RU2551640C1

RU2551640C1 - Synchronous reluctance motor

Info

Publication number: RU2551640C1
Application number: RU2014116841/07A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Дульцев; Светлана Андреевна Мартынова; Андрей Борисович Захаренко
Original assignee: Александр Александрович Дульцев; Светлана Андреевна Мартынова; Андрей Борисович Захаренко
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2015-05-27

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: synchronous reluctance motor consists of toothed stator, in which slots there is three-phase winding (m=3), toothed rotor rotated in bearings. At that number of pairs of the rotor poles p and number of stator teeth Z are interrelated by the following ratios: p=y·k, (y+1)·k, where y=1; p=(y+1)·k, (y+2)·k, where y=3, 4; p=(y+2)·k, (y+3)·k, where y=5; p=(y+3)·k, (y+4)·k, where y=7; p=(y+3)·k, (y+5)·k, where y=8; p=(y+4)·k, (y+5)·k, where y=9; p=(y+5)·k, (y+6)·k, where y=11. At that Z=y·m·k and y, k are positive integer numbers.

EFFECT: maximisation of electromagnetic torque and electromagnetic power of low-speed synchronous reluctance motor.

11 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в специальных электроприводах в качестве низкооборотных электродвигателей. Плоская конструкция электродвигателя с подшипником большого диаметра и отверстием внутри статора пригодна для приводов специальных устройств космического назначения, в частности направленных антенно-фидерных систем.The invention relates to electrical engineering, in particular to electric machines, and can be used in special electric drives as low-speed electric motors. The flat design of the electric motor with a large-diameter bearing and a hole inside the stator is suitable for drives of special devices for space purposes, in particular directional antenna-feeder systems.

Известен вентильный реактивный электродвигатель (Беспалов В.Я., Котеленец Н.Ф. Электрические машины: учебное пособие для студ. высших учеб. заведений - М.: Издательский центр «Академия», 2010. - с. 229-232), состоящий из зубчатого статора, в пазах которого расположена многофазная обмотка, зубчатого ротора, вращающегося в подшипниках. Для обеспечения коммутации фаз обмотки статора с целью максимизации вращающего момента электродвигатель снабжен датчиком углового положения ротора.Known valve jet motor (Bespalov V.Ya., Kotelenets NF Electric machines: a manual for students. Higher educational institutions - M .: Publishing center "Academy", 2010. - S. 229-232), consisting of a gear stator, in the grooves of which a multiphase winding is located, a gear rotor rotating in bearings. To ensure switching phases of the stator winding in order to maximize torque, the electric motor is equipped with a rotor angular position sensor.

Недостатком аналога вентильного реактивного электродвигателя является то, что оптимальные соотношения числа зубцов статора и полюсов ротора не выбраны.The disadvantage of the analog valve jet motor is that the optimal ratio of the number of stator teeth and rotor poles are not selected.

Известен электромеханический преобразователь (Патент на изобретение РФ 2441308, автор Захаренко А.Б., МПК H02K 19/10), содержащий, по меньшей мере, одну статорно-роторную пару, в которой статор состоит из сердечников из материала с высокой магнитной проницаемостью, торцами прикрепленных к опорному статорному кольцу и ориентированных параллельно основному магнитному потоку, и между которыми расположены проводники многофазной обмотки, ротор выполнен в виде двух коаксиально расположенных наружного и внутреннего индукторов - магнитопроводов из материала с высокой магнитной проницаемостью в форме полых цилиндров, закрепленных с возможностью вращения относительно статора, несущих расположенные по окружностям полюса с чередующейся полярностью, обращенные через рабочие зазоры к статору и охватывающие его, при этом полярность полюсов, расположенных на внутреннем и наружном индукторах друг напротив друга, согласная, отличающийся тем, что число пар полюсов p, число сердечников статора Z связаны соотношениями:A known electromechanical converter (Patent for the invention of the Russian Federation 2441308, author Zakharenko AB, IPC H02K 19/10), containing at least one stator-rotor pair, in which the stator consists of cores of a material with high magnetic permeability, ends attached to the supporting stator ring and oriented parallel to the main magnetic flux, and between which the multiphase winding conductors are located, the rotor is made in the form of two coaxially located external and internal inductors - magnetic circuits made of ma Series with high magnetic permeability in the form of hollow cylinders, rotatably mounted relative to the stator, bearing alternating poles located around the circumference of the pole, facing the stator through working gaps and covering it, while the polarity of the poles located on the inner and outer inductors opposite each other , consonant, characterized in that the number of pole pairs p, the number of stator cores Z are related by the relations:

- для двухфазной обмотки (m=2):- for a two-phase winding (m = 2):

для Z=y·m·k p=(y-1)·k, (y+1)·k, где y - четное число, y≥4; k - целое положительное число;for Z = y · m · k p = (y-1) · k, (y + 1) · k, where y is an even number, y≥4; k is a positive integer;

при этом y, k - целые положительные числа.moreover, y, k are positive integers.

Недостатком прототипа электромеханического преобразователя является консольное крепление индукторов ротора, которое вследствие наличия силы магнитного притяжения между статором и ротором не позволяет увеличить диаметр машины. А увеличение диаметра благотворно сказалось бы на увеличении электромагнитной мощности. Кроме того, исходя из выбора в качестве основной гармоники МДС с максимальной амплитудой, наилучшими для m=3, Z=24, y=8, k=1 являются варианты с 2р=22, и 2р=24. Совпадение Z и 2р недопустимо из-за получения нежелательно устойчивого положения сердечников статора напротив магнитов ротора. Таким образом, соотношение, отмеченное «*», не является верным, его следует уточнить.The disadvantage of the prototype of the electromechanical converter is the cantilever mounting of the rotor inductors, which, due to the presence of magnetic force between the stator and the rotor, does not allow to increase the diameter of the machine. An increase in diameter would have a beneficial effect on the increase in electromagnetic power. In addition, based on the choice of the MDS with the maximum amplitude as the main harmonic, the best options for m = 3, Z = 24, y = 8, k = 1 are options with 2p = 22, and 2p = 24. The coincidence of Z and 2p is unacceptable due to the undesirably stable position of the stator cores opposite the rotor magnets. Thus, the ratio marked with "*" is not true, it should be clarified.

Следует отметить, что сердечники, прикрепленные к ярму (или выполненные с ним как единое целое, как в настоящем изобретении) и между которыми расположены проводники многофазной обмотки обычно называют зубцами [Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины в 2-х томах. Учебник для вузов. - М.: Издательство МЭИ, 2004.]. Понятие «сердечник» в настоящем изобретении включает в себя ярмо с зубцами, как в вышеупомянутом учебнике.It should be noted that the cores attached to the yoke (or made with it as a whole, as in the present invention) and between which the multiphase winding conductors are usually called teeth [Ivanov-Smolensky A.V. Electric cars in 2 volumes. Textbook for high schools. - M.: Publishing House MPEI, 2004.]. The term "core" in the present invention includes a yoke with teeth, as in the aforementioned textbook.

Целью настоящего изобретения является уточнение оптимальных соотношений между числом Z зубцов статора и числом 2р полюсов ротора для синхронного реактивного электродвигателя.The aim of the present invention is to clarify the optimal ratios between the number Z of stator teeth and the number 2p of rotor poles for a synchronous jet motor.

Техническим результатом настоящего изобретения является максимизация электромагнитного момента и электромагнитной мощности низкооборотного синхронного реактивного электродвигателя за счет выбора числа полюсов ротора упомянутого электродвигателя, правильно согласованного с числом периодов гармоники МДС с максимальной среди высших гармоник амплитудой, т.е. с числом зубцов статора.The technical result of the present invention is the maximization of the electromagnetic moment and the electromagnetic power of a low-speed synchronous jet motor by selecting the number of rotor poles of the mentioned motor, which is correctly matched with the number of periods of the MDS harmonic with the maximum amplitude among the highest harmonics, i.e. with the number of stator teeth.

Для достижения технического результата необходимо выполнение следующих соотношений между числом пар полюсов ротора p и числом зубцов статора Z для трехфазной обмотки (m=3):To achieve a technical result, it is necessary to fulfill the following relations between the number of pairs of rotor poles p and the number of stator teeth Z for a three-phase winding (m = 3):

при этом Z=y×m×k, а также y, k - целые положительные числа.in this case Z = y × m × k, as well as y, k are positive integers.

Например, исходя из выбора в качестве основной гармоники МДС с максимальной амплитудой, для m=3, Z=24, y=8, k=1, необходимы следующие оптимальные соотношения p=(y+3)×k, (y+5)×k, то есть 2р=22, и 2р=26.For example, based on the choice of the MDS with the maximum amplitude as the main harmonic, for m = 3, Z = 24, y = 8, k = 1, the following optimal ratios p = (y + 3) × k, (y + 5) are required × k, i.e. 2p = 22, and 2p = 26.

Настоящее изобретение поясняется фигурами чертежей:The present invention is illustrated by the figures of the drawings:

Фиг. 1. Конструкция синхронного реактивного электродвигателя.FIG. 1. The design of a synchronous jet motor.

Фиг. 2. Конструкция активной части трехфазного синхронного реактивного электродвигателя.FIG. 2. The design of the active part of a three-phase synchronous jet engine.

Фиг. 3. Конструкция активной части двухфазного синхронного реактивного электродвигателя (четверть поперечного сечения).FIG. 3. The design of the active part of a two-phase synchronous jet motor (a quarter of the cross section).

Конструкция синхронного реактивного электродвигателя Сердечник 1 статора (якоря) прикреплен к корпусу 2. Сердечник 1 выполнен из магнитомягкого материала. Сердечник 1 статора шихтован из электротехнической стали, корпус 2 статора выполнен из немагнитного материала. На зубцах 3 статора размещена m-фазная катушечная обмотка 4. На фигуре 2 показана трехфазная обмотка (m=3), буквами А, В, С обозначены начала соответствующих фаз. Катушечная обмотка 4 также может иметь другое число фаз, например, m=2. Катушки обмотки 4 статора наматываются из обмоточного провода, например, медного эмаль-провода. Катушки обмотки 4 статора последовательно соединяются в катушечные группы (на фигуре 2 в катушечной группе каждой фазы по 3 катушки). Для увеличения надежности катушечная группа, либо фаза в целом, может наматываться непрерывным проводом. Следует отметить, что при k≥1 катушечные группы между собой могут соединяться последовательно или параллельно. Кроме того, катушечные группы могут образовывать параллельные ветви (соединяться последовательно-параллельно) по нескольку последовательно соединенных катушечных групп в случае, если k=4, 6, 8, 10, четное число больше двух. Трехфазная обмотка 4 статора (m=3) может быть соединена в звезду (как показано на фиг. 2), а также The design of a synchronous jet motor The core 1 of the stator (anchor) is attached to the housing 2. The core 1 is made of soft magnetic material. The stator core 1 is lined from electrical steel, the stator housing 2 is made of non-magnetic material. On the teeth 3 of the stator there is an m-phase coil winding 4. The figure 2 shows a three-phase winding (m = 3), the letters A, B, C indicate the beginning of the corresponding phases. Coil winding 4 may also have a different number of phases, for example, m = 2. The stator winding coils 4 are wound from a winding wire, for example, copper enamel wire. The stator winding coils 4 are connected in series into coil groups (in figure 2, in the coil group of each phase there are 3 coils). To increase reliability, the coil group, or the phase as a whole, can be wound with a continuous wire. It should be noted that at k≥1 the coil groups can be connected to each other in series or in parallel. In addition, the coil groups can form parallel branches (connected in series-parallel) for several series-connected coil groups in case if k = 4, 6, 8, 10, an even number is more than two. The three-phase stator winding 4 (m = 3) can be connected to a star (as shown in Fig. 2), as well as

в треугольник. На немагнитном основании 5 закрепляется сердечник ротора 6. Ротор вращается относительно статора благодаря подшипнику 7. Подшипник 7 может быть выполнен в виде подшипника качения, например шарикового.into the triangle. On the non-magnetic base 5 the rotor core 6 is fixed. The rotor rotates relative to the stator due to the bearing 7. The bearing 7 can be made in the form of a rolling bearing, for example a ball.

Принцип действия синхронного реактивного электродвигателяThe principle of operation of a synchronous jet motor

На зажимы каждой фазы катушечной обмотки 4 статора синхронного реактивного электродвигателя подается переменное напряжение, по обмотке 4 протекает ток, вызывая вращающуюся МДС и магнитный поток статора. Магнитный поток каждой катушки обмотки 4 статора (якоря) проходит через воздушные зазоры между статором и ротором, зубцы 3 и ярмо сердечника 1 статора и замыкается по сердечнику 6 ротора. Обычно две гармоники МДС статора имеют наибольшую амплитуду. Ротор выполнен с числом полюсов (выступов), равным числу периодов одной из этих гармоник. При протекании электрического тока в обмотке 4 статора происходит силовое взаимодействие магнитного потока обмотки 4 с явнополюсным ротором за счет разности магнитной проводимости между зубцом статора и полюсом (выступом) ротора, а также между зубцом статора и междуполюсным промежутком ротора. Перемещаясь, волна МДС статора создает вращающий момент, действующий на статор и ротор. Ротор вращается, поскольку статор закреплен. При вращении ротора синхронный реактивный электродвигатель будет отдавать механическую мощность в нагрузку. At the terminals of each phase of the coil winding 4 of the stator of the synchronous jet motor, an alternating voltage is applied, current flows through the winding 4, causing a rotating MDS and a magnetic flux of the stator. The magnetic flux of each coil of the stator winding 4 (anchors) passes through the air gaps between the stator and the rotor, teeth 3 and the yoke of the stator core 1 and closes along the rotor core 6. Typically, the two harmonics of the MDS stator have the largest amplitude. The rotor is made with the number of poles (protrusions) equal to the number of periods of one of these harmonics. When an electric current flows in the stator winding 4, the magnetic flux of the winding 4 interacts forcefully with the explicit pole rotor due to the difference in the magnetic conductivity between the stator tooth and the rotor pole (protrusion), as well as between the stator tooth and the interpolar gap of the rotor. Moving, the MDS stator wave creates a torque acting on the stator and rotor. The rotor rotates because the stator is fixed. When the rotor rotates, the synchronous jet motor will give mechanical power to the load.

Питание обмотки 4 статора осуществляется от сети переменного тока, либо от инвертора. В случае питания от инвертора для наиболее эффективной работы синхронного реактивного электродвигателя вводится обратная связь по положению ротора. Положение ротора определяется по показаниям датчика углового положения ротора. В качестве датчика углового положения ротора может использоваться синусно-косинусный вращающийся трансформатор.The stator winding 4 is powered by an alternating current main or from an inverter. In the case of power from the inverter, for the most efficient operation of the synchronous jet electric motor, feedback on the position of the rotor is introduced. The rotor position is determined by the readings of the rotor angular position sensor. As a sensor of the angular position of the rotor, a sine-cosine rotating transformer can be used.

Claims

1. Synchronous jet motor, consisting of a gear stator, in the grooves of which there is a three-phase winding (m = 3), a gear rotor rotating in bearings, characterized in that the number of pairs of rotor poles p , the number of stator teeth Z are connected by the relations:

moreover, Z = y · m · k , and also y, k are positive integers.

2. The synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that k ≥1.

3. The synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that for even k, the coil groups of the same phase of the stator winding are connected in parallel.

4. The synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that the coil groups of the same phase of the stator winding are connected in series.

5. The synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that for even k > 2, the coil groups of the same phase of the stator winding are connected in series-parallel.

6. The synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that the stator winding is connected to a star.

7. The synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that the stator winding is connected in a triangle.

8. The synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that the stator winding is powered by an alternating current network.

9. The synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that the stator winding is powered by a controlled inverter.

10. The synchronous jet motor according to claim 1, characterized in the presence of a rotor angular position sensor.

11. The synchronous jet motor according to claim 10, characterized in that a sine-cosine rotary transformer is used as a sensor for the angular position of the rotor.