RU2689319C1 - Synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of rotor - Google Patents
Synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of rotor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2689319C1 RU2689319C1 RU2018113883A RU2018113883A RU2689319C1 RU 2689319 C1 RU2689319 C1 RU 2689319C1 RU 2018113883 A RU2018113883 A RU 2018113883A RU 2018113883 A RU2018113883 A RU 2018113883A RU 2689319 C1 RU2689319 C1 RU 2689319C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- sheets
- ferromagnetic material
- electric machine
- washers
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 80
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 51
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 9
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
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
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/02—Synchronous motors
- H02K19/04—Synchronous motors for single-phase current
- H02K19/06—Motors having windings on the stator and a variable-reluctance soft-iron rotor without windings, e.g. inductor motors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Description
Предложение относится к реактивным синхронным электрическим машинам и может быть использовано в качестве синхронного электрического генератора либо синхронного электрического двигателя. Характерной особенностью предложения является возможность изготовления ротора синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора с поперечной шихтовкой магнитопровода ротора с любым необходимым числом пар полюсов.The offer relates to reactive synchronous electric machines and can be used as a synchronous electric generator or a synchronous electric motor. A characteristic feature of the proposal is the possibility of manufacturing a rotor of a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor with a transverse blending of the rotor magnetic core with any necessary number of pole pairs.
Известна конструкция классической синхронной электрической машины [Вольдек А.И., Электрические машины: Учебник для вузов, Ленинград, Энергоатомиздат, 1978, С. 619], содержащая статор с трехфазной электрической обмоткой статора, ротор с электрической обмоткой возбуждения и контактными кольцами, щеточный узел, предназначенный для коммутации напряжения к обмотке возбуждения. Основным недостатком этой конструкции является наличие скользящего электрического контакта в виде контактных колец и щеточного узла.The design of the classical synchronous electric machine is known [Waldek A.I., Electrical machines: A textbook for universities, Leningrad, Energoatomizdat, 1978, p. 619], containing a stator with a three-phase electric stator winding, a rotor with an electric excitation winding and slip rings, a brush assembly designed for switching voltage to the field winding. The main disadvantage of this design is the presence of a sliding electrical contact in the form of slip rings and a brush assembly.
Известна усовершенствованная конструкция синхронной электрической машины, выполненной с постоянными магнитами [Хрущев В.В., Электрические машины систем автоматики: Учебник для вузов, Ленинград, Энергоатомиздат, 1985, С. 84], содержащая статор с трехфазной электрической обмоткой статора и ротор, выполненный с использованием постоянных магнитов. Недостатком второй конструкции является использование дорогостоящих материалов и сложной конструкции ротора, а так же невозможность снять возбуждение электрической машины в аварийных режимах работы.The improved design of a synchronous electric machine made with permanent magnets [Khrushchev VV, Electrical Machinery Automation Systems: A Textbook for High Schools, Leningrad, Energoatomizdat, 1985, p. 84], containing a stator with a three-phase electric winding of a stator and a rotor made with using permanent magnets. The disadvantage of the second design is the use of expensive materials and complex rotor design, as well as the inability to remove the excitation of an electric machine in emergency operation.
Известна конструкция синхронной реактивной машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора [патент №2541513, класс Н02К 19/20, Н02К 1/20, авторы: Гельвер Ф.А., Самосейко В.Ф., Лазаревский Н.А., Хомяк В.А., Гагаринов И.В., Синхронная машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора], содержащая статор с магнитопроводом и статорными электрическими обмотками, подшипниковые щиты и ротор, выполненный цилиндрическим, набранным вдоль из согнутых листов ферромагнитного материала. Достоинством предложенной конструкции по сравнению с другими известными конструкциями роторов реактивных электрических машин является увеличение разницы между магнитными проводимостями по продольной и по перечной осям ротора и как следствие увеличение величины электромагнитного момента и эффективности работы машины. К достоинствам известной конструкции электрической машины может быть отнесено и то, что она может быть изготовлена практически с любым числом пар полюсов, которое необходимо. Недостатками известного устройства являются низкая технологичность и большая трудоемкость при изготовлении конструкции ротора, необходимость компаундирования и придания механической прочности конструкции ротора. К недостаткам известной конструкции так же может быть отнесено малое значение величины пускового момента.Known design of synchronous reactive machines with anisotropic magnetic conductivity of the rotor [patent No. 2541513, class NC 19/20, NC 1/20, authors: F. Gelver, V. Samoseiko, V. Lazarevsky, V. Khomyak ., Gagarinov IV, Synchronous machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor], containing a stator with a magnetic circuit and stator electric windings, bearing shields and a rotor, made cylindrical, assembled along the bent sheets of ferromagnetic material. The advantage of the proposed design compared with other known designs of rotors of jet electric machines is the increase in the difference between the magnetic conductivities along the longitudinal and transverse axes of the rotor and, as a consequence, the increase in the magnitude of the electromagnetic moment and the efficiency of the machine. The advantages of the known design of the electric machine can be attributed to the fact that it can be made with almost any number of pairs of poles, which is necessary. The disadvantages of the known devices are low manufacturability and great complexity in the manufacture of rotor design, the need for compounding and imparting mechanical strength to the rotor design. The disadvantages of the known design can also be attributed to the small value of the starting torque.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство синхронной электрической машины [патент US 20060284512 A1, FLUX BARRIER TYPE SYNCHRONOUS RELUCTANCE MOTOR AND ROTOR THEREOF, МПК H02K 19/20, H02K 1/06, H02K 1/22, 21.12.2006], содержащее статор с электрической обмоткой статора и ротор, который выполнен шихтованным поперек оси вала машины. Причем ротор электрической машины выполнен наборным поперек из отдельных листов ферромагнитного материала дисковой формы, которые содержат вырезы. Форма вырезов организует явно выраженные полюса на роторе, число которых должно соответствовать числу полюсов, организованных на статоре. Функциональное назначение вырезов заключается в организации пути для замыкании линий магнитного поля в магнитопроводе ротора электрической машины в строго определенном направлении. Листы ротора стянуты между собой шпильками, проходящими вдоль вала электрической машины сквозь отверстия в листах ротора. Технический результат такой конструкции обеспечивает работу синхронной машины без обмотки возбуждения на роторе и без использования активных дорогостоящих материалов (постоянных магнитов). Достоинством такой конструкции является высокая технологичность и простота изготовления ротора. Недостатком такого устройства является невозможность изготовления такой конструкции ротора электрической машины с большим числом пар полюсов из-за низкой механической прочности. К недостаткам известного предложения относится и то, что в каждом из листов ротора имеются соединительные "мостики", выполненные из материала самих листов - электротехнической стали, расположенные между вырезами которые значительно снижают разницу между магнитными проводимостями по продольной и по перечной осям ротора, и как следствие вызывают снижение величины электромагнитного момента.The closest in technical essence to the claimed device is the device of a synchronous electric machine chosen as a prototype [patent US 20060284512 A1, FLUX BARRIER TYPE SYNCHRONOUS RELUCTANCE MOTOR AND ROTOR THEREOF, MPK H02K 19/20,
Предлагаемая конструкция синхронной электрической машины позволяет изготовить реактивную электрическую машину с анизотропной магнитной проводимостью ротора выполненной по технологии поперечной шихтовки магнитопровода ротора с любым числом пар полюсов, упростить конструкцию, улучшить технологичность изготовления, повысить эффективность работы. К достоинствам предлагаемой синхронной электрической машины может быть отнесено и возможность изготовления такой электрической машины обращенной с вращающимся внешним ротором. Еще одним из достоинств предложенной конструкции является увеличение величины пускового момента за счет реализации пусковой (демпферной) обмотки.The proposed design of a synchronous electric machine makes it possible to manufacture a reactive electric machine with anisotropic magnetic conductivity of a rotor made according to the technology of transverse blending of a rotor magnetic circuit with any number of pairs of poles, simplify the design, improve manufacturability, and increase work efficiency. The advantages of the proposed synchronous electric machine can be attributed to the possibility of manufacturing such an electric machine facing with a rotating external rotor. Another of the advantages of the proposed design is an increase in the magnitude of the starting torque due to the implementation of the starting (damping) winding.
Поставленная задача решается благодаря тому, что синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора содержащая статор с магнитопроводом и статорными электрическими обмотками, подшипниковые щиты и ротор, выполненный шихтованным поперек оси вала машины и набранным из листов ферромагнитного материала которые содержат вырезы, формы вырезов в листах ферромагнитного материала организуют путь для замыкания линии магнитного поля, листы магнитопровода ротора стянуты между собой шпильками и двумя шайбами, расположенными на краях активной части ротора, диаметр шайб равен диаметру активной части ротора, причем все шпильки расположены параллельно симметрично относительно оси ротора и проходят через все листы ферромагнитного материала и шайбы и стягивают этот пакет с помощью гаек, в конструкции синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора предусмотрены следующие отличия: каждый из полюсов ротора конструктивно выполнен пакетом листов шихтованного ферромагнитного материала отдельно от других полюсов ротора с воздушным зазором между полюсами, шпильки выполнены из немагнитного материала и проходят сквозь вырезы каждого из полюсов в количестве достаточном для их надежного крепления к шайбам, а шайбы выполнены из немагнитного материала, вал ротора выполнен наборным из двух частей, каждая из которых крепиться к своей шайбе.The problem is solved due to the fact that a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor containing a stator with a magnetic circuit and stator electric windings, bearing shields and a rotor made of laminated across the axis of the machine shaft and assembled from sheets of ferromagnetic material that contain cutouts, cutouts in ferromagnetic sheets the material organizes the path for closing the magnetic field line, the rotor magnetic sheets are pulled together by studs and two washers, The diameter of the washers is equal to the diameter of the active part of the rotor, all the studs are parallel symmetrically relative to the rotor axis and pass through all the sheets of ferromagnetic material and washers and tighten this package with nuts in a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity The rotor has the following differences: each of the poles of the rotor is structurally made with a package of laminated ferromagnetic material sheets separately from the other poles of the rotor with air a stuffy gap between the poles, the studs are made of non-magnetic material and pass through the notches of each of the poles in an amount sufficient to securely attach to washers, and the washers are made of non-magnetic material, the rotor shaft is made of two pieces, each of which is attached to its washer.
Кроме того, синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора может быть выполнена, так что каждая из пластин ферромагнитного материала и каждый из пакетов полюса ротора со стороны воздушного зазора электрической машины содержит зубья магнитопровода полюса ротора, выполненные заодно из того же ферромагнитного материала, количество которых равно количеству вырезов в листах ферромагнитного материала плюс один и все умноженному на два и расположенных продолжениями, в сторону воздушного зазора между ротором и магнитопроводом статора, организующими пути для замыкания линии магнитного поля.In addition, a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor can be performed, so that each of the plates of the ferromagnetic material and each of the rotor pole packs on the side of the air gap of the electrical machine contains rotor pole magnetic core teeth, which are made from the same ferromagnetic material, the number of which equal to the number of cuts in the sheets of ferromagnetic material plus one and all multiplied by two and located continuations, in the direction of the air gap between the rotor and a stator magnetic circuit, organizing ways to close the magnetic field line.
Кроме того, синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора может быть выполнена, так что в вырезах листов ферромагнитного материала содержаться выемки для расположения шпилек, причем выемки в вырезах выполнены, так что плотно враспор осуществляют крепление полюсов ротора к шайбам посредствам шпилек.In addition, a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor can be made, so that the cutouts of sheets of ferromagnetic material contain recesses for the location of the studs, and the notches in the cutouts are made, so that the rotor is firmly attached to the washers by means of studs.
Кроме того, синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора может быть выполнена, так что она конструктивно содержит токопроводящие шпильки и шайбы механически и электрически соединенные между собой, причем токопроводящие шпильки проходят сквозь вырезы пакетов полюсов ротора расположенных ближе к внешней части ротора.In addition, a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor can be made so that it constructively contains conductive studs and washers mechanically and electrically interconnected, with the conductive studs passing through the notches of the rotor poles packages located closer to the outer part of the rotor.
Кроме того, синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора может быть выполнена, так что вырезы пакетов полюсов ротора залиты немагнитным токопроводящим материалом электрически соединенным с токопроводящими шайбами.In addition, a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor can be made, so that the cut-out packages of the rotor poles are filled with a non-magnetic conductive material electrically connected to the conductive washers.
Кроме того, синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора может быть выполнена, обращенной с внешним ротором и внутренним магнитопроводом статора.In addition, a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor can be performed facing the external rotor and the internal stator magnetic core.
Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На Фиг. 1 изображена конструкция синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора.FIG. 1 shows the design of a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor.
На Фиг. 2 изображена подробная конструкция ротора синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора.FIG. 2 shows the detailed design of the rotor of a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor.
На Фиг. 3 изображена сборка пакета одного полюса ротора.FIG. 3 shows the assembly of a package of one pole of a rotor.
На Фиг. 4 изображен поперечный разрез ротора синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора.FIG. 4 shows a cross section of the rotor of a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor.
На Фиг. 5 изображена сборка первого варианта конструкции пакета полюса ротора синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора.FIG. 5 shows the assembly of the first variant of the package of the rotor pole of a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor.
На Фиг. 6 изображена сборка второго варианта конструкции пакета полюса ротора синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора.FIG. 6 shows the assembly of the second variant of the package of the rotor pole of a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor.
На Фиг. 7 изображена сборка третьего варианта конструкции пакета полюса ротора синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора.FIG. 7 shows the assembly of the third variant of the package design of the rotor pole of a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor.
На Фиг. 8 изображена сборка четвертого варианта конструкции пакета полюса ротора синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора.FIG. 8 shows the assembly of the fourth variant of the package design of the rotor pole of a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor.
На Фиг. 9 изображена сборка пятого варианта конструкции пакета полюса ротора синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора.FIG. 9 shows the assembly of the fifth variant of the package of the rotor pole of a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor.
На Фиг. 10 изображена конструкция синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора выполненной обращенной.FIG. 10 shows the construction of a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor, which is reversed.
На Фиг. 11 изображен вариант использования предложенной синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора в качестве движителя подводной лодки.FIG. 11 shows a variant of using the proposed synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor as a propulsor of a submarine.
Синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора, конструкция, которой представлена на Фиг. 1 содержит статор 1 с магнитопроводом 2 и статорными электрическими обмотками 3, подшипниковые щиты 4-1, 4-2 и ротор 5. Ротор 5 (Фиг. 2) выполнен шихтованным поперек оси вала 6-1, 6-2 машины, набранным из листов 7-1÷7-n ферромагнитного материала которые содержат вырезы 8-1÷8-m (Фиг. 3). Формы вырезов 8-1÷8-m в листах 7-1÷7-n ферромагнитного материала организуют путь для замыкания линии магнитного поля (Фиг. 3). Листы 7-1÷7-n магнитопровода ротора 5 стянуты между собой шпильками 9-1÷9-k и двумя шайбами 10-1, 10-2, расположенными на краях активной части ротора 5, диаметр шайб 10-1, 10-2 равен диаметру активной части ротора 5 (Фиг. 2). Все шпильки 9-1÷9-k расположены параллельно симметрично относительно оси ротора 5 и проходят через все листы 7-1÷7-n ферромагнитного материала и шайбы 10-1, 10-2 и стягивают этот пакет с помощью гаек 11-1÷11-(k⋅2) (Фиг. 2). Каждый из полюсов 12-1÷12-f ротора 5 конструктивно выполнен пакетом листов 7-1÷7-n шихтованного ферромагнитного материала отдельно от других полюсов 12-1÷12-f ротора 5 с воздушным зазором 13-1÷13-f между полюсами 12-1÷12-f (Фиг. 4). Шпильки 9-1÷9-k выполнены из немагнитного материала и проходят сквозь вырезы 8-1÷8-m каждого из полюсов 12-1÷12-f в количестве достаточном для их надежного крепления к шайбам 10-1, 10-2 (Фиг. 5). Шайбы 10-1, 10-2 выполнены из немагнитного материала, вал 6-1, 6-2 ротора 5 выполнен наборным из двух частей, каждая из которых крепиться к своей шайбе 10-1, 10-2 (Фиг. 2).A synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor, the design of which is shown in FIG. 1 contains a
Синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора, конструкция пакета полюса 12-1 (12-2÷12-f) которой представлена на Фиг. 6 содержит листы 7-1 (7-2÷7-n) ферромагнитного материала. Причем каждая из пластин 7-1 (7-2÷7-n) ферромагнитного материала и каждый из пакетов полюса 12-1÷12-f ротора 5 со стороны воздушного зазора электрической машины содержит зубья 14-1÷14-(m+1) магнитопровода полюса 12-1 (12-2÷12-f) ротора 5, выполненные заодно из того же ферромагнитного материала. Количество зубьев 14-1÷14-(m+1)⋅2 равно количеству вырезов 8-1÷8-m в листах 7-1 (7-2÷7-n) ферромагнитного материала плюс один и все умноженному на два и расположенных продолжениями, в сторону воздушного зазора между ротором 5 и магнитопроводом статора 2, организующими пути для замыкания линии магнитного поля.A synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor, the package design of the pole 12-1 (12-2 ÷ 12-f) of which is shown in FIG. 6 contains sheets 7-1 (7-2 ÷ 7-n) of ferromagnetic material. Moreover, each of the plates 7-1 (7-2 ÷ 7-n) ferromagnetic material and each of the packages of the pole 12-1 ÷ 12-
Синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора, конструкция пакета полюса 12-1 (12-2÷12-f) которой представлена на Фиг. 7 содержит листы 7-1 (7-2÷7-n) ферромагнитного материала. Причем в вырезах 8-1, 8-m листов 7-1 (7-2÷7-n) ферромагнитного материала содержаться выемки 15-1÷15-z для расположения шпилек 9-1÷9-k, причем выемки 15-1÷15-z в вырезах 8-1, 8-m выполнены, так что плотно враспор осуществляют крепление полюсов 12-1÷12-f ротора 5 к шайбам 10-1, 10-2 посредствам шпилек 9-1÷9-k.A synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor, the package design of the pole 12-1 (12-2 ÷ 12-f) of which is shown in FIG. 7 contains sheets 7-1 (7-2 ÷ 7-n) of ferromagnetic material. Moreover, in the notches 8-1, 8-m sheets 7-1 (7-2 ÷ 7-n) of the ferromagnetic material contain notches 15-1 to 15-z for the location of the studs 9-1 to 9-k, and notches 15-1 ÷ 15-z in the notches 8-1, 8-m are made, so that they tightly fix the poles 12-1 to 12-f of the
Синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора, конструкция пакета полюса 12-1 (12-2÷12-f) которой представлена на Фиг. 8 содержит токопроводящие шпильки 9-1÷9-k и шайбы 10-1, 10-2 механически и электрически соединенные между собой, причем токопроводящие шпильки 9-1÷9-k проходят сквозь вырезы 8-1÷8-m пакетов полюсов 12-1÷12-f ротора 5 расположенных ближе к внешней части ротора 5.A synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor, the package design of the pole 12-1 (12-2 ÷ 12-f) of which is shown in FIG. 8 contains conductive pins 9-1 to 9-k and washers 10-1, 10-2 are mechanically and electrically interconnected, with conductive pins 9-1 to 9-k passing through notches 8-1 to 8-m pole packages 12 -1 ÷ 12-
Синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора, конструкция пакета полюса 12-1 (12-2÷12-f) которой представлена на Фиг. 9 содержит вырезы 8-1÷8-m пакетов полюсов 12-1÷12-f ротора 5 залиты немагнитным токопроводящим материалом 16 электрически соединенным с токопроводящими шайбами 10-1, 10-2.A synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor, the package design of the pole 12-1 (12-2 ÷ 12-f) of which is shown in FIG. 9 contains notches 8-1 ÷ 8-m packages of poles 12-1 ÷ 12-f of the
Синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора, конструкция которой представлена на Фиг. 10 выполнена обращенной с внешним ротором 5 и внутренним магнитопроводом 2 статора 1.A synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor, the design of which is shown in FIG. 10 is made facing the
Синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора работает следующим образом.Synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor works as follows.
Статор 1 предлагаемой электрической машины выполнен так же, как и в обычной электрической машине переменного тока (Фиг. 1). Статорная обмотка 3 может быть выполнена m - фазной, при этом оси катушек сдвинуты в пространстве на углы 360°/m относительно друг друга в поперечном разрезе машины и на статоре 1 содержится требуемое количество пар полюсов. Для представленного рисунка (Фиг. 4) число пар полюсов равно шести. При подаче переменного питающего напряжения одинакового по амплитуде, но сдвинутого на 360°/m электрических градусов, по обмоткам 3 статора 1 потекут токи, которые создадут вращающееся магнитное поле. Конструкция магнитопровода ротора 5 двигателя может иметь различное конструктивное исполнение (Фиг. 5 ÷ Фиг. 9) с числом полюсов, соответствующих числу полюсов статорной обмотки 3.The
Вращающий момент в таком двигателе будет создан из-за разницы в магнитных проводимостях по продольной и поперечной осям. Для увеличения разницы между магнитными проводимостями по продольной и поперечной осям ротор 5 выполнен набранным из пакетов полюсов 12-1÷12-f ротора 5 (Фиг. 4). Каждый из пакетов полюсов 12-1÷12-f ротора 5 набран из листов 7-1÷7-n шихтованного ферромагнитного материала поперек вала 6-1, 6-2 машины (Фиг. 3). При этом явно выраженные полюса 12-1÷12-f ротора 5 (Фиг. 4) стремятся сориентироваться относительно поля так, чтобы магнитное сопротивление для силовых линий поля было бы минимальным. Вследствие чего появляются силы, образующие вращающий момент, и ротор 5 вращается в том же направлении и с той же скоростью, что и поле статора 1. Следует отметить, что силы, стремящиеся сориентировать ротор 5 относительно поля, будут действовать на каждый полюс 12-1÷12-f ротора 5 и каждый полюс 12-1÷12-f ротора 5 будет создавать вращающий момент.The torque in such an engine will be created due to the difference in the magnetic conductivities along the longitudinal and transverse axes. To increase the difference between the magnetic conductivities along the longitudinal and transverse axes, the
Предложенная конструкция синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора 5 представленная на Фиг. 1 ÷ Фиг. 11 позволяет изготовить такую электрическую машину с любым требуемым числом пар полюсов 12-1÷12-f на любую требуемую мощность. При этом конструкция ротора 5 будет иметь достаточную механическую прочность. Вал 6-1, 6-2 ротора 5 выполнен наборным с целью снижения массы и материалоемкости конструкции ротора 5.The proposed design of a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the
Вариант конструкции пакета полюса ротора 5 представленный на Фиг. 6 за счет дополнительных зубцов 14-1÷14-(m+1)⋅2 пакетов полюсов 12-1÷12-f ротора 5 позволяет увеличить разницу между магнитными проводимостями по продольной и по перечной осям ротора 5 и как следствие увеличить величину электромагнитного момента и эффективность работы предлагаемой конструкции электрической машины.A variant of the package design of the
Вариант конструкции пакета полюса 12-1÷12-f ротора 5 представленный на Фиг. 7 содержит выемки 15-1÷15-z в вырезах 8-1, 8-m для размещения крепежных шпилек 9-1÷9-k и надежного крепления полюсов 12-1÷12-f электрической машины к шайбам 10-1, 10-2.The design of the package pole 12-1 ÷ 12-f of the
Для пуска в ход предлагаемого электродвигателя и успокоения колебаний ротора 5 при работе электрической машины в конструкции ротора 5 может быть предусмотрена короткозамкнутая пусковая обмотка, выполненная в различных конструктивных вариантах (Фиг. 8, Фиг. 9). Первый вариант пусковой обмотки, изображенный на Фиг. 8, состоит из токопроводящих шпилек 9-1÷9-k и двух токопроводящих шайб 10-1, 10-2, которые электрически объединяющих токопроводящие шпильки 9-1÷9-k в основаниях цилиндрической части ротора 5. Второй вариант пусковой обмотки, изображенный на Фиг. 9, выполнен таким образом, что вырезы 8-1÷8-m листов 7-1÷7-n и пакетов полюсов 12-1÷12-f ротора 5 залиты немагнитным токопроводящим материалом 16 электрически соединенным с токопроводящими шайбами 10-1, 10-2.For starting the proposed motor and damping the oscillations of the
Принцип действия такой обмотки (на примере конструкции первого варианта пусковой обмотки Фиг. 8) заключается в следующем: при подаче переменного питающего напряжения на статорные электрические обмотки 3 по ним потечет ток, который в магнитопроводе 2 статора 1 создаст круговое вращающееся поле, которое, пересекая неподвижный ротор 5, наведет в его токопроводящих шпильках 9-1÷9-k электродвижущую силу. С учетом того, что токопроводящие шпильки 9-1÷9-k электрически замкнуты накоротко между собой посредствам токопроводящих шайб 10-1, 10-2, это приведет к протеканию тока по токопроводящим шпилькам 9-1÷9-k и элементам токопроводящих шайб 10-1, 10-2, соединяющим их между собой. Протекание тока по токопроводящим шпилькам 9-1÷9-k приведет к появлению поля вокруг токопроводящих шпилек 9-1÷9-k. Взаимодействие полей статора 1 и ротора 5 приведет к созданию вращающего момента, и предлагаемый электродвигатель будет запущен в работу в асинхронном режиме. После втягивания ротора 5 в синхронизм линии электромагнитного поля, создаваемого электрической обмоткой 3 статора 1, будут замыкаться через листы 7-1÷7-n ферромагнитного материала пакетов полюсов 12-1÷12-f ротора 5, при этом они не пересекают токопроводящие шпильки 9-1÷9-k и соответственно в них не будет наводиться электродвижущая сила. Следовательно, в рабочем режиме в токопроводящих шпильках 9-1÷9-k не будет протекать ток, а соответственно потери в короткозамкнутой обмотке ротора 5 отсутствуют. Потери в короткозамкнутой обмотке ротора 5 будут происходить только при пуске электрической машины в ход. Для создания значительной величины пускового момента токопроводящие шпильки 9-1÷9-k должны быть выполнены из материала с повышенным удельным сопротивлением.The principle of operation of such a winding (by the example of the design of the first variant of the starting winding of Fig. 8) is as follows: when an alternating supply voltage is applied to the stator
Следует отметить, что такая пусковая обмотка ротора 5 (Фиг. 8, Фиг. 9) будет выполнять функцию и успокоительной или демпферной обмотки для успокоения электромеханических колебаний машины в динамических режимах ее работы.It should be noted that such a starting winding of the rotor 5 (Fig. 8, Fig. 9) will perform the function of a pacifying or damping winding to calm the electromechanical oscillations of the machine in dynamic modes of its operation.
На Фиг. 10 представлена конструкция синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора выполненной обращенной с внешним ротором 5 и внутренним магнитопроводом статора 2. Такая конструкция электродвигателя позволяет осуществлять непосредственную передачу вращающего момента с ротора 5 на исполнительный механизм (исполнительный орган рабочего механизма). При этом вал ротора будет представлять собой ступицу большого диаметра с расположением на нем исполнительного механизма, например гребного винта или колеса и т.д. На Фиг. 11 приведен вариант использования предложенного электромеханического преобразователя в качестве движителя подводной лодки. Следует отметить, что в такой конструкции отсутствует станина, подшипниковые щиты, а ротор 5 выполнен наборным из простых и технологичных в изготовлении пакетов полюсов 12-1÷12-f.FIG. 10 shows the design of a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor made facing the
Таким образом, предложенная конструкция синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора позволяет изготовить такую электрическую машину с любым требуемым числом пар полюсов и на любое требуемое значение мощности без применения сложных технологии и использования сложной оснастки. Предлагаемый синхронный электродвигатель с анизотропной магнитной проводимостью ротора позволяет упростить конструкцию, улучшить технологичность изготовления ротора, улучшить массо-габаритные характеристики, повысить эффективность работы и энергетические характеристики. К достоинствам предлагаемой синхронной электрической машины может быть отнесено и возможность изготовления такой электрической машины обращенной с вращающимся внешним ротором. Еще одним из достоинств предложенной конструкции является увеличение величины пускового момента за счет реализации пусковой (демпферной) обмотки.Thus, the proposed design of a synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of the rotor allows you to make such an electric machine with any desired number of pairs of poles and to any desired value of power without the use of sophisticated technology and the use of complex equipment. The proposed synchronous electric motor with anisotropic magnetic conductivity of the rotor allows to simplify the design, improve the manufacturability of the rotor, improve the mass-dimensional characteristics, improve the efficiency of work and energy performance. The advantages of the proposed synchronous electric machine can be attributed to the possibility of manufacturing such an electric machine facing with a rotating external rotor. Another of the advantages of the proposed design is an increase in the magnitude of the starting torque due to the implementation of the starting (damping) winding.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113883A RU2689319C1 (en) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | Synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of rotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113883A RU2689319C1 (en) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | Synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of rotor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2689319C1 true RU2689319C1 (en) | 2019-05-27 |
Family
ID=66637051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018113883A RU2689319C1 (en) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | Synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of rotor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2689319C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2759219C1 (en) * | 2021-04-09 | 2021-11-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Synchronous machine |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU531233A1 (en) * | 1973-11-12 | 1976-10-05 | Предприятие П/Я Г-4514 | Rotor of a synchronous jet motor |
| US20060284512A1 (en) * | 2005-06-15 | 2006-12-21 | Lg Electronics Inc. | Flux barrier type synchronous reluctance motor and rotor thereof |
| RU2541513C2 (en) * | 2013-04-23 | 2015-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") | Synchronous machine with anisotropic magnetic conductivity of rotor |
| RU2603200C1 (en) * | 2015-09-22 | 2016-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Synchronous electric motor with anisotropic magnetic conductivity of rotor |
| RU2604877C1 (en) * | 2013-04-11 | 2016-12-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Reactive motor having high rotor stability |
| US20170040854A1 (en) * | 2014-04-10 | 2017-02-09 | Moteurs Leroy-Somer | Rotor for a rotary electric machine |
| US20170222520A1 (en) * | 2014-10-13 | 2017-08-03 | Bitzer Kuehlmaschinenbau Gmbh | Compressor |
-
2018
- 2018-04-16 RU RU2018113883A patent/RU2689319C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU531233A1 (en) * | 1973-11-12 | 1976-10-05 | Предприятие П/Я Г-4514 | Rotor of a synchronous jet motor |
| US20060284512A1 (en) * | 2005-06-15 | 2006-12-21 | Lg Electronics Inc. | Flux barrier type synchronous reluctance motor and rotor thereof |
| RU2604877C1 (en) * | 2013-04-11 | 2016-12-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Reactive motor having high rotor stability |
| RU2541513C2 (en) * | 2013-04-23 | 2015-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") | Synchronous machine with anisotropic magnetic conductivity of rotor |
| US20170040854A1 (en) * | 2014-04-10 | 2017-02-09 | Moteurs Leroy-Somer | Rotor for a rotary electric machine |
| US20170222520A1 (en) * | 2014-10-13 | 2017-08-03 | Bitzer Kuehlmaschinenbau Gmbh | Compressor |
| RU2603200C1 (en) * | 2015-09-22 | 2016-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Synchronous electric motor with anisotropic magnetic conductivity of rotor |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2759219C1 (en) * | 2021-04-09 | 2021-11-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Synchronous machine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4476627B2 (en) | Electrical machine | |
| EP2377230B1 (en) | Axial flux motor and generator assemblies | |
| US4996457A (en) | Ultra-high speed permanent magnet axial gap alternator with multiple stators | |
| KR100785276B1 (en) | Permanent magnet excited transverse flux motor with out-rotor | |
| US7034422B2 (en) | Radial-axial electromagnetic flux electric motor, coaxial electromagnetic flux electric motor, and rotor for same | |
| US6639337B1 (en) | Motor/generator with multiple rotors | |
| JP2005522161A5 (en) | ||
| AU2013341043B2 (en) | An electrical machine | |
| US3535573A (en) | Direct current heteropolar electrical machines | |
| RU2541513C2 (en) | Synchronous machine with anisotropic magnetic conductivity of rotor | |
| JP2015077069A (en) | Electric generator system | |
| US8917004B2 (en) | Homopolar motor-generator | |
| TW201440389A (en) | High efficiency permanent magnet machine | |
| JPH11196558A (en) | Stator coil of rotating machine | |
| RU2689319C1 (en) | Synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of rotor | |
| RU2147155C1 (en) | Current generator | |
| RU2687080C1 (en) | Synchronous electric machine with anisotropic magnetic conductivity of rotor | |
| SE2051040A1 (en) | Winding arrangement for modulated pole machines | |
| RU2653842C1 (en) | Synchronous electric motor with anisotropic magnetic conductivity of the rotor | |
| US3444410A (en) | Alternator with multiple coil rotating field | |
| RU2146849C1 (en) | Overhung current generator | |
| RU2709788C1 (en) | Synchronous electric generator with multi-pole combined magnetic system with permanent magnets | |
| RU2775062C1 (en) | Synchronous generator | |
| RU2653844C1 (en) | Synchronous electric motor with anisotropic magnetic conductivity of the rotor | |
| RU2439770C1 (en) | Alternate current generator with combined excitation |