RU2848350C1 - Electric motor stator with two rotors - Google Patents
Electric motor stator with two rotorsInfo
- Publication number
- RU2848350C1 RU2848350C1 RU2025106316A RU2025106316A RU2848350C1 RU 2848350 C1 RU2848350 C1 RU 2848350C1 RU 2025106316 A RU2025106316 A RU 2025106316A RU 2025106316 A RU2025106316 A RU 2025106316A RU 2848350 C1 RU2848350 C1 RU 2848350C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- stator
- teeth
- magnetic circuit
- windings
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и машиностроению, в частности к электрическим машинам - статорам асинхронных и синхронных электродвигателей однофазного и многофазного переменного или однонаправленного импульсного тока с аппроксимацией синусоиды.The invention relates to electrical engineering and mechanical engineering, in particular to electrical machines - stators of asynchronous and synchronous electric motors of single-phase and multi-phase alternating or unidirectional pulsed current with a sine wave approximation.
Основным элементом у асинхронных и синхронных электродвигателей однофазного и многофазного переменного или однонаправленного пульсирующего тока является статор, в отличие от двигателей постоянного электричества, где основным элементом является ротор с коллектором, а статор играет роль постоянных электромагнитов. Ротор асинхронных электродвигатель как правило является с короткозамкнутой беличьей клеткой и в машинах с тяжелым пуском фазным. В настоящее время известны статоры, принцип действия которых описан в книгах по теории и проектированию электрических машин.The main component of asynchronous and synchronous electric motors operating on single-phase and multi-phase alternating current or unidirectional pulsating current is the stator. This is in contrast to DC motors, where the main component is the rotor and commutator, and the stator acts as a permanent magnet. The rotor of asynchronous motors is typically a squirrel cage rotor, and in machines with heavy starting, it is phase-fed. Currently, stators are known, the operating principle of which is described in books on the theory and design of electrical machines.
Наиболее близким является техническое решение, приведенное в патенте Патент RU 2723297 от 09.06.2020 Тришин Олег Михайлович (UA), Скоморох Виктор Григорьевич (UA), Канюка Андрей Петрович (RU) в котором статор используется в электромагнитном двигателе с двумя (внешним и внутренним) короткозамкнутыми роторами. Среди всех достоинств этих статоров в электрических двигателях с двумя роторами есть один существенный недостаток - это экранирования части полюсных наконечниках статора с применением короткозамкнутого витка - патент Елиуй Томсона (Thomson, Elihu, "Alternating-Current Magnetic Device", (Магнитное устройство переменного тока) US 428650 published 8 August 1888, issued 27 May 1890). Применение его в электрических двигателях малой мощности показывает прекрасные технические результаты. А вот в машинах более высокой мощности с его применением возникают проблемы, так как приходится ставить более объемное замкнутое кольцо, а приводит к уменьшению тела статорного наконечника и соответственно к снижению его механической прочности. Кроме того, из-за увеличения объема короткозамкнутого витка и его постоянного перемагничивания происходит увеличение его нагрева, что приводит к дополнительному нагреву всего магнитопровода статора и соответственно электромагнитных катушек.The closest technical solution is given in patent RU 2723297 dated June 9, 2020 by Oleg Mikhailovich Trishin (UA), Viktor Grigorievich Skomorokh (UA), and Andrey Petrovich Kanyuka (RU), in which the stator is used in an electromagnetic motor with two (external and internal) squirrel-cage rotors. Among all the advantages of these stators in electric motors with two rotors, there is one significant drawback - the shielding of part of the stator pole pieces using a squirrel-cage turn - patent Elihu Thomson (Thomson, Elihu, "Alternating-Current Magnetic Device", US 428650 published August 8, 1888, issued May 27, 1890). Its application in low-power electric motors shows excellent technical results. However, in higher-power machines, its use poses challenges, as it requires a larger closed ring, which leads to a reduction in the stator tip's size and, consequently, a reduction in its mechanical strength. Furthermore, due to the increased volume of the short-circuited coil and its constant remagnetization, its heating increases, leading to additional heating of the entire stator magnetic circuit and, consequently, the electromagnetic coils.
Технической задачей данного изобретения является повышение экономичности электродвигателя, уменьшение нагрузки на сеть и увеличение диапазона регулирования частоты вращения, увеличение охлаждения электромагнитных катушек статора и его магнитопровода, за счет уменьшении обратного напряжения возникающего на катушках статора электродвигателя двигателя, возникающего вод действием переменных магнитных сил ротора (электромагнитная электродвижущая сила ротора) работающего двигателя, уменьшении реактивной мощности асинхронного двигателя, обеспечении возможности регулирования числа оборотов и мощности электромагнитной машины питанием со ступенчатой или плавной регулировкой напряжения и частоты.The technical objective of this invention is to increase the efficiency of an electric motor, reduce the load on the network and increase the range of speed control, increase the cooling of the electromagnetic coils of the stator and its magnetic circuit, by reducing the reverse voltage arising on the stator coils of the electric motor, which arises from the action of variable magnetic forces of the rotor (electromagnetic electromotive force of the rotor) of the operating motor, reducing the reactive power of the asynchronous motor, providing the ability to regulate the speed and power of the electromagnetic machine by power supply with step or smooth regulation of voltage and frequency.
Технический результат достигается в статоре электродвигателя, содержащем магнитопровод в виде контура с зубьями, направленными во внутрь и наружу, имеющих четное количество, между которыми вокруг магнитопровода намотаны обмотки, расположенные по разные стороны относительно каждого полюсного зуба обмотки соединены встречно с возможностью создания разнонаправленных магнитных потоков. Для запуска в работу электродвигателя предлагается использовать магнитопровод с разной толщиной боковых стержней и размещением на нем в зоне магнитной нейтрали дополнительные внутренние и внешние зубья, при этом на дополнительных зубьях, со стороны утолщенной части магнитопровода и утолщенной частью статорного полюсного наконечника устанавливается магнитные шуты из стали. Таким образом магнитные шунты располагается параллельно электромагнитной катушки расположенной на утолщенной части бокового стержня магнитопровода. Катушки на боковом стержне магнитопровода электрически соединяются согласно последовательно или согласно параллельно. Каждая электромагнитная катушка может быть выполнена многовитковой однослойной или многослойной, при этом многовитковые слои электромагнитной катушки могут иметь параллельное или последовательное электрическое соединение. Разные комбинации электрического соединения электромагнитных катушек позволяет использовать статор электродвигателя на разные электрические параметры напряжения (В) и интенсивности потока электричества (А). Участок магнитопровода на котором расположены внутренние и внешние полюсные зубья называется корнем зубьев.The technical result is achieved in an electric motor stator containing a magnetic circuit in the form of a contour with inward and outward-facing teeth, each with an even number. Windings are wound between these windings around the magnetic circuit. These windings are located on opposite sides of each pole tooth and are connected in opposite directions, thereby creating magnetic fluxes in different directions. To initiate operation of the electric motor, it is proposed to use a magnetic circuit with side bars of varying thickness and additional internal and external teeth located in the magnetic neutral zone. Magnetic shunts made of steel are installed on the additional teeth, on the side of the thickened portion of the magnetic circuit and the thickened portion of the stator pole piece. Thus, the magnetic shunts are positioned parallel to the electromagnetic coil located on the thickened portion of the side bar of the magnetic circuit. The coils on the side bar of the magnetic circuit are electrically connected in series or in parallel. Each electromagnetic coil can be made with a single or multi-layer multi-turn structure, with the multi-turn layers of the electromagnetic coil being electrically connected in parallel or series. Different combinations of electromagnetic coil electrical connections allow the electric motor stator to be used with different electrical parameters of voltage (V) and electrical flow intensity (A). The section of the magnetic circuit containing the inner and outer pole teeth is called the root of the teeth.
Магнитопровод может иметь форму круга, как показано на Фиг. 1.The magnetic circuit may have a circular shape, as shown in Fig. 1.
Полюсные зубья магнитопровода и дополнительные зубья на магнитопроводе направлены внутрь и наружу контура.The pole teeth of the magnetic circuit and additional teeth on the magnetic circuit are directed inward and outward of the circuit.
Количество полюсных зубьев на магнитопроводе статора всегда четно и количество дополнительных зубьев также всегда четно и их общее количество может быть различным, но не менее 8.The number of pole teeth on the stator magnetic circuit is always even and the number of additional teeth is also always even and their total number can vary, but not less than 8.
Полюсные зубья магнитопровода могут иметь полюсные наконечники или быть без них.The pole teeth of the magnetic circuit may have pole tips or be without them.
Между одной стороной полюсных наконечников или полюсных зубьев и дополнительными полюсами на стержне магнитопровода статора установлены магнитные шунты из стали.Between one side of the pole pieces or pole teeth and the additional poles on the stator magnetic core rod, magnetic shunts made of steel are installed.
Дополнительные зубья на стержнях магнитопровода и магнитные шунты между ними и сторонами полюсных наконечников установлены так, что внутренний и внешний роторы вращаются в одну сторону.Additional teeth on the magnetic core rods and magnetic shunts between them and the sides of the pole pieces are installed so that the inner and outer rotors rotate in the same direction.
Дополнительные зубья на стержнях магнитопровода и магнитные шунты между ними и сторонами полюсных наконечников установлены так, что внутренний и внешний роторы вращаются в разные стороны.Additional teeth on the magnetic core rods and magnetic shunts between them and the sides of the pole pieces are installed so that the inner and outer rotors rotate in different directions.
Обмотки электромагнитных катушек на боковых стержнях (стержневые) могут быть соединены встречно последовательно или встречно параллельно.The windings of the electromagnetic coils on the side rods (rod) can be connected in opposite series or in opposite parallel.
Каждая электромагнитная катушка может быть выполнена многовитковой однослойной или многослойной, при этом многовитковые слои электромагнитной катушки могут иметь согласованное последовательное или согласованное параллельное электрическое соединение стержне магнитопровода.Each electromagnetic coil can be made as a multi-turn single-layer or multi-layer, and the multi-turn layers of the electromagnetic coil can have a matched series or matched parallel electrical connection to the core of the magnetic circuit.
На Фиг. 1 изображен статор электродвигателя с разнотолщинными стержнями и обмотками электромагнитных катушек на них имеющим форму круга.Fig. 1 shows a stator of an electric motor with rods of different thicknesses and windings of electromagnetic coils on them in the shape of a circle.
На Фиг. 2 изображен вид спереди разреза статор электродвигателя с разнотолщинными стержнями магнитопровода, имеющим форму круга.Fig. 2 shows a front view of a section of an electric motor stator with magnetic core rods of varying thicknesses, having a circular shape.
На Фиг. 3 изображен вид сбоку разреза статор электродвигателя с разнотолщинными стержнями магнитопровода, имеющим форму круга.Fig. 3 shows a side view of a section of an electric motor stator with magnetic core rods of varying thicknesses, having a circular shape.
Статор электродвигателя содержит кольцевой магнитопровод 1 (Фиг. 1) в виде контура с полюсными зубьями 2, 2.1 и 4, 4.1 с расположенными на них полюсными наконечниками 3, 3.1 и 5, 5.1 с соответственным воздушным зазором для короткозамкнутого или фазного ротора. Между внутренними внешними зубьями 2, 2.1 и 3, 3.1 вокруг боковых стержней магнитопровода 1 намотаны обмотки электромагнитных катушек 6, 7, 8, 9. Электромагнитные катушки, намотанные на одном стержне (6 и 8, 7 и 9) называются стержневыми и соединяются электрически согласованно последовательно или согласованно параллельно. Для обеспечения запуска ротора стержни катушек имеют разную толщину. Ширина магнитопровода под электромагнитными катушками разная: под электромагнитными катушками 7 и 9 она в два раза меньше, чем под электромагнитными катушками 6 и 8. Магнитопровод 1 имеет четное количество полюсных зубьев 2, 2.1 и 4,4.1 и дополнительные зубья 14, 14.1 и 16, 16.1. Расположенные по разные стороны относительно зубьев 2, 2.1 обмотки электромагнитных катушек 6 и 7, а также расположенные по разные стороны относительно зубьев 4, 4.1 обмотки электромагнитных катушек 8 и 9 соединены электрически встречно с возможностью создания разнонаправленных магнитных потоков 10 и 11, 12 и 13. Между электромагнитными катушками 6 и 8, на боковом стержне располагается дополнительный магнитные зубья 14, 14.1 с магнитными шунтами 15, 15.1 соединенный с полюсными наконечниками 3, 3.1 полюсных зубьев 2, 2.1, а между электромагнитными катушками 7 и 9, на втором боковом стержне располагается дополнительные магнитные зубья 15, 15.1 с магнитными шунтами 16, 16.1 соединенные с полюсными наконечниками 5, 5.1 полюсных зубьев 4, 4.1.The stator of the electric motor contains an annular magnetic circuit 1 (Fig. 1) in the form of a contour with pole teeth 2, 2.1 and 4, 4.1 with pole pieces 3, 3.1 and 5, 5.1 located on them with a corresponding air gap for a squirrel-cage or phase rotor. Between the inner and outer teeth 2, 2.1 and 3, 3.1, windings of electromagnetic coils 6, 7, 8, 9 are wound around the side bars of the magnetic circuit 1. Electromagnetic coils wound on one bar (6 and 8, 7 and 9) are called bar coils and are connected electrically in a coordinated series or in a coordinated parallel. To ensure starting of the rotor, the bars of the coils have different thicknesses. The width of the magnetic circuit under the electromagnetic coils is different: under electromagnetic coils 7 and 9 it is two times smaller than under electromagnetic coils 6 and 8. Magnetic circuit 1 has an even number of pole teeth 2, 2.1 and 4,4.1 and additional teeth 14, 14.1 and 16, 16.1. The windings of the electromagnetic coils 6 and 7, located on different sides relative to the teeth 2, 2.1, and the windings of the electromagnetic coils 8 and 9, located on different sides relative to the teeth 4, 4.1, are electrically connected in opposite directions with the possibility of creating differently directed magnetic fluxes 10 and 11, 12 and 13. Between the electromagnetic coils 6 and 8, on the side rod there is an additional magnetic tooth 14, 14.1 with magnetic shunts 15, 15.1 connected to the pole tips 3, 3.1 of the pole teeth 2, 2.1, and between the electromagnetic coils 7 and 9, on the second side rod there are additional magnetic teeth 15, 15.1 with magnetic shunts 16, 16.1 connected to the pole tips 5, 5.1 of the pole teeth 4, 4.1.
Рассмотрим пример конкретной реализации статора электродвигателя. В примере конкретной реализации статор применяется в составе электродвигателя с двумя короткозамкнутыми роторами внутренним 17 и внешним 18 (Фиг. 2 и Фиг. 3). Магнитопровод 1 изготавливается из изолированных листов шихтованной стали, имеющих прямоугольный контур, как показано на фиг. 1. Магнитопровод 1 может быть изготовлен и с применением технологии порошковой металлургии. Магнитопровод статора может быть целостным или составным. Форма магнитопровода 1 классическая стержневая и имеет вместо средних стержней полюсные магнитные зубья 2, 2,1 и 4, 4,1. Количество полюсных магнитных зубьев 2, 2.1 и 4, 4.1 и добавочных зубьев 14, 14.1 и 16, 16.1 может быть различным, четным, но не менее 8. При такой форме магнитопровода 1 в промежутке между полюсным магнитным зубом 2, 2.1, с полюсными наконечниками 3, 3.1, т.е. между основанием этих зубьев, наматываются две многовитковые однослойные обмотки электромагнитных катушек 6 и 7, которые соединены встречно (последовательно или параллельно) с возможностью создания разнонаправленных магнитных потоков 10 и 11. Это означает, что обмотка 6 с одной стороны относительно полюсного магнитных зубьев 2, 2.1 с полюсными наконечниками 3, 3.1 создает магнитный поток 10, который направлен противоположно относительно магнитного потока 11, создаваемого обмоткой 7, расположенной с другой стороны полюсного магнитного зуба 2, 2.1. Обмотки 6 и 7 являются электромагнитными катушками, создающими магнитные потоки 10 и 11. Аналогично между полюсным магнитными зубьями 4, 4.1 с полюсными наконечниками 5, 5.1 наматываются две многовитковые однослойные обмотки электромагнитных катушек 8 и 9 которые соединены встречно (последовательно или параллельно) с возможностью создания разнонаправленных магнитных потоков 12 и 13. Это означает, что обмотка 8 с одной стороны относительно полюсных магнитных зубьев 4, 4.1 с полюсными наконечниками 5, 5.1 создает магнитный поток 12, который направлен противоположно относительно магнитного потока 13, создаваемого обмоткой 9, расположенной с другой стороны полюсных магнитных зубьев 4, 4.1 с полюсными наконечниками 5, 5.1. Обмотки 8 и 9 являются электромагнитными катушками, создающими магнитные потоки 12 и 13. Обмотки 6 и 8, и соответственно обмотки 7 и 9 расположенные на разнотолщинных боковых стержнях магнитопровода называются стержневыми магнитопроводе. эти обмотки электрически соединяются между собой согласно последовательно или согласно параллельно. Для обеспечения запуска ротора боковые стержни магнитопровода имеют разную толщину. Ширина магнитопровода под электромагнитными катушками разная: под электромагнитными катушками 7 и 9 она в два раза меньше, чем под электромагнитными катушками 6 и 8. На боковых разнотолщинных стержнях магнитопровода 1 между стержневыми обмотками 6 и 8 располагаются дополнительные зубья 14, 14.1 соединенные с полюсными наконечниками 3, 3.1 полюсных магнитных зубьев 2, 2.1 магнитными шунтами 15, 15.1, а между стержневыми обмотками 7 и 9 располагаются дополнительные зубья 16, 16.1 соединенные с полюсными наконечниками 5, 5.1 полюсных магнитных зубьев 4, 4.1 магнитными шунтами 17, 17.1. Сложное взаимодействие встречных и согласных магнитных потоков на дополнительных магнитных полюсах 14, 14.1 и 16, 16.1 позволяет им иметь более мощные магнитные полюса той же магнитной полярности что на соответствующих противоположных концах полюсных дуг 3, 3.1 и 5, 5,1. В зависимости от способа соединения стержневых обмоток (6-8 и 7-9) встречно-параллельного или встречно-последовательного - меняются входные параметры мощности электричества, подводимого к двигателю. При встречно-параллельном соединении с более высоким напряжением питания ток меньше по сравнению со встречно-последовательным, при котором напряжение ниже, а подводимый к двигателю ток выше. Благодаря описанному соединению обмоток 6 и 7 магнитные зубья 2, 2.1 с полюсными наконечниками 3, 3.1 магнитопровода 1 и являются явно выраженным северным N, магнитным полюсом, а благодаря соединению обмоток 8 и 9 магнитные зубья 4, 4.1 с полюсными наконечниками 5, 5.1 являются явно выраженным южным S полюсом, меняющими свою полярность во времени по переменной синусоиде или по близкой к ней аппроксимации. Ротор в электродвигателе с рассматриваемым статором размещается в зазоре между полюсными наконечниками 3, 3.1 и 5, 5.1. Зубья 2, 2.1 и 4, 4.1 статора могут иметь полюсные наконечники 3, 3.1 и 5, 5.1 в виде дуги, как показано на фиг. 1. Зубья 2, 2.1 и 4, 4.1 статора могут быть и без полюсных наконечников как целостными, так и иметь зубцы на поверхности или иметь другую форму, например, двух зубчатый явно выраженный полюс.Let us consider an example of a specific implementation of an electric motor stator. In this example, the stator is used as part of an electric motor with two squirrel-cage rotors: an inner rotor 17 and an outer rotor 18 (Fig. 2 and Fig. 3). The magnetic circuit 1 is made from insulated laminated steel sheets with a rectangular contour, as shown in Fig. 1. The magnetic circuit 1 can also be manufactured using powder metallurgy technology. The stator magnetic circuit can be integral or composite. The magnetic circuit 1 has a classic rod shape and has pole magnetic teeth 2, 2.1 and 4, 4.1 instead of central rods. The number of pole magnetic teeth 2, 2.1 and 4, 4.1 and additional teeth 14, 14.1 and 16, 16.1 can be different, even, but not less than 8. With this form of magnetic circuit 1 in the gap between the pole magnetic tooth 2, 2.1, with the pole tips 3, 3.1, i.e. Between the base of these teeth, two multi-turn single-layer windings of electromagnetic coils 6 and 7 are wound, which are connected oppositely (in series or in parallel) with the possibility of creating oppositely directed magnetic fluxes 10 and 11. This means that winding 6 on one side relative to the pole magnetic teeth 2, 2.1 with pole tips 3, 3.1 creates a magnetic flux 10, which is directed oppositely relative to the magnetic flux 11 created by winding 7, located on the other side of the pole magnetic tooth 2, 2.1. Windings 6 and 7 are electromagnetic coils that create magnetic fluxes 10 and 11. Similarly, between the pole magnetic teeth 4, 4.1 with pole tips 5, 5.1, two multi-turn single-layer windings of electromagnetic coils 8 and 9 are wound, which are connected oppositely (in series or in parallel) with the possibility of creating differently directed magnetic fluxes 12 and 13. This means that winding 8 on one side relative to the pole magnetic teeth 4, 4.1 with pole tips 5, 5.1 creates a magnetic flux 12, which is directed oppositely relative to the magnetic flux 13 created by winding 9, located on the other side of the pole magnetic teeth 4, 4.1 with pole tips 5, 5.1. Windings 8 and 9 are electromagnetic coils that create magnetic fluxes 12 and 13. Windings 6 and 8, and correspondingly windings 7 and 9, located on the side rods of the magnetic circuit of varying thicknesses, are called rod magnetic circuits. These windings are electrically connected to each other in series or parallel. To ensure rotor starting, the side rods of the magnetic circuit have different thicknesses. The width of the magnetic circuit under the electromagnetic coils is different: under electromagnetic coils 7 and 9 it is two times smaller than under electromagnetic coils 6 and 8. On the lateral rods of the magnetic circuit 1 of different thicknesses between the rod windings 6 and 8 there are additional teeth 14, 14.1 connected to the pole tips 3, 3.1 of the pole magnetic teeth 2, 2.1 by magnetic shunts 15, 15.1, and between the rod windings 7 and 9 there are additional teeth 16, 16.1 connected to the pole tips 5, 5.1 of the pole magnetic teeth 4, 4.1 by magnetic shunts 17, 17.1. The complex interaction of opposing and concurrent magnetic fluxes on additional magnetic poles 14, 14.1 and 16, 16.1 allows them to have more powerful magnetic poles of the same magnetic polarity as those on the corresponding opposite ends of pole arcs 3, 3.1 and 5, 5.1. Depending on the connection method of the rod windings (6-8 and 7-9)—antiparallel or anti-series—the input parameters of the electrical power supplied to the motor change. With an anti-parallel connection with a higher supply voltage, the current is lower compared to an anti-series connection, in which the voltage is lower and the current supplied to the motor is higher. Due to the described connection of windings 6 and 7, magnetic teeth 2, 2.1 with pole pieces 3, 3.1 of magnetic circuit 1 are a clearly expressed north N, magnetic pole, and due to the connection of windings 8 and 9, magnetic teeth 4, 4.1 with pole pieces 5, 5.1 are a clearly expressed south S pole, changing their polarity over time according to an alternating sine wave or an approximation close to it. The rotor in an electric motor with the stator under consideration is located in the gap between pole pieces 3, 3.1 and 5, 5.1. Teeth 2, 2.1 and 4, 4.1 of the stator can have pole pieces 3, 3.1 and 5, 5.1 in the form of an arc, as shown in Fig. 1. Teeth 2, 2.1 and 4, 4.1 of the stator can be either solid or have teeth on the surface, or have a different shape, for example, a two-toothed, clearly defined pole.
Статор обладает существенными отличиями от всех существующих статоров с явно выраженными магнитными полюсами. Отличием является то, что электромагнитные обмотки 6, 7, 8, 9 не наматываются вокруг зубьев 2, 2.1 и 4, 4.1 (условных средних стержней), как в броневых статорах, а наматываются на боковые стержни (стороны) магнитопровода 1 и таким образом мы получаем стержневой электромагнитный статор. Намотка обмотки 6 и 7 производится между его зубьями 2, 2.1, а обмотки 8 и 9 производится между его зубьями 4, 4.1. Отличием от статоров с броневых размещение обмоток электромагнитных катушек их электрическое соединение выполняется согласованно встречно и согласованно параллельно, а, электрическое соединение обмоток стержневых обмоток 6-8 и 7-9 производится в соответствии с законом Ома встречно-последовательным или встречно-параллельным соединениями. Стрелками на магнитопроводе показано движение магнитных потоков Ф часовой стрелке (в верхнем полупериоде графика синусоиды). При изменении направления подводимого электричества в другую сторону (в нижнем полупериоде графика синусоиды) полюса N и S поменяют полярность на противоположную S и N. Встречное соединение обмоток позволяет получить на магнитопроводе 1 между обмотками 6 и 7, также обмотками 8 и 9 встречную магнитную индукцию одной и той же полярности (встречные магнитные потоки - N-N или S-S). Участок магнитопровода 1 между двумя встречно-соединенными электромагнитными обмотками 6 и 7 называются основанием корней зубьев 2, 2.1 имеет одну полярность вокруг всей окружности магнитопровода - например N, т.е. на магнитных зубьях 2 и 2.1 такая же полярность, что и на их основании. Второй корень зуба расположенный между обмотками 8 и 9 и зубья 4, 4.1 имеет противоположную полярность магнитного поля S. Так как на обмотки 6-8 и 7-9 подается однофазный или многофазный переменный ток с формой электрической синусоиды или однонаправленный пульсирующий ток с аппроксимацией синусоиды, то на зубьях 2, 2.1 и 4, 4.1 будет переменное магнитное поле с изменением магнитной индукции в соответствии с уравнением Фарадея. Намотка обмоток 6, 7, 8, 9 между зубьями 2, 2.1 и 4, 4.1 магнитопровода 1, то есть на боковых стержнях магнитопровода 1, позволяет более полно использовать статорное железо для получения соответствующего магнитного потока электромагнитов и сместить магнитные характеристики по петле гистерезиса практически до зоны полного магнитного насыщения статорного железа.The stator differs significantly from all existing stators with clearly defined magnetic poles. The difference is that electromagnetic windings 6, 7, 8, and 9 are not wound around teeth 2, 2.1 and 4, 4.1 (the conventional middle rods), as in armored stators. Instead, they are wound on the side rods (sides) of magnetic core 1, thus creating a rod-type electromagnetic stator. Windings 6 and 7 are wound between teeth 2, 2.1, and windings 8 and 9 are wound between teeth 4, 4.1. The difference from stators with armored stators is the placement of the electromagnetic coil windings: their electrical connection is performed in a coordinated opposite and coordinated parallel manner, while the electrical connection of the windings of rod windings 6-8 and 7-9 is performed in accordance with Ohm's law using opposite-series or opposite-parallel connections. The arrows on the magnetic circuit indicate the clockwise movement of magnetic fluxes Φ (in the upper half-cycle of the sine wave graph). When the direction of the supplied electricity changes in the opposite direction (in the lower half-cycle of the sine wave graph), the poles N and S change polarity to the opposite S and N. The opposite connection of the windings allows for the generation of opposite magnetic induction of the same polarity on magnetic circuit 1 between windings 6 and 7, as well as windings 8 and 9 (opposite magnetic fluxes - N-N or S-S). The section of magnetic circuit 1 between two oppositely connected electromagnetic windings 6 and 7 is called the root base of teeth 2, 2.1 and has one polarity around the entire circumference of the magnetic circuit—for example, N, i.e., the polarity on magnetic teeth 2 and 2.1 is the same as on their base. The second root of the tooth, located between windings 8 and 9 and teeth 4, 4.1, has the opposite polarity of the magnetic field S. Since single-phase or multi-phase alternating current with the shape of an electrical sine wave or a unidirectional pulsating current with an approximation of a sine wave is supplied to windings 6-8 and 7-9, an alternating magnetic field will exist on teeth 2, 2.1 and 4, 4.1 with a change in magnetic induction in accordance with the Faraday equation. Winding of windings 6, 7, 8, 9 between teeth 2, 2.1 and 4, 4.1 of magnetic circuit 1, that is, on the side rods of magnetic circuit 1, allows for more complete use of the stator iron to obtain the corresponding magnetic flux of electromagnets and to shift the magnetic characteristics along the hysteresis loop practically to the zone of complete magnetic saturation of the stator iron.
Полюсные зубья расположены на магнитопроводе попарно, один из которых 3 направлен внутрь контура 2 магнитопровода 1, второй 4 наружу. Благодаря этому обеспечивается формирование магнитного потока, обеспечивающего воздействие на два ротора - внутренний 19 и наружный 20. Благодаря этому создаваемый магнитный поток используется более эффективно и повышается коэффициента преобразования электрической мощности в механическую мощность.The pole teeth are arranged in pairs on the magnetic circuit, one of which (3) is directed inward through the circuit (2) of the magnetic circuit (1), and the other (4) is directed outward. This creates a magnetic flux that acts on two rotors—the inner (19) and the outer (20). This utilizes the generated magnetic flux more efficiently, increasing the conversion efficiency of electrical power into mechanical power.
Выходной вал 18, как показано на фиг. 2, 3, устанавливается внутри корпуса 21 электродвигателя, закрытого с торца боковой крышкой 24. Вал 18 установлен на подшипниках 25 закрытых с наружи крышками 26. На валу 18 жестко закреплен внутренний короткозамкнутый ротор 19. Наружный короткозамкнутый ротор 20 закреплен жестко на валу 18 через фланец 23. Оба ротора установлены с возможностью синхронного вращения на валу 18 двигателя. Статор 1 электродвигателя неподвижен и находится между двумя роторами 19 и 20. Крепление статора и его центровка обеспечиваются через оси 22, расположенные на боковой крышке 24. Неподвижное расположение боковой крышки 24 в корпусе 12 и фиксация на ней неподвижного статора позволяют свободно вывести соединительные электрические провода от электромагнитных катушек 6, 7, 8, 9. Соединительная электрическая коробка может располагаться как на корпусе 21, так и на боковой крышке 24. Основание корпуса и размещение соединительной электрической коробки не показаны.The output shaft 18, as shown in Fig. 2, 3, is installed inside the housing 21 of the electric motor, closed at the end by a side cover 24. The shaft 18 is mounted on bearings 25 closed from the outside by covers 26. An internal squirrel-cage rotor 19 is rigidly fixed on the shaft 18. An external squirrel-cage rotor 20 is rigidly fixed on the shaft 18 through a flange 23. Both rotors are installed with the possibility of synchronous rotation on the shaft 18 of the motor. The stator 1 of the electric motor is stationary and is located between two rotors 19 and 20. The fastening of the stator and its centering are ensured through axes 22 located on the side cover 24. The stationary location of the side cover 24 in the housing 12 and the fixation of the stationary stator on it allow the free removal of connecting electric wires from the electromagnetic coils 6, 7, 8, 9. The junction electric box can be located both on the housing 21 and on the side cover 24. The base of the housing and the location of the junction electric box are not shown.
В связи с тем, что обмотки электромагнитных катушек статора жестко располагаются на магнитопроводе статора (боковых стержнях), то в результате магнитного взаимодействия магнитных потоков, возникающих в стержневых обмотках 6-7 и 8-9 в корнях зубьев магнитопровода происходит магнитное сцепление однополярных магнитных полюсов с коэффициентом магнитного сцепления М, обусловленным встречными магнитными потоками одной полярности на корне зубьев магнитопровода и являющимся общим для обеих электромагнитных стержневых обмоток 6-7 и 8 -9. При расчете общей индуктивности статора коэффициент магнитного сцепления М стержневых обмоток 6-7 и 8- 9 учитывается со знаком минус, так как электричество в стержневых обмотках 6-7 и 8-9 течет в разном направлении. А при расчете магнитного потока Ф на зубьях 2, 2.1 и 4, 4.1 статора коэффициент магнитного сцепления М учитывается со знаком плюс, так как магнитные потоки Ф 10-11 и 12-13 направлены навстречу друг другу, а значит их магнитное поле усиливается. Уменьшение индуктивности статора значительно снижет реактивную мощность электродвигателя. Встречное соединение стержневых обмоток 6-8 и 7-9 с уменьшенной индуктивностью значительно уменьшает обратное натяжение на стержневых обмотках 6-8 и 7-9 статора возникающих под воздействием переменного магнитного поля короткозамкнутого ротора (электродвижущая сила ротора - ЭДС ротора). При встречном соединении электромагнитных стержневых обмоток 6-8 и 7-9 их общая электрическая индукция будет очень маленькой, следовательно, маленьким будет и собственное индукционное сопротивление. Благодаря этому уменьшается напряжение питания и мощность электричества, подводимого к электродвигателю, тем самым снижаются нагрузки на электрическую сеть.Since the windings of the electromagnetic stator coils are rigidly located on the stator magnetic circuit (side bars), the magnetic interaction of the magnetic fluxes arising in the bar windings 6-7 and 8-9 at the roots of the magnetic circuit teeth results in magnetic coupling of unipolar magnetic poles with a magnetic coupling coefficient M caused by counter magnetic fluxes of the same polarity at the root of the magnetic circuit teeth and which is common to both electromagnetic bar windings 6-7 and 8-9. When calculating the total stator inductance, the magnetic coupling coefficient M of bar windings 6-7 and 8-9 is taken into account with a minus sign, since the electricity in bar windings 6-7 and 8-9 flows in different directions. When calculating the magnetic flux Φ on stator teeth 2, 2.1 and 4, 4.1, the magnetic coupling coefficient M is taken into account with a positive sign, since the magnetic fluxes Φ 10-11 and 12-13 are directed towards each other, meaning their magnetic field is amplified. Reducing the stator inductance will significantly reduce the reactive power of the electric motor. The opposite connection of rod windings 6-8 and 7-9 with reduced inductance significantly reduces the reverse tension on rod windings 6-8 and 7-9 of the stator arising under the influence of the alternating magnetic field of the squirrel-cage rotor (the rotor electromotive force - rotor EMF). With the opposite connection of electromagnetic rod windings 6-8 and 7-9, their total electrical induction will be very small, therefore, their own inductive resistance will also be small. This reduces the supply voltage and the power supplied to the electric motor, thereby reducing the load on the electrical network.
Рассмотрим статор электродвигателя в работе асинхронного электродвигателя. Работа статора в составе электродвигателя основано в строгом соответствии с законами Ампера, Вольта, Ома, а также со вторым законом Кулона о магнитных полюсах, согласно которому два магнитных полюса взаимодействуют с силой, пропорциональной произведению их количеств магнетизма, и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Согласно тому же закону, как и электрические заряды, одноименные магнитные полюса S-S и N-N отталкиваются, разноименные S-N притягиваются. С учетом того, что электромагниты статора и ротора относительно друг друга располагаются по окружности, одна из которых неподвижна (статор), а вторая совершает вращательные движения (ротор), одноименные полюса выталкивают ротор, а разноименные втягивают. При этом в предлагаемом устройстве максимально используется магнитное поле статорных электромагнитов и разнотолщинные стержни магнитопровода с добавочными магнитными полюсами на них и использование магнитных шунтов, обеспечивающих запуск в работу короткозамкнутого ротора, значительно уменьшена возникающая в стержневых обмотках 6-8 и 7-9 обратное электрическое напряжение и уменьшена его реактивная мощность.Let's consider the stator of an electric motor in the operation of an asynchronous electric motor. The stator's operation in an electric motor strictly adheres to the laws of Ampere, Volta, and Ohm, as well as Coulomb's second law of magnetic poles, according to which two magnetic poles interact with a force proportional to the product of their quantities of magnetism and inversely proportional to the square of the distance between them. According to the same law, as with electric charges, like magnetic poles (S-S and N-N) repel each other, while unlike magnetic poles (S-N) attract. Considering that the electromagnets of the stator and rotor are arranged in a circle relative to each other, one of which is stationary (the stator) and the other rotates (the rotor), like poles push the rotor, while unlike poles pull it in. In this case, the proposed device makes maximum use of the magnetic field of the stator electromagnets and the different-thickness rods of the magnetic circuit with additional magnetic poles on them and the use of magnetic shunts that ensure the start-up of the short-circuited rotor, the reverse electrical voltage arising in the rod windings 6-8 and 7-9 is significantly reduced and its reactive power is reduced.
Питание электродвигателя переменного тока осуществляется от сети переменного тока через блоки питания (понижающие автотрансформаторы или электронные регуляторы мощности) или аккумуляторы с дальнейшим применением преобразователей постоянного напряжения в переменное AC/DC. Питание асинхронного однофазного электромагнитного двигателя однонаправленным импульсным током с аппроксимацией синусоиды осуществляется от сети постоянного тока или аккумулятора, или через устройства импульсного управления двигателем.An AC electric motor is powered from the AC grid via power supplies (step-down autotransformers or electronic power controllers) or batteries, followed by the use of AC/DC converters. An asynchronous single-phase electromagnetic motor is powered by a unidirectional pulsed current with a sine wave approximation from the DC grid or battery, or via pulse motor control devices.
Эффективность изобретения подтверждена испытанием опытных образцов статоров с разнотолщинными стержнями в составе электродвигателей одно и многофазного переменного тока, и однонаправленного импульсного тока с аппроксимацией синусоиды.The effectiveness of the invention has been confirmed by testing prototype stators with rods of varying thicknesses in electric motors with single- and multi-phase alternating current and unidirectional pulsed current with sine wave approximation.
Данные электродвигатели найдут самое широкое применение во всех отраслях народного хозяйства, промышленности и всех видах транспорта.These electric motors will find the widest application in all sectors of the national economy, industry and all types of transport.
Claims (8)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2848350C1 true RU2848350C1 (en) | 2025-10-17 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2014309C1 (en) * | 1990-12-17 | 1994-06-15 | Владимир Григорьевич Шульга | Device for drying perforated building slabs |
| DE102012021963A1 (en) * | 2012-11-08 | 2014-05-22 | Elegant Ideas Foundation | Electric motor e.g. reluctance motor for driving movement of device, has several coils arranged between pole shoes and armature with windings that surround coils in regions along armature, so that armature is magnetized by coils |
| JP2016214071A (en) * | 2015-05-08 | 2016-12-15 | ジョンソン エレクトリック ソシエテ アノニム | Single-phase outer-rotor motor and stator thereof |
| RU2723297C1 (en) * | 2020-02-07 | 2020-06-09 | Олег Михайлович Тришин | Motor stator |
| RU2737316C1 (en) * | 2020-05-26 | 2020-11-27 | Олег Михайлович Тришин | Electric machine |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2014309C1 (en) * | 1990-12-17 | 1994-06-15 | Владимир Григорьевич Шульга | Device for drying perforated building slabs |
| DE102012021963A1 (en) * | 2012-11-08 | 2014-05-22 | Elegant Ideas Foundation | Electric motor e.g. reluctance motor for driving movement of device, has several coils arranged between pole shoes and armature with windings that surround coils in regions along armature, so that armature is magnetized by coils |
| JP2016214071A (en) * | 2015-05-08 | 2016-12-15 | ジョンソン エレクトリック ソシエテ アノニム | Single-phase outer-rotor motor and stator thereof |
| RU2723297C1 (en) * | 2020-02-07 | 2020-06-09 | Олег Михайлович Тришин | Motor stator |
| RU2737316C1 (en) * | 2020-05-26 | 2020-11-27 | Олег Михайлович Тришин | Electric machine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220190661A1 (en) | Dc electric motor/generator with enhanced permanent magnet flux densities | |
| US6977454B2 (en) | Hybrid-secondary uncluttered permanent magnet machine and method | |
| US6891301B1 (en) | Simplified hybrid-secondary uncluttered machine and method | |
| RU2390086C1 (en) | Contactless reductor electric machine with combined excitation | |
| RU2437202C1 (en) | Non-contact magnetoelectric machine with axial excitation | |
| RU2437201C1 (en) | Non-contact electric machine with axial excitation | |
| RU2407135C2 (en) | Contactless reducer electromagnetic machine | |
| RU2719685C1 (en) | Electric motor stator | |
| RU2848350C1 (en) | Electric motor stator with two rotors | |
| RU2848349C1 (en) | Electric motor stator | |
| US3401284A (en) | Variable reluctance dynamoelectric machines | |
| US20100026103A1 (en) | Driving or power generating multiple phase electric machine | |
| KR20210074696A (en) | Electric Motor for High Speed with Rotor of Multistage | |
| RU2723297C1 (en) | Motor stator | |
| RU2437200C1 (en) | Non-contact reduction machine with axial excitation | |
| RU2414793C1 (en) | Non-contact modular magnetoelectric machine | |
| RU2848351C1 (en) | Electric machine | |
| RU2436221C1 (en) | Contactless magnetoelectric machine with axial excitation | |
| RU2836033C2 (en) | Electric generator | |
| RU2771993C2 (en) | Electric machine with rotor created according to halbach scheme | |
| RU2716815C1 (en) | Improved permanent magnet generator | |
| RU2531029C1 (en) | Brushless two-rotor direct current motor | |
| RU2437198C1 (en) | Electric reduction machine with axial excitation | |
| RU2697812C2 (en) | Magnetoelectric generator | |
| RU2390087C1 (en) | Collector electric motor with pole anchor |