RU2477917C1 - Electric reducer machine with polar gear inducer - Google Patents
Electric reducer machine with polar gear inducer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2477917C1 RU2477917C1 RU2011139657/07A RU2011139657A RU2477917C1 RU 2477917 C1 RU2477917 C1 RU 2477917C1 RU 2011139657/07 A RU2011139657/07 A RU 2011139657/07A RU 2011139657 A RU2011139657 A RU 2011139657A RU 2477917 C1 RU2477917 C1 RU 2477917C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inductor
- pole
- armature
- poles
- gear
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается конструктивного исполнения синхронных электрических машин с электромагнитной редукцией и может быть использовано в прямых приводах, в системах автоматики, в качестве тяговых электрических двигателей, в механизмах с высокими моментами на валу и низкими частотами вращения вала, а также в качестве высокочастотных электрических генераторов и синхронных преобразователей частоты.The invention relates to electrical engineering, in particular to low-speed high-torque electric motors, electric drives and generators, relates to the design of synchronous electric machines with electromagnetic reduction and can be used in direct drives, in automation systems, as traction electric motors, in mechanisms with high torques shaft and low shaft rotation frequencies, as well as high-frequency electric generators and synchronous frequency converters.
Известны конструкции синхронных машин с трехфазной обмоткой якоря и обмоткой возбуждения индуктора (Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1980. Стр. 490÷513). Якорь выполняется неявнополюсным, несущим трехфазную распределенную разноименнополюсную p-периодную обмотку, индуктор выполняется явнополюсным или неявнополюсным, несущим разноименнополюсную p-периодную обмотку возбуждения. Электрическая связь с источником питания осуществляется непосредственно и при помощи щеточно-контактного узла. Наибольшее распространение получили синхронные машины, у которых обмотка якоря подключается к нагрузке (в режиме генератора) или к источнику трехфазного напряжения (в режиме двигателя) непосредственно, а обмотка возбуждения индуктора соединена с контактными кольцами и подключается к постоянному источнику напряжения через скользящие контакты при помощи щеток. Синхронные машины малой мощности могут изготавливаться и в обращенном исполнении, когда электрический контакт с обмоткой возбуждения осуществляется непосредственно, а с обмоткой якоря - через щеточно-контактный узел. Недостатком этих электрических машин является сложность выполнения распределенной обмотки якоря. Применение в этих машинах распределенной обмотки якоря снижает их надежность по сравнению с катушечной сосредоточенной обмоткой якоря. Кроме этого, синхронные машины данного класса в режиме двигателя имеют малые пусковые моменты, и для пуска их в ход применяют специальные меры.Known designs of synchronous machines with a three-phase winding of the armature and the excitation winding of the inductor (Ivanov-Smolensky A.V. Electric machines: Textbook for high schools. - M .: Energy, 1980. Pages 490 ÷ 513). The armature is carried out by an implicit pole carrying a three-phase distributed opposite pole p-period winding, the inductor is carried out by an explicit pole or non-polar pole carrying a opposite pole p-period field winding. Electrical communication with the power source is carried out directly and using a brush-contact unit. Synchronous machines are most widely used, in which the armature winding is connected to the load (in generator mode) or to a three-phase voltage source (in motor mode) directly, and the inductor excitation winding is connected to slip rings and connected to a constant voltage source through sliding contacts using brushes . Low-power synchronous machines can also be manufactured in reverse design, when electrical contact with the field winding is carried out directly, and with the armature winding through the brush-contact unit. The disadvantage of these electric machines is the difficulty of performing a distributed winding of the armature. The use of a distributed armature winding in these machines reduces their reliability compared to a concentrated coil armature winding. In addition, synchronous machines of this class in the engine mode have small starting torques, and special measures are used to start them.
Известна индукторная электрическая машина (патент RU, 2009599 С1, МПК 5 H02K 19/06, H02K 19/24, авторы: Жуловян В.В.; Новокрещенов О.И.; Шаншуров Г.А.), содержащая явнополюсный с числом полюсов Z0 зубчатый статор с многофазной катушечной обмоткой, каждая катушка которой размещена на одном полюсе статора, безобмоточный ферромагнитный зубчатый ротор и преобразователь, к которому подключена обмотка статора, статор и ротор выполнены с четными и не равными друг другу числами зубцов и каждая фаза обмотки выполнена из p встречно включенных катушек, размещенных со сдвигом на двойное полюсное деление 2·τ, где p - число четное, 2·τ=Z0/p.Known induction electric machine (patent RU, 2009599 C1, IPC 5 H02K 19/06, H02K 19/24, authors: Zhulovyan V.V .; Novokreschenov O.I .; Shanshurov G.A.), containing explicitly with the number of poles Z 0 a gear stator with a multiphase coil winding, each coil of which is located on one pole of the stator, a winding winding ferromagnetic gear rotor and a converter, to which the stator winding is connected, the stator and rotor are made with even and unequal number of teeth and each phase of the winding is made of p counterclockwise coils placed with Vig on
Известен синхронный редукторный двигатель (патент RU, 2054220 С1, МПК 6 H02K 37/00, H02K 19/06, авторы: Шевченко А.Ф.; Калужский Д.Л.), содержащий ротор с Zp зубцами и статор с 4·p полюсами (р=1, 2, 3, …), на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы по Zs зубцов на каждом полюсе, причем Zr=4·p·(Zs+K)±p (где K=0, 1, 2, … - целое число), в большие пазы между полюсами уложены катушки однофазной обмотки по одной на каждом полюсе, катушки, расположенные на одноименных полюсах с номерами, различающимися на 4, соединены последовательно "конец" с "началом" и образуют четыре ветви, "конец" первой ветви, образованной 1, 5, …, 1+4·(p-1) катушками, соединен с "началом" третьей ветви, образованной 3, 7, …, 3+4·(p-1) катушками, и точка соединения этих ветвей подключена к первому выводу обмотки, "конец" второй ветви, образованной 2, 6, …, 2+4·(p-1) катушками, соединен с "началом" четвертой ветви, образованной 4, 8, …, 4+4·(p-1) катушками и точка соединения этих ветвей через последовательно включенный конденсатор также подключена к первому выводу, а к второму выводу подключены два диода таким образом, что с анодом первого из них соединены первая и четвертая ветви, а с катодом второго диода - вторая и третья ветви.Known synchronous gear motor (patent RU, 2054220 C1, IPC 6 H02K 37/00, H02K 19/06, authors: Shevchenko AF; Kaluzhsky DL), containing a rotor with Z p teeth and a stator with 4 · p poles (p = 1, 2, 3, ...), on the inner surface of which elementary teeth are made of Z s teeth at each pole, with Z r = 4 · p · (Z s + K) ± p (where K = 0, 1, 2, ... is an integer), single-phase winding coils are placed in large grooves between the poles, one at each pole, coils located at the same poles with numbers differing by 4 are connected in series from the "end" to the "beginning" and form Four branches, the "end" of the first branch formed by 1, 5, ..., 1 + 4 · (p-1) coils, is connected to the "beginning" of the third branch formed by 3, 7, ..., 3 + 4 · (p-1 ) by coils, and the connection point of these branches is connected to the first terminal of the winding, the "end" of the second branch formed by 2, 6, ..., 2 + 4 · (p-1) coils is connected to the "beginning" of the fourth branch formed by 4, 8 , ..., 4 + 4 · (p-1) coils and the connection point of these branches through a series-connected capacitor is also connected to the first terminal, and two diodes are connected to the second terminal in such a way that they are connected to the anode of the first the first and fourth branches, and with the cathode of the second diode - the second and third branches.
Недостатком описанной индукторной электрической машины и синхронного редукторного двигателя являются невысокие энергетические показатели. Кроме этого, указанные технические устройства чаще всего выполняют с малыми воздушными зазорами, что затрудняет их изготовление при массовом (серийном) производстве.The disadvantage of the described inductor electric machine and synchronous gear motor are low energy performance. In addition, these technical devices are most often performed with small air gaps, which complicates their manufacture in mass (mass) production.
Известен принятый за прототип синхронный электродвигатель (патент RU, 2059994 С1, МПК 6 H02K 19/12, автор: Шевченко А.Ф.), содержащий статор с явно выраженными полюсами, на которых расположена m-фазная обмотка, выполненная в виде катушек, расположенных в 2·m·k равных чередующихся зонах по одной катушке на полюс, где k=1, 2, 3, …, а в каждой фазной зоне размещены n катушек, где n=2, 3, 4, …, принадлежащих одной фазе, катушки в фазных зонах, расположенные на соседних полюсах, соединены встречно, катушки в фазных зонах, расположенные через 180°/k при n - нечетном, соединены согласно, при n - четном, соединены встречно, а числа полюсов статора и ротора отличаются на 2·k, и активный ротор с чередующейся полярностью полюсов. Недостатком описанного синхронного электродвигателя является отличие числа полюсов статора и ротора только на 2·k, что уменьшает возможные применения данного устройства. Кроме того, прототип имеет меньший по сравнению с заявляемым изобретением удельный (отнесенный к массе активных материалов) момент на валу.Known adopted for the prototype synchronous electric motor (patent RU, 2059994 C1, IPC 6 H02K 19/12, author: Shevchenko AF), containing a stator with pronounced poles, on which the m-phase winding, made in the form of coils located in 2 · m · k equal alternating zones, one coil per pole, where k = 1, 2, 3, ..., and in each phase zone there are n coils, where n = 2, 3, 4, ... belonging to one phase, coils in phase zones located at adjacent poles are connected in opposite directions, coils in phase zones located at 180 ° / k with n - odd are connected according to n - even, they are connected in opposite directions, and the number of poles of the stator and rotor differ by 2 · k, and the active rotor with alternating polarity of the poles. A disadvantage of the described synchronous electric motor is the difference in the number of poles of the stator and rotor by only 2 · k, which reduces the possible applications of this device. In addition, the prototype has a lower relative to the claimed invention specific (referred to the mass of active materials) moment on the shaft.
Целью настоящего изобретения является создание новой, технологичной, надежной в эксплуатации, высокоремонтопригодной конструкции редукторной электрической машины с полюсным зубчатым индуктором.The aim of the present invention is to provide a new, technologically advanced, reliable, highly repairable design of a gear electric machine with a pole gear inductor.
Задачей настоящего изобретения является установление связи, необходимой для работоспособности машины и получения наилучших энергетических показателей, между числом явно выраженных зубчатых полюсов якоря, числом явно выраженных зубчатых полюсов индуктора, общим числом зубцов якоря, общим числом зубцов индуктора, числом элементарных зубцов на явно выраженном полюсе якоря и числом элементарных зубцов на явно выраженном зубчатом полюсе индуктора при выполнении сосредоточенной на явно выраженных полюсах якоря m-фазной катушечной обмотки якоря и индуктора с электромагнитным возбуждением, осуществляемым от источника постоянного (выпрямленного) напряжения через щетки и контактные кольца щеточно-контактного узла редукторной электрической машины с полюсным зубчатым индуктором.The objective of the present invention is to establish the connection necessary for the machine to operate and to obtain the best energy performance, between the number of pronounced toothed poles of the armature, the number of pronounced toothed poles of the inductor, the total number of teeth of the armature, the total number of teeth of the inductor, the number of elementary teeth on the pronounced pole of the armature and the number of elementary teeth on the pronounced toothed pole of the inductor when performing the armature of the m-phase coil winding concentrated on the pronounced poles and the armature and inductor with electromagnetic excitation, carried out from a constant (rectified) voltage source through the brushes and contact rings of the brush-contact assembly of the gear electric machine with a pole gear inductor.
Техническим результатом настоящего изобретения является получение высоких энергетических показателей и большого удельного вращающего момента на валу при высокой электромагнитной редукции частоты вращения в режиме электрического двигателя и при большой удельной мощности и высокой электромагнитной редукции частоты ЭДС в режиме электрического генератора, а также высоких эксплуатационных характеристик редукторной электрической машины с полюсным зубчатым индуктором.The technical result of the present invention is to obtain high energy performance and a large specific torque on the shaft with high electromagnetic speed reduction in electric motor mode and with high specific power and high electromagnetic frequency reduction of EMF in electric generator mode, as well as high performance gear electric machine with pole gear inductor.
Отличительной особенностью данного изобретения от большинства используемых синхронных индукторных электрических машин с высокой электромагнитной редукцией является конструктивное исполнение активной части индуктора, так как он имеет полюсную систему, содержащую зубчатую структуру полюсов, на которых сосредоточена катушечная обмотка индуктора, питаемая постоянным (выпрямленным) электрическим током от источника питания через щетки и контактные кольца щеточно-контактного узла, т.е. полюса индуктора так же, как и полюса якоря, имеют элементарные зубцы на поверхности, обращенной к рабочему воздушному зазору.A distinctive feature of this invention from most used synchronous inductor electric machines with high electromagnetic reduction is the design of the active part of the inductor, since it has a pole system containing a gear structure of poles, on which the coil winding of the inductor is concentrated, fed by direct (rectified) electric current from the source power supply through brushes and contact rings of the brush-contact assembly, i.e. the poles of the inductor as well as the poles of the armature have elementary teeth on the surface facing the working air gap.
С целью достижения задачи и технического результата изобретения статор содержит шихтованный сердечник якоря с явно выраженными полюсами, на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы, катушечную m-фазную обмотку якоря, каждая катушка которой размещена на соответствующем полюсе якоря по одной на полюсе, ротор содержит индуктор с симметрично расположенными по цилиндрической поверхности явно выраженными зубчатыми полюсами с одинаковым числом элементарных зубцов на каждом полюсе, на полюсах индуктора сосредоточена катушечная обмотка возбуждения индуктора, каждая катушка которой размещена на соответствующем полюсе индуктора по одной на полюсе, катушки обмотки возбуждения индуктора соединены между собой согласно в магнитном отношении, и при протекании по ним постоянного (выпрямленного) электрического тока полюса индуктора образуют чередующуюся полярность магнитных полюсов, при этом все элементарные зубцы, расположенные на соответствующем полюсе индуктора, образуют в радиальном направлении в сторону воздушного зазора элементарные магнитные полюса с той же полярностью, что и соответствующий полюс индуктора. Электрическая связь обмотки возбуждения индуктора с источником напряжения осуществляется через щетки и контактные кольца щеточно-контактного узла.In order to achieve the objective and the technical result of the invention, the stator contains a lined armature core with distinct poles, on the inner surface of which elementary teeth are made, a m-phase coil winding of the armature, each coil of which is placed on the corresponding armature pole one per pole, the rotor contains an inductor with clearly spaced toothed poles symmetrically located on the cylindrical surface with the same number of elementary teeth at each pole, the cat the augmentation coil of the inductor, each coil of which is located on the corresponding pole of the inductor one at a time on the pole, the coils of the excitation coil of the inductor are magnetically interconnected, and when a direct (rectified) electric current flows through them, the inductor poles form an alternating polarity of the magnetic poles, this all elementary teeth located on the corresponding pole of the inductor, form in the radial direction towards the air gap elementary magnetic pole with the same polarity as the corresponding pole of the inductor. The electrical connection of the field coil of the inductor with the voltage source is through brushes and slip rings of the brush-contact assembly.
При применении редукторной электрической машины с полюсным зубчатым индуктором в качестве синхронного электрического двигателя питание обмотки якоря может осуществляться:When using a gear electric machine with a pole gear inductor as a synchronous electric motor, power supply to the armature winding can be carried out:
- от m-фазного источника переменного напряжения постоянной частоты,- from an m-phase source of alternating voltage of constant frequency,
- от m-фазного источника переменного напряжения регулируемой частоты,- from an m-phase variable voltage source of adjustable frequency,
- от однофазного источника переменного напряжения при помощи фазосдвигающего элемента,- from a single-phase AC voltage source using a phase-shifting element,
- от источника постоянного напряжения посредством управляемого инвертора, подающего синусоидальное напряжение на фазы обмотки якоря в зависимости от показаний датчика углового положения ротора для достижения максимального вращающего момента.- from a constant voltage source by means of a controlled inverter supplying a sinusoidal voltage to the phases of the armature winding, depending on the readings of the rotor angular position sensor to achieve maximum torque.
При применении редукторной электрической машины с полюсным зубчатым индуктором в качестве двигателя постоянного тока питание обмотки якоря осуществляется прямоугольными импульсами напряжения от электронного коммутатора по определенному алгоритму в зависимости от показаний датчика углового положения ротора для достижения максимального вращающего момента.When using a gear electric machine with a pole gear inductor as a direct current motor, the armature winding is supplied with rectangular voltage pulses from the electronic switch according to a certain algorithm depending on the readings of the rotor angular position sensor to achieve maximum torque.
Обмотка возбуждения индуктора редукторной электрической машины с полюсным зубчатым индуктором может подключаться через контактные кольца и щетки к независимому источнику постоянного (выпрямленного) напряжения или к выходу m-фазного диодного моста, входные концы которого соединены с выходными концами фаз m-фазной обмотки якоря.The field winding of the inductor of a gear electric machine with a pole gear inductor can be connected via contact rings and brushes to an independent source of constant (rectified) voltage or to the output of the m-phase diode bridge, the input ends of which are connected to the output ends of the phases of the m-phase armature winding.
Редукторная электрическая машина с полюсным зубчатым индуктором может также работать в качестве синхронного m-фазного генератора синусоидального напряжения.A gear electric machine with a pole gear inductor can also operate as a synchronous m-phase sinusoidal voltage generator.
В соответствии с настоящим изобретением для работоспособности редукторной электрической машины с полюсным зубчатым индуктором и получения наилучших энергетических показателей при максимальном удельном моменте на валу между числом явно выраженных зубчатых полюсов якоря Z1P, числом фаз m-фазной катушечной обмотки якоря m=3, 4, 5, 6, …, числом явно выраженных зубчатых полюсов якоря в фазе Z1m, числом элементарных зубцов на явно выраженном зубчатом полюсе якоря Z1S, общим числом зубцов якоря Z1, числом явно выраженных зубчатых полюсов индуктора Z2P, числом элементарных зубцов на явно выраженном зубчатом полюсе индуктора Z2S, общим числом зубцов индуктора Z2 установлена связь, которая выражается равенствами (1), (2), (3), (4), (5):In accordance with the present invention, for the operability of a gear electric machine with a pole gear inductor and the best energy performance at the maximum specific moment on the shaft between the number of pronounced gear poles of the armature Z 1P , the number of phases of the m-phase coil winding of the armature m = 3, 4, 5 , 6, ..., the number of pronounced toothed poles of the armature in phase Z 1m , the number of elementary teeth at the pronounced toothed pole of the armature Z 1S , the total number of teeth of the armature Z 1 , the number of pronounced toothed poles of the inductor Z 2P , the number of elementary teeth on the pronounced tooth pole of the inductor Z 2S , the total number of teeth of the inductor Z 2 established a relationship, which is expressed by equalities (1), (2), (3), (4), (5):
причем число элементарных зубцов на явно выраженном зубчатом полюсе якоря равно четному натуральному числу, т.е. Z1S=2, 4, 6, 8, …, при m - нечетном, т.е. при m=3, 5, 7, 9, …, число элементарных зубцов на явно выраженном зубчатом полюсе якоря равно натуральному числу, т.е. Z1S=1, 2, 3, 4, …, при m - четном, т.е. при m=4, 6, 8, 10, …, ширина коронок элементарных зубцов явно выраженных зубчатых полюсов индуктора определяется выражением bZ2≤0,5·tZ2, где tZ2 представляет собой зубцовое деление явно выраженного зубчатого полюса индуктора в угловом измерении и определяется равенством tZ2=360°/(Z2+Z1m), ширина коронок элементарных зубцов явно выраженных зубчатых полюсов якоря определяется выражением bZ1≤0,5·tZ1, где tZ1 представляет собой зубцовое деление явно выраженного зубчатого полюса якоря в угловом измерении и определяется равенством tZ1=360/Z1.moreover, the number of elementary teeth on the pronounced toothed pole of the anchor is equal to an even natural number, i.e. Z 1S = 2, 4, 6, 8, ..., when m is odd, i.e. when m = 3, 5, 7, 9, ..., the number of elementary teeth on the pronounced toothed pole of the anchor is equal to the natural number, i.e. Z 1S = 1, 2, 3, 4, ..., when m is even, i.e. for m = 4, 6, 8, 10, ..., the width of the crowns of the elementary teeth of the pronounced toothed poles of the inductor is determined by the expression b Z2 ≤0.5 · t Z2 , where t Z2 is the tooth division of the pronounced toothed pole of the inductor in the angular dimension and is determined by the equality t Z2 = 360 ° / (Z 2 + Z 1m ), the width of the crowns of the elementary teeth of the pronounced toothed poles of the armature is determined by the expression b Z1 ≤0.5 · t Z1 , where t Z1 is the tooth division of the pronounced toothed pole of the anchor in angular measurement and is determined by the equality t Z1 = 360 / Z 1 .
Согласно изобретению за один период изменения магнитного поля якоря ротор перемещается в угловом измерении на одно зубцовое деление зубчатого полюса индуктора. Этим и достигается большая электромагнитная редукция.According to the invention, for one period of change in the magnetic field of the armature, the rotor moves in the angular dimension by one tooth division of the gear pole of the inductor. This achieves a large electromagnetic reduction.
Алгоритм построения схемы соединений обмотки якоря прост: катушки в фазе могут быть соединены между собой последовательно, параллельно, либо смешанно, но в магнитном отношении должны быть соединены встречно по порядку, начиная с той катушки фазы, которой принадлежит начало фазы, начала фаз обмотки якоря могут принадлежать любым катушкам в соответствующей фазе, фазы обмотки якоря могут быть соединены между собой «в звезду», либо «в многоугольник».The algorithm for constructing the connection diagram of the armature winding is simple: the coils in phase can be connected together in series, parallel, or mixed, but magnetically must be connected in opposite order, starting from the phase coil to which the beginning of the phase belongs, the beginning of the armature winding phases can belong to any coils in the corresponding phase, the phases of the armature winding can be interconnected “into a star” or “into a polygon”.
Катушки обмотки возбуждения могут соединяться между собой последовательно, параллельно или смешанно, но всегда должны быть соединены согласно в магнитном отношении.The field winding coils can be connected to each other in series, parallel or mixed, but must always be connected magnetically according.
В настоящем изобретении возможны различные исполнения редукторной электрической машины с полюсным зубчатым индуктором:In the present invention, various designs of a gear electric machine with a pole gear inductor are possible:
- с внешним статором и внутренним ротором;- with an external stator and an internal rotor;
- с внутренним статором и внешним ротором.- with an internal stator and an external rotor.
Сущность изобретения поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
фиг.1 и 3 - примеры реализации изобретения в виде поперечных разрезов редукторной электрической машины с полюсным зубчатым индуктором;figure 1 and 3 are examples of the invention in the form of cross sections of a gear electric machine with a pole gear inductor;
фиг.2 - пример реализации схемы соединений катушек 4-фазной обмотки якоря редукторной электрической машины с полюсным зубчатым индуктором, фазы которой соединены «в многоугольник»;figure 2 is an example of a connection diagram of coils of a 4-phase winding of the armature of a gear electric machine with a pole gear inductor, the phases of which are connected "into a polygon";
фиг.4 - пример реализации схемы соединений катушек 5-фазной обмотки якоря редукторной электрической машины с полюсным зубчатым индуктором, фазы которой соединены «в звезду»;figure 4 - an example of a connection diagram of coils of a 5-phase winding of the armature of a gear electric machine with a pole gear inductor, the phases of which are connected "to a star";
фиг.5 - общий вид с продольным разрезом редукторной электрической машины с полюсным зубчатым индуктором с внешним якорем и внутренним индуктором.figure 5 is a General view with a longitudinal section of a gear electric machine with a pole gear inductor with an external armature and an internal inductor.
На фиг.1-4 буквой и цифрой обозначены катушки многофазной обмотки якоря, расположенные на соответствующих явно выраженных полюсах якоря. Например, С3 - это катушка фазы «С», расположенная на третьем полюсе якоря. Нумерация полюсов якоря на фиг.1 и 3 осуществлена в направлении движения против часовой стрелки.In Figs. 1-4, the letters and numbers indicate the coils of the multiphase winding of the armature located at the corresponding clearly defined poles of the armature. For example, C3 is a “C” phase coil located at the third pole of the armature. The numbering of the poles of the anchor in figure 1 and 3 is carried out in the direction of movement counterclockwise.
Рассмотрим конструкцию редукторной электрической машины с полюсным зубчатым индуктором с внешним якорем и внутренним индуктором (фиг.1, 3 и 5). Перемагничиваемый с высокой частотой сердечник 2 якоря выполнен шихтованным пакетом из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью и запрессован в корпусе 1, материалом которого служит сталь или сплав алюминия. На каждом явно выраженном полюсе 3 якоря выполнены элементарные зубцы 4. На явно выраженных полюсах 3 якоря размещена катушечная m-фазная обмотка якоря, состоящая из катушек 5, сосредоточенных на соответствующих полюсах якоря по одной на каждом полюсе. Катушки m-фазной обмотки якоря выполняются из обмоточного медного провода или медной обмоточной шины. Катушки 5 в фазе могут быть соединены последовательно, если их количество не менее двух, параллельно, если их количество четное, и смешанно, если их количество четное и не менее четырех. Фазы m-фазной обмотки якоря могут быть соединены «в звезду», а также «в многоугольник». Индуктор при помощи подшипников 72, вала 6 и подшипниковых щитов 11 позиционирован относительно якоря. Вал 6 выполнен из стали. На вал 6 напрессован сердечник 7 индуктора с симметрично расположенными по цилиндрической поверхности явно выраженными зубчатыми полюсами 8 индуктора, который может быть выполнен шихтованным из электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью и может быть выполнен из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью с отъемными полюсами или с отъемными зубчатыми наконечниками полюсов. На каждом полюсе 8 индуктора выполнены элементарные зубцы 9 с одинаковым числом элементарных зубцов на каждом полюсе. На полюсах индуктора сосредоточена катушечная обмотка возбуждения индуктора, каждая катушка 10 которой размещена на соответствующем полюсе 8 индуктора по одной на полюсе, катушки 10 обмотки возбуждения индуктора могут быть соединены между собой последовательно, параллельно и при наличии четырех и более четных катушек - смешанно, но всегда согласно в магнитном отношении. Электрическая связь обмотки возбуждения индуктора с источником напряжения осуществляется через щетки 14 и контактные кольца 13 щеточно-контактного узла. Контактные кольца 13 электрически изолированы от вала 6.Consider the design of a gear electric machine with a pole gear inductor with an external armature and an internal inductor (figures 1, 3 and 5).
Редукторная электрическая машина с полюсным зубчатым индуктором работает в двигательном и генераторном режимах.The gear electric machine with a pole gear inductor operates in motor and generator modes.
Рассмотрим двигательный режим (фиг.1, 3 и 5). На обмотку возбуждения индуктора через щетки и контактные кольца подают постоянное (выпрямленное) напряжение, по обмотке возбуждения индуктора протекает постоянный (выпрямленный) электрический ток, создающий постоянное магнитное поле индуктора с постоянной во времени МДС индуктора и постоянным магнитным потоком индуктора. Так как катушки 10 обмотки возбуждения индуктора соединены между собой согласно в магнитном отношении, то при протекании по ним постоянного (выпрямленного) электрического тока полюса 8 индуктора образуют чередующуюся полярность магнитных полюсов, при этом все элементарные зубцы 9, расположенные на соответствующем полюсе 8 индуктора, образуют в радиальном направлении в сторону воздушного зазора элементарные магнитные полюса с той же полярностью, что и соответствующий полюс 8 индуктора. Постоянный магнитный поток выходит из северных «N» полюсов 8 индуктора, проходит через элементарные зубцы 9 полюсов 8 индуктора в радиальном направлении, воздушный зазор между индуктором и якорем, элементарные зубцы 4 полюсов 3 якоря и полюса 3 якоря, расположенные напротив северных «N» полюсов 8 индуктора, сердечник 2 якоря в тангенциальном направлении, полюса 3 якоря, расположенные напротив южных «S» полюсов 8 индуктора, и элементарные зубцы 4 полюсов 3 якоря в радиальном направлении, воздушный зазор между якорем и индуктором, элементарные зубцы 9 южных «S» полюсов 8 индуктора и южные «S» полюса 8 индуктора, замыкаясь через сердечник 7 индуктора. На фазы m-фазной обмотки якоря подают переменное напряжение, по обмотке якоря протекает переменный электрический ток, создающий переменное вращающееся магнитное поле якоря. При этом образуется переменная во времени МДС якоря и переменный во времени магнитный поток якоря. Элементарные зубцы 4 соответствующих явно выраженных полюсов 3 якоря, на которых расположены катушки 5 обмотки якоря, намагничиваются и образуют южные «S» элементарные магнитные полюса и северные «N» элементарные магнитные полюса, которые меняют свою магнитную полярность в зависимости от направления фазных токов, протекающих по катушкам 5. Вследствие взаимодействия переменного магнитного поля якоря с постоянным магнитным полем индуктора к ротору приложен однонаправленный в течение всего времени работы электрического двигателя вращающий момент. Так как согласно изобретению одному периоду изменения магнитного поля якоря соответствует перемещение ротора на одно зубцовое деление зубчатого полюса индуктора, то при изменении питающих m-фазных напряжений, поданных на m-фазную обмотку якоря с частотой f (Гц), ротор вращается с синхронной частотой вращения n=60·f/(Z2+Z1m) об/мин.Consider the motor mode (figures 1, 3 and 5). A constant (rectified) voltage is supplied to the inductor's excitation winding through brushes and contact rings, a constant (rectified) electric current flows through the induction winding of the inductor, creating a constant magnetic field of the inductor with a time-constant MDF of the inductor and a constant magnetic flux of the inductor. Since the
Направление вращения ротора на фигурах показано стрелкой с буквой «n». Ротор вращается в сторону, противоположную вращению магнитного поля якоря. Для изменения направления вращения ротора необходимо изменить направление чередования фаз обмотки якоря в противоположную сторону относительно какой-либо из фаз.The direction of rotation of the rotor in the figures shown by an arrow with the letter "n". The rotor rotates in the direction opposite to the rotation of the magnetic field of the armature. To change the direction of rotation of the rotor, it is necessary to change the direction of the alternation of the phases of the armature winding in the opposite direction relative to any of the phases.
Рассмотрим генераторный режим (фиг.1, 3 и 5). От источника питания на обмотку возбуждения индуктора через щетки и контактные кольца подают постоянное (выпрямленное) напряжение, по обмотке возбуждения индуктора протекает постоянный (выпрямленный) электрический ток, создающий постоянное магнитное поле индуктора с постоянной во времени МДС индуктора и постоянным магнитным потоком индуктора. При вращении ротора сторонним источником момента с частотой вращения n постоянный магнитный поток индуктора пронизывает воздушный зазор и явно выраженные полюса 3 якоря. При этом за счет того, что полюса 8 индуктора и полюса 3 якоря выполнены зубчатыми, в полюсах 3 якоря происходит пульсация магнитного потока от его максимального значения до минимального. Пульсирующий с высокой частотой в полюсах 3 якоря магнитный поток является переменным, он наводит в катушках m-фазной обмотки якоря переменную во времени ЭДС. Если внешняя цепь - цепь нагрузки замкнута, то под действием этой ЭДС по m-фазной обмотке якоря будет протекать переменный электрический ток, электрическая мощность будет отдаваться потребителю.Consider the generator mode (figures 1, 3 and 5). A constant (rectified) voltage is supplied from the power source to the induction winding of the inductor through brushes and contact rings, a constant (rectified) electric current flows through the induction winding of the inductor, which creates a constant magnetic field of the inductor with a time-constant MDF of the inductor and a constant magnetic flux of the inductor. When the rotor rotates with an external source of torque with a rotation frequency n, the constant magnetic flux of the inductor penetrates the air gap and the
Следует отметить, что чем выше глубина пульсации магнитного потока в полюсах якоря при прочих равных условиях, тем выше энергетические показатели электрической машины. Глубина пульсации магнитного потока зависит от отношения ширины элементарных зубцов полюсов индуктора и якоря к величине рабочего воздушного зазора. Чем выше эти показатели, тем выше глубина пульсации проводимости рабочего воздушного зазора, а следовательно, и магнитного потока.It should be noted that the higher the depth of pulsation of the magnetic flux at the poles of the armature, ceteris paribus, the higher the energy performance of an electric machine. The depth of pulsation of the magnetic flux depends on the ratio of the width of the elementary teeth of the poles of the inductor and the armature to the size of the working air gap. The higher these indicators, the higher the depth of the pulsation of the conductivity of the working air gap, and therefore the magnetic flux.
За счет того, что явно выраженные полюса якоря и полюса индуктора выполнены зубчатыми, можно получать переменную ЭДС высокой частоты при сравнительно небольших частотах вращения ротора в генераторном режиме и очень низкие частоты вращения ротора (до нескольких оборотов в минуту и ниже) с очень высокими показателями вращающего момента в двигательном режиме редукторной электрической машины с полюсным зубчатым индуктором.Due to the fact that the pronounced poles of the armature and the poles of the inductor are serrated, it is possible to obtain a variable EMF of high frequency at relatively low rotor speeds in the generator mode and very low rotor speeds (up to several revolutions per minute and lower) with very high rotational speeds torque in the motor mode of a gear electric machine with a pole gear inductor.
Claims (7)
причем число элементарных зубцов на явно выраженном зубчатом полюсе якоря равно четному натуральному числу, т.е. Z1S=2, 4, 6, 8, … при m - нечетном, т.е. при m=3, 5, 7, 9, …, число элементарных зубцов на явно выраженном зубчатом полюсе якоря равно натуральному числу, т.е. Z1S=1, 2, 3, 4,… при m-четном, т.е. при m=4, 6, 8, 10, …, ширина коронок элементарных зубцов явно выраженных зубчатых полюсов индуктора определяется выражением: bZ2≤0,5·tZ2, где tZ2 представляет собой зубцовое деление явно выраженного зубчатого полюса индуктора в угловом измерении и определяется равенством: tZ2=360°/(Z2+Z1m), ширина коронок элементарных зубцов явно выраженных зубчатых полюсов якоря определяется выражением: bz1≤0,5·tZ1, где tZ1 представляет собой зубцовое деление явно выраженного зубчатого полюса якоря в угловом измерении и определяется равенством: tZ1=360/Z1.1. Electric gear machine with a pole gear inductor, comprising a stator with distinct poles and a concentrated m-phase winding of the armature, made in the form of coils spanning the armature poles one coil per pole, and an active rotor with alternating pole polarity, characterized in that the stator comprises a lamination of the armature core with salient poles on inner surfaces of which are located the elementary teeth on Z 1S teeth on each pole, the rotor comprising an inductor with symmetrically distributed over the of the cylindrical surface with pronounced serrated poles with the same number of elementary teeth at each pole, the inductor excitation coil is concentrated on the poles of the inductor, each coil of which is placed on the corresponding pole of the inductor one at a pole, the inductor coils of the inductor are magnetically connected to each other, electric The coupling of the field coil of the inductor with the voltage source is carried out through brushes and contact rings of the brush-contact assembly, between scrap express toothed pole armature Z 1P, the number of phases m-phase coil winding the armature m = 3, 4, 5, 6, ..., the number express toothed armature poles in phase Z 1m, the number of elementary teeth on the express toothed pole armature Z 1S , the total number of teeth of the anchor Z 1 , the number of pronounced toothed poles of the inductor Z 2P , the number of elementary teeth on the pronounced toothed pole of the inductor Z 2S , the total number of teeth of the inductor Z 2 established the relationship, which is expressed by equalities (1), (2), (3), (4), (5):
moreover, the number of elementary teeth on the pronounced toothed pole of the anchor is equal to an even natural number, i.e. Z 1S = 2, 4, 6, 8, ... when m is odd, i.e. when m = 3, 5, 7, 9, ..., the number of elementary teeth on the pronounced toothed pole of the anchor is equal to the natural number, i.e. Z 1S = 1, 2, 3, 4, ... for m-even, i.e. for m = 4, 6, 8, 10, ..., the width of the crowns of elementary teeth of the pronounced toothed poles of the inductor is determined by the expression: b Z2 ≤0.5 · t Z2 , where t Z2 is the tooth division of the pronounced toothed pole of the inductor in angular measurement and is determined by the equality: t Z2 = 360 ° / (Z 2 + Z 1m ), the width of the crowns of the elementary teeth of the pronounced toothed poles of the armature is determined by the expression: b z1 ≤0.5 · t Z1 , where t Z1 is the tooth division of the pronounced toothed the pole of the anchor in the angular dimension and is determined by the equality: t Z1 = 360 / Z 1 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011139657/07A RU2477917C1 (en) | 2011-09-30 | 2011-09-30 | Electric reducer machine with polar gear inducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011139657/07A RU2477917C1 (en) | 2011-09-30 | 2011-09-30 | Electric reducer machine with polar gear inducer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2477917C1 true RU2477917C1 (en) | 2013-03-20 |
Family
ID=49124463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011139657/07A RU2477917C1 (en) | 2011-09-30 | 2011-09-30 | Electric reducer machine with polar gear inducer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2477917C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2544835C1 (en) * | 2013-08-23 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Synchronous motor with magnet gear reduction |
| RU2557252C2 (en) * | 2013-12-18 | 2015-07-20 | Александр Григорьевич Емельянов | General-purpose electrical machine |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3535604A (en) * | 1968-06-14 | 1970-10-20 | Superior Electric Co | Electric stepping motor |
| DE2522267A1 (en) * | 1974-05-22 | 1975-11-27 | Pont A Mousson | SYNCHRONOUS MOTOR WITH CHANGEABLE MAGNETIC RESISTOR |
| SU1674312A1 (en) * | 1988-02-22 | 1991-08-30 | Воронежский сельскохозяйственный институт им.К.Д.Глинки | Synchronous reduction motor |
| SU1737643A1 (en) * | 1989-06-26 | 1992-05-30 | Воронежский сельскохозяйственный институт им.К.Д.Глинки | Three-phase synchronous reduction-gear motor |
| RU2009599C1 (en) * | 1992-02-19 | 1994-03-15 | Новосибирский государственный технический университет | Magneto-generator |
| RU2044384C1 (en) * | 1992-02-24 | 1995-09-20 | Куракин Александр Сергеевич | Geared synchronous motor |
| RU2054220C1 (en) * | 1991-01-15 | 1996-02-10 | Новосибирский государственный технический университет | Geared synchronous motor |
| RU2059994C1 (en) * | 1986-03-17 | 1996-05-10 | Новосибирский государственный технический университет | Synchronous motor |
| JPH10136607A (en) * | 1996-10-30 | 1998-05-22 | Tokyo Parts Ind Co Ltd | Shaft-fixed flat geared motor |
| RU2303849C1 (en) * | 2005-11-01 | 2007-07-27 | Василий Васильевич Шкондин | Commutatorless permanent-magnet synchronous generator |
-
2011
- 2011-09-30 RU RU2011139657/07A patent/RU2477917C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3535604A (en) * | 1968-06-14 | 1970-10-20 | Superior Electric Co | Electric stepping motor |
| DE2522267A1 (en) * | 1974-05-22 | 1975-11-27 | Pont A Mousson | SYNCHRONOUS MOTOR WITH CHANGEABLE MAGNETIC RESISTOR |
| RU2059994C1 (en) * | 1986-03-17 | 1996-05-10 | Новосибирский государственный технический университет | Synchronous motor |
| SU1674312A1 (en) * | 1988-02-22 | 1991-08-30 | Воронежский сельскохозяйственный институт им.К.Д.Глинки | Synchronous reduction motor |
| SU1737643A1 (en) * | 1989-06-26 | 1992-05-30 | Воронежский сельскохозяйственный институт им.К.Д.Глинки | Three-phase synchronous reduction-gear motor |
| RU2054220C1 (en) * | 1991-01-15 | 1996-02-10 | Новосибирский государственный технический университет | Geared synchronous motor |
| RU2009599C1 (en) * | 1992-02-19 | 1994-03-15 | Новосибирский государственный технический университет | Magneto-generator |
| RU2044384C1 (en) * | 1992-02-24 | 1995-09-20 | Куракин Александр Сергеевич | Geared synchronous motor |
| JPH10136607A (en) * | 1996-10-30 | 1998-05-22 | Tokyo Parts Ind Co Ltd | Shaft-fixed flat geared motor |
| RU2303849C1 (en) * | 2005-11-01 | 2007-07-27 | Василий Васильевич Шкондин | Commutatorless permanent-magnet synchronous generator |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ИВАНОВ-СМОЛЕНСКИЙ А.В. Электрические машины: Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1980, с.490-513. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2544835C1 (en) * | 2013-08-23 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Synchronous motor with magnet gear reduction |
| RU2557252C2 (en) * | 2013-12-18 | 2015-07-20 | Александр Григорьевич Емельянов | General-purpose electrical machine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zulu et al. | Topologies for wound-field three-phase segmented-rotor flux-switching machines | |
| RU2390086C1 (en) | Contactless reductor electric machine with combined excitation | |
| RU2407135C2 (en) | Contactless reducer electromagnetic machine | |
| RU2437201C1 (en) | Non-contact electric machine with axial excitation | |
| RU2477917C1 (en) | Electric reducer machine with polar gear inducer | |
| RU2437202C1 (en) | Non-contact magnetoelectric machine with axial excitation | |
| RU2478250C1 (en) | Reduction magnetoelectric machine with pole gear-type inductor | |
| RU2414039C1 (en) | Modular synchronous electric machine | |
| RU2392723C1 (en) | Contactless reductor magnetoelectric machine with pole geared inductor | |
| RU2416858C1 (en) | Electric reduction machine with salient-pole armature | |
| RU2437200C1 (en) | Non-contact reduction machine with axial excitation | |
| RU2412519C1 (en) | Reluctance machine | |
| RU2414793C1 (en) | Non-contact modular magnetoelectric machine | |
| RU2437198C1 (en) | Electric reduction machine with axial excitation | |
| RU2414791C1 (en) | Modular electrical machine | |
| RU2416860C1 (en) | Non-contact magnetic electric reduction machine with salient-pole armature | |
| RU2393614C1 (en) | Electric reducer machine with polar gear inducer | |
| RU2499344C1 (en) | Synchronous electric motor | |
| WO2009051515A1 (en) | Synchronous electrical machine | |
| RU2407134C2 (en) | Contactless reducer electric machine with electromagnet excitation | |
| RU2414792C1 (en) | Non-contact magnetic electric machine with modulated magnetomotive force of armature | |
| RU2437203C1 (en) | Non-contact reduction magnetoelectric machine with axial excitation | |
| RU2414794C1 (en) | Non-contact modular synchronous magnetoelectric machine | |
| RU2414040C1 (en) | Non-contact synchronous magnetic electric machine with modulated magnetomotive force of armature | |
| RU2414790C1 (en) | Synchronous electric machine with modulated magnetomotive force of armature |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131001 |