SU762100A1 - Electric motor - Google Patents
Electric motor Download PDFInfo
- Publication number
- SU762100A1 SU762100A1 SU782677517A SU2677517A SU762100A1 SU 762100 A1 SU762100 A1 SU 762100A1 SU 782677517 A SU782677517 A SU 782677517A SU 2677517 A SU2677517 A SU 2677517A SU 762100 A1 SU762100 A1 SU 762100A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- rotor
- stator
- pole
- electric motor
- windings
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Brushless Motors (AREA)
Description
Изобретение относится к электроприводам, более конкретно к электрическим машинам с бесконтактной коммутацией.The invention relates to electric drives, more specifically to electric machines with contactless switching.
Известны вентильные электродвигате— ли, статор которых содержит П-образные в аксиальной плоскости магнитопро- 5 воды, на которых расположены секции обмотки якоря [1]. Ротор этого электродвигателя вращается в подшипниках..Known electric motors whether valve, which comprises a stator U-shaped in the axial plane magnitopro- water 5 on which there are sections of the armature winding [1]. The rotor of this electric motor rotates in bearings ..
•Известны также электродвигатели с вентильной коммутацией, в которых функ- ,0 ции двигателя совмещены с функциями системы электрома гнитного подвеса ротора [23. Этот электродвигатель по технической сущности наиболее близок к предложенному электродвигателю. Он содержит статор с П-образными в аксиальной плоскости магнитопроводами, в полюсных выступах которых закреплены постоянные магниты, и помещенными на м них катушками, соединенными в секции и подключенными к источнику питания через вентильный коммутатор, и ротор, активная часть которого выполнена в виде• also known motors with switching gate, which functions, 0 tion engine combined with features electromechanical system gnitnogo suspension rotor [23. This motor is technically closest to the proposed motor. It comprises a stator with a U-shaped magnetic cores in the axial plane in which pole protrusions are fixed permanent magnets, and m are placed on the coils connected in sections, and connected to a power source through a switch valve, and a rotor, the active part of which is in the form
22
ферромагнитных сегментов, разделенных немагнитными промежутками. В пазах ферромагнитных сегментов также помещены постоянные магниты, причем постоянные магниты ротора и статора обращены друг к другу одноименными полюсами. Функционально устройство объединяет в себе электродвигатель с вентильной коммутацией и систему подвеса ротора с использованием электромагнитных сил отталкивания. Его достоинством является простота и надежность, поскольку система подвеса ротора устойчива без применения внешних устройств автоматического регулирования величины воздушного зазора.ferromagnetic segments separated by non-magnetic gaps. Permanent magnets are also placed in the grooves of the ferromagnetic segments, with the permanent magnets of the rotor and stator facing each other with like poles. Functionally, the device combines a valve-switched electric motor and a rotor suspension system using electromagnetic repulsive forces. Its advantage is simplicity and reliability, since the rotor suspension system is stable without the use of external devices for automatic control of the air gap size.
Основным недостатком этого электродвигателя является малая величина крутящего момента, поскольку он определяется разностью касательных составляющих электромагнитных усилий, действующих , на ротор в отдельных его зонах. В некоторых случаях может оказаться недостаточной жесткость подвеса, поскольку цент3 762100 4The main disadvantage of this electric motor is the small amount of torque, since it is determined by the difference of the tangential components of the electromagnetic forces acting on the rotor in its individual zones. In some cases, the rigidity of the suspension may be insufficient, since the centr 762100 4
рирующее'усилие, действующее на ротор при изменениях зазора, определяется разностью радиальных электромагнитных сил отталкивания, действующих в диаметрально противоположных зонах.The force acting on the rotor with changes in the gap is determined by the difference in radial electromagnetic repulsive forces acting in diametrically opposite zones.
Целью изобретения является увеличение вращающего момента и улучшение качества электромагнитного подвеса ротора.The aim of the invention is to increase the torque and improve the quality of the electromagnetic suspension of the rotor.
Это достигается тем, что у . электродвигателя, содержащего ротор и статор С магнитопроводом, выполненным в виде равномерно распределенных по окружности аксиальных ферромагнитных пакетов с размещенными на них обмотками, подключенными к источнику питания че0ё^'ёёнтйльный коммутатор,- управляемый Датчиком углового положения, ротор содержит две переменно-полюсные системы возбуждения со сдвигом осей полюсов по окружности ротора на величину полюсного деления, сдвинутые относительно · Друг Друга в осевом направлении, гак что их внешние поверхности рйсположены напротив полюсных выступов аксиальных феррома гнитных пакетов статора. Магниты указанных двух систем возбуж" дения, оси которых находятся в одной аксиальной плоскости, обращены к поверхности ротора своими разноименными полюсами и образуют переменно-полюсную ак-. сиальную систему возбуждения.' Вентильный коммутатор двигателя может состоять из отдельных звеньев, каждое из которых является реверсивным усилителем мощности, с нагрузкой в виде одной из обмоток статора, так что общее чис-: ..ло звеньев равно числу указанных обмоток, причем управляющие цепизвенЁ'ёв коммутатора соединены с выходом общего датчика углового положения ротора и с выходом одного из датчиков величины зазора между ротором и статором, равномерно размещенных по окружности статора. - Такое электромеханическое устройство: функционально объединяет в себе электродвигательс вентильнойкоммутацией и систему электромагнитного подвеса ротора. Возникающие в системе электромагнитные усилия имеют радиальные составляющие, используемые для работы системы подвеса, и Касательные Составляющие, создающие крутящий момент электродвигателя, причем радиальные и касательные составляющие могут регулироваться по величине !и направлению независимо и. с минимальным взаимным влиянием.This is achieved by having y. electric motor containing a rotor and a stator With a magnetic core, made in the form of axial ferromagnetic packages evenly distributed around the circumference with windings placed on them connected to a power source, a black switch is controlled by an Angular Position Sensor, the rotor contains two alternating-pole excitation systems with by shifting the axes of the poles around the circumference of the rotor by the magnitude of the pole division, shifted relative to each other in the axial direction, so that their outer surfaces are located opposite in the pole protrusions of the axial ferroma of the stator package in the stump. The magnets of these two excitation systems, whose axes are in the same axial plane, face the rotor surface with their opposite poles and form an alternating pole axial excitation system. The motor valve switch can consist of separate links, each of which is a reversible power amplifier, with a load in the form of one of the stator windings, so that the total number of: ... links is equal to the number of specified windings, and the switch control circuits are connected to the output. common rotor angular position sensor and with the output of one of the sensors of the gap between the rotor and the stator, evenly placed around the stator circumference. - Such an electromechanical device: functionally combines vigatels ventilnoykommutatsiey and system electromagnetic rotor suspension. The resulting system electromagnetic forces have radial components, used for operation of the suspension system, and the tangential component, creating the torque of the electric motor, the radial and tangential components can be adjusted in size! and direction independently and. with a minimum of mutual influence.
10ten
1515
2020
30thirty
3535
5050
5555
2525
4040
4545
На фиг. 1 изображен предложенный электродвигатель, поперечный разрез; на фиг. 2 - то же продольный разрез; на фиг. 3 - конструктивный вариант, при котором обеспечивается устойчивость подвеса ротора при его осевых смещениях; на фиг. 4 - линейная развертка ротора и статора; на фиг. 5, 6, 7 - принцип силового взаимодействия элементов статора и ротора с учетом токов в обмотί ках статора; на фиг. 8 - функциональная : . схема электродвигателя с вентильным коммутатором.FIG. 1 shows the proposed electric motor, a cross-section; in fig. 2 - the same longitudinal section; in fig. 3 - constructive option, which ensures the stability of the suspension of the rotor at its axial displacements; in fig. 4 - linear scan of the rotor and stator; in fig. 5, 6, 7 - the principle of force interaction between the elements of the stator and the rotor taking into account the currents in the stator windings; in fig. 8 - functional:. motor circuit with valve switch.
Активная часть статора электродвигателя состоит из магнитопровода, пред— ставляющего собой систему аксиальных ферромагнитных пакетов 1 (фиг. 1-7), например, П-или С~образной формы, равномерно распределенных по окружности статора, и из обмоток 2 статора (фиг. 1-7), выполненных в виде катушек. Ротор 3 электродвигателя (фиг. 1-7) содержит две переменно-полюсные системы возбуждения с использованием постоянных магнитов.The active part of the stator of an electric motor consists of a magnetic core, representing a system of axial ferromagnetic packages 1 (Fig. 1-7), for example, P-type or C-shaped, uniformly distributed around the stator circumference, and of the stator windings 2 (Fig. 1 -7), made in the form of coils. The rotor 3 of the electric motor (Fig. 1-7) contains two alternating-pole excitation systems using permanent magnets.
На фиг. 1 изображен электродвигатель в четырехполюсном исполнении, так что величина полюсного деления составляет в данном случае 90 град. Электродвигатель имеет две такие системы возбуждения (фиг. 2), сдвинутые относительно друг друга в осевом направлении, так . что их внешние цилиндрические поверхности расположены напротив полюсных : * выступов ферромагнитных пакетов ί статора. Магнитные оси каждой пары полюсов двух систем возбуждение лежат в ' : одной аксиальной плоскости, как это показано на фиг. 2, но эти полюса имеют различную полярность. Таким образом, магнитные силовые линии двух систем возбуждения могут замыкаться как. в плоскостях, перпендикулярных оси вращения ротора, так и преимущественно в аксиальных плоскостях, проходящих через ось вращения (поскольку длина средней силовой линии в аксиальном направлении меньше, причеМ эта длина не зависит от числа полюсов систем возбуждения). Конструктивно ротор может быть выполнен, например, в виде ферромагнитной втулки, во внешних пазах которой закреплены постоянные магниты соответствующей полярности, желательно с высоким значением коэрцитивной силы. Та· ким образом, в· пределах полюсного деления ΐ- к одному торцу ротора примыкают, например, постоянные магниты,FIG. 1 shows a four-pole electric motor, so that the magnitude of the pole division in this case is 90 degrees. The electric motor has two such systems of excitation (Fig. 2), shifted relative to each other in the axial direction, so. that their outer cylindrical surfaces are opposite the pole : * protrusions of the ferromagnetic stator packages. The magnetic axes of each pair of poles of the two excitation systems lie in the ' : one axial plane, as shown in FIG. 2, but these poles have different polarity. Thus, the magnetic field lines of the two excitation systems can close as. in planes perpendicular to the axis of rotation of the rotor, and mainly in axial planes passing through the axis of rotation (since the length of the average line of force in the axial direction is less, and this length does not depend on the number of poles of the excitation systems). Structurally, the rotor can be made, for example, in the form of a ferromagnetic sleeve, in the external grooves of which there are fixed magnets of the corresponding polarity, preferably with a high value of the coercive force. · Ta Kim, in · the pole pitch within ΐ - one end of the rotor adjacent, for example, permanent magnets,
, обращение к внутренней поверхности ста5 7621(, reference to the inner surface of ST5 7621 (
тора своими северными, к другому торну - своими южными полюсами.torus with its north, to the other torn - with its south poles.
Двиг атель, изображенный на фиг. 1 и 2, не обеспечивает устойчивость подвеса ротора при его осевых смещениях, 5 так как возникают усилия, стремящиеся вытолкнуть ротор из статора. Для обеспечения осевой устойчивости можно применить две аналогичные магнитные системы статора и соответственно две сис- ю темы ротора, закрепленные на общем основании 4 (фиг. 3), при условии, что их рабочие поверхности наклонены по отношению к торцовой поверхности ротора под некоторым углом об , не равным 15The motor shown in FIG. 1 and 2, does not ensure the stability of the rotor suspension with its axial displacements, 5 since there are forces that tend to push the rotor out of the stator. To ensure axial stability, you can use two similar magnetic systems of the stator and, accordingly, two rotor systems fixed on a common base 4 (Fig. 3), provided that their working surfaces are inclined relative to the end surface of the rotor at an angle about not equal to 15
нулю или 90 град. Такой конструктивный вариант обеспечивает устойчивость подвеса при радиальных и осевых смещениях ротора.zero or 90 degrees Such a constructive option ensures the stability of the suspension with radial and axial displacements of the rotor.
Обмотки 2 статора могут быть объе- 20 динены в секции, как эго показано на фиг. 4 (соединение выводов обмоток 2 между собой показаны пунктиром). Секция представляет собой последовательное соединение обмоток 2, помещенных на маг- 25 нитопроводах, отстоящих друг от друга на расстоянии, равном полюсному целению ί" . Общее число обмоток 2 (и маг— нитопровоцов) равно произведению числа полюсов на число секций обмотки статора, зо На фиг. 4 показана одна из секций, остальные выполнены совершенно аналогично. Секции включены в схему вентильного коммутатора, управляемою датчиком углового положения ротора (на фиг. 1, 35 The stator windings 2 may be integrated into sections, as shown in FIG. 4 (connection of the leads of the windings 2 among themselves is shown by a dotted line). A section is a series connection of windings 2 placed on magnetic wires, separated from each other at a distance equal to pole aiming ению ". The total number of windings 2 (and magnetic wires) is equal to the product of the number of poles and the number of stator winding sections Fig. 4 shows one of the sections, the rest are made quite similarly. The sections are included in the circuit of the valve switch, controlled by the rotor angle position sensor (in Fig. 1, 35
2, 3 не показан).2, 3 not shown).
^Однако возможен и более предпочтитетельный вариант конструкции, в котором отдельные обмотки 2 не объединяются в секции, а каждая из них в отдельности ад включается в качестве нагрузки в соответствующее звено вентильного коммутатора. Такое звено представляет собой реверсивный усилитель мощности, обеспечивающий регулирование величины тока в обмотке н Изменение его направления (например дифференциальная или мостовая схема на тиристорах или транзисторах с питанием от источника постоянного тока или от источника переменного тока с вы- 50 прямлением).^ However, a more preferable version of the design is possible, in which the individual windings 2 are not combined in sections, and each of them separately hell is included as a load in the corresponding link of the valve switch. Such unit represents a reverse power amplifier which provides current control magnitude in the winding n Changing its direction (for example differential or bridge circuit for thyristors or transistors powered from a DC source or an AC source 50 You are a straightening).
На фиг. 8 представлена функциональная схема устройства, соответствующая электродвигателю в четырехполюсном исполнении, имеющему на статоре шестнадцать ферромагнитных пакетов 1 и0 следовательно, шестнадцать обмоток, по четыре в пределах каждого полюсного целения.FIG. 8 shows a functional diagram of the device corresponding to a four-pole electric motor, having sixteen ferromagnetic packets 1 and 0 on the stator, therefore sixteen windings, four within each pole target.
X) 6X) 6
На схеме введены следующие обозначения: 5 — датчик углового положения ротора, например, трансформаторного типа, при этом число выходов равно числу пакетов 1 или обмоток 2 в пределах одного полюсного деления; 6, 7, 8, 9 датчики величины воздушного зазора между ротором и статором (индуктивные, резонансные, емкостные или' какие-либо другие; в данном случае ик число равно числу полюсов системы возбуждения и установлены они равномерно по окружности статора на расстоянии, равном полюсному делению., ΐ ; на фиг. 1, 2, 3 не показаны); 10-25 - звенья вентильного коммутатора с нагрузкой в виде одной из обмоток статора.The following notation is entered in the diagram: 5 - a rotor angular position sensor, for example, of a transformer type, the number of outputs being equal to the number of packages 1 or windings 2 within one pole division; 6, 7, 8, 9 sensors for the size of the air gap between the rotor and the stator (inductive, resonant, capacitive or any other; in this case, the number is equal to the number of poles of the excitation system and they are installed uniformly around the stator circumference at a distance equal to the pole the division., ΐ; in Fig. 1, 2, 3 not shown); 10-25 - parts of the valve switch with a load in the form of one of the stator windings.
Управляющая цепь любого вентильного коммутатора соединена с одним из выходов датчика углового положения ротора и с выходом одного из датчиков зазора. При этом каждый из выходов датчика углового положения ротора управляет одновременно всеми звеньями коммутатора, нагрузкой которых служат обмотки 2 статора, отстоящие друг от друга на величину полюсного деления, ΐ , например звеньями 10, 14, 18, 22. Каждый же датчик зазора управляет · звеньями коммутатора, нагрузкой которых являются обмотки, помещенные на ферромагнитных пакетах, расположенных подряд по дуге окружности статора, равной полюсному делению, в пределах которой помещен и соответствующий датчик зазора. Например, датчик 6 управляет звеньями 10, 11, 12, 13 коммутатора.The control circuit of any valve switch is connected to one of the outputs of the rotor angular position sensor and to the output of one of the gap sensors. Each of the outputs of the rotor angular position sensor controls simultaneously all links of the switch, the loads of which are used for the windings 2 of the stator spaced from each other by the magnitude of pole division, ΐ, for example, links 10, 14, 18, 22. Each gap sensor controls the links the switch, the load of which is the windings placed on the ferromagnetic packets arranged in a row along the arc of the stator circumference equal to the pole division, within which the corresponding gap sensor is also placed. For example, sensor 6 controls links 10, 11, 12, 13 of the switch.
Электродвигатель работает следующим образом.The motor works as follows.
Выполненные из магнитомягкого материала пакеты 1 с обмотками 2 представляют собой электромагниты, взаимодействующие с постоянными магнитами ротора. Если обмотки 2 объединены в секции, то направление тока в обмотках секций в каждый момент таково, что две соседние обмотки, отстоящие друг от друга на расстойнии, равном ь , создают аксиальные намагничивающиеMade of magnetic material packages 1 with windings 2 are electromagnets that interact with the permanent magnets of the rotor. If the windings 2 are combined into sections, then the direction of the current in the windings of the sections at each moment is such that two adjacent windings separated from each other at a distance, equal to ь, create axial magnetizing
силы (н. с.) взаимно противоположных направлений. Направления н. с. показаны на фиг. 4 в пределах сечений пакетов 1 внутри кружков, а направление тока - стрелкой. Аналогично включены обмотки остальных секций (на фиг. 4 не показаны), причем ток в одной из секций, обмотки которой в рассматриваемый момент времени находятся на линиях А-А коммутации, ра7 762100 8forces (n. with.) mutually opposite directions. Directions n. with. shown in FIG. 4 within the sections of packages 1 inside the circles, and the direction of the current is the arrow. The windings of the remaining sections are included in the same way (not shown in Fig. 4), and the current in one of the sections, the windings of which at the considered moment of time are on the switching lines A-A, pa 7 762100 8
вен нулю. Таким образом, создается аксиальная переменно-полюсная магнитная система статора: в пределах каждого полюсного деления £ н. с. всех обмоток действуют согласно, в пределах лю— бых соседних полюсных делений — встречно. Последовательная во времениГ коммутации токов в секциях статора по сигналам датчика углового положения ротора обеспечивает образование вращающегося ю синхронно с ротором поля статора (как в обычных вентильных электродвигателях). При этом, если В процессе вращения в пределах площади каждого полюса ротора постоянные магниты ротора и иveins zero. Thus, an axial alternating-pole magnetic system of the stator is created: within each pole division, £ n. with. all windings act according to, within any neighboring pole divisions - counter. The time-sequential switching of currents in the stator sections according to the signals of the rotor angular position sensor provides for the formation of a rotating field synchronously with the rotor of the stator field (as in conventional valve motors). Moreover, if during the rotation, within the area of each pole of the rotor, the permanent magnets of the rotor and and
электромагниты статора обращены друг к другу своими одноименными" погпосами, возникает режим синхронного подвеса ротора с использованием электромагнитных сил отталкивания. Силовые линии 20 магнитных полей ротора и статора в этом "СЙ^чаеЙймЫкаютсн в аксиальном направлении так, как это показано на фиг.The electromagnets of the stator face each other with their like-called "bows," a mode of synchronous rotor suspension arises with the use of electromagnetic repulsive forces. The power lines of the magnetic fields of the rotor and stator in this field are shown in the axial direction as shown in FIG.
5 (пунктиром), а пространственный сдвиг между линией А-А коммутаций и осью 25 полюса ротора составляет'половину полюсного деления. Вращающий элёктрОмагнитный момент в этом режиме" равен нулю. Если указанный пространственный сдвиг (обозначен у на фиг. 4) меньше зо ΐ/2, но не равен нулю, возникает режим, при котором действующие на полюса-ротора 'йлёктромагнйтнйё^'сйтЕГ ймёют как радиальные составляющие, обеспечивающие в целом отталкивание ротора от 35 статора, так и касательные составляющие, обеспечивающие создание электромагнитного вращающего момента. Прй условии у -О сдвиг магнитных полей . ротора и статора составляет ^ / :2, при 49 этом создается вращающий момент,' но не может быть обёсйёчен подвес ротора. Таким образом, нормальным режимом данного электродвигателя является режим, при~κ6τόρό1ί'энмение''^'"йё равно, но ' 455 (dotted line), and the spatial shift between the switching line A-A and the axis 25 of the rotor pole is half the pole division. The rotating electromagnetic moment in this mode is equal to zero. If the specified spatial shift (indicated by y in Fig. 4) is less than z 2/2, but not equal to zero, a mode occurs when the rotor acting on the rotor pole of the magnetnum ^ 'SYTEG has the radial components, which provide a total repulsion of the rotor from the stator 35, and the tangential components, which create an electromagnetic torque. Under the condition y –O, the magnetic fields shift of the rotor and stator is ^ /: 2, with 49 this creates a torque, but can't The rotor suspension is required. Thus, the normal mode of this electric motor is the mode, with ~ κ6τэнρό1ί'ement '' ^ '"is equal to, but' 45
достаточно близко к ΐ /2, как этб показано на фиг. 4,close enough to ΐ / 2, as shown in FIG. four,
Регулирование скорости вращений ' электродвигателя достигается за счетRegulation of the rotation speed of the electric motor is achieved by
изменения пространственного положения 50 линии коммутации по отношению к оси _changes in the spatial position of the 50 switching line with respect to the axis _
полюса ротора (т. е. регулирования величины у , если конструкция датчика углового положения ротора допускает такую возможность), а также и в опре- 5$ деленной мере путем регулирования напряжения питания обмоток статора. Последний способ возможен, поскольку при Iпостоянном моменте нагрузки ток в обмотках в установившемся режиме не зависит от напряжения, поэтому при регулировании напряжения работа системы подвеса существенно не нарушается.rotor poles (t. e. adjusting the moment when the rotor angular position sensor design allows for this possibility), and also in the determination divided least $ 5 by adjusting the power voltage of the stator windings. The latter method is possible, since at I constant load moment the current in the windings in steady state does not depend on voltage, therefore, when adjusting the voltage, the operation of the suspension system is not significantly disturbed.
Система подвеса на принципе отталкивания проста, не требует применения датчиков для контроля зазора между ротором и статором, обеспечивает статическую устойчивость. Однако для нее характерен существенный недостаток: при любом смещении оси ротора относительно геометрической оси статора, когда с одной стороны зазор между ротором и статором уменьшается, а с диаметрально противоположной - увеличивается, суммарная; восстанавливающая (центрирующая) сила равна лишь разности взаимно противоположных по направлению сил отталкивания, что затрудняет достаточно жесткую систему подвеса. Подобный Недостаток присущ и системе электромагнитного подвеса построенной на принципе притяжения ферромагнитных тел к полюсам электромагнита, поскольку направление действия силы притяжения не зависит от направления тока в обмотке электромагнита.Suspension system on the principle of repulsion is simple, does not require the use of sensors to control the gap between the rotor and the stator, provides static stability. However, it is characterized by a significant drawback: at any displacement of the rotor axis relative to the geometric axis of the stator, when on one side the gap between the rotor and the stator decreases, and from the diametrically opposite, increases, the total; The restoring (centering) force is equal only to the difference between the repulsive forces in the direction of repulsion, which makes a sufficiently rigid suspension system difficult. Such a disadvantage is also inherent in the electromagnetic suspension system built on the principle of attraction of ferromagnetic bodies to the poles of an electromagnet, since the direction of action of the force of attraction does not depend on the direction of current in the electromagnet winding.
Однако система, построенная на принципе взаимодействия электромагнита с постоянным магнитом (или двух электромагнитов друг с другом) позволяет изменять характер силы взаимодействия да^ке без изменения направления тока в обмотке электромагнита, а только за счет регулирования величины тока (фиг.However, a system built on the principle of the interaction of an electromagnet with a permanent magnet (or two electromagnets with each other) allows you to change the nature of the interaction force even without changing the direction of the current in the electromagnet winding, but only by controlling the amount of current (FIG.
5, 6, 7). При достаточно большой величине тока в обмотке 2 электромагнита силовые линии магнитных полей статора и ротора замыкаются преимущественно по Воздушному зазору, как это показано на фиг. 5, создавая силу отталкивания одноименных полюсов магнитов. При уменьшении тока в обмотке (т. е. когда электромагнит имеет уже меньшую н. с. по сравнению е внутренней н. с. постоянного магнита) возникает еще и система силовых линий, замыкающихся по телу электромагнита и постоянного магнита, в связи с чем сйпа отталкивания уменьшается (фиг. 6), а при некотором значений тока (еще це равном нулю) сменяется силой притяжения. Наконец, при отсутст-’ вий тока в обмотке’электромагнит превращается в ферромагнитное тело, испытывающее силу притяжения со стороны постоянного магнита (фиг. 7).5, 6, 7). For a sufficiently large amount of current in the winding 2 of the electromagnet, the force lines of the magnetic fields of the stator and the rotor are closed mainly by the Air gap, as shown in FIG. 5, creating a repulsive force of like poles of magnets. When the current in the winding decreases (i.e., when the electromagnet has a smaller nanosecond compared to the internal nanosecond permanent magnet), a system of lines of force arises, closing along the electromagnet and the permanent magnet, and therefore repulsion decreases (fig. 6), and at some current values (even zero, the current) is replaced by gravity. Finally, when there is no current in the winding, the electromagnet turns into a ferromagnetic body, which experiences a force of attraction from the side of the permanent magnet (Fig. 7).
При изменении направления тока и его дальнейшем росте сила притяжения продолжает расти. Однако этот режим не может Использоваться в данной констр^к—When the direction of the current changes and its further growth, the force of attraction continues to grow. However, this mode cannot be used in this design ^ k—
•'•ΐ**• '• ΐ **
θ 762100 10θ 762100 10
ции, поскольку момент изменения направления тока в обмотках определяется порядком коммутации по сигналам датчика углового положения ротора и, следовательно, не может быть произвольным. 5 because the moment of changing the direction of the current in the windings is determined by the order of switching according to the signals of the rotor angular position sensor and, therefore, cannot be arbitrary. five
Возможность изменения направления силы, действующей в системе электромагнит - постоянный магнит, без изменения направления тока в обмотке электромагнита позволяет создать систему под- 10 веса ротора, в которой восстанавливающее усилие при необходимости являлось бы суммой, а не разностью электромагнитных усилий, действующих в диаметрально противоположных зонах. Если зазор 15 с какой-либо стороны уменьшается по ' сравнению с его средним значением, ток в обмотках расположенных в этой зоне электромагнитов должен увеличиваться или по крайней мере оставаться постоян- 20 ным, что приведет к увеличению силы отталкивания. С противоположной стороны зазор увеличивается, и ток в обмотках соответствующих электромагнитов должен уменьшаться, что приведет к уменьшению 25 силы отталкивания, а при значительных радиальных отклонениях ротора - и к появлению силы притяжения ротора к статору. Именно в этом режиме восстанавливающая сила равна сумме электромагнит- 30 ных сил, действующих в диаметрально противоположных зонах.The possibility of changing the direction of the force acting in the electromagnet system - a permanent magnet, without changing the direction of the current in the electromagnet winding allows you to create a system that provides the rotor weight, in which the restoring force, if necessary, would be the sum, and not the difference of electromagnetic forces acting in diametrically opposite zones . If the gap 15 is reduced from any side compared to its average value, the current in the windings of electromagnets located in this zone should increase or at least remain constant, which will lead to an increase in repulsive force. On the opposite side, the gap increases, and the current in the windings of the corresponding electromagnets should decrease, which will lead to a decrease in the repulsive force 25, and with significant radial deviations of the rotor - and to the appearance of the force of attraction of the rotor to the stator. It is in this mode that the reducing force is equal to the sum of the electromagnetic forces acting in diametrically opposite zones.
Для измерения величины зазора необходимо применять датчики, контролирующие зазор в определенной эоне. Наимень- 35 шее число таких датчиков - три. Каждый из них измеряет среднее значение зазора в пределах третьей части длины окружности статора. При небольшом числе полюсов (например четырех) удобно выбрать 40 число датчиков, равное числу полюсов.To measure the size of the gap, it is necessary to use sensors that monitor the gap in a certain area. The smallest number of such sensors is 35. Each of them measures the average value of the gap within the third part of the stator circumference. With a small number of poles (for example, four) it is convenient to choose 40 the number of sensors equal to the number of poles.
Конструкция электродвигателя и его работа характеризуются в этом случае .следующими особенностями. Обмотки 2 не объединяются в секции, а включены каждая в качестве нагрузки в отдельное звено вентильного коммутатора. Таким образом, величина и направление тока в каждой обмотке могут регулировать- 50 ся независимо. Отмеченная структура системы (фиг. 8) позволяет организовать процесс управления следующим образом.The design of the electric motor and its work are characterized in this case by the following features. The windings 2 are not combined into sections, but each are included as a load in a separate link of the valve switch. Thus, the magnitude and direction of the current in each coil 50 can regulirovat- Xia independently. The marked structure of the system (Fig. 8) allows you to organize the management process as follows.
Коммутация токов в обмотках, т. е. 55 Switching currents in the windings, i.e. 55
изменение их направления, осуществляется лишь по сигналам датчика 5 угловогоchange their direction, is carried out only by the signals of the sensor 5 angular
положения ротора.rotor position.
Одновременно коммутируются токи во всех обмотках, расположенных с пространственным сдвигом, равным Ч , т, е. в тех, которые в первоначальном варианте объединялись в единую секцию, в которой одновременная Коммутация токов во всех обмотках обеспечивалась автоматически уже в силу их последовательного соединения. Таким образом, с точки зрения организации процесса коммутации рассматриваемый вариант конструкции ничем не отличается от первоначального, за исключением того, что величина тока может регулироваться независимо в каждой из ^бмоток в отдельности, а не в каждой секции, как раньше. С точки зрения регулирования величины тока обмотки разбиты на другие группы, по числу датчиков зазора. В одну группу объединены обмотки электромагнитов, расположенных в зоне, где контроль зазора осуществляется одним из датчиков, а саморегулирование тока осуществляется по сигналам этого датчика. Следовательно, датчик углового положения ротора обеспечивает ' синхронное с ротором вращение переменнополюсного магнитного поля статора и выбор пространственного положения линии коммутации по отношению к оси полюсов ротора в процессе этого вращения, а датчики зазора обеспечивают регулирование величины и напряжения радиальных составляющих электромагнитных усилий в определенных пространственно подвижных ί 'зонах в окрестности самого датчика. Это позволяет создать систему электромагнитного подвеса повышенной жесткости · при сохранении возможности регулирования скорости и электромагнитного момента электродвигателя.At the same time, the currents in all windings are located with spatial shift equal to H, t, e. In those that were originally combined into a single section, in which the simultaneous switching of currents in all windings was provided automatically by virtue of their series connection. Thus, from the point of view of the organization of the switching process, the considered design variant is no different from the initial one, except that the current can be regulated independently in each of the individual currents, and not in each section, as before. From the point of view of regulating the magnitude of the current, the windings are divided into other groups according to the number of gap sensors. The windings of electromagnets located in the zone where the gap is monitored by one of the sensors are combined into one group, and the current is self-regulated by the signals of this sensor. Therefore, the rotor angular position sensor provides synchronous rotation of the alternator magnetic field of the stator and the selection of the spatial position of the switching line with respect to the axis of the rotor poles during this rotation, and the gap sensors regulate the magnitude and voltage of the radial components of the electromagnetic forces in certain spatially moving 'zones in the vicinity of the sensor itself. This allows you to create a system of electromagnetic suspension of increased rigidity · while maintaining the possibility of controlling the speed and electromagnetic torque of the electric motor.
Таким образом, устройство объединяет в себе электродвигатель с вентильной коммутацией и систему подвеса ротора с использованием электромагнитных'сил как отталкивания, так и притяжения при сохранении возможности регулирования собственно электродвигателя’ и системы подвеса с минимальным взаимным влиянием. Качество подвеса в наибольшей степени обеспечивается при применении постоянных, магнитов с высоким значением коэрцитивной силы.Thus, the device combines a valve-switched electric motor and a rotor suspension system using electromagnetic forces of both repulsion and attraction while maintaining the possibility of controlling the motor itself and the suspension system with minimal mutual influence. The quality of the suspension is most provided by the use of permanent, magnets with a high value of coercive force.
Рассмотренный принцип действия электродвигателя может быть реализован в ряде конструктивных вариантов. Возможен, например, аналогичный электродвигатель с внешним ротором и внутренним статором, Кроме того, линейную разThe considered principle of the electric motor can be implemented in a number of design options. It is possible, for example, a similar electric motor with an external rotor and an internal stator. In addition, linear times
. 11 7621. 11 7621
вертку электродвигателя, представленную на фиг. 4, можно рассматривать в качестве линейного электродвигателя, обеспечивающего взаимное перемещение его элементов и подвес подвижной части $the motor coil shown in FIG. 4, can be considered as a linear electric motor ensuring the mutual movement of its elements and the suspension of the moving part $
над направляющим элементом. Следует отметить также, что при выборе у (фиг. 4) можно использовать режим работы электродвигателя, в котором действующие на полюса ротора радиальные сос- ю тавляющие электромагнитных сил будут являться силами притяжения. Устойчивость работы подвеса может быть обеспечена в этом случае только применением внешней системы регулирования величины воздушного зазора. Возможно использование устройства при вращающем моменте, равном нулю, т. е. в качестве "магнитного подшипника".over the guide element. It should also be noted that when choosing y (fig. 4), it is possible to use the mode of operation of the electric motor, in which the radial oscillating electromagnetic forces acting on the rotor poles will be the forces of attraction. Sustainability of the suspension can be ensured in this case only by using an external system for controlling the size of the air gap. It is possible to use the device with a torque equal to zero, i.e., as a "magnetic bearing".
Технико-экономическая целесообраз- 20 ность применения предложенной конструкции определяется ее особенностями, состоящими в отсутствии опорных подшипников и чрезвычайно малом моменте трения. Она может применяться в точных систе— 25 мах регулирования и управления, для создания высокооборотных электромеханических устройств. В линейном варианте конструкция может быть использована для создания транспортных средств с электро- 3θ Магнитным подвесом экипажа.The feasibility of applying the proposed design is determined by its features, consisting in the absence of support bearings and an extremely small friction torque. It can be used in precise systems, 25 mAh regulation and control, to create high-speed electromechanical devices. In the linear version, the design can be used to create vehicles with electro-3θ magnetic suspension of the crew.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU782677517A SU762100A1 (en) | 1978-10-24 | 1978-10-24 | Electric motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU782677517A SU762100A1 (en) | 1978-10-24 | 1978-10-24 | Electric motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU762100A1 true SU762100A1 (en) | 1980-09-07 |
Family
ID=20790714
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU782677517A SU762100A1 (en) | 1978-10-24 | 1978-10-24 | Electric motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU762100A1 (en) |
-
1978
- 1978-10-24 SU SU782677517A patent/SU762100A1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0662262B1 (en) | Magnetic bearing system and method | |
US6246561B1 (en) | Methods for controlling the path of magnetic flux from a permanent magnet and devices incorporating the same | |
US3877761A (en) | Electromagnetic bearing means | |
US3890019A (en) | Magnetic bearings | |
US4315197A (en) | Linear magnetic motor/generator | |
US5179308A (en) | High-speed, low-loss antifriction bearing assembly | |
EP0601818B1 (en) | Switched reluctance motors | |
US6114788A (en) | Motor/active magnetic bearing combination structure | |
US4983870A (en) | Radial magnetic bearing | |
US4285553A (en) | Magnetic suspension momentum device | |
DE3677629D1 (en) | VARIABLE RELUCT GENERATOR EQUIPPED WITH PERMANENT MAGNET. | |
EP0136865B1 (en) | Electromagnetic bearing | |
KR20120068667A (en) | Synchronous motor | |
US5469006A (en) | Lorentz force magnetic bearing utilizing closed conductive loops and selectively controlled electromagnets | |
KR930021964A (en) | Magnetic bearing device | |
JPS5942165B2 (en) | Magnetic non-contact bearing device | |
KR100701550B1 (en) | Bearingless Step Motor | |
US7617779B2 (en) | Linear brushless D.C. motor with stationary armature and field and with integratable magnetic suspension | |
US5434459A (en) | Pulsed power linear actuator and method of increasing actuator stroke force | |
SU762100A1 (en) | Electric motor | |
US5345128A (en) | Magnetic bearing with closed loops which move in AC electromagnet field and/or which include capacitors | |
JPH0126271B2 (en) | ||
EP0763169B1 (en) | Dc-biased axial magnetic bearing | |
US4924128A (en) | High-efficiency electric motor with low torque variation | |
SU748702A1 (en) | Electric motor |