electric machine in accordance with the number of phases of the electric machine. A current flows through the coils 3 of the winding, which, interacting with the magnetic flux of the air gap, creates a torque.

В режиме генератора ротор 7 электрической машины приводится во вращение сторонним источником механической энергии, например, двигателем внутреннего сгорания, при этом вращающий момент прикладывают к ротору 7. Магнитный поток полюсов 10 ротора 7 пересекает проводники катушек 3 статора 1, в которых наводится электродвижущая сила (ЭДС). Если цепь нагрузки замкнута, по обмотке статора 1 протекает ток. Получаемая при этом электрическая энергия передается в нагрузку.In the generator mode, the rotor 7 of the electric machine is driven into rotation by an external source of mechanical energy, for example, an internal combustion engine, while the torque is applied to the rotor 7. The magnetic flux of the poles 10 of the rotor 7 crosses the conductors of the coils 3 of the stator 1, in which the electromotive force is induced (EMF ). If the load circuit is closed, current flows through the stator winding 1. The resulting electrical energy is transferred to the load.

Выполнение магнитопроводов 2 модульного статора 1 в виде ярма 5 с двумя полузубцами 6, при образовании из двух сопряженных полузубцов 6 составного зубца 8, на каждом из которых размещена катушка 3, позволяет максимально использовать зубцовую зону статора 1 за счет минимизации неактивных пространств между соседними магнитопроводами 2 в рабочем зазоре.The implementation of the magnetic circuits 2 of the modular stator 1 in the form of a yoke 5 with two half-teeth 6, when forming a composite tooth 8 from two mating half-teeth 6, each of which has a coil 3, allows maximum use of the toothed zone of the stator 1 by minimizing inactive spaces between adjacent magnetic circuits 2 in the working gap.

За счет того, что полюс 10 ротора образует магнитную цепь с обращенным к нему через воздушный зазор составным зубцом 8, образованным из двух сопряженных полузубцов 6 соседних магнитопроводов 2, каждый полюс 10 ротора работает на два П-образных магнитопровода 2 статора (по сравнению с работой двух полюсов ротора на один магнитопровод статора в патентах 2534046 и 2510559), что улучшает использование активного объема ротора.Due to the fact that the pole 10 of the rotor forms a magnetic circuit with a composite tooth 8, which is formed from two mating half-teeth 6 of adjacent magnetic circuits 2, facing it through the air gap, each pole 10 of the rotor operates on two U-shaped magnetic circuits 2 of the stator (in comparison with the work two rotor poles per one stator magnetic circuit in patents 2534046 and 2510559), which improves the use of the active volume of the rotor.

При этом существенное снижение количества полюсов ротора (в два раза по сравнению с патентами 2534046 и 2510559 при работе на одном и том же питающем напряжении) снижает потери электрической машины на циклическое перемагничивание стали.At the same time, a significant decrease in the number of rotor poles (two times compared with patents 2534046 and 2510559 when operating at the same supply voltage) reduces the losses of an electric machine for cyclic magnetization reversal of steel.

Таким образом, в предложенной электрической машине эффективно использован активный объем статора 1 и ротора 7 без изменения ее габарита, что позволяет в двигательном режиме увеличить вращающий момент, в генераторном режиме - увеличить мощность, отдаваемую в нагрузку, без увеличения массогабаритных показателей электрической машины.Thus, in the proposed electric machine, the active volume of the stator 1 and the rotor 7 is effectively used without changing its dimensions, which makes it possible to increase the torque in the motor mode, and in the generator mode to increase the power supplied to the load without increasing the weight and dimensions of the electric machine.

Claims (5)

1. Синхронная электрическая машина торцевого типа, содержащая статор с установленными по его окружности одинаковыми магнитопроводами, на зубцах которых размещены катушки так, что каждая катушка охватывает один зубец; ротор с полюсами на основе постоянных магнитов, расположенными по окружности ротора с чередующейся полярностью, отличающаяся тем, что магнитопроводы статора выполнены в виде ярма с двумя полузубцами, каждый из двух соседних магнитопроводов сопряжен своими полузубцами с образованием составного зубца из двух сопряженных полузубцов, каждая катушка охватывает составной зубец; и каждый полюс ротора выполнен с возможностью образования магнитной цепи с составным зубцом, обращенным к нему через воздушный зазор.1. A synchronous electric machine of end-type, containing a stator with identical magnetic circuits installed along its circumference, on the teeth of which there are coils so that each coil covers one tooth; a rotor with poles based on permanent magnets located around the circumference of the rotor with alternating polarity, characterized in that the stator magnetic circuits are made in the form of a yoke with two half-teeth, each of the two adjacent magnetic circuits is mated with its half-teeth to form a composite tooth of two conjugated half-teeth, each coil covers compound prong; and each pole of the rotor is configured to form a magnetic circuit with a composite tooth facing it through the air gap. 2. Синхронная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что полузубцы магнитопровода статора выполнены трапециевидного поперечного сечения.2. The synchronous electric machine according to claim 1, characterized in that the half-teeth of the stator magnetic circuit are made of a trapezoidal cross-section. 3. Синхронная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что полузубцы магнитопровода статора выполнены прямоугольного поперечного сечения.3. The synchronous electric machine according to claim 1, characterized in that the half-teeth of the stator magnetic circuit are made of rectangular cross-section. 4. Синхронная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что ротор выполнен со встроенными постоянными магнитами, которые расположены в промежутках между полюсами ротора из магнитомягкого материала и намагничены в тангенциальном направлении.4. The synchronous electric machine according to claim 1, characterized in that the rotor is made with built-in permanent magnets, which are located in the intervals between the rotor poles made of soft magnetic material and are magnetized in the tangential direction. 5. Синхронная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что ротор выполнен с поверхностным расположением постоянных магнитов, которые намагничены в аксиальном направлении.5. The synchronous electric machine according to claim 1, characterized in that the rotor is made with a surface arrangement of permanent magnets, which are magnetized in the axial direction.

Images