RU2567230C1 - Method of protection against inflammation of electrical machine with permanent magnets on rotor of collector type and device for its implementation - Google Patents
Method of protection against inflammation of electrical machine with permanent magnets on rotor of collector type and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2567230C1 RU2567230C1 RU2014129350/07A RU2014129350A RU2567230C1 RU 2567230 C1 RU2567230 C1 RU 2567230C1 RU 2014129350/07 A RU2014129350/07 A RU 2014129350/07A RU 2014129350 A RU2014129350 A RU 2014129350A RU 2567230 C1 RU2567230 C1 RU 2567230C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- magnetic
- permanent magnets
- poles
- machine
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 title abstract 3
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 title abstract 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 41
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 11
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 10
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам и электроприводу.The invention relates to electrical engineering, in particular to electric machines and electric drives.
Аналогом является, например, электрическая машина с постоянными магнитами на роторе коллекторного типа (Ледовский А.Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами / М.: Энергоатомиздат, 1985, рис. 2.2, с. 19; рис. 5.6, с. 137), содержащая статор с обмоткой и ротор коллекторного типа с постоянными магнитами, установленными на немагнитную втулку, намагниченными в тангенциальном направлении и расположенными так, чтобы полярность смежных постоянных магнитов была одинакова, а между постоянными магнитами размещены полюсы из магнитной стали.An analogue is, for example, an electric machine with permanent magnets on a collector-type rotor (Ledovsky A.N. Electric machines with highly coercive permanent magnets / M .: Energoatomizdat, 1985, Fig. 2.2, p. 19; Fig. 5.6, p. 137) comprising a stator with a winding and a collector-type rotor with permanent magnets mounted on a non-magnetic sleeve, magnetized in the tangential direction and arranged so that the polarity of adjacent permanent magnets is the same, and magnetically poles are placed between the permanent magnets th steel.
Наиболее близок к предлагаемому способу защиты от возгорания электрической машины с постоянными магнитами на роторе способ, приведенный в статье Калмыков А.Н., Михайлов В.М., Сеньков А.П. «Способ снижения токов коротких замыканий в обмотке статора электродвигателей с постоянными магнитами на роторе», опубликованный в журнале Морской вестник. Специальный выпуск. 2013, №2(11), с. 51-53. В статье указано, что в судовых гребных установках с электродвигателем с постоянными магнитами на роторе при возникновении межвиткового замыкания в обмотке статора может произойти возгорание электродвигателя, так как при движении судна по инерции под действием набегающего на винт потока воды ротор электродвигателя будет продолжать вращаться и машина перейдет в генераторный режим. Поскольку магнитное поле в зазоре между ротором и статором, созданное постоянными магнитами на роторе, сохраняется, в витках обмотки статора будет индуцироваться электродвижущая сила, в части обмотки статора замкнутой межвитковым замыканием появится ток, обмотка будет нагреваться и может возникнуть возгорание электродвигателя. Подобная опасная ситуация может возникнуть и в турбогенераторе с постоянными магнитами на роторе. При межвитковом замыкании в обмотке статор генератора будет отключен коммутационно-защитными аппаратами от внешних электрических цепей, но ротор генератора вместе с турбиной будет продолжать вращаться по инерции. Из-за высокой частоты вращающиеся части турбогенератора обладают большой кинетической энергией, поэтому вращение роторов турбины и генератора может продолжаться длительное время. Магнитное поле ротора будет создавать электродвижущую силу в витках обмотки статора генератора, в части обмотки статора, охваченной межвитковым замыканием, появится ток, обмотка будет нагреваться, и может возникнуть возгорание генератора.Closest to the proposed method of protection against fire of an electric machine with permanent magnets on the rotor is the method described in the article Kalmykov AN, Mikhailov VM, Senkov AP “A way to reduce short-circuit currents in the stator winding of permanent-magnet electric motors on the rotor”, published in the journal Morskoy Vestnik. Special issue. 2013, No. 2 (11), p. 51-53. The article states that in ship rowing installations with a permanent magnet electric motor on the rotor, an inter-turn short circuit occurs in the stator winding due to electric motor ignition, since when the vessel moves by inertia under the influence of the water flow incident on the screw, the electric motor rotor will continue to rotate and the machine will go over into generator mode. Since the magnetic field in the gap between the rotor and the stator created by the permanent magnets on the rotor is maintained, an electromotive force will be induced in the turns of the stator winding, a current will appear in the part of the stator winding by a closed inter-turn circuit, the winding will heat up and a motor may ignite. A similar dangerous situation can arise in a turbine generator with permanent magnets on the rotor. In case of interturn circuit in the winding, the generator stator will be disconnected by switching protective devices from external electric circuits, but the generator rotor together with the turbine will continue to rotate by inertia. Due to the high frequency, the rotating parts of the turbogenerator have high kinetic energy, so the rotation of the turbine and generator rotors can last a long time. The magnetic field of the rotor will create electromotive force in the turns of the stator winding of the generator, in the part of the stator winding covered by the inter-turn circuit, current will appear, the winding will heat up, and the generator may ignite.
Для защиты от возгорания электрической машины с постоянными магнитами на роторе при межвитковом замыкании в обмотке статора в прототипе предложен способ, при котором ротор в осевом направлении разделен на две втулки, одна из этих втулок - неподвижная, закреплена на валу двигателя, а вторая втулка - поворотная, установлена на валу на подшипниках. При нормальном функционировании электрической машины поворотная втулка ротора должна быть зафиксирована стопорным устройством относительно неподвижной втулки таким образом, чтобы полярность полюсов поворотной втулки и неподвижной втулки в осевом направлении совпадали. При возникновении межвиткового замыкания в обмотке статора стопорное устройство должно освободить поворотную втулку ротора, которая под действием сил магнитного взаимодействия полюсов поворотной втулки и неподвижной втулки ротора развернется в аварийное положение так, что на одной оси на неподвижной втулке и поворотной втулке ротора будут располагаться полюсы разной полярности. Тогда суммарный магнитный поток, связанный с каждым витком статора, будет равен нулю, так как с витком обмотки статора будет связан магнитный поток полюсов неподвижной втулки и магнитный поток полюсов поворотной втулки, равные по абсолютной величине, но разной полярности. Вследствие этого электродвижущая сила и ток короткого замыкания в замкнутой части обмотки статора уменьшится и уменьшится опасность возгорания электрической машины.To protect against the ignition of an electric machine with permanent magnets on the rotor during interturn circuit in the stator winding, the prototype provides a method in which the rotor in the axial direction is divided into two bushings, one of these bushings is fixed, mounted on the motor shaft, and the second sleeve is rotary mounted on the shaft with bearings. During normal operation of the electric machine, the rotor rotary sleeve must be fixed with a locking device relative to the stationary sleeve so that the poles of the rotary sleeve and the stationary sleeve are aligned in the axial direction. In the event of an interturn circuit in the stator winding, the locking device must release the rotor sleeve of the rotor, which, under the action of magnetic forces of the poles of the rotary sleeve and the stationary rotor sleeve, will deploy to the emergency position so that poles of different polarity are located on the same axis on the stationary sleeve and rotary sleeve of the rotor . Then the total magnetic flux associated with each turn of the stator will be zero, since the magnetic flux of the poles of the fixed sleeve and the magnetic flux of the poles of the rotary sleeve, equal in absolute value but of different polarity, will be connected with the coil of the stator winding. As a result, the electromotive force and short circuit current in the closed part of the stator winding will decrease and the risk of fire of an electric machine will decrease.
Недостатком прототипа является то, что при возникновении межвиткового замыкания в обмотке статора и вращении ротора по инерции или под действием внешнего момента электродвижущая сила и ток короткого замыкания в замкнутой части обмотки будут равны нулю только в том случае, если межвитковым замыканием замкнуто целое число витков обмотки статора. В этом случае каждый виток будет охватывать два примерно равных магнитных потока, но разных по направлению. Но если в замкнутой части обмотки будет не целое число витков, то электродвижущая сила в замкнутой части обмотки не будет равна нулю, и ток короткого замыкания в замкнутой части обмотки появится, что может привести к возгоранию. Причиной этого является то, что после перехода поворотной втулки ротора в аварийное положение, индукция магнитного поля в зазоре между ротором и статором под полюсами и неподвижной, и поворотной втулки не равна нулю. Еще одним недостатком является относительно большое время перехода электрической машины из положения нормального функционирования в аварийное положение, то есть большое время поворота поворотной втулки относительно неподвижной втулки и вала. Поскольку полюсы неподвижной и поворотной втулки взаимодействуют своими торцевыми частями, магнитный поток через которые мал, поэтому силы магнитного взаимодействия полюсов неподвижной и поворотной втулки ротора невелики.The disadvantage of the prototype is that when an interturn circuit occurs in the stator winding and the rotor rotates by inertia or under the influence of an external moment, the electromotive force and short circuit current in the closed part of the winding will be equal to zero only if an integer number of turns of the stator winding is closed. . In this case, each turn will cover two approximately equal magnetic fluxes, but different in direction. But if there is not an integer number of turns in the closed part of the winding, then the electromotive force in the closed part of the winding will not be zero, and a short circuit current in the closed part of the winding will appear, which can lead to fire. The reason for this is that after the rotary sleeve of the rotor goes into emergency position, the magnetic field in the gap between the rotor and the stator under the poles and the fixed and the rotary sleeve is not equal to zero. Another disadvantage is the relatively large time it takes for the electric machine to transition from the normal operation to the emergency position, that is, the time it takes for the rotary sleeve to turn relative to the stationary sleeve and shaft. Since the poles of the fixed and rotary sleeves interact with their end parts, the magnetic flux through which is small, therefore, the forces of magnetic interaction between the poles of the fixed and rotary sleeve of the rotor are small.
Предлагаемое изобретение предлагает способ и устройство защиты от возгорания электрической машины с постоянными магнитами на роторе коллекторного типа, которые устраняют опасность возгорания машины при межвитковом замыкании любой части обмотки статора и позволяют уменьшить время перехода машины из положения нормального функционирования в аварийное положение.The present invention provides a method and device for protection against fire of an electric machine with permanent magnets on a collector-type rotor, which eliminate the risk of machine fire during interturn circuit of any part of the stator winding and reduce the time it takes for the machine to transition from the normal functioning to the emergency position.
Это достигается тем, что в электрической машине, содержащей статор с обмоткой и ротор коллекторного типа с постоянными магнитами, установленными на немагнитную втулку, намагниченными в тангенциальном направлении и расположенными так, чтобы полярность смежных постоянных магнитов была одинакова, а между постоянными магнитами размещены полюсы из магнитной стали, ротор разделяют в радиальном направлении на две части - внутреннюю часть и внешнюю часть. Внутреннюю часть ротора, имеющую постоянные магниты и полюсы, неподвижно соединяют с немагнитной втулкой, закрепленной на валу двигателя. Внешнюю часть ротора, также имеющую постоянные магниты и полюсы, соединенные по торцам немагнитными кольцами, выполняют в виде полого цилиндра и устанавливают поверх внутренней части на подшипниках. При нормальной работе машины внешнюю часть ротора разворачивают и фиксируют таким образом, чтобы полярность полюсов, расположенных на одном радиусе ротора, на внешней и внутренней частях ротора совпадала. В этом положении внешней части ротора индукция магнитного поля в зазоре машины между ротором и статором и электродвижущая сила в обмотке статора при вращении ротора максимальны. При возникновении межвиткового замыкания внешнюю часть ротора освобождают от фиксации, и тангенциальные силы взаимодействия полюсов внутренней и внешней части ротора заставят внешнюю часть ротора развернуться в такое положение, при котором полярность полюсов, расположенных на одном радиусе ротора, на внешней и внутренней частях ротора будет противоположной. В этом положении внешней части ротора индукция в зазоре машины между ротором и статором будет равна нулю, значит, и электродвижущая сила в обмотке статора при вращении ротора будет отсутствовать, и возгорания машины из-за межвиткового замыкания не произойдет.This is achieved by the fact that in an electric machine containing a stator with a winding and a collector-type rotor with permanent magnets mounted on a non-magnetic sleeve, tangentially magnetized and arranged so that the polarity of adjacent permanent magnets is the same, and magnetic poles are placed between the permanent magnets steel, the rotor is divided radially into two parts - the inner part and the outer part. The inner part of the rotor, which has permanent magnets and poles, is fixedly connected to a non-magnetic sleeve fixed to the motor shaft. The outer part of the rotor, also having permanent magnets and poles connected at the ends by non-magnetic rings, is made in the form of a hollow cylinder and mounted on top of the inner part on bearings. During normal operation of the machine, the outer part of the rotor is deployed and fixed so that the polarity of the poles located on the same radius of the rotor on the outer and inner parts of the rotor coincides. In this position of the outer part of the rotor, the magnetic field induction in the gap of the machine between the rotor and the stator and the electromotive force in the stator winding during rotation of the rotor are maximum. When an inter-turn short circuit occurs, the outer part of the rotor is released from fixation, and the tangential forces of the interaction of the poles of the inner and outer parts of the rotor will cause the outer part of the rotor to rotate to a position where the polarity of the poles located on the same radius of the rotor on the outer and inner parts of the rotor will be opposite. In this position of the outer part of the rotor, the induction in the gap of the machine between the rotor and the stator will be zero, which means that there will be no electromotive force in the stator winding when the rotor rotates, and the machine will not ignite due to inter-turn short circuit.
Для уменьшения времени перехода электрической машины, содержащей статор с обмоткой и ротор коллекторного типа с постоянными магнитами, из положения нормального функционирования в аварийное внешнюю часть ротора при нормальной работе машины устанавливают относительно внутренней части ротора таким образом, чтобы между осями симметрии одноименных полюсов внешней части и внутренней части ротора был угол, не превышающий половины полюсного деления ротора. При наличии в нормальном положении ротора машины углового смещения между осями симметрии одноименных полюсов внешней части и внутренней части ротора тангенциальные силы взаимодействия полюсов внутренней и внешней части ротора будут больше и внешняя втулка ротора развернется в аварийное положение быстрее. Время перехода электрической машины из нормального положения в аварийное будет сокращено. Устанавливать поворотную втулку ротора при нормальной работе машины с угловым смещением между осями симметрии одноименных полюсов внешней части и внутренней части ротора более половины полюсного деления ротора нецелесообразно, так как при этом индукция магнитного поля в зазоре между ротором и статором будет существенно меньше, чем при отсутствии углового смещения, и момент двигателя также уменьшится.To reduce the transition time of an electric machine containing a stator with a winding and a collector-type rotor with permanent magnets from the normal operation to the emergency external part of the rotor during normal operation of the machine, it is installed relative to the inner part of the rotor so that between the symmetry axes of the same poles of the outer part and the inner part of the rotor was an angle not exceeding half the pole division of the rotor. If the rotor of the machine in the normal position has an angular displacement between the symmetry axes of the same poles of the outer part and the inner part of the rotor, the tangential forces of the interaction of the poles of the inner and outer parts of the rotor will be larger and the outer rotor sleeve will deploy to the emergency position faster. The transition time of the electric machine from normal to emergency will be reduced. It is not advisable to install the rotor rotor sleeve during normal operation of the machine with an angular displacement between the symmetry axes of the same poles of the outer part and the inner part of the rotor of more than half of the pole division of the rotor, since the magnetic field in the gap between the rotor and stator will be significantly less than in the absence of angular displacement, and engine torque will also decrease.
Таким образом, предлагаемый способ устраняет возможность возгорания электрической машины с постоянными магнитами на роторе коллекторного типа при возникновении межвиткового замыкания в обмотке статора.Thus, the proposed method eliminates the possibility of ignition of an electric machine with permanent magnets on the rotor of the collector type in the event of an interturn circuit in the stator winding.
Предлагаемый способ реализуется с помощью устройства защиты от возгорания, содержащего статор с обмоткой и ротор с постоянными магнитами, установленными на немагнитную втулку, намагниченными в тангенциальном направлении и расположенными так, чтобы полярность смежных постоянных магнитов была одинакова, а между постоянными магнитами размещены полюсы из магнитной стали. Ротор разделен в радиальном направлении на две части, на внутреннюю часть ротора, полюсы которой неподвижно соединены с немагнитной втулкой, закрепленной на валу двигателя, и внешнюю часть ротора, полюсы которой соединены по торцам немагнитными кольцами. Внешняя часть выполнена в виде полого цилиндра и установлена поверх внутренней части на подшипниках, закрепленных на немагнитной втулке, на которой со стороны одного из торцов установлен диск. Во внутреннем отверстии диска выполнены шлицы, входящие в соединение со шлицами, выполненными на наружной поверхности немагнитной втулки ротора. Со стороны того же торца на немагнитной втулке ротора закреплено упорное кольцо, и между упорным кольцом и диском размещена пружина, которая одним торцом упирается в упорное кольцо, а другим торцом - в упорный диск, прижимая диск к выступу на немагнитной втулке ротора. На наружной поверхности диска выполнен зубчатый венец, который входит в зацепление с зубчатым венцом, выполненным на немагнитном кольце внешней части ротора, и на подшипниковом щите машины со стороны расположения диска закреплен кольцевой электромагнит, а на другом подшипниковом щите машины установлен электропривод с редуктором и выдвижным выходным валом, на котором установлена шестерня, и на втором немагнитном кольце внешней части ротора выполнен зубчатый венец.The proposed method is implemented using a fire protection device containing a stator with a winding and a rotor with permanent magnets mounted on a non-magnetic sleeve, magnetized in the tangential direction and located so that the polarity of adjacent permanent magnets is the same, and magnetic steel poles are placed between the permanent magnets . The rotor is radially divided into two parts, the inner part of the rotor, the poles of which are fixedly connected to a non-magnetic sleeve mounted on the motor shaft, and the outer part of the rotor, the poles of which are connected at the ends by non-magnetic rings. The outer part is made in the form of a hollow cylinder and is mounted on top of the inner part on bearings mounted on a non-magnetic sleeve, on which a disk is mounted on the side of one of the ends. Slots are made in the inner hole of the disk, which are connected to the slots made on the outer surface of the non-magnetic rotor hub. From the side of the same end, a stop ring is fixed on the non-magnetic rotor sleeve, and a spring is placed between the stop ring and the disk, which abuts against the stop ring with one end and the stop disk with the other end, pressing the disk against the protrusion on the rotor non-magnetic sleeve. A gear ring is made on the outer surface of the disk, which engages with a ring gear made on a non-magnetic ring of the outer part of the rotor, and an annular electromagnet is mounted on the bearing shield of the machine from the disk location side, and an electric drive with a gearbox and a retractable output is installed on the other bearing shield of the machine a shaft on which the gear is mounted, and a ring gear is made on the second non-magnetic ring of the outer part of the rotor.
На фиг. 1 приведена схема осевого сечения, а на фиг. 2, 3 и 4 - схема диаметрального сечения электрической машины с постоянными магнитами на роторе коллекторного типа, поясняющая предлагаемый способ защиты электрической машины от возгорания; на фиг. 5 показана схема и состояние устройства для защиты от возгорания при нормальном функционировании электрической машины; на фиг. 6 показано состояние устройства для защиты от возгорания при аварийном состоянии электрической машины, на фиг. 7 показано, каким образом устройство для защиты от возгорания возвращает электрическую машину из аварийного состояния в нормальное.In FIG. 1 is a diagram of an axial section, and FIG. 2, 3 and 4 - a diagram of a diametrical section of an electric machine with permanent magnets on a collector-type rotor, explaining the proposed method of protecting an electric machine from fire; in FIG. 5 shows a diagram and state of a device for protection against fire during normal operation of an electric machine; in FIG. 6 shows the state of the device for protection against fire in the emergency state of an electric machine, FIG. 7 shows how a fire protection device returns an electric machine from an emergency to a normal state.
В изображенной на фиг. 1 схеме машины в корпусе 1 установлен статор 2 с обмоткой 3. Вал 4 установлен в подшипниках 5 и 6, закрепленных в подшипниковых щитах 7 и 8 соответственно. На валу 4 неподвижно установлена внутренняя часть 9 ротора, которая состоит из втулки 10, выполненной из немагнитного материала, и прикрепленных к втулке 10 полюсов 11, выполненных из магнитной стали, с расположенными между полюсами 11 постоянными магнитами 12. Направление намагниченности постоянных магнитов 12 и полярность полюсов 11 чередуется в тангенциальном направлении. Внешняя часть 13 ротора в виде полого цилиндра состоит из двух немагнитных колец 14 и 15, к которым прикреплены полюсы 16, выполненные из магнитной стали. Между полюсами 16 размещены постоянные магниты 17, намагниченные в тангенциальном направлении, направление намагниченности постоянных магнитов 17 и полярность полюсов 16 чередуется. Внешняя часть 13 ротора установлена на немагнитной втулке 10 на подшипниках 18 и 19.In the depicted in FIG. 1, the machine in
При нормальном функционировании электрической машины внешняя часть 13 ротора должна быть зафиксирована на внутренней части 9 ротора в таком положении, чтобы полярность полюсов 16 и полярность полюсов 11, расположенных на одном радиусе ротора, совпадала (фиг. 2), то есть радиальная ось симметрии полюсов 11 и полюсов 16 одной и той же полярности должна совпадать. Фиксация внешней части 13 ротора относительно внутренней части 9 ротора должна осуществляться специальным устройством, которое на фиг. 1 и фиг. 2 не изображено. В таком положении внешней части 13 ротора магнитные потоки Ф, созданные постоянными магнитами 12 и 17, суммируются, проходят через воздушный зазор между ротором и статором 2 электрической машины и замыкаются в магнитопроводе статора 2 (фиг. 2). Индукция магнитного поля, созданного постоянными магнитами 12 и 17 в зазоре между ротором и статором 2, будет максимальной. Ниже это положение ротора будет называться нормальным.During normal operation of the electric machine, the
При возникновении межвиткового замыкания в обмотке 3 статора 2 фиксатор должен освободить внешнюю часть 13 ротора. При взаимодействии полюсов 16 внешней части 13 ротора и полюсов 11 внутренней части 9 ротора возникают тангенциальные силы, которые заставляют внешнюю часть 13 ротора развернуться в такое положение, при котором полярность полюсов 16 внешней части 13 ротора и полярность полюсов 11 внутренней части 9 ротора, расположенных на одном радиусе ротора, будет противоположной (фиг. 3). В этом положении (ниже это положение ротора будет называться аварийным) внешнюю часть 13 относительно внутренней части 9 ротора зафиксируют силы магнитного взаимодействия полюсов 11 и полюсов 16. В аварийном положении ротора магнитные потоки Ф, созданные постоянными магнитами 12 и 17, будут замыкаться через полюсы 11 и 16, а индукция магнитного поля, созданного постоянными магнитами 12 и 17 в зазоре между ротором и статором 2, будет равна нулю. Вследствие этого при вращении ротора по инерции или под действием активного момента нагрузки электродвижущая сила в обмотке 3 статора 2 будет равна нулю и возгорания электрической машины при межвитковом замыкании в обмотке 3 статора 2 не произойдет.If an interturn circuit occurs in the
Для сокращения времени разворота внешней части 13 ротора из нормального положения в аварийное положение, при котором индукция магнитного поля в зазоре между ротором и статором 2 равна нулю, внешнюю часть ротора 13 в нормальном положении ротора нужно установить так, чтобы между осью симметрии полюсов 16 внешней части 13 ротора и осью симметрии полюсов 11 такой же полярности внутренней части 9 ротора был угол α≠0 (фиг. 4), не превышающий половины полюсного деления. При таком исходном положении внешней части 13 ротора относительно внутренней части 9 ротора тангенциальные силы, возникающие при взаимодействии полюсов 16 и полюсов 11 и действующие на внешнюю часть 13 ротора, будут больше, чем при α=0, и время поворота внешней части 13 ротора относительно внутренней части 9 в аварийное положение после освобождения фиксатором внешней части 13 ротора уменьшится.To reduce the turnaround time of the
На фиг. 5 показана схема и состояние устройства для защиты от межвиткового замыкания в обмотке 3 при нормальном функционировании электрической машины. На втулке 10 установлен диск 20, выполненный из магнитной стали. Во внутреннем отверстии диска 20 и на цилиндрической поверхности втулки 10 со стороны левого торца выполнены шлицы, образующие шлицевое соединение 21, которое дает возможность диску 20 перемещаться на втулке 10 в осевом направлении без углового смещения. На наружной кромке диска 20 и внутренней поверхности кольца 14 выполнены зубцы. Зубцы диска 20 и кольца 14 в положении диска 20, показанном на фиг. 5, входят в зубчатое зацепление 22, которое фиксирует пружина 23, упирающаяся одним торцом в диск 20, а другим торцом в упорное кольцо 24, закрепленное на конце втулки 10. Благодаря зубчатому зацеплению 22 диска 20 и кольца 14 и шлицевому соединению 21 диска 20 и втулки 10 внешняя часть 13 ротора неподвижно зафиксирована относительно внутренней части 9 ротора. Это положение соответствует нормальному положению ротора электрической машины, показанному на фиг. 2, при котором индукция в зазоре между ротором и статором 2 максимальна.In FIG. 5 shows the diagram and state of the device for protection against inter-turn circuit in the winding 3 during normal operation of the electric machine. On the
На подшипниковом щите 8 закреплен кольцевой электромагнит, состоящий из магнитопровода 25 и кольцевой катушки 26. При возникновении межвиткового замыкания в обмотке 3 статора 2 в кольцевую катушку 26 подается ток и возникает магнитный поток Фм, проходящий через магнитопровод 25 электромагнита, воздушный зазор между магнитопроводом 25 и диском 20 и через диск 20 (фиг. 6). На диск 20 будут действовать силы магнитного притяжения, под действием которых диск 20 перемещается по шлицам 21 на втулке 10 в осевом направлении в сторону электромагнита, сжимая пружину 23. В конечном положении диск 20 прижимается силами магнитного притяжения к упорному кольцу 24. При этом между магнитопроводом 25 электромагнита и диском 20 остается воздушный зазор и диск 20 продолжает свободно вращаться вместе с ротором, а зубчатое зацепление 22 диска 20 и кольца 14 внешней части 13 ротора разрывается. Освободившаяся от фиксации внешняя часть 13 ротора под действием сил взаимодействия полюсов 16 внешней части 13 и полюсов 11 внутренней части 9 ротора разворачивается на подшипниках 18 и 19 относительно внутренней части 9 в аварийное положение ротора, показанное на фиг. 3. Как было отмечено выше, в этом положении ротора индукция в зазоре между ротором и статором 2 равна нулю и возгорания обмотки 3 статора 2 при межвитковом замыкании произойти не может.An annular electromagnet is mounted on the
Для возврата ротора машины из аварийного в нормальное положение после устранения неисправности или ошибочной подачи питания на катушку 26 электромагнита на подшипниковом щите 7 закреплен электропривод, состоящий из маломощного электродвигателя 27, редуктора 28 и шестерни 29, установленной на выдвижном выходном валу 30 редуктора 28. Для сцепления с зубцами шестерни 29 на кольце 15 внешней части 13 ротора выполнен зубчатый венец 31. При возврате ротора в нормальное положение необходимо подать питание на катушку 26, электромагнитные силы прижмут диск 20 к упорному кольцу 24, и диск 20 не будет создавать помех при вращении внешней части 13 ротора. Затем внешним устройством зафиксировать вал 4 электродвигателя и выдвинуть из корпуса редуктора 28 вал 30 с шестерней 29, зубцы которой войдут в зацепление с зубчатым венцом 31 кольца 15. После этого нужно включить электродвигатель 27, который через редуктор 28 будет вращать выходной вал 30 и шестерню 29. Шестерня 29, вошедшая в зацепление с зубчатым венцом 31 кольца 15, будет вращать кольцо 15 вместе с внешней частью 13 относительно внутренней части 9 ротора. После совмещения одноименных полюсов 16 внешней части 13 и полюсов 11 внутренней части 9 ротора, как показано на фиг. 2 или фиг. 4, обмотка 26 электромагнита выключается, диск 20 под действием пружины 23 смещается в осевом направлении вправо и зубцы на наружной кромке диска 20 входят в зацепление 22 с зубчатым венцом кольца 14. Ротор будет возвращен в нормальное положение, и машина готова к работе.To return the rotor of the machine from the emergency to the normal position after eliminating the malfunction or erroneously supplying power to the
В прототипе в аварийном положении ротора индукция магнитного поля в зазоре между ротором и статором под полюсами неподвижной втулки ротора и под полюсами поворотной втулки ротора не может быть равна нулю, что сохраняет вероятность возгорания электрической машины при межвитковом замыкании. Предлагаемый способ защиты электрической машины с постоянными магнитами на роторе коллекторного типа обеспечивает в аварийном положении ротора равенство нулю индукции магнитного поля в зазоре между ротором и статором в любой точке, что полностью исключает возгорание машины при межвитковом замыкании в обмотке статора.In the prototype, in the emergency position of the rotor, the magnetic field induction in the gap between the rotor and the stator under the poles of the fixed rotor sleeve and under the poles of the rotor rotor sleeve cannot be zero, which saves the probability of fire of an electric machine during an interturn circuit. The proposed method of protecting an electric machine with permanent magnets on a rotor of the collector type ensures that the rotor in the emergency position is equal to zero magnetic field induction in the gap between the rotor and the stator at any point, which completely eliminates the fire of the machine during interturn circuit in the stator winding.
В прототипе силы магнитного взаимодействия полюсов неподвижной втулки ротора и полюсов поворотной втулки относительно невелики, так как полюсы неподвижной втулки ротора и поворотной втулки взаимодействуют торцевыми сторонами, через которые проходит только небольшая часть магнитных потоков полюсов. Поэтому быстродействие защиты в прототипе не может быть высоким. В предлагаемом способе полюсы неподвижной втулки ротора и полюсы поворотной втулки взаимодействуют цилиндрическими поверхностями, через которые проходит весь магнитный поток полюсов неподвижной втулки и полюсов поворотной втулки. Вследствие этого силы магнитного взаимодействия полюсов неподвижной втулки ротора и полюсов поворотной втулки будут максимальными и быстродействие предлагаемого способа защиты электрической машины с постоянными магнитами на роторе коллекторного типа будет выше, чем у прототипа.In the prototype, the forces of magnetic interaction between the poles of the fixed rotor sleeve and the poles of the rotary sleeve are relatively small, since the poles of the fixed rotor sleeve and the rotary sleeve interact with the end faces through which only a small part of the magnetic flux of the poles passes. Therefore, the speed of protection in the prototype cannot be high. In the proposed method, the poles of the fixed rotor sleeve and the poles of the rotary sleeve interact with cylindrical surfaces through which the entire magnetic flux of the poles of the fixed sleeve and the poles of the rotary sleeve passes. Due to this, the forces of magnetic interaction between the poles of the fixed rotor sleeve and the poles of the rotary sleeve will be maximum and the speed of the proposed method for protecting an electric machine with permanent magnets on the collector-type rotor will be higher than that of the prototype.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014129350/07A RU2567230C1 (en) | 2014-07-16 | 2014-07-16 | Method of protection against inflammation of electrical machine with permanent magnets on rotor of collector type and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014129350/07A RU2567230C1 (en) | 2014-07-16 | 2014-07-16 | Method of protection against inflammation of electrical machine with permanent magnets on rotor of collector type and device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2567230C1 true RU2567230C1 (en) | 2015-11-10 |
Family
ID=54536941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014129350/07A RU2567230C1 (en) | 2014-07-16 | 2014-07-16 | Method of protection against inflammation of electrical machine with permanent magnets on rotor of collector type and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2567230C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2664557C1 (en) * | 2017-05-17 | 2018-08-21 | Валерий Михайлович Михайлов | Method of protection against fire of an electric machine with permanent magnets on a cylindrical type rotor, loss enhancement and gain in performance during working on partial modes of the engine |
| RU195701U1 (en) * | 2019-10-09 | 2020-02-04 | Евгений Николаевич Коптяев | PERMANENT MAGNET ELECTRIC MACHINE |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3707638A (en) * | 1970-03-09 | 1972-12-26 | Alumina Ferrite Corp | Electric motor utilizing a ferrite stator of low coerciveness, ferrite rotor of high coerciveness, and photo-electric commutation |
| WO1997048172A1 (en) * | 1996-06-10 | 1997-12-18 | Emerson Electric Co. | Reluctance machine with permanent magnet rotor excitations |
| RU2127016C1 (en) * | 1998-06-09 | 1999-02-27 | Селиванов Николай Павлович | Method for manufacturing of induction electric motor and induction electric motor with squirrel-cage rotor |
| RU2251195C2 (en) * | 1999-12-20 | 2005-04-27 | Прэтт энд Уитни Кэнэдэ Корп. | Electrical machine and electric generator (alternatives) |
| RU2306657C1 (en) * | 2005-11-30 | 2007-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт им. акад. А.Н. Крылова" (ФГУП "ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова") | Electric machine |
| RU2490773C2 (en) * | 2011-07-19 | 2013-08-20 | Феоктистов Федор Владимирович | Dc electromagnetic machine |
-
2014
- 2014-07-16 RU RU2014129350/07A patent/RU2567230C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3707638A (en) * | 1970-03-09 | 1972-12-26 | Alumina Ferrite Corp | Electric motor utilizing a ferrite stator of low coerciveness, ferrite rotor of high coerciveness, and photo-electric commutation |
| WO1997048172A1 (en) * | 1996-06-10 | 1997-12-18 | Emerson Electric Co. | Reluctance machine with permanent magnet rotor excitations |
| RU2127016C1 (en) * | 1998-06-09 | 1999-02-27 | Селиванов Николай Павлович | Method for manufacturing of induction electric motor and induction electric motor with squirrel-cage rotor |
| RU2251195C2 (en) * | 1999-12-20 | 2005-04-27 | Прэтт энд Уитни Кэнэдэ Корп. | Electrical machine and electric generator (alternatives) |
| RU2306657C1 (en) * | 2005-11-30 | 2007-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт им. акад. А.Н. Крылова" (ФГУП "ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова") | Electric machine |
| RU2490773C2 (en) * | 2011-07-19 | 2013-08-20 | Феоктистов Федор Владимирович | Dc electromagnetic machine |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2664557C1 (en) * | 2017-05-17 | 2018-08-21 | Валерий Михайлович Михайлов | Method of protection against fire of an electric machine with permanent magnets on a cylindrical type rotor, loss enhancement and gain in performance during working on partial modes of the engine |
| RU195701U1 (en) * | 2019-10-09 | 2020-02-04 | Евгений Николаевич Коптяев | PERMANENT MAGNET ELECTRIC MACHINE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105245073B (en) | Stator permanent magnetic type double-salient-pole disc type electric machine | |
| US7605504B2 (en) | Fault-tolerant permanent magnet machine with reconfigurable stator core slot flux paths | |
| US20130187504A1 (en) | Dynamo-electric machine | |
| US8704398B2 (en) | Electric generator and process for assembling a wind turbine equipped with the generator | |
| RU2638829C2 (en) | Hybrid induction electric motor with self-aligning inner rotor based on permanent magnets | |
| EP3249791B1 (en) | A permanent magnet machine | |
| US20180278102A1 (en) | Electrical machine | |
| JP2007503199A (en) | Electric motor having a permanent magnet rotor | |
| EP3319212B1 (en) | Electrical machine | |
| EP3223413B1 (en) | Axial flux permanent magnet machine | |
| RU2567230C1 (en) | Method of protection against inflammation of electrical machine with permanent magnets on rotor of collector type and device for its implementation | |
| EP2833526B1 (en) | Electrical power motor-generator excited by magnetic transference | |
| ES2701052T3 (en) | Reduction of rolling forces in an electric machine | |
| RU2633356C1 (en) | Direct current valve wind generator | |
| RU2534046C1 (en) | Electric power generator | |
| RU2541356C1 (en) | Electric machine | |
| RU2545166C1 (en) | Magnetic reducing gear | |
| Mikhailov et al. | The Use of Permanent-Magnet Machines in Ship Electrical Systems | |
| JP2009261204A (en) | Roll-type generator | |
| RU2588599C1 (en) | Synchronous motor with magnetic reduction | |
| RU2605204C1 (en) | Shaftless generator | |
| RU2475926C1 (en) | Magnetoelectric machine rotor system | |
| CN111446784A (en) | Brushless alternating-current generator | |
| CN107528442B (en) | Aviation built-in type permanent magnetism starter-generator | |
| JP2020010486A (en) | Motor rotor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170717 |