RU2658903C2 - Energy-efficient electric machine with non-traditional electromagnetic nucleus - Google Patents

Energy-efficient electric machine with non-traditional electromagnetic nucleus Download PDF

Info

Publication number
RU2658903C2
RU2658903C2 RU2015142329A RU2015142329A RU2658903C2 RU 2658903 C2 RU2658903 C2 RU 2658903C2 RU 2015142329 A RU2015142329 A RU 2015142329A RU 2015142329 A RU2015142329 A RU 2015142329A RU 2658903 C2 RU2658903 C2 RU 2658903C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
grooves
conductors
tooth
core
winding
Prior art date
Application number
RU2015142329A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015142329A (en
Inventor
Павел Юрьевич Грачев
Елена Владимировна Стрижакова
Евгений Евгеньевич Горбачев
Дмитрий Викторович Макаров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет"
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет"
Priority to RU2015142329A priority Critical patent/RU2658903C2/en
Publication of RU2015142329A publication Critical patent/RU2015142329A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2658903C2 publication Critical patent/RU2658903C2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: electric machine includes stator and rotor cores separated by an air gap, at least one of which has teeth and slots constituting a tooth-slot area. In the slots there are active conductors of crossover winding of rectangular shape, and there are compact front winding conductors above the surfaces of the end areas of this core. The slots are made in the form of at least two parts having rectangular cross sections that are close in size, forming portions of the tooth-slot area together with the tooth portions located between the parts. The length of these sections, parallel to the bottom of the slots, that represents the width of the slot parts, increases from the center of the electric machine, and the averaged width of the core teeth is constant within each part of the tooth-slot area.
EFFECT: reduction of losses in core steel and in copper windings.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, касается особенностей конструктивного выполнения статоров и роторов машин переменного тока, а также якорей машин постоянного тока, может быть использовано при проектировании и производстве электрических машин переменного и постоянного тока - асинхронных и синхронных машин, коллекторных машин и вентильных двигателей.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to electrical machines, relates to the design features of stators and rotors of AC machines, as well as anchors of DC machines, can be used in the design and manufacture of AC and DC electric machines - asynchronous and synchronous machines, collector machines and valve motors.

Известны электрические машины с прямоугольными пазами и двухслойными обмотками из прямоугольного обмоточного провода (Проектирование электрических машин./Под ред. И.П. Копылова. – М., 1980, с. 42-52). Такие машины включают по меньшей мере один сердечник статора или ротора с пазами прямоугольной формы. В каждом из этих пазов находятся активные проводники прямоугольной формы двухслойной обмотки (петлевой или волновой). Активные проводники верхней части пазов сердечника образуют верхний слой обмотки, а активные проводники нижних частях пазов сердечника, образуют нижний слой обмотки. Активные проводники соединены проводниками лобовых частей. Лобовые части обмотки являются жесткими. Однако вылет лобовых частей обмотки велик, что увеличивает объем и материалоемкость машины, а также уменьшает КПД за счет значительного активного сопротивления фаз.Known electric machines with rectangular grooves and two-layer windings from a rectangular winding wire (Design of electrical machines. / Under the editorship of IP Kopylov. - M., 1980, S. 42-52). Such machines include at least one stator or rotor core with rectangular grooves. In each of these grooves are active conductors of a rectangular shape of a two-layer winding (loop or wave). The active conductors of the upper part of the grooves of the core form the upper layer of the winding, and the active conductors of the lower parts of the grooves of the core form the lower layer of the winding. Active conductors are connected by conductors of the frontal parts. The frontal parts of the winding are stiff. However, the overhang of the frontal parts of the winding is large, which increases the volume and material consumption of the machine, and also reduces the efficiency due to the significant phase resistance.

Известна также (прототип) энергоэффективная электрическая машина с компактными лобовыми частями обмотки, работоспособная при значительных рабочих напряжениях фаз, с прямоугольной формы пазами сердечника и волновой обмоткой из прямоугольного обмоточного провода (патент №2526835, RU, МПК H02K 17.00, БИПМ №24, 27.08.2014). В этой энергоэффективной электрической машине, включающей сердечники статора и ротора, разделенные воздушным зазором, в прямоугольной формы пазах по крайней мере одного из которых расположены активные проводники волновой обмотки, которая содержит также лобовые проводники, расположенные параллельно над торцевыми поверхностями сердечника с небольшим зазором, которые не пересекаются, посредством которых соединены активные проводники витков, витковые группы и ветви обмотки, состоящие из витковых групп, при этом площади мест соединения по меньшей мере большинства лобовых проводников с активными проводниками обмотки меньше усредненной по длине паза площади поперечного сечения соединяемых активных проводников, а в упомянутых пазах размещены четыре или более активных проводника, причем активные проводники пазов, в которых расположены проводники начал фаз обмотки, соединены лобовыми проводниками, соединяющими ветви фаз обмотки, с активными проводниками пазов, в которых расположены проводники концов одноименных фаз этой обмотки, в обратной последовательности. При этом части лобовых проводников, соединяющих активные проводники витков (лобовые проводники витков обмотки), расположенные параллельно торцевым поверхностям сердечника, в большинстве находятся между местами соединения лобовых и активных проводников. Сердечник имеет зубцы и пазы, составляющие зубцово-пазовую зону, а в пазах расположены активные проводники в виде слоев обмотки.Also known (prototype) is an energy-efficient electric machine with compact frontal parts of the winding, operable at significant working phase voltages, with rectangular grooves and a wave winding from a rectangular winding wire (patent No. 2526835, RU, IPC H02K 17.00, BIPM No. 24, 27.08. 2014). In this energy-efficient electric machine, including stator and rotor cores, separated by an air gap, in the rectangular grooves of at least one of which are active conductors of the wave winding, which also contains frontal conductors located parallel to the end surfaces of the core with a small gap, which are not intersect, through which the active conductors of the turns are connected, the turn groups and the branches of the winding consisting of turn groups, while the area of the junction at least most of the frontal conductors with active winding conductors are less than the cross-sectional area of the connected active conductors averaged over the length of the groove, and four or more active conductors are placed in the said grooves, the active groove conductors in which the conductors of the winding phase beginnings are located are connected by the frontal conductors, connecting the branches of the phases of the winding, with the active conductors of the grooves in which the conductors of the ends of the same phases of this winding are located, in the reverse sequence. In this case, the parts of the frontal conductors connecting the active conductors of the turns (frontal conductors of the turns of the winding) located parallel to the end surfaces of the core are mostly between the junction of the frontal and active conductors. The core has teeth and grooves that make up the tooth-groove zone, and active conductors in the form of winding layers are located in the grooves.

При прямоугольной форме пазов зубцы сердечника имеют трапецеидальную форму. Это приводит к увеличенному их насыщению в узкой части (растут потери в стали) и увеличению тока намагничивания (растут потери в меди). Таким образом недостаток прототипа - в увеличенных потерях в машине за счет насыщения зубцов сердечника с прямоугольными пазами.With the rectangular shape of the grooves, the teeth of the core have a trapezoidal shape. This leads to an increase in their saturation in the narrow part (losses in steel increase) and an increase in the magnetization current (losses in copper increase). Thus, the disadvantage of the prototype is the increased losses in the machine due to saturation of the teeth of the core with rectangular grooves.

Технический результат предлагаемого изобретения - уменьшение потерь в электрической машине.The technical result of the invention is the reduction of losses in an electric machine.

Технический результат достигается тем, что в энергоэффективной электрической машине, включающей сердечники статора и ротора, разделенные воздушным зазором, по крайней мере один из которых имеет зубцы и пазы, составляющие зубцово-пазовую зону, причем в пазах расположены активные прямоугольной формы проводники слоев обмотки, а над поверхностями торцевых зон этого сердечника расположены лобовые проводники обмотки, при этом площади мест соединения по меньшей мере большинства лобовых и активных проводников меньше усредненной по длине паза площади поперечного сечения активных проводников, а части лобовых проводников витков обмотки, расположенные параллельно торцевым поверхностям сердечника, в большинстве находятся между местами соединения лобовых и активных проводников, пазы выполнены в виде по меньшей мере двух частей, имеющих прямоугольные поперечные сечения, близкие по величине, составляющие, вместе с расположенными между ними участками зубцов, части зубцово-пазовой зоны, причем длина сторон этих сечений, параллельных дну пазов, представляющая собой ширину частей пазов, увеличивается по направлению от центра электрической машины, а усредненная в пределах каждой части зубцово-пазовой зоны ширина зубцов сердечника постоянна.The technical result is achieved by the fact that in an energy-efficient electric machine, including the stator and rotor cores, separated by an air gap, at least one of which has teeth and grooves that make up the tooth-groove zone, and the conductors of the winding layers are rectangular in shape, and over the surfaces of the end zones of this core are the frontal conductors of the winding, while the area of the joints of at least most of the frontal and active conductors is less than the groove averaged over the length the cross-sectional area of the active conductors, and the parts of the frontal conductors of the winding turns located parallel to the end surfaces of the core, are mostly between the joints of the frontal and active conductors, the grooves are made in the form of at least two parts having rectangular cross-sections, close in size, constituting , together with the tooth sections located between them, parts of the tooth-groove zone, and the length of the sides of these sections parallel to the bottom of the grooves, which is the width of the parts p element, increases in the direction from the center of the electric machine, and the width of the teeth of the core averaged within each part of the tooth-groove zone is constant.

Пример конкретного выполнения изобретения иллюстрируют элементы конструкции трехфазной энергоэффективной асинхронной машины, представленные на фиг. 1-3.An example of a specific embodiment of the invention is illustrated by the structural elements of a three-phase energy-efficient asynchronous machine shown in FIG. 1-3.

На фиг. 1 показано электромагнитное ядро асинхронной машины, включающее сердечник статора 1 и сердечника ротора 2. Они разделены воздушным зазором 3. Сердечник ротора 2 выполнен без обмотки (машина с массивным ротором). Показаны обмотка 4 статора машины, расположенная в пазах 5 квазипрямоугольной формы, и зубцы 6 сердечника. Активные проводники 7 обмотки 4 расположены в зубцово-пазовой зоне, ограниченной пунктирной линией.In FIG. 1 shows the electromagnetic core of an asynchronous machine, including the core of the stator 1 and the core of the rotor 2. They are separated by an air gap 3. The core of the rotor 2 is made without winding (a machine with a massive rotor). Shows the winding 4 of the stator of the machine, located in the grooves 5 of a quasi-rectangular shape, and the teeth 6 of the core. Active conductors 7 of the winding 4 are located in the tooth-groove zone, limited by a dashed line.

На фиг. 2 видно расположение в прямоугольных пазах 5 прямоугольных активных проводников 7 в виде четырех слоев. Над поверхностями торцевых зон сердечника статора 1 видно расположение совокупности лобовых проводников 8 обмотки 4, при этом площади мест соединения 9 лобовых и активных проводников (заштриховано) меньше поперечного сечения активных проводников 7 внутри пазов 5. Такое выполнение обмотки приводит к тому, что лобовые проводники 10 витков обмотки 4, расположенные параллельно торцевым поверхностям сердечника, находятся между местами соединения 9 лобовых и активных проводников. Видно, что в пазах 5 размещены шестнадцать активных проводников.In FIG. 2 shows the arrangement in rectangular grooves 5 of rectangular active conductors 7 in the form of four layers. Above the surfaces of the end zones of the core of the stator 1 you can see the location of the aggregate of the frontal conductors 8 of the winding 4, while the area of the junctions 9 of the frontal and active conductors (shaded) is less than the cross section of the active conductors 7 inside the grooves 5. This embodiment of the winding leads to the frontal conductors 10 turns of the winding 4, located parallel to the end surfaces of the core, are between the junction 9 of the frontal and active conductors. It is seen that in the grooves 5 sixteen active conductors are placed.

На фиг. 3 показано предложенное выполнение двух пазов 5 и зубца 6 электромагнитного ядра машины. Показана торцевая поверхность зубцово-пазовой зоны 11 с местами активных проводников 12, не соединенными с лобовыми проводниками 8, пространство над которыми занято лобовыми проводниками витков 10 обмотки 4 (фиг. 2).In FIG. 3 shows the proposed implementation of the two grooves 5 and the prong 6 of the electromagnetic core of the machine. The end surface of the tooth-groove zone 11 is shown with the active conductors 12 not connected to the frontal conductors 8, the space above which is occupied by the frontal conductors of the turns 10 of the winding 4 (Fig. 2).

Пазы 5 выполнены в виде частей пазов 13, имеющих прямоугольные поперечные сечения, близкие по величине. Они составляют, вместе с расположенными между ними участками зубцов 14, части зубцово-пазовой зоны 15-18, выделенные пунктирными линиями. Обмотка 4 состоит из двухслойных частей 19 и 20. Длина сторон 21 сечений частей пазов 13, параллельных дну 22 этих пазов, как видно, увеличивается по направлению от центра электрической машины (от воздушного зазора - к внешней поверхности сердечника 1). Длина сторон 21 представляет собой ширину частей пазов 13.The grooves 5 are made in the form of parts of the grooves 13 having rectangular cross sections close in magnitude. They constitute, together with the sections of the teeth 14 located between them, the parts of the tooth-groove zone 15-18, highlighted by dashed lines. The winding 4 consists of two-layer parts 19 and 20. The length of the sides 21 of the sections of the parts of the grooves 13 parallel to the bottom 22 of these grooves, as you can see, increases in the direction from the center of the electric machine (from the air gap to the outer surface of the core 1). The length of the sides 21 is the width of the parts of the grooves 13.

На фиг. 3 видно, что ширина зубцов 23 сердечника 1 изменяется в пределах частей зубцов 14. Высота, а также и ширина (длина сторон 21 сечений) частей пазов 13 выбираются в процессе проектирования машины так, что усредненная в пределах каждой части зубцово-пазовой зоны 11 ширина зубцов 23, обозначаемая bz ср постоянна (возможны отклонения)In FIG. 3 it can be seen that the width of the teeth 23 of the core 1 varies within the parts of the teeth 14. The height, as well as the width (length of the sides 21 of the sections) of the parts of the grooves 13 are selected during the design of the machine so that the width averaged within each part of the tooth-groove zone 11 teeth 23, denoted by b z cf constant (possible deviations)

bz ср=(bmax+bmin)/2,b z cf = (b max + b min ) / 2,

здесь bmax и bmin - максимальная и минимальная ширина части зубца.here b max and b min - the maximum and minimum width of the part of the tooth.

Описанное выполнение обмотки, пазов и зубцов сердечника электромагнитного ядра электрической машины можно назвать нетрадиционным.The described implementation of the windings, grooves and teeth of the core of the electromagnetic core of an electric machine can be called unconventional.

При работе предложенной энергоэффективной электрической машины за счет квазипрямоугольной формы пазов, при укороченных до минимума лобовых проводниках обмотки, уменьшается насыщение зубцов сердечника, уменьшены сопротивления фаз обмотки, уменьшается ток намагничивания машины, существенно уменьшаются потери в стали и меди машины.During the operation of the proposed energy-efficient electric machine due to the quasi-rectangular shape of the grooves, when the frontal conductors of the winding are shortened to a minimum, saturation of the core teeth decreases, winding phase resistances are reduced, the magnetization current of the machine is reduced, and losses in steel and copper of the machine are significantly reduced.

Таким образом, потери в электрической машине уменьшаются, а КПД и коэффициент мощности - увеличиваются.Thus, losses in an electric machine are reduced, and efficiency and power factor are increased.

Claims (2)

1. Энергоэффективная электрическая машина, включающая сердечники статора и ротора, разделенные воздушным зазором, по крайней мере один из которых имеет зубцы и пазы, составляющие зубцово-пазовую зону, причем в пазах расположены активные прямоугольной формы проводники слоев обмотки, а над поверхностями торцевых зон этого сердечника расположены лобовые проводники обмотки, при этом площади мест соединения по меньшей мере большинства лобовых и активных проводников меньше усредненной по длине паза площади поперечного сечения активных проводников, а части лобовых проводников витков обмотки, расположенные параллельно торцевым поверхностям сердечника, в большинстве находятся между местами соединения лобовых и активных проводников, отличающаяся тем, что пазы выполнены в виде по меньшей мере двух частей, имеющих прямоугольные поперечные сечения, близкие по величине, составляющие, вместе с расположенными между ними участками зубцов, части зубцово-пазовой зоны, причем длина сторон этих сечений, параллельных дну пазов, представляющая собой ширину частей пазов, увеличивается по направлению от центра электрической машины.1. An energy-efficient electric machine, including the stator and rotor cores, separated by an air gap, at least one of which has teeth and grooves that make up the tooth-groove zone, and in the grooves are active rectangular-shaped conductors of the winding layers, and above the surfaces of the end zones of this the frontal conductors of the winding are located in the core, while the areas of the joints of at least the majority of the frontal and active conductors are less than the average cross-sectional area of the active wires odnnikov, and the parts of the frontal conductors of the turns of the winding, parallel to the end surfaces of the core, are mostly between the junction of the frontal and active conductors, characterized in that the grooves are made in the form of at least two parts having rectangular cross-sections, close in size, constituting , together with the tooth sections located between them, part of the tooth-groove zone, and the length of the sides of these sections parallel to the bottom of the grooves, which is the width of the parts of the grooves, increases from the center of the electrical machine. 2. Энергоэффективная электрическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что пазы выполнены так, что усредненная в пределах каждой части зубцово-пазовой зоны ширина зубцов сердечника постоянна.2. The energy-efficient electric machine according to claim 1, characterized in that the grooves are made so that the width of the teeth of the core averaged within each part of the tooth-groove zone is constant.
RU2015142329A 2015-10-05 2015-10-05 Energy-efficient electric machine with non-traditional electromagnetic nucleus RU2658903C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015142329A RU2658903C2 (en) 2015-10-05 2015-10-05 Energy-efficient electric machine with non-traditional electromagnetic nucleus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015142329A RU2658903C2 (en) 2015-10-05 2015-10-05 Energy-efficient electric machine with non-traditional electromagnetic nucleus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015142329A RU2015142329A (en) 2017-04-10
RU2658903C2 true RU2658903C2 (en) 2018-06-26

Family

ID=58505233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015142329A RU2658903C2 (en) 2015-10-05 2015-10-05 Energy-efficient electric machine with non-traditional electromagnetic nucleus

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2658903C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2711084C1 (en) * 2018-10-01 2020-01-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" Electromechanical converter with liquid cooling and electronic control

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1046847A1 (en) * 1981-07-20 1983-10-07 Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Энергетический Институт Section of two-layer winding of electric machine
RU2275729C1 (en) * 2004-10-15 2006-04-27 Павел Юрьевич Грачев Electrical machine winding
RU2422968C2 (en) * 2006-02-28 2011-06-27 Смартмотор Ас Device in electric machine
EP2738914A1 (en) * 2011-11-21 2014-06-04 Aisin Aw Co., Ltd. Conductive wire and electrical rotating machine
RU2526835C2 (en) * 2012-08-03 2014-08-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" Energy-efficient electrical machine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1046847A1 (en) * 1981-07-20 1983-10-07 Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Энергетический Институт Section of two-layer winding of electric machine
RU2275729C1 (en) * 2004-10-15 2006-04-27 Павел Юрьевич Грачев Electrical machine winding
RU2422968C2 (en) * 2006-02-28 2011-06-27 Смартмотор Ас Device in electric machine
EP2738914A1 (en) * 2011-11-21 2014-06-04 Aisin Aw Co., Ltd. Conductive wire and electrical rotating machine
RU2526835C2 (en) * 2012-08-03 2014-08-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" Energy-efficient electrical machine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2711084C1 (en) * 2018-10-01 2020-01-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" Electromechanical converter with liquid cooling and electronic control

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015142329A (en) 2017-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109787388B (en) Electrical machine with variable-section stator winding
US11863035B2 (en) Stator for an electrical machine
KR102366731B1 (en) Winding for a rotating electrical machine and method for desigining such a winding
CN104247223A (en) Stator winding for electrical rotating machine
KR20130031006A (en) Mechanically commutated switched reluctance motor
JP2015509697A (en) Synchronous electrical machine
CN107425688A (en) A kind of permanent magnet is between stator poles and the double salient-pole electric machine of rotor interpolar
US3453459A (en) Electric generators
RU2658903C2 (en) Energy-efficient electric machine with non-traditional electromagnetic nucleus
El-Kharashi Improving the energy conversion process in the switched reluctance motors
KR101306009B1 (en) 4/5 Two Phase SRM
RU2526835C2 (en) Energy-efficient electrical machine
RU2275729C1 (en) Electrical machine winding
CN102158029B (en) Phase number-variable asynchronous motor winding connecting method
Yahaya Single layer winding of three phase induction motor
CN211183582U (en) Permanent magnet motor stator multiphase winding
CN104506006B (en) A kind of double fractional-slot concentratred winding resistance to shorting magnetoes
Zhang et al. A segmental rotor type 12/8 switched reluctance motor: Concept, design and analysis
RU2704307C1 (en) Winding of ac machine stator
RU2437197C2 (en) Multi-phase bar wave winding of stator of asynchronous motor
RU2568186C2 (en) Economic double-layer winding of electrical machine
RU2602511C1 (en) Energy-efficient electrical machine with compact end parts of winding
RU2509402C1 (en) Winding of electric machine
CN104578611B (en) A kind of design method of salient-pole synchronous generator third harmonic excitation winding
KR20210122302A (en) Distributed double litz wire winding in open slot

Legal Events

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

Effective date: 20181006