RU2496211C1 - Способ согласования магнитопроводов ротора и якоря в двухмерных электрических машинах-генераторах - Google Patents
Способ согласования магнитопроводов ротора и якоря в двухмерных электрических машинах-генераторах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2496211C1 RU2496211C1 RU2012109120/07A RU2012109120A RU2496211C1 RU 2496211 C1 RU2496211 C1 RU 2496211C1 RU 2012109120/07 A RU2012109120/07 A RU 2012109120/07A RU 2012109120 A RU2012109120 A RU 2012109120A RU 2496211 C1 RU2496211 C1 RU 2496211C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- armature
- rotor
- air gap
- electrical steel
- machines
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к способам согласования магнитопроводов ротора и статора в двухмерных электрических машинах, и может быть использовано для технико-экономической и конструктивной совместимости концентрически расположенных магнитопроводов (внешнего ротора и внутреннего якоря с коллектором) двухмерных электрических машин-генераторов (ДЭМ-Г). Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в повышении энергетического показателя η cosφ двухмерных электрических машин-генераторов (ДЭМ-Г). Предлагаемый способ согласования магнитопроводов ротора и якоря в ДЭМ-Г, изготовленных с использованием магнитопроводов якоря с щеточно-коллекторным узлом машин постоянного тока и статора машин переменного тока, используемого в качестве внешнего ротора, характеризуется тем, что определяют начальный существующий воздушный зазор δн между ротором и якорем по формуле δн=(Dp-Da)/2, где Dp - внутренний диаметр ротора, Da - внешний диаметр якоря, затем рассчитывают необходимый конечный воздушный зазор δкр по формуле
, где A - линейная нагрузка, Bδo≈0,95 Bδ ном - максимальная индукция в воздушном зазоре при холостом ходе и номинальном напряжении, τ - полюсное деление, xd* - синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси, находят разность Δ=δн-δкр={[(Dp-Da)/2]-δкр} между начальным воздушным зазором δн и расчетным конечным воздушным зазором δкр, затем наращивают по наружной окружности цилиндрическую поверхность якоря, покрывая ее одним или несколькими слоями листовой электротехнической стали и доводя суммарную толщину слоев листовой электротехнической стали до величины, равной рассчитанной разности Δ, обеспечивая тем самым целесообразный по энергетическим соображениям конечный воздушный зазор δк≈δкр между ротором и якорем. При этом электротехническую сталь на поверхности якоря закрепляют точечной электросваркой. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к электромашиностроению, в частности, к способам согласования магнитопроводов ротора и статора в двухмерных электрических машинах, и может быть использовано для технико-экономической и конструктивной совместимости концентрически расположенных магнитопроводов - внешнего ротора и внутреннего якоря с коллектором двухмерных электрических машин-генераторов (ДЭМ-Г).
Известна двухвходовая электрическая машина (патент РФ №2091967). Двухвходовая электрическая машина содержит шихтованный якорь с обмоткой и щеточно-коллекторным аппаратом машины постоянного тока, помещенный концентрически в кольцевой шихтованный магнитопровод ротора с короткозамкнутой обмоткой типа беличьей клетки, впрессованного в корпус, имеющего возможность вращения вокруг шихтованного якоря.
Также известна двухмерная электрическая машина-генератор (ДЭМ-Г) (патент РФ №2332775), содержащая концентрически расположенные якорь с обмоткой и щеточно-коллекторным аппаратом машины постоянного тока и внешний ротор с короткозамкнутой обмоткой по типу роторных обмоток асинхронных двигателей, имеющие возможность свободно вращаться относительно друг друга. При этом в пазы якоря дополнительно уложена генераторная обмотка переменного тока, выход которой с помощью контактных колец и щеток соединен с сетью переменного тока, что обеспечивает электропитание подключенных к нему потребителей.
В настоящее время (пока не освоен серийный выпуск подобных машин) для изготовления ДЭМ-Г используются магнитопроводы якоря с щеточно-коллекторным узлом серийных машин постоянного тока и статора серийных машин переменного тока, используемого в качестве внешнего ротора. Способ согласования магнитопроводов ротора и якоря в подобных двухмерных электрических машинах-генераторах отсутствует.
Представляя, с одной стороны, большие удобства, связанные с отсутствием необходимости в дорогостоящих штампах для изготовления (штамповки) листов ротора и якоря ДЭМ-Г, этот способ изготовления ДЭМ-Г имеет существенный недостаток, который заключается в том, что трудно (а порой - невозможно) подобрать магнитопроводы серийных электрических машин постоянного и переменного тока нужных диаметральных (впрочем - и осевых) размеров магнитопроводов, обеспечивающих расчетный воздушный зазор между одновременно (но с различными скоростями) вращающимися ротором и якорем изготавливаемой таким образом двухмерной электрической машины-генератора. При этом уменьшенный (а тем более - нулевой) воздушный зазор неприемлем по условиям необходимости обеспечения свободного вращения якоря в расточке, также вращающегося (но с другой скоростью) внешнего ротора.
Но с другой стороны, увеличенный воздушный зазор недопустим, так как это приводит к резкому увеличению рассеяния магнитного поля машины, что, в конечном счете, сказывается на уменьшении мощности машины, и как результат - на уменьшении ее КПД - η и коэффициента мощности - cosφ, т.е. энергетического показателя машины - η cosφ.
Техническая задача заявленного изобретения - разработка способа согласования магнитопроводов ротора и якоря в двухмерных электрических машинах-генераторах при применении для их изготовления магнитопроводов якоря с щеточно-коллекторным узлом серийной машины постоянного тока и статора серийной машины переменного тока, используемого в качестве внешнего ротора, с расчетным воздушным зазором между якорем и ротором.
Технический результат заявленного изобретения - обеспечение технико-экономической и конструктивной совместимости концентрически расположенных магнитопроводов внешнего ротора и внутреннего якоря с коллектором двухмерных электрических машин-генераторов (ДЭМ-Г), обеспечивающей их повышенный энергетический показатель - η cosφ.
Технический результат достигается тем, что в способе согласования магнитопроводов ротора и якоря в двухмерных электрических машинах-генераторах, изготовленных с использованием магнитопроводов якоря с щеточно-коллекторным узлом серийных машин постоянного тока и статора серийных машин переменного тока, используемого в качестве внешнего ротора, определяют начальный существующий воздушный зазор δн между ротором и якорем по формуле δн=(Dp-Da)/2, где Dp - внутренний диаметр ротора, Da - внешний диаметр якоря, затем рассчитывают необходимый конечный воздушный зазор δкр по формуле
(Копылов И.П. Проектирование электрических машин. Книга 2. - М.: Энергоатомиздат, 1993, 384 с. С.38), где A - линейная нагрузка, Bδ o≈0,95 Bδ ном - максимальная индукция в воздушном зазоре при холостом ходе и номинальном напряжении, τ - полюсное деление, xd* - синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси, находят разность Δ=δн-δкр={[(Dp-Da)/2]-δкр} между начальным воздушным зазором δн и расчетным конечным воздушным зазором δкр, затем наращивают по наружной окружности цилиндрическую поверхность якоря, покрывая ее одним или несколькими слоями листовой электротехнической стали и доводя суммарную толщину слоев листовой электротехнической стали, до величины, равной рассчитанной разности Δ, обеспечивая тем самым целесообразный по энергетическим соображениям конечный воздушный зазор δк≈δкр между ротором и якорем. При этом электротехническую сталь на поверхности якоря закрепляют точечной электросваркой.
При разработке ДЭМ-Г к расчетному (выбранному) пакету якоря серийной электрической машины постоянного тока заданных геометрических размеров подбирается соответствующий по размерам пакет статора также серийной асинхронной или синхронной машины, используемой в качестве внешнего ротора и, если воздушный зазор при этом получается завышенным (что в практике имеет место зачастую, так как геометрические размеры машин постоянного и переменного токов никак не согласованы между собой), то якорь машины постоянного тока покрывается (обматывается) снаружи одним или несколькими слоями листовой электротехнической стали необходимой толщины для согласования диаметров ротора и якоря, а затем, с помощью, например, точечной электросварки электротехническая сталь приваривается к якорю по всей его окружности и по всей длине. При этом внешний диаметр якоря увеличивается от значения Da до величины (Da+2Δ), где Δ - суммарная толщина слоев выбранной стандартной листовой электротехнической стали, а воздушный зазор между ротором и якорем в ДЭМ-Г уменьшается от начального значения δн до конечного (близкого к расчетному) значения δк.
На фиг.1 изображен в разрезе фрагмент ДЭМ-Г, включающий магнитопроводы ротора и якоря ДЭМ-Г в начальном (несогласованном) виде, на фиг.2 - он же, но уже в конечном (согласованном) виде - с якорем, покрытым (обмотанным) по всей его длине одним или несколькими слоями стандартной электротехнической стали с суммарной толщиной слоев Δ, на фиг.3 приведен спрямленный (развернутый в линию) фрагмент ДЭМ-Г с нормализованным воздушным зазором, уменьшенным от начальной величины δн до конечного уровня δк за счет закрепления на цилиндрической поверхности якоря с помощью точечной электросварки полос из электротехнической стали с суммарной толщиной слоев Δ.
На фиг.1, 2, 3 соответственно обозначено: 1 - ротор ДЭМ-Г; 2 - якорь ДЭМ-Г; 3 - полосы листовой электротехнической стали, закрепленной на цилиндрической поверхности якоря; δн - начальный воздушный зазор между ротором и якорем; δк - конечный (близкий к расчетному) воздушный зазор между ротором и якорем, полученный путем покрытия цилиндрической поверхности якоря по всей его окружности и всей его длине одним или несколькими слоями стандартной электротехнической стали с суммарной толщиной слоев Δ; Δ - расчетная суммарная толщина слоев из листовой электротехнической стали.
В начальном (несогласованном) виде (фиг.1) воздушный зазор между ротором и якорем равен δн. Он определяется соотношением размеров внутреннего диаметра ротора Dp и внешнего диаметра якоря Da, причем
При покрытии всей цилиндрической поверхности по наружной окружности якоря по всей его длине одним или несколькими слоями стандартной листовой электротехнической стали толщиной с суммарной толщиной слоев Δ, рассчитанной по формуле Δ=δн-δкр=[(Dp-Da)/2]-δкр, воздушный зазор ДЭМ-Г уменьшается до конечного (близкого к расчетному) уровня δк (фиг.2, 3). При этом, подбирая полосы стали различной толщины для покрытия якоря, можно добиться наилучшего результата повышения энергетического показателя ДЭМ-Г, т.е. η cosφ.
Так, например, в ДЭМ-Г мощностью 1500 Вт при воздушном зазоре δ=0,8 мм и числе полюсов 2р=10 (n1=600 об/мин) энергетический показатель η cosφ=0,53·0,49=0,26, а при уменьшении зазора до δ=0,3 мм этот показатель увеличивается до η cosφ=0,69·0,84=0,57.
Сравнение полученных энергетических показателей ДЭМ-Г показывает важность вопроса правильного выбора величины воздушного зазора при проектировании ДЭМ-Г. В вышеприведенном примере правильное решение этого вопроса позволяет увеличить выходную мощность ДЭМ-Г в 0,57/0,26=2,19 раза.
Авторами с помощью предлагаемого способа были изготовлены и испытаны два опытных образца управляемой двухмерной электрической машины-генератора, которые полностью подтвердили работоспособность и перспективность предлагаемого способа согласования диаметров ротора и якоря рассмотренных выше конструкций ДЭМ-Г. Испытания показали, что произведение коэффициента полезного действия η и коэффициента мощности cosφ, то есть энергетического показателя, могут быть увеличены на 60-80%, что позволяет увеличить мощность ДЭМ-Г в тех же габаритах до двух раз.
Claims (2)
1. Способ согласования магнитопроводов ротора и якоря в двухмерных электрических машинах-генераторах, изготовленных с использованием магнитопроводов якоря с щеточно-коллекторным узлом машин постоянного тока и статора машин переменного тока, используемого в качестве внешнего ротора, характеризующийся тем, что определяют начальный существующий воздушный зазор δн между ротором и якорем по формуле
δн=(Dp-Da)/2,
где Dp - внутренний диаметр ротора;
Da - внешний диаметр якоря,
затем рассчитывают необходимый конечный воздушный зазор δкр по формуле
,
где A - линейная нагрузка;
Bδ o≈0,95 Bδ ном - максимальная индукция в воздушном зазоре при холостом ходе и номинальном напряжении;
τ - полюсное деление;
xd* - синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси,
находят разность Δ=δн-δкр={[(Dp-Da)/2]-δкр} между начальным воздушным зазором δн и расчетным конечным воздушным зазором δкр, затем наращивают по наружной окружности цилиндрическую поверхность якоря, покрывая ее одним или несколькими слоями листовой электротехнической стали и доводя суммарную толщину слоев листовой электротехнической стали до величины, равной рассчитанной разности Δ, обеспечивая тем самым целесообразный по энергетическим соображениям конечный воздушный зазор δк≈δкр между ротором и якорем.
δн=(Dp-Da)/2,
где Dp - внутренний диаметр ротора;
Da - внешний диаметр якоря,
затем рассчитывают необходимый конечный воздушный зазор δкр по формуле
где A - линейная нагрузка;
Bδ o≈0,95 Bδ ном - максимальная индукция в воздушном зазоре при холостом ходе и номинальном напряжении;
τ - полюсное деление;
xd* - синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси,
находят разность Δ=δн-δкр={[(Dp-Da)/2]-δкр} между начальным воздушным зазором δн и расчетным конечным воздушным зазором δкр, затем наращивают по наружной окружности цилиндрическую поверхность якоря, покрывая ее одним или несколькими слоями листовой электротехнической стали и доводя суммарную толщину слоев листовой электротехнической стали до величины, равной рассчитанной разности Δ, обеспечивая тем самым целесообразный по энергетическим соображениям конечный воздушный зазор δк≈δкр между ротором и якорем.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электротехническую сталь на поверхности якоря закрепляют точечной электросваркой.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012109120/07A RU2496211C1 (ru) | 2012-03-11 | 2012-03-11 | Способ согласования магнитопроводов ротора и якоря в двухмерных электрических машинах-генераторах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012109120/07A RU2496211C1 (ru) | 2012-03-11 | 2012-03-11 | Способ согласования магнитопроводов ротора и якоря в двухмерных электрических машинах-генераторах |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2496211C1 true RU2496211C1 (ru) | 2013-10-20 |
Family
ID=49357298
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012109120/07A RU2496211C1 (ru) | 2012-03-11 | 2012-03-11 | Способ согласования магнитопроводов ротора и якоря в двухмерных электрических машинах-генераторах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2496211C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2726867C2 (ru) * | 2019-01-10 | 2020-07-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ согласования магнитопроводов ротора и якоря в двухмерных электрических машинах-генераторах |
CN112117874A (zh) * | 2020-09-25 | 2020-12-22 | 东南大学 | 一种基于气隙磁场调制理论计算异步电机杂散损耗的方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3743934A (en) * | 1970-05-20 | 1973-07-03 | Bbc Brown Boveri & Cie | Apparatus for monitoring the air gap in rotary electrical machines using magnetic field plates or magneto diodes |
DE3102655A1 (de) * | 1981-01-24 | 1982-08-12 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren und anordnung zur erfassung maschineninterner groessen bei elektrischen maschinen |
EP0084717A1 (en) * | 1981-12-15 | 1983-08-03 | The Garrett Corporation | Electrical machine |
SU1753547A1 (ru) * | 1989-11-30 | 1992-08-07 | Агрегатное конструкторское бюро "Якорь" | Способ сборки электрической машины |
RU2091967C1 (ru) * | 1994-02-08 | 1997-09-27 | Кубанский государственный технологический университет | Двухвходовая электрическая машина |
RU2332775C1 (ru) * | 2006-12-05 | 2008-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Двухмерная электрическая машина-генератор |
RU2007122906A (ru) * | 2006-06-19 | 2008-12-27 | Дженерал Электрик Компани (US) | Способ и устройство для текущего контроля вращающихся машин |
-
2012
- 2012-03-11 RU RU2012109120/07A patent/RU2496211C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3743934A (en) * | 1970-05-20 | 1973-07-03 | Bbc Brown Boveri & Cie | Apparatus for monitoring the air gap in rotary electrical machines using magnetic field plates or magneto diodes |
DE3102655A1 (de) * | 1981-01-24 | 1982-08-12 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren und anordnung zur erfassung maschineninterner groessen bei elektrischen maschinen |
EP0084717A1 (en) * | 1981-12-15 | 1983-08-03 | The Garrett Corporation | Electrical machine |
SU1753547A1 (ru) * | 1989-11-30 | 1992-08-07 | Агрегатное конструкторское бюро "Якорь" | Способ сборки электрической машины |
RU2091967C1 (ru) * | 1994-02-08 | 1997-09-27 | Кубанский государственный технологический университет | Двухвходовая электрическая машина |
RU2007122906A (ru) * | 2006-06-19 | 2008-12-27 | Дженерал Электрик Компани (US) | Способ и устройство для текущего контроля вращающихся машин |
RU2332775C1 (ru) * | 2006-12-05 | 2008-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Двухмерная электрическая машина-генератор |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КОПЫЛОВ И.П. Проектирование электрических машин. Книга 2. - М.: Энергоатомиздат, 1993, с.38. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2726867C2 (ru) * | 2019-01-10 | 2020-07-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ согласования магнитопроводов ротора и якоря в двухмерных электрических машинах-генераторах |
CN112117874A (zh) * | 2020-09-25 | 2020-12-22 | 东南大学 | 一种基于气隙磁场调制理论计算异步电机杂散损耗的方法 |
CN112117874B (zh) * | 2020-09-25 | 2021-07-27 | 东南大学 | 一种基于气隙磁场调制理论计算异步电机杂散损耗的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2621667C2 (ru) | Гидроэлектрическая турбина | |
Chalmers et al. | Design and field-weakening performance of a synchronous reluctance motor with axially laminated rotor | |
Knight et al. | Brushless doubly-fed reluctance machine rotor design | |
CN104052208B (zh) | 将三相异步电机改造成永磁电机的方法 | |
Afjei et al. | Airgap eccentricity fault diagnosis in switched reluctance motor | |
Uzhegov et al. | Design of 6-slot 2-pole high-speed permanent magnet synchronous machines with tooth-coil windings | |
RU2496211C1 (ru) | Способ согласования магнитопроводов ротора и якоря в двухмерных электрических машинах-генераторах | |
Dorrell et al. | Analysis of unbalanced magnetic pull in wound rotor induction machines using finite element analysis-Transient, motoring and generating modes | |
RU2437202C1 (ru) | Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением | |
RU2437201C1 (ru) | Бесконтактная электрическая машина с аксиальным возбуждением | |
Dobzhanskyi et al. | Comparison analysis of PM transverse flux outer rotor machines with and without magnetic shunts | |
RU2328801C1 (ru) | Беспазовый статор магнитоэлектрической обращенной машины и способ укладки на него однослойной трехфазной обмотки | |
JP2005304271A (ja) | 同期発電機及び風力発電システム | |
RU2656240C1 (ru) | Электродвижитель для получения свободной энергии, используя асинхронный генератор скольжения | |
RU2331792C2 (ru) | Магнитоэлектрический обращенный ветрогенератор | |
CN105207437B (zh) | 一种交流电机 | |
CN103558504A (zh) | 一种电机定子绕组匝间短路的检查设备 | |
Pop et al. | Electromagnetic design and finite-element analysis of an axial-flux permanent-magnet machine | |
Dorrell et al. | Electromagnetic considerations in the design of doubly-fed reluctance generators for use in wind turbines | |
RU2726867C2 (ru) | Способ согласования магнитопроводов ротора и якоря в двухмерных электрических машинах-генераторах | |
Madescu et al. | Low speed PM generator for direct-drive wind applications | |
Kalo et al. | Experiences with Axial-Flux induction motor | |
RU2478250C1 (ru) | Редукторная магнитоэлектрическая машина с полюсным зубчатым индуктором | |
JP5341621B2 (ja) | 回転電機 | |
Sorgdrager | Development of a line-start permanent-magnet synchronous machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140312 |