RU2310966C1 - Modular gating electro-mechanical transformer - Google Patents

Modular gating electro-mechanical transformer Download PDF

Info

Publication number
RU2310966C1
RU2310966C1 RU2006116351/09A RU2006116351A RU2310966C1 RU 2310966 C1 RU2310966 C1 RU 2310966C1 RU 2006116351/09 A RU2006116351/09 A RU 2006116351/09A RU 2006116351 A RU2006116351 A RU 2006116351A RU 2310966 C1 RU2310966 C1 RU 2310966C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic
electromechanical converter
phase
stators
rotor
Prior art date
Application number
RU2006116351/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валентин Иванович Настюшин (RU)
Валентин Иванович Настюшин
Original Assignee
Валентин Иванович Настюшин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валентин Иванович Настюшин filed Critical Валентин Иванович Настюшин
Priority to RU2006116351/09A priority Critical patent/RU2310966C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2310966C1 publication Critical patent/RU2310966C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electric engineering, namely - electric machines with magnetic systems on constant magnets, possible use in compact power plants, electric propelling system motors of sea vessels, submarines with unique vibration-noise characteristics, compact constant current energy systems.
SUBSTANCE: in the modular gating electro-mechanical transformer, comprising n concentric hollow cylindrical stators (hereinafter - stators) with n m-phased windings positioned on their external electrically isolated cylindrical side surfaces, n concentric hollow cylindrical rotors (hereinafter - rotors), mounted with one of their bases on the internal end surface of carrier disk, connected to the shaft, mounted in bearings, one of which is positioned inside the body of electromechanical transformer, rotor position sensor, mechanically connected to the shaft, and also magnets, positioned on the side of internal cylindrical side surfaces of rotors, forming n tangential magnetic systems, positioned with radial gaps above m-phased windings of stators, in accordance to invention, each one of n tangential magnetic systems consists of pn parametric magnetic induction stabilizers in the gap between rotor and stator, installed on internal surface of rotor through nonmagnetic locating block and positioned serially along the circle of rotor facing each other with poles of the same name, which form poles of the tangential magnetic system, and has a common cylindrical magnetic conductor on stator, where each one of parametric stabilizers is made in form of tangentially magnetized rectangular prism of magnet with two symmetrically shaped polar caps tightly adjacent to its oppositely magnetized surfaces, aforementioned caps being made of laminated magnetically soft material, same as material of the common cylindrical magnetic conductor.
EFFECT: creation, for sea vessels and submarines, of a nominal row of electro-mechanical transformers with specific power for a unit of volume and weight being several times higher compared to existing ones, with small axial length, dimensions and weight, with weak reaction of magnetic system to load current and with rigid proportionality of torque to load current, and also with low pulsations of torque in terms of rotor rotation angle, making it possible to ensure unique vibration-noise characteristics of submarines.
10 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам с магнитными системами на постоянных магнитах, и может быть использовано в компактных энергетических установках, двигателях систем электродвижения морских судов, подводных лодок с уникальными виброшумовыми характеристиками, компактных энергетических системах постоянного тока.The invention relates to electrical engineering, in particular to electric machines with permanent magnet magnetic systems, and can be used in compact power plants, marine propulsion systems engines, submarines with unique vibration and noise characteristics, compact DC power systems.

Известен электромеханический преобразователь [1] (магнитоэлектрический генератор), выполненный в виде внутренних и внешних блоков роторов и статоров. Блок внутренних и внешних роторов выполнен с коллекторами, в торце которых выполнены съемные вкладыши для замены их щеток и пружин, установленных в гнездах статоров блока внутренних и внешних статоров для вращения блока роторов. При этом генератор выполнен с вакуумным кожухом, а под обмотками роторов и статоров в их блоках выполнены продольные полости для охлаждения обмоток посредством создания вакуума.Known electromechanical converter [1] (magnetoelectric generator), made in the form of internal and external blocks of rotors and stators. The block of internal and external rotors is made with collectors, in the end of which removable liners are made to replace their brushes and springs installed in the nests of the stators of the block of internal and external stators for rotation of the rotor block. The generator is made with a vacuum casing, and under the windings of the rotors and stators in their blocks longitudinal cavities are made for cooling the windings by creating a vacuum.

Известны [2, 4] электрические машины с магнитными системами, содержащими роторы, как с радиально, так и тангенциально намагниченными магнитами.Known [2, 4] are electric machines with magnetic systems containing rotors, both with radially and tangentially magnetized magnets.

Все они, в том числе и электромеханический преобразователь [1], обладают одним общим недостатком: их магнитные системы создают относительно малую магнитную индукцию в зазоре ротор-статор (около 1 Тл), что не позволяет повысить удельную мощность на единицу объема электромеханического преобразователя.All of them, including the electromechanical converter [1], have one common drawback: their magnetic systems create a relatively small magnetic induction in the gap of the rotor-stator (about 1 T), which does not allow increasing the specific power per unit volume of the electromechanical converter.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является синхронная электрическая машина [3] - генератор с магнитной системой на постоянных магнитах, ротор которог содержит немагнитный вал, немагнитную втулку, постоянные магниты, магнитомягкие полюсы и бандажное кольцо, состоящее из немагнитных участков и магнитопроводящих участков.Closest to the proposed invention is a synchronous electric machine [3] - a generator with a magnetic system with permanent magnets, the rotor of which contains a non-magnetic shaft, non-magnetic sleeve, permanent magnets, magnetically soft poles and a retaining ring consisting of non-magnetic sections and magnetically conductive sections.

Индукция в воздушном зазоре этого генератора составляет всего 0,65 Тл, т.к. его индуктор обладает значительными потоками рассеяния.The induction in the air gap of this generator is only 0.65 T, because its inductor has significant scattering fluxes.

Целью изобретения является повышение в несколько раз удельной мощности на единицу объема электромеханического преобразователя с одновременным уменьшением пульсаций вращающего момента. Указанная цель в предлагаемом изобретении достигается тем, что (в скобках указаны позиционные обозначения на фигурах 1-5):The aim of the invention is to increase by several times the specific power per unit volume of the electromechanical transducer while reducing ripple torque. The specified goal in the present invention is achieved by the fact that (in parentheses are the reference signs in figures 1-5):

1. Модульный вентильный электромеханический преобразователь (МВЭП), содержащий n концентрических полых цилиндрических статоров (1) (далее - статоров) с расположенными на их внешних электрически изолированных цилиндрических боковых поверхностях n m-фазными обмотками (2), n концентрических полых цилиндрических роторов (3) (далее - роторов), установленных одним из своих оснований на внутреннюю торцевую поверхность несущего диска (4), соединенного с валом (5), установленным в подшипниках (6), один из которых размещен в корпусе (7) электромеханического преобразователя, датчик положения ротора (8), механически связанный с валом, а также магниты (9), расположенные со стороны внутренних цилиндрических боковых поверхностей роторов, образующие n тангенциальных магнитных систем, расположенных с радиальными зазорами (10) над m-фазными обмотками статоров, отличающийся тем, что каждая из n тангенциальных магнитных систем состоит из pn параметрических стабилизаторов магнитной индукции в зазоре между ротором и статором, установленных на внутренней поверхности ротора через немагнитный ложемент (11) и размещенных последовательно вдоль окружности ротора друг к другу одноименными полюсами, образующими полюсы тангенциальной магнитной системы, и имеет на статоре общий цилиндрический магнитопровод (12), при этом каждый из параметрических стабилизаторов выполнен в виде тангенциально намагниченной прямоугольной призмы магнита с двумя плотно примыкающими к ее разноименно намагниченным поверхностям полюсными наконечниками (14), (13) симметричной формы из шихтованного магнитомягкого материала, такого же, как и общий цилиндрический магнитопровод.1. A modular valve electromechanical converter (MVEP) containing n concentric hollow cylindrical stators (1) (hereinafter referred to as stators) with n m-phase windings located on their external electrically isolated cylindrical side surfaces (2), n concentric hollow cylindrical rotors (3 ) (hereinafter referred to as rotors) mounted on one of its bases on the inner end surface of the bearing disk (4) connected to a shaft (5) installed in bearings (6), one of which is placed in the housing (7) of the electromechanical a transducer, a rotor position sensor (8) mechanically connected to the shaft, as well as magnets (9) located on the side of the inner cylindrical side surfaces of the rotors, forming n tangential magnetic systems located with radial gaps (10) above the m-phase windings of the stators, characterized in that each of the n tangential magnetic systems consists of p n parametric magnetic induction stabilizers in the gap between the rotor and stator mounted on the inner surface of the rotor through a non-magnetic lodgement (11) and p The poles of the same name, arranged sequentially along the rotor circumference to each other, forming the poles of the tangential magnetic system, and have a common cylindrical magnetic circuit on the stator (12), each of the parametric stabilizers is made in the form of a tangentially magnetized rectangular magnet prism with two magnetically densely adjacent to it surfaces with pole pieces (14), (13) of a symmetrical shape made of laden soft magnetic material, the same as the general cylindrical magnetic core od.

2. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что для повышения магнитной индукции и концентрации энергии в воздушных зазорах n тангенциальных магнитных систем с pn парами полюсов каждая между верхними основаниями призм магнитов параметрических стабилизаторов магнитной индукции введены воздушные зазоры (15), заполненные немагнитным материалом ложемента, причем форма этих зазоров в диаметральном поперечном сечении определяется формой полюсных наконечников.2. The modular valve electromechanical converter according to claim 1, characterized in that air gaps are introduced (15) to increase magnetic induction and energy concentration in the air gaps of n tangential magnetic systems with p n pairs of poles each between the upper bases of the magnets of the magnets of the parametric stabilizers of magnetic induction filled with non-magnetic material of the lodgement, and the shape of these gaps in the diametrical cross section is determined by the shape of the pole pieces.

3. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что соприкасающаяся с ложементом наружная криволинейная выпуклая поверхность первого полюсного наконечника, ограничивающая его объем от верхнего основания призмы, направленного к ложементу, до середины полюса тангенциальной магнитной системы, имеет в любом диаметральном поперечном сечении форму кривой (16), описываемую уравнением кубической параболы

Figure 00000002
, (τn - полюсная дуга, h - высота магнита) в прямоугольной системе координат (X, O, Y) с осью Y, параллельной радиусу и направленной в сторону вала, осью Х - в сторону от призмы, а началом координат О является проекция левого аксиального ребра верхнего основания призмы на координатную плоскость, проекция же правого аксиального ребра верхнего основания призмы является началом координат O1 для системы координат (X1, O1, Y1) второго полюсного наконечника, симметричной относительно радиуса, проходящего через геометрическую нейтраль призмы магнита.3. The modular valve electromechanical converter according to claim 1, characterized in that the external curved convex surface of the first pole tip in contact with the lodgement, limiting its volume from the upper base of the prism directed to the lodgement, to the middle of the pole of the tangential magnetic system, has in any diametrical transverse sectional shape of curve (16) described by the equation of a cubic parabola
Figure 00000002
, (τ n is the pole arc, h is the magnet height) in a rectangular coordinate system (X, O, Y) with the Y axis parallel to the radius and directed toward the shaft, the X axis to the side of the prism, and the origin of the O coordinates is the projection the left axial edge of the upper base of the prism on the coordinate plane, the projection of the right axial edge of the upper base of the prism is the origin of coordinates O1 for the coordinate system (X1, O1, Y1) of the second pole tip, symmetrical with respect to the radius passing through the geometric neutral of the magnet prism.

4. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что под общими цилиндрическими магнитопроводами каждого из n статоров расположены каналы системы охлаждения (17) для отвода тепловых потерь.4. The modular electromechanical valve converter according to claim 1, characterized in that under the common cylindrical magnetic circuits of each of the n stators there are cooling system channels (17) for removing heat losses.

5. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения механического крепления и позиционирования m-фазных обмоток на торцевых поверхностях пакетов статоров прикреплены изоляционные щечки (18) с пазами, в которые уложены витки этих обмоток, изолированы и закреплены поверх изоляционного слоя на цилиндрических поверхностях пакетов статоров бандажами (19) из углеродистой нити, а затем пропитаны связующим компаундом, лобовые же части обмоток залиты электрически изолирующим теплопроводящим материалом для отвода тепловых потерь и обеспечения механического крепления.5. The modular valve electromechanical converter according to claim 1, characterized in that to ensure mechanical fastening and positioning of the m-phase windings, insulating cheeks (18) with grooves in which the windings of these windings are laid are insulated and secured over the insulating layer on the cylindrical surfaces of the stator packages with carbon fiber bandages (19) and then impregnated with a binder compound, while the front parts of the windings are filled with electrically insulating heat-conducting m material for the removal of heat loss and providing mechanical fastening.

6. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что наружная торцевая сторона несущего диска, наружные боковые поверхности роторов, внутренние боковые поверхности статоров снабжены ребрами жесткости (20), а объемы межреберного пространства заполнены шумопоглощающим материалом до образования на этих роторах, статорах и несущем диске поверхностей вращения.6. The modular valve electromechanical converter according to claim 1, characterized in that the outer end side of the carrier disk, the outer side surfaces of the rotors, the inner side surfaces of the stators are provided with stiffeners (20), and the volumes of the intercostal space are filled with sound-absorbing material until they form on these rotors, stators and a bearing disk of surfaces of revolution.

7. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что введены модули n m-фазных инверторов (21), n двухрежимных (понижающих и повышающих) многофазных преобразователей (22), включенных по входам в диагонали управляемых выпрямителей и размещенных в секторах на одной наружной стороне соответственно первой (23) и второй (24) несущих полых тепловых плат с внутренними ребрами жесткости (25) и проточной системой охлаждения (26), причем секторы образованы радиально направленными наружными ребрами жесткости (27), являющимися одновременно электромагнитными экранами, а на другой наружной стороне первой (23) несущей полой тепловой платы, противолежащей несущему диску (4), установлены n концентрических полых цилиндрических статоров (1) и второй подшипник (6), причем корпус (7) электромеханического преобразователя, первая несущая полая тепловая плата (23), первый элемент (28) корпуса модульного электромеханического преобразователя, вторая (24) несущая полая тепловая плата, второй элемент корпуса (29) модульного электромеханического преобразователя, снабженные конусными посадочными элементами (30), последовательно собраны в указанном порядке, сцентрированы и соединены между собой элементами крепления (31).7. The modular valve electromechanical converter according to claim 1, characterized in that the modules of n m-phase inverters (21), n bimodal (step-up and step-up) multiphase converters (22) connected at the diagonal inputs of controlled rectifiers and placed in sectors on one outer side, respectively, of the first (23) and second (24) supporting hollow heat plates with internal stiffeners (25) and flow cooling system (26), and the sectors are formed by radially directed external stiffeners (27), which are I have simultaneously electromagnetic shields, and on the other outer side of the first (23) supporting hollow heat plate opposite the bearing disk (4), n concentric hollow cylindrical stators (1) and a second bearing (6) are installed, and the housing (7) of the electromechanical converter, the first carrier hollow heat plate (23), the first housing element (28) of the modular electromechanical converter housing, the second (24) carrier hollow heat plate, the second housing element (29) of the modular electromechanical converter, equipped with conical sedimentary elements (30) are assembled successively in this order, aligned and interconnected by fastening elements (31).

8. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что выходы n m-фазных инверторов соединены с соответствующими n m-фазными обмотками через сквозные электрически изолированные соединители (32) в первой несущей полой тепловой плате аналогично соединению выходов n двухрежимных многофазных преобразователей с соответствующими питающими входами n m-фазных инверторов через сквозные электрически изолированные соединители во второй несущей полой тепловой плате, а управляющие входы n m-фазных инверторов соединены с выходом датчика положения ротора через n фазовых корректоров (33).8. The modular valve electromechanical converter according to claim 1, characterized in that the outputs of the n m-phase inverters are connected to the corresponding n m-phase windings through through electrically isolated connectors (32) in the first carrier hollow heat circuit board, similar to the connection of the outputs of n two-mode multiphase converters with the corresponding supply inputs of n m-phase inverters through through electrically isolated connectors in the second carrier hollow heat plate, and the control inputs of n m-phase inverters are connected s with a rotor position sensor output through the n phase correctors (33).

9. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что для уменьшения габаритов и увеличения надежности за счет разделения мощности n-го электромеханического преобразователя (35n) число pn секций одной фазы m-фазной обмотки n-го статора разделено на группы (361...36Pn/m), секции одноименных фаз в группах соединены последовательно, а m-фазные обмотки в группах снабжены собственными каналами управления.9. The modular valve electromechanical converter according to claim 1, characterized in that to reduce the dimensions and increase reliability by dividing the power of the nth electromechanical converter (35 n ), the number p n of sections of one phase of the m-phase winding of the n-th stator is divided into groups (36 1 ... 36 Pn / m ), sections of the same phases in groups are connected in series, and m-phase windings in groups are equipped with their own control channels.

10. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что для выравнивания ЭДС фаз введена аксиальная транспозиция секций фазы в группе, для выполнения которой число рn секций одной фазы m-фазной обмотки n-го статора должно быть кратно m - числу фаз, а число групп равно

Figure 00000003
.10. The modular valve electromechanical converter according to claim 1, characterized in that for aligning the EMF of the phases, an axial transposition of the phase sections in the group is introduced, for which the number p n of sections of one phase of the m-phase winding of the n-th stator must be a multiple of m - the number phases, and the number of groups is equal
Figure 00000003
.

Работа параметрического стабилизатора магнитной индукции.The work of a parametric stabilizer of magnetic induction.

1. Кривая намагничивания.1. The magnetization curve.

Рассмотрим кривую намагничивания магнитомягкого материала полюсных наконечников и магнитопровода. Магнитная проницаемость на крутом участке кривой намагничивания намного больше, чем на насыщенном. На этом участке обычно работают известные электромеханические преобразователи с постоянными магнитами с индукцией в воздушном зазоре 0,9÷1,0 Тл. Но так как энергия магнитного поля в воздушном зазоре пропорциональна квадрату магнитной индукции и объему воздушного зазора электромеханического преобразователя, т.е.

Figure 00000004
, то выгодно выбирать рабочую точку материала полюсных наконечников на насыщенном участке кривой намагничивания со значениями, индукции 2,1÷2,3 Тл, обеспечив тем самым примерно такую же индукцию в воздушном зазоре под полюсом. Это увеличивает энергию воздушного зазора в 4,4÷5,3 раза, а соответственно удельную мощность всего электромеханического преобразователя, что и является основной целью настоящего изобретения. Это достигается формой полюсных наконечников,Consider the magnetization curve of the soft magnetic material of the pole pieces and the magnetic circuit. The magnetic permeability on a steep section of the magnetization curve is much greater than on a saturated one. Famous electromechanical converters with permanent magnets with induction in the air gap of 0.9 ÷ 1.0 T are usually operating in this area. But since the energy of the magnetic field in the air gap is proportional to the square of the magnetic induction and the volume of the air gap of the electromechanical converter, i.e.
Figure 00000004
, it is advantageous to choose the working point of the pole piece material in the saturated portion of the magnetization curve with values of induction 2.1 ÷ 2.3 T, thereby providing approximately the same induction in the air gap under the pole. This increases the energy of the air gap by 4.4 ÷ 5.3 times, and accordingly the specific power of the entire electromechanical converter, which is the main objective of the present invention. This is achieved by the shape of the pole pieces,

Форма полюсного наконечника решает только одну задачу: без потерь направить магнитный поток в зону электромеханического преобразования, что в настоящем изобретении обеспечивается формой внешнего контура полюсного наконечника в виде кубической параболы в его диаметральном сечении, которая имеет непрерывную производную по Х (во введенной системе координат), а следовательно, приводит к уменьшению рассеяния магнитного потока, так как известно, что любые разрывы производной кривой (например: резкие перегибы) внешнего контура полюсного наконечника приводят к рассеянию магнитного потока.The shape of the pole tip solves only one problem: to direct the magnetic flux into the zone of electromechanical transformation without loss, which in the present invention is provided by the shape of the outer contour of the pole tip in the form of a cubic parabola in its diametric section, which has a continuous derivative with respect to X (in the introduced coordinate system), and consequently, it leads to a decrease in the scattering of the magnetic flux, since it is known that any discontinuities in the derivative curve (for example: sharp kinks) in the external contour of the pole onegnik lead to scattering of the magnetic flux.

При этом вблизи воздушного зазора формируются насыщенные участки как в полюсном наконечнике, так и магнитопроводе на статоре, длины которых могут меняться в зависимости от размагничивающего действии поля якоря: технологических и температурных разбросов магнитных параметров магнита, материала полюсного наконечника и магнитопровода. Но за счет изменения положения рабочей точки на насыщенном участке кривой намагничивания материала полюсного наконечника и магнитопровода индукция в воздушном зазоре между ротором и статором параметрическим способом поддерживается постоянной.In this case, saturated sections are formed near the air gap both in the pole piece and in the magnetic circuit on the stator, the lengths of which can vary depending on the demagnetizing effect of the armature field: technological and temperature variations of the magnetic parameters of the magnet, the material of the pole piece and the magnetic circuit. But due to a change in the position of the operating point in the saturated portion of the magnetization curve of the pole tip material and the magnetic circuit, the induction in the air gap between the rotor and the stator is parametrically maintained constant.

Рассеяние магнитного потока при насыщении материала полюсного наконечника зависит от магнитной проницаемости, которая на участке насыщения значительно больше (в десятки раз), чем у воздуха, и может быть определена из кривой намагничивания. Следовательно, магнитное сопротивление насыщенного участка в десятки раз меньше, чем магнитное сопротивление немагнитной окружающей среды за пределами полюсного наконечника, и магнитный поток магнита будет замыкаться по пути наименьшего сопротивления, т.е. через насыщенный участок полюсного наконечника направится в зону электромеханического преобразования - в воздушный зазор.The scattering of the magnetic flux during the saturation of the pole piece material depends on the magnetic permeability, which is much larger (tens of times) in the saturation region than that of air, and can be determined from the magnetization curve. Consequently, the magnetic resistance of the saturated region is ten times less than the magnetic resistance of a non-magnetic environment outside the pole piece, and the magnetic flux of the magnet will be closed along the path of least resistance, i.e. through the saturated area of the pole piece, it will go to the zone of electromechanical conversion - into the air gap.

Расчет магнитной системы параметрического стабилизатора производится так, чтобы при всех режимах работы электромеханического преобразователя, в том числе и при максимальных токах нагрузки, рабочая точка на кривой намагничивания оставалась на насыщенном участке кривой намагничивания.The calculation of the parametric stabilizer magnetic system is carried out so that for all operating modes of the electromechanical converter, including at maximum load currents, the operating point on the magnetization curve remains in the saturated portion of the magnetization curve.

Выбор рабочей точки на характеристике размагничивания магнита параметрического стабилизатора магнитной индукции можно считать правильным, если при воздействии вышеуказанных дестабилизирующих факторов (с учетом квадратичного увеличения энергии магнитного поля во внешней магнитной цепи при размагничивающем действии поля якоря) индукция в воздушном зазоре между ротором и статором остается постоянной в пределах точности, обеспечиваемой этим параметрическим стабилизатором магнитной индукции.The choice of the operating point on the magnetization demagnetization characteristic of the parametric stabilizer of magnetic induction can be considered correct if, under the influence of the above destabilizing factors (taking into account the quadratic increase in the magnetic field energy in the external magnetic circuit with the demagnetizing effect of the armature field), the induction in the air gap between the rotor and stator remains constant in accuracy limits provided by this parametric magnetic induction stabilizer.

Технический эффект от внедрения предлагаемого изобретения состоит в создании для морских судов и подводных лодок номинального ряда электромеханических преобразователей с удельной мощностью на единицу объема и веса в несколько раз выше, чем у существующих, с малой осевой длиной, габаритными размерами и весом, со слабой реакцией магнитной системы на ток нагрузки и жесткой пропорциональностью вращающего момента току нагрузки, а также малыми пульсациями вращающего момента по углу поворота ротора, что позволяет обеспечивать уникальные виброшумовые характеристики подводных лодок.The technical effect of the implementation of the invention consists in creating for marine vessels and submarines a nominal number of electromechanical converters with a specific power per unit volume and weight several times higher than existing ones with a small axial length, overall dimensions and weight, with a weak magnetic response system on the load current and the tight proportionality of the torque to the load current, as well as small ripple torque on the angle of rotation of the rotor, which allows for unique vis roshumovye characteristics submarines.

На фигурах 1-5 не показана заливка лобовых частей m-фазных обмоток, а подшипники показаны условно, т.к. могут быть применены любые типы подшипников.In figures 1-5, the filling of the frontal parts of the m-phase windings is not shown, and the bearings are shown conditionally, because All types of bearings can be used.

На фиг.1 показан аксиальный разрез МВЭП, на фиг.2 в диаметральном разрезе показан пример расположения n m-фазных инверторов.Figure 1 shows an axial section of MVEP, figure 2 in diametrical section shows an example of the location of n m-phase inverters.

На фиг.3 показан диаметральный разрез параметрического стабилизатора магнитной индукции в воздушном зазоре, а на фиг.4 - аксиальный разрез магнитной системы n-го электромеханического преобразователя.Figure 3 shows a diametrical section of a parametric stabilizer of magnetic induction in the air gap, and figure 4 is an axial section of a magnetic system of the nth electromechanical converter.

На фиг.5 показана структурная схема МВЭП, где M1,..., MPn/m - вращающие моменты m-фазных обмоток групп n-го электромеханического преобразователя, MΣ1,..., MΣn - вращающие моменты n-го электромеханического преобразователя, MΣ - вращающий момент на валу и

Figure 00000005
- частота вращения вала МВЭП, являющиеся функциями управляющих кодов, поступающих по КЛС - кодовой линии связи, например, с бортового компьютера, 8 - датчик положения ротора, Uв - напряжение возбуждения датчика положения ротора, Uп - напряжение источника питания МВЭП, 211 - m-фазный инвертор, основной функцией которого является преобразование напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока для питания m-фазной обмотки 21, 221 - двухрежимный (понижающий и повышающий) многофазный преобразователь, включенный по входу в диагональ диодно-тиристорного управляемого выпрямителя. Его функцией является преобразование напряжения постоянного тока источника питания (в двигательном режиме работы МВЭП) в заданное кодом напряжение питания инвертора, а в генераторном режиме работы МВЭП - преобразование выпрямленной ЭДС m-фазной обмотки 21, в постоянный ток, пропорциональный требуемому моменту торможения (например, во время рекуперации кинетической энергии подвижного объекта в сеть или в СКН - систему конденсаторную накопительную); 331 - фазовый корректор, основной функцией которого является преобразование сигнала датчика положения ротора в n сигналов, управляющих n входами m-фазного инвертора 211, и обеспечение во всех режимах работы МВЭП необходимой фазовой настройки, 351 - номер электромеханического преобразователя, 361 - номер группы с собственным каналом управления, состоящим из m-фазного инвертора 211, 221 - двухрежимного (понижающего и повышающего) многофазного преобразователя, включенного по входу в диагональ диодно-тиристорного управляемого выпрямителя, 331 - фазового корректора.Figure 5 shows the structural diagram of the MECP, where M 1 , ..., M Pn / m are the torques of the m-phase windings of the groups of the nth electromechanical converter, M Σ1 , ..., M Σn are the torques of the nth an electromechanical converter, M Σ is the torque on the shaft and
Figure 00000005
- the frequency of rotation of the MVEP shaft, which are functions of control codes received via the CLS - code communication line, for example, from the on-board computer, 8 - rotor position sensor, U в - excitation voltage of the rotor position sensor, U p - voltage of the MVEP power supply, 21 1 - m-phase inverter, the main function of which is the conversion of DC voltage to AC voltage to power the m-phase winding 2 1 , 22 1 - two-mode (step-down and step-up) multiphase converter connected at the input to the diagonal of the diode aristor controlled rectifier. Its function is to convert the DC voltage of the power source (in the motor mode of operation of the MECP) to the inverter supply voltage specified by the code, and in the generator mode of operation of the MECP to convert the rectified EMF of the m-phase winding 2 1 into a direct current proportional to the required braking torque (for example , during the recovery of the kinetic energy of a moving object into a network or in an SKN, a capacitor storage system); 33 1 - phase corrector, the main function of which is to convert the rotor position sensor signal to n signals that control the n inputs of the m-phase inverter 21 1 , and provide the necessary phase adjustment in all modes of the MEC, 35 1 - number of the electromechanical converter, 36 1 - group number with its own control channel, consisting of m-phase inverter 21 January, 22 1 - dual mode (and up-down) of the multiphase inverter included in the entry of diagonal diode-thyristor controlled rectifier 33 1 - phase th corrector.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ RU 2131164 С1, 6 Н02К 16/00, Н02К 19/16, Н02К 9/197.1. RF patent RU 2131164 C1, 6 Н02К 16/00, Н02К 19/16, Н02К 9/197.

Аналоги изобретения: ЕР 0495582 А2, 22.07.92. SU 677045 A, 30.07.79.Analogs of the invention: EP 0495582 A2, 07/22/92. SU 677045 A, 07.30.79.

Брускин Д.Э. и др. Электрические машины, ч.1. - М.: Высшая школа, 1975, с.246- 247.Bruskin D.E. and other Electric machines, part 1. - M.: Higher School, 1975, p.246-247.

2. Патент РФ RU 2152116 С1, 7 Н02К 1/27, Н02К 21/14, Н02К 1/22.2. RF patent RU 2152116 C1, 7 Н02К 1/27, Н02К 21/14, Н02К 1/22.

Аналоги изобретения: Патент США N 4433261. SU 1788554 А, 21.04.1993.Analogs of the invention: US Patent N 4433261. SU 1788554 A, 04/21/1993.

SU 1245268 A3, 15.07.1986.SU 1245268 A3, 07.15.1986.

3. Н.П.Адволоткин, В.Т.Гращенков, Н.И.Лебедев и др. Управляемые бесконтактные двигатели постоянного тока. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984. - 160 с., ил., с.112.3. N. P. Advolotkin, V. T. Grashchenkov, N. I. Lebedev and others. Controlled contactless DC motors. - L .: Energoatomizdat. Leningra. Otdel, 1984. - 160 p., ill., p. 112.

4. В.Д.Косулин, Г.Б.Михайлов, В.В.Омельченко, В.В.Путников Вентильные электродвигатели малой мощности для промышленных роботов. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1988, 184 с. ил., с.124.4. VD Kosulin, G.B. Mikhailov, VV Omelchenko, VV Putnikov Low-power valve motors for industrial robots. - L .: Energoatomizdat, Leningrad. Department, 1988, 184 pp. ill., p. 124.

5. Альтман А.Б., Герберг А.Н., Гладышев П.А. и др., Постоянные магниты. Справочник, под ред. Ю.М.Пятина, - 2-е изд., перераб. и доп. - M.: Энергия, 1980. - 488 с., ил., с.426.5. Altman A.B., Gerberg A.N., Gladyshev P.A. et al., Permanent magnets. Handbook, ed. Yu.M. Pyatina, - 2nd ed., Rev. and add. - M .: Energy, 1980 .-- 488 p., Ill., P. 426.

Claims (10)

1. Модульный вентильный электромеханический преобразователь (МВЭП), содержащий n концентрических полых цилиндрических статоров (далее - статоров) с расположенными на их внешних электрически изолированных цилиндрических боковых поверхностях n m-фазными обмотками, n концентрических полых цилиндрических роторов (далее - роторов), установленных одним из своих оснований на внутреннюю торцевую поверхность несущего диска, соединенного с валом, установленным в подшипниках, один из которых размещен в корпусе электромеханического преобразователя, датчик положения ротора, механически связанный с валом, а также магниты, расположенные со стороны внутренних цилиндрических боковых поверхностей роторов, образующие n тангенциальных магнитных систем, расположенных с радиальными зазорами над m-фазными обмотками статоров, отличающийся тем, что каждая из n тангенциальных магнитных систем состоит из pn параметрических стабилизаторов магнитной индукции в зазоре между ротором и статором, установленных на внутренней поверхности ротора через немагнитный ложемент и размещенных последовательно вдоль окружности ротора друг к другу одноименными полюсами, образующими полюсы тангенциальной магнитной системы, и имеет на статоре общий цилиндрический магнитопровод, при этом каждый из параметрических стабилизаторов выполнен в виде тангенциально намагниченной прямоугольной призмы магнита с двумя плотно примыкающими к ее разноименно намагниченным поверхностям полюсными наконечниками симметричной формы из шихтованного магнитомягкого материала, такого же, как и общий цилиндрический магнитопровод.1. A modular valve electromechanical converter (MVEP) containing n concentric hollow cylindrical stators (hereinafter referred to as stators) with n m-phase windings located on their external electrically isolated cylindrical side surfaces, n concentric hollow cylindrical rotors (hereinafter referred to as rotors) installed by one from its bases to the inner end surface of the bearing disk connected to a shaft mounted in bearings, one of which is placed in the housing of the electromechanical converter , a rotor position sensor mechanically connected to the shaft, as well as magnets located on the side of the inner cylindrical side surfaces of the rotors, forming n tangential magnetic systems located with radial gaps above the m-phase windings of the stators, characterized in that each of n tangential magnetic systems It includes p n parametric stabilizers of magnetic induction in the gap between the rotor and the stator mounted on the inner surface of the rotor through a non-magnetic cradle and placed serial- but along the circumference of the rotor with the same poles forming the poles of the tangential magnetic system, and has a common cylindrical magnetic circuit on the stator, each of the parametric stabilizers is made in the form of a tangentially magnetized rectangular magnet prism with two symmetrical poles adjacent to its oppositely magnetized surfaces molds made of laden soft magnetic material, the same as the general cylindrical magnetic circuit. 2. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что для повышения магнитной индукции и концентрации энергии в воздушных зазорах n тангенциальных магнитных систем с pn парами полюсов каждая, между верхними основаниями призм магнитов параметрических стабилизаторов магнитной индукции, введены воздушные зазоры, заполненные немагнитным материалом ложемента, причем форма этих зазоров в диаметральном поперечном сечении определяется формой полюсных наконечников.2. The modular valve electromechanical converter according to claim 1, characterized in that in order to increase magnetic induction and energy concentration in the air gaps of n tangential magnetic systems with p n pairs of poles each, air gaps are introduced between the upper bases of the magnet prisms of the parametric stabilizers of magnetic induction, filled with non-magnetic material of the lodgement, and the shape of these gaps in the diametrical cross section is determined by the shape of the pole pieces. 3. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что соприкасающаяся с ложементом наружная криволинейная выпуклая поверхность первого полюсного наконечника, ограничивающая его объем от верхнего основания призмы, направленного к ложементу, до середины полюса тангенциальной магнитной системы, имеет в любом диаметральном поперечном сечении форму кривой, описываемую уравнением кубической параболы
Figure 00000006
, (τn - полюсная дуга, h - высота магнита) в прямоугольной системе координат (X, О, Y) с осью Y, параллельной радиусу и направленной в сторону вала, осью Х - в сторону от призмы, а началом координат О является проекция левого аксиального ребра верхнего основания призмы на координатную плоскость, проекция же правого аксиального ребра верхнего основания призмы является началом координат O1 для системы координат (X1, O1, Y1) второго полюсного наконечника, симметричной относительно радиуса, проходящего через геометрическую нейтраль призмы магнита.
3. The modular valve electromechanical converter according to claim 1, characterized in that the external curved convex surface of the first pole tip in contact with the lodgement, limiting its volume from the upper base of the prism directed to the lodgement, to the middle of the pole of the tangential magnetic system, has in any diametrical transverse sectional shape of the curve described by the equation of the cubic parabola
Figure 00000006
, (τ n is the pole arc, h is the magnet height) in a rectangular coordinate system (X, O, Y) with the Y axis parallel to the radius and directed toward the shaft, the X axis to the side of the prism, and the origin of the O coordinates is the projection the left axial edge of the upper base of the prism on the coordinate plane, the projection of the right axial edge of the upper base of the prism is the origin of coordinates O1 for the coordinate system (X1, O1, Y1) of the second pole tip, symmetrical with respect to the radius passing through the geometric neutral of the magnet prism.
4. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что под общими цилиндрическими магнитопроводами каждого из n статоров расположены каналы системы охлаждения для отвода тепловых потерь.4. The modular valve electromechanical converter according to claim 1, characterized in that under the common cylindrical magnetic circuits of each of the n stators there are channels of the cooling system to remove heat losses. 5. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения механического крепления и позиционирования m-фазных обмоток, на торцевых поверхностях пакетов статоров прикреплены изоляционные щечки с пазами, в которые уложены витки этих обмоток, изолированы и закреплены поверх изоляционного слоя на цилиндрических поверхностях пакетов статоров бандажами из углеродистой нити, а затем пропитаны связующим компаундом, лобовые же части обмоток залиты электрически изолирующим, теплопроводящим материалом для отвода тепловых потерь и обеспечения механического крепления.5. The modular valve electromechanical converter according to claim 1, characterized in that to ensure mechanical fastening and positioning of the m-phase windings, insulating cheeks with grooves are laid on the end surfaces of the stator packages, in which the turns of these windings are laid, insulated and fixed over the insulating layer on the cylindrical surfaces of the stator packages with bandages made of carbon fiber, and then impregnated with a binder compound, the front parts of the windings are filled with an electrically insulating, heat-conducting material ialom for removal of heat losses and providing mechanical fastening. 6. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что наружная торцевая сторона несущего диска, наружные боковые поверхности роторов, внутренние боковые поверхности статоров снабжены ребрами жесткости, а объемы межреберного пространства заполнены шумопоглощающим материалом до образования на этих роторах, статорах и несущем диске поверхностей вращения.6. The modular valve electromechanical converter according to claim 1, characterized in that the outer end side of the carrier disk, the outer side surfaces of the rotors, the inner side surfaces of the stators are provided with stiffeners, and the volumes of the intercostal space are filled with sound-absorbing material until they form on these rotors, stators and the carrier disk rotation surfaces. 7. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что введены модули n m-фазных инверторов, n двухрежимных (понижающих и повышающих) многофазных преобразователей, включенных по входам в диагонали управляемых выпрямителей, и размещенных в секторах на одной наружной стороне соответственно первой и второй несущих полых тепловых плат с внутренними ребрами жесткости и проточной системой охлаждения, причем секторы образованы радиально направленными наружными ребрами жесткости, являющимися одновременно электромагнитными экранами, а на другой наружной стороне первой несущей полой тепловой платы, противолежащей несущему диску, установлены n концентрических полых цилиндрических статоров и второй подшипник, причем корпус электромеханического преобразователя, первая несущая полая тепловая плата, первый элемент корпуса модульного электромеханического преобразователя, вторая несущая полая тепловая плата, второй элемент корпуса модульного электромеханического преобразователя, снабженные конусными посадочными элементами, последовательно собраны в указанном порядке, сцентрированы и соединены между собой элементами крепления.7. The modular valve electromechanical converter according to claim 1, characterized in that the modules of n m-phase inverters, n two-mode (step-down and step-up) multiphase converters included at the inputs in the diagonals of the controlled rectifiers, and placed in sectors on the same outer side, respectively, are introduced the first and second bearing hollow heat boards with internal stiffeners and flow cooling system, and the sectors are formed by radially directed external stiffeners, which are simultaneously ele with magnetic shields, and on the other outer side of the first supporting hollow heat plate opposite the bearing disk, n concentric hollow cylindrical stators and a second bearing are installed, the housing of the electromechanical converter, the first supporting hollow heat plate, the first housing element of the modular electromechanical converter, the second supporting hollow thermal board, the second housing element of a modular electromechanical converter, equipped with conical landing elements, in series assembled in the indicated order, centered and interconnected by fasteners. 8. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что выходы n m-фазных инверторов соединены с соответствующими n m-фазными обмотками через сквозные электрически изолированные соединители в первой несущей полой тепловой плате, аналогично соединению выходов n двухрежимных многофазных преобразователей с соответствующими питающими входами n m-фазных инверторов через сквозные электрически изолированные соединители во второй несущей полой тепловой плате, а управляющие входы n m-фазных инверторов соединены с выходом датчика положения ротора через n фазовых корректоров.8. The modular valve electromechanical converter according to claim 1, characterized in that the outputs of the n m-phase inverters are connected to the corresponding n m-phase windings through through electrically isolated connectors in the first carrier hollow heat circuit board, similar to the connection of the outputs of n two-mode multiphase converters with the corresponding the power inputs of n m-phase inverters through end-to-end electrically isolated connectors in the second carrier hollow heat plate, and the control inputs of n m-phase inverters are connected with the output of the rotor position sensor through n phase correctors. 9. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что для уменьшения габаритов и увеличения надежности за счет разделения мощности n-го электромеханического преобразователя, число рn секций одной фазы m-фазной обмотки n-го статора разделено на группы, секции одноименных фаз в группах соединены последовательно, а m-фазные обмотки в группах снабжены собственными каналами управления.9. The modular valve electromechanical converter according to claim 1, characterized in that to reduce the size and increase reliability by dividing the power of the nth electromechanical converter, the number p n of sections of one phase of the m-phase winding of the n-th stator is divided into groups, sections phases of the same name in groups are connected in series, and m-phase windings in groups are equipped with their own control channels. 10. Модульный вентильный электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что для выравнивания ЭДС фаз введена аксиальная транспозиция секций фазы в группе, для выполнения которой число рn секций одной фазы m-фазной обмотки n-го статора должно быть кратно m - числу фаз, а число групп равно
Figure 00000007
.
10. The modular valve electromechanical converter according to claim 1, characterized in that for aligning the EMF of the phases, an axial transposition of the phase sections in the group is introduced, for which the number p n of sections of one phase of the m-phase winding of the n-th stator must be a multiple of m - the number phases, and the number of groups is equal
Figure 00000007
.
RU2006116351/09A 2006-05-03 2006-05-03 Modular gating electro-mechanical transformer RU2310966C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006116351/09A RU2310966C1 (en) 2006-05-03 2006-05-03 Modular gating electro-mechanical transformer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006116351/09A RU2310966C1 (en) 2006-05-03 2006-05-03 Modular gating electro-mechanical transformer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2310966C1 true RU2310966C1 (en) 2007-11-20

Family

ID=38959567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006116351/09A RU2310966C1 (en) 2006-05-03 2006-05-03 Modular gating electro-mechanical transformer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2310966C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2484573C2 (en) * 2011-09-21 2013-06-10 Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" Permanent magnet motor
RU2510121C2 (en) * 2012-03-26 2014-03-20 Артем Валерьевич Бормотов Modular electric machine
US11190065B2 (en) 2013-01-24 2021-11-30 Clearwater Holdings, Ltd. Flux machine
US11189434B2 (en) 2017-09-08 2021-11-30 Clearwater Holdings, Ltd. Systems and methods for enhancing electrical energy storage
US11322995B2 (en) 2017-10-29 2022-05-03 Clearwater Holdings, Ltd. Modular electromagnetic machines and methods of use and manufacture thereof
US11894739B2 (en) 2014-07-23 2024-02-06 Clearwater Holdings, Ltd. Flux machine

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АДВОЛОТКИН Н.П. ГРАЩЕНКОВ В.Т, ЛЕБЕДЕВ Н.И. и др. Управляемые бесконтактные двигатели постоянного тока. - Л.: Энергоатомиздат, 1984, с.112. *
КОСУЛИН В.Д. и др. Вентильные электродвигатели малой мощности для промышленных роботов. - Л.: Энергоатомиздат, 1988, с.124. АЛЬТМАН А.Б., ГЕРБЕРГ А.Н., ГЛАДЫШЕВ П.А. и др. Постоянные магниты. Справочник. - М.: Энергия, 1980, с.426. *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2484573C2 (en) * 2011-09-21 2013-06-10 Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" Permanent magnet motor
RU2510121C2 (en) * 2012-03-26 2014-03-20 Артем Валерьевич Бормотов Modular electric machine
US11190065B2 (en) 2013-01-24 2021-11-30 Clearwater Holdings, Ltd. Flux machine
US11539252B2 (en) 2013-01-24 2022-12-27 Clearwater Holdings, Ltd. Flux machine
US11894739B2 (en) 2014-07-23 2024-02-06 Clearwater Holdings, Ltd. Flux machine
US11189434B2 (en) 2017-09-08 2021-11-30 Clearwater Holdings, Ltd. Systems and methods for enhancing electrical energy storage
US11948742B2 (en) 2017-09-08 2024-04-02 Clearwater Holdings Ltd. Systems and methods for enhancing electrical energy storage
US11322995B2 (en) 2017-10-29 2022-05-03 Clearwater Holdings, Ltd. Modular electromagnetic machines and methods of use and manufacture thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Praveen et al. A novel slotless Halbach-array permanent-magnet brushless DC motor for spacecraft applications
US9543876B2 (en) Three phase flux switching generator in a three stage wound field synchronous machine
US8922087B1 (en) High efficiency low torque ripple multi-phase permanent magnet machine
US9685828B2 (en) Electric machine with multiple air gaps and a 3D magnetic flux
RU2310966C1 (en) Modular gating electro-mechanical transformer
CN111049288B (en) Surrounding type winding magnetic flux modulation stator structure
US9496757B2 (en) Electric machine with intermediate pieces having multiple air gaps and a 3D magnetic flux
WO1989012347A1 (en) Electric motor with iron-cored disk armature
CN104935095A (en) U-shaped stator hybrid-excitation switch reluctance machine
CN111181262B (en) Stator structure using built-in magnetic flux modulation ring of winding
EP3416268B1 (en) Three phase flux switching electric machine with orthogonally oriented magnets
US20120206003A1 (en) Brushless direct current (dc) electric generator with decreased electromagnetic drag
Li et al. Analysis and optimization of slotless electromagnetic linear launcher for space use
Petrov et al. Fault-tolerant modular stator concentrated winding permanent magnet machine
CN111953161B (en) Double-winding axial magnetic field multiphase flywheel pulse generator system
Borchardt et al. Analytical magnetic circuit design optimization of electrical machines with air gap winding using a Halbach array
Anitha et al. Design and analysis of axial flux permanent magnet machine for wind power applications
US20100013335A1 (en) Permanent magnet motor generator set
US20150022043A1 (en) Electric motor
US6657353B1 (en) Permanent magnet electric machine with energy saving control
WO2019125347A1 (en) Contra-rotating synchronous electro-mechanical converter
Luo et al. A synchronous/permanent magnet hybrid AC machine
RU2393615C1 (en) Single-phase contact-free electromagnetic generator
RU2565775C1 (en) Brushless synchronous generator with permanent magnets
JP6443848B1 (en) Wind power generation system having variable magnetic flux field type synchronous generator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090504