Безроторный генератор: Трехфазный бесколлекторный синхронный генератор, серия TFW2 | Производителя

Содержание

Бесколлекторный генератор постоянного тока

Полезная модель относится к области электрических машин постоянного тока и может быть использована на промышленных предприятиях и электрическом железнодорожном транспорте, а также на других видах электрического транспорта в качестве высоковольтного источника постоянного тока.

Задачей полезной модели является повышение мощности генератора за счет сглаживания пульсаций напряжения, и повышение надежности работы генератора за счет выполнения приводного двигателя в виде асинхронного двигателя или двигателя постоянного тока

Технический результат достигается тем, что в бесколлекторный генератор постоянного тока, содержащий статор с парой полюсов, на которых размещены обмотки возбуждения, якорь с якорными обмотками, закрепленный на валу генератора, который соединен с валом приводного двигателя, подключенного к источнику питания, контактное устройство, выполненное в виде двух сплошных проводящих контактных колец с неподвижно установленными на них токосъемными скользящими щетками, согласно заявляемой полезной модели, введен блок управления с полномостовыми инверторами и пакетом программ управления работой генератора, на паре полюсов статора размещены две автономные, независимые друг от друга, первая и вторая обмотки возбуждения, соединенные с блоком управления, который подключен к источнику питания, причем на якоре также размещены две автономные, независимые друг от друга, первая и вторая якорные обмотки, при этом начало первой и второй якорных обмоток присоединено к первому сплошному проводящему контактному кольцу, а конец первой и второй якорных обмоток присоединен ко второму сплошному проводящему контактному кольцу, источник питания представляет собой источник постоянного тока, питающий через блок управления обмотки возбуждения постоянным током и выполненный с возможностью преобразования постоянного напряжения в переменное, а приводным двигателем является двигатель постоянного тока или асинхронный двигатель, при этом блок управления выполнен с возможностью управления переключением полярности постоянного тока в обмотках возбуждения в зависимости от нахождения якорных обмоток в верхнем или нижнем положениях. 4 ил.

Наиболее близким техническим решением является генератор постоянного тока по патенту РФ 2396676, МПК H02K 23/26, H02K 23/68, 10.08.2010, содержащий статор с полюсами, на которых размещены обмотки возбуждения, якорь с якорной обмоткой, закрепленный на валу генератора, соединенном с валом приводного синхронного двигателя, подключенным к источнику переменного напряжения, контактное устройство, выполненное в виде двух проводящих сплошных контактных колец, с неподвижно установленными на них токосъемными скользящими щетками, при этом к одному из проводящих контактных колец присоединено начало якорной обмотки, а ко второму проводящему контактному кольцу подключен конец якорной обмотки, причем обмотки возбуждения генератора подключены, к источнику переменного напряжения.

Недостатком данного генератора является его невысокая мощность из-за невысокого значения электродвижущей силы (ЭДС) в результате пульсаций напряжения и тока на выходе генератора, обусловленных переменным синусоидальным током, подаваемым в обмотку возбуждения.

Другим недостатком генератора является его невысокая надежность из-за выполнения приводного двигателя в виде синхронного электродвигателя, что обуславливает необходимость поддержания частоты возбуждающего напряжения генератора с частотой вращения его ротора.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена электрическая схема генератора, на фиг.2, 3 показаны положения якоря генератора, на котором расположены первая и вторая якорные обмотки, а именно, на фиг.2 – при верхнем и нижнем положениях, соответственно, первой и второй якорных обмоток, когда угол поворота якоря равен 90°, на фиг.3 – при нижнем и верхнем положениях, соответственно, первой и второй якорных обмоток, когда угол поворота якоря равен 270°, на фиг.4 – зависимость ЭДС (е) от угла поворота якоря ().

Цифрами на фиг.1, 2, 3 обозначены:

1 – статор,

2 – пара полюсов,

3а – первая обмотка возбуждения,

3б – вторая обмотка возбуждения,

4 – якорь,

5а – первая якорная обмотка,

5б – вторая якорная обмотка,

6 – контактное устройство,

7 – вал генератора,

8 – первое сплошное проводящее контактное кольцо,

9 – второе сплошное проводящее контактное кольцо,

10 – токосъемная скользящая щетка первого проводящего контактного кольца,

11 – токосъемная скользящая щетка второго проводящего контактного кольца,

12 – нагрузочное сопротивление,

13 – приводной двигатель (двигатель постоянного тока или асинхронный двигатель),

14 – вал приводного двигателя,

15 – источник питания (источник постоянного тока),

16 – блок управления.

Бесколлекторный генератор постоянного тока содержит статор 1 с нарой полюсов 2, на которых размещены обмотки возбуждения 3а и 3б, якорь 4 с якорными обмотками 5а и 5б, закрепленный на валу 7 генератора, который соединен с валом 14 приводного двигателя 13, подключенного к источнику 15 питания, а также контактное устройство 6, закрепленное на валу 7 генератора. Контактное устройство 6 выполнено в виде двух сплошных проводящих контактных колец, первого 8 и второго 9. На сплошных проводящих контактных кольцах 8 и 9, соответственно, неподвижно установлены токосъемные скользящие щетки 10 и 11, с которых снимается постоянное напряжение генератора U_A , к которому подключено нагрузочное сопротивление 12.

Отличием предлагаемого бесколлекторного генератора постоянного тока является то, что в него введен блок 16 управления с полномостовыми инверторами (на чертеже условно не показаны) и пакетом программ управления работой генератора. Программа управления составляется заранее для заданного режима работы и в процессе работы бесколлекторного генератора остается постоянной. На паре полюсов 2 статора 1 размещены две автономные, независимые друг от друга, обмотки возбуждения, соответственно, на одном полюсе первая 3a и на другом полюсе вторая 3б, управляемые, соответственно, первым и вторым полномостовыми инверторами (на чертеже условно не показаны) блока 16 управления. Каждая обмотка возбуждения 3а и 3б, токи в которых переключаются независимыми первым и вторым полномостовыми инверторами, включена в полнотактную схему преобразования, которая управляет направлением тока в обмотке возбуждения в зависимости от места нахождения якорных обмоток 5а и 5б – в верхней или нижней части ротора, т.е. в блоке 16 управления первый полномостовой инвертор управляет направлением тока в первой обмотке возбуждения 3а в зависимости от места нахождения первой якорной обмотки 5а, а второй полномостовой инвертор управляет направлением тока во второй обмотке возбуждения 3б в зависимости от места нахождения второй якорной обмотки 56.

Полномостовые инверторы блока 16 управления питают обмотки возбуждения 3а и 3б постоянным током, меняющим свою полярность с положительной полярности на отрицательную через 180° по программе, установленной в блоке 16 управления. С вала 7 генератора информация об угле положения вала передается в блок 16 управления, где по результатам этой информации осуществляется управление токами обмоток 3а и 3б возбуждения, а также общее управление режимами работы генератора.

На якоре 4 также размещены две автономные, независимые друг от друга, первая 5а и вторая 5б якорные обмотки, разнесенные на 180°, т.е. они разнесены равномерно друг от друга на 90° от начала и конца каждой обмотки. Начало первой 5а и второй 5б якорных обмоток присоединено к первому сплошному проводящему контактному кольцу 8, а конец первой 5а и второй 5б якорных обмоток присоединен ко второму сплошному проводящему контактному кольцу 9, т.е. якорные обмотки 5а и 5б соединяются параллельно и ток нагрузки повышается до двух раз, а мощность на выходе повышается в два раза.

Приводным двигателем 13 является двигатель постоянного тока или асинхронный двигатель.

Блок 16 управления подключен к источнику 15 питания. К источнику 15 питания подключены, через блок 16 управления, первая 3а и вторая 3б обмотки возбуждения, на которые подается постоянное напряжение U_В возбуждения, т. е. источник 15 питания представляет собой источник постоянного тока, питающий через блок 16 управления первую 3а и вторую 3б обмотки возбуждения постоянным током.

Источник 15 питания, управляемый блоком 16, выполнен с возможностью преобразования постоянного напряжения в переменное в случае, если приводным двигателя 13 является асинхронный двигатель.

Блок 16 управления выполнен с возможностью управления переключением полярности постоянного тока в обмотках 3а и 3б возбуждения в зависимости от нахождения якорных обмоток 5а и 5б в верхнем или нижнем положениях.

Рассмотрим работу бесколлекторного генератора постоянного тока при выполнении источника 15 постоянного тока с возможностью преобразования постоянного напряжения в переменное, при этом приводным двигателем 13 является асинхронный двигатель.

При включении генератора, переменное напряжение, преобразованное из постоянного напряжения, от источника 15 постоянного тока поступает на приводной асинхронный двигатель 13. Вал 14 приводного асинхронного двигателя 13 начинает вращаться против часовой стрелки с установившейся частотой. Так как число пар полюсов генератора равно единице, вал 14 приводного асинхронного двигателя 13 и, соединенный с ним, вал 7 генератора совершают один оборот за период «Т» питающего напряжения. При этом за один оборот якоря 4 изменяется направление тока в обмотках возбуждения (3а и 3б), и происходит смена полярности полюсов 2. При этом постоянство полярности ЭДС, индуктируемой под действием магнитного поля полюсов 2 в якорных обмотках 5а и 5б при вращении якоря 4, обеспечивается следующим образом.

В первой половине оборота якоря 4, например, при угле равном 90° (фиг.2), щетка 10, соприкасающаяся с первым сплошным проводящим контактным кольцом 8, соединенным с началом первой 5а и второй 5б якорных обмоток, имеет положительный потенциал, вследствие того, что к этой щетке подводится ток от активной стороны якорной обмотки 5а, расположенной под полюсом N, щетка 11 в этот момент времени имеет отрицательный потенциал.

При угле поворота якоря 4 равном 270° (фиг.3), когда активные стороны якорных обмоток 5а и 5б поменялись местами, полярность щеток 11 и 10 остается неизменной, так как при нижнем положении активной стороны якорной обмотки 5а и верхнем положении активной стороны якорной обмотки 5б, нижний полюс меняет свою полярность с S на N, а верхний с N на S. В результате полярность ЭДС, индуктируемой в якорных обмотках 5а и 5б при вращении якоря 4, сохраняется постоянной (фиг.4).

Блок 16 с пакетом программ управления работой генератора управляет запуском приводного асинхронного двигателя и токами возбуждения генератора.

При запуске приводного асинхронного двигателя одновременно включаются первый и второй полномостовые инверторы (на чертеже условно не показаны) блока 16 управления, которые питают обмотки 3а и 3б возбуждения постоянным током. Токи возбуждения в первой 3а и второй 3б обмотках возбуждения, наводят ЭДС, соответственно, в первой 5а и второй 5б якорных обмотках. Токи в первой 3а и второй 3б обмотках возбуждения имеют такие направления, что ЭДС совпадают с полярностями в начале первой 5а и второй 56 якорных обмоток. На фиг.2 в первой половине оборота якоря 4, при угле равном 90°, первая 5а и вторая 5б якорные обмотки находятся, соответственно, в верхнем и нижнем положениях вала ротора генератора.

Далее, с перемещением вала 7 генератора еще на 180° (фиг.3) полномостовые инверторы блока 16 управления вызывают токи возбуждения в обмотках 3а и 3б возбуждения, но обратной полярности. Постоянный ток меняет свою полярность (с положительной полярности на отрицательную полярность) через 180° в соответствии с программой управления работы генератора. Эти токи возбуждения в первой 3а и второй 3б обмотках возбуждения, наводят ЭДС, соответственно, в первой 5а и второй 5б якорных обмотках, совпадающие с ранее возбужденными полярностями.

Так как па якоре 4 размещены две автономные, независимые друг от друга, первая 5а и вторая 5б якорные обмотки, разнесенные на 180° (они разнесены равномерно друг от друга на 90° от начала и конца каждой обмотки), выходная ЭДС генератора получается без пульсаций, такой, как она представлена на фиг. 4 (без учета потерь в обмотке якоря, которой можно пренебречь).

В результате со щеток 10 и 11, контактирующих со сплошными проводящими контактными кольцами 8 и 9, на выход генератора, к которому подключено нагрузочное сопротивление 12, подается постоянное напряжение U_A .

Использование заявляемой полезной модели позволит, по сравнению с прототипом, повысить мощность и надежность работы генератора за счет введения в него блока управления с полномостовыми инверторами и пакетом программ управления работой генератора, размещением на полюсах статора двух автономных, независимых друг от друга, первой и второй обмоток возбуждения, управляемых двумя независимыми первым и вторым полномостовыми инверторами, размещением на якоре двух автономных, независимых друг от друга, первой и второй якорных обмоток, разнесенных на 180°, выполнения источника питания в виде источника постоянного тока с возможностью преобразования постоянного напряжения в переменное и питающего через блок управления обмотки возбуждения постоянным током, а приводного двигателя – в виде асинхронного двигателя или двигателя постоянного тока.

Бесколлекторный генератор постоянного тока, содержащий статор с парой полюсов, на которых размещены обмотки возбуждения, якорь с якорными обмотками, закрепленный на валу генератора, который соединен с валом приводного двигателя, подключенного к источнику питания, контактное устройство, выполненное в виде двух сплошных проводящих контактных колец с неподвижно установленными на них токосъемными скользящими щетками, отличающийся тем, что в него введен блок управления с полномостовыми инверторами и пакетом программ управления работой генератора, на паре полюсов статора размещены две автономные, независимые друг от друга, первая и вторая обмотки возбуждения, соединенные с блоком управления, который подключен к источнику питания, причем на якоре также размещены две автономные, независимые друг от друга, первая и вторая якорные обмотки, при этом начало первой и второй якорных обмоток присоединено к первому сплошному проводящему контактному кольцу, а конец первой и второй якорных обмоток присоединен ко второму сплошному проводящему контактному кольцу, источник питания представляет собой источник постоянного тока, питающий через блок управления обмотки возбуждения постоянным током и выполненный с возможностью преобразования постоянного напряжения в переменное, а приводным двигателем является двигатель постоянного тока или асинхронный двигатель, при этом блок управления выполнен с возможностью управления переключением полярности постоянного тока в обмотках возбуждения в зависимости от нахождения якорных обмоток в верхнем или нижнем положениях.

Бесколлекторный мотор-генератор

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромагнитным устройствам. Технический результат – улучшение массогабаритных характеристик. Бесколлекторный мотор-генератор содержит ротор 1 с постоянным магнитом 4 и статор 2, обмотка 5 которого выполнена округлого поперечного сечения. Ротор 1 выполнен в виде вала 3 с жестко закрепленным на нем постоянным магнитом 4. Вектор магнитного поля полюсов магнита 4 расположен перпендикулярно оси вращения вала 3. Статор 2 выполнен сферообразным, охватывающим магнит 4, при этом ось симметрии статора 2 совпадает с осью вращения вала 3. На внешней сферообразной поверхности статора 2 намотано от 1 до 12 обмоток 5, формирующих катушки, с равномерно смещенными полюсами относительно друг друга. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромагнитным устройствам, и предназначено для преобразования электрической энергии в механическую энергию вращения за счет магнитного поля и наоборот механическую энергию вращения в электрическую энергию.

Заявленное техническое решение может найти применение в авиации, автомобилестроении, приводах различных устройств и механизмов промышленного и бытового назначения, оно также может быть использовано в виде мотор-генератора в автомобилях, электровелосипедах, электромотоциклах, квадрокоптерах, вертолетах, гидроциклах, промышленной и бытовой технике.

Известен электрический мотор на постоянных магнитах (RU 2316881, МПК H02K 23/28, H02K 23/04, заявка №2005131321/09, 10.02.2008), содержащий статор, выполненный многополюсным на постоянных магнитах, а также ротор с разомкнутой или замкнутой обмоткой, имеющей выводы на коллектор и щетки. Коллектор представляет собой две системы контактов на не проводящем ток основании, изолированные друг от друга и вложенные друг в друга так, что при повороте ротора от контакта к контакту коллектора направление тока в обмотке ротора меняется на обратное с помощью двух щеток, которые могут прикасаться к любой паре контактов коллектора разных вышеупомянутых систем. Начало обмотки ротора соединено с одной системой контактов коллектора, конец обмотки ротора соединен с другой системой контактов коллектора, а между каждой парой контактов упомянутых систем имеется «ложный» контакт, не присоединенный к обмотке ротора для исключения замыкания одной щеткой двух контактов разной полярности, при этом статор не требует энергии.

Недостатком указанного технического решения является его недолговечность и ослабленное вращение из-за повышенного износа щеток за счет их трения.

Известно модульное электромагнитное устройство (RU 2510559, МПК H02K 1/18, H02K 1/14, H02K 7/18, H02K 16/04, заявка №2010134925/07, 27.03.2014), которое имеет статор и ротор, вращающийся между обращенными к нему поверхностями статора и несущий множество магнитов, распределенных с чередующимися ориентациями в кольцеобразной структуре. Статор содержит, по меньшей мере, одну пару магнитных ярм, расположенных симметрично по обе стороны ротора. Каждое ярмо имеет пару выступающих плеч, которые проходят к магнитам и несут соответствующую катушку для приема электрической энергии от электромагнитного устройства или подачи ее в него. Каждое ярмо индивидуально установлено на собственной опоре, снабженной регулирующими блоками, которые выполнены с возможностью регулирования положения ярма относительно противолежащих магнитов. Ярмо образует вместе с катушками, опорой, регулирующими блоками, средствами измерения и управления, управляющими регулированием ярмом, элементарную ячейку статора, которая может быть многократно повторена для образования однофазных или многофазных модулей.

Сложность исполнения конструкции, притяжение магнитов к сердечникам магнитных катушек, сложность настройки правильного регулирования магнитных ярм, большие масса и габаритные характеристики, являются недостатками данной конструкции.

В качестве прототипа выбран бесколлекторный мотор-генератор постоянного тока (RU 2545525, МПК H02K 21/22, H02K 21/32, H02K 21/36, заявка №2013146274/07, 10.04.2015), содержащий вращающийся якорь, являющийся ротором, вокруг неподвижного статора. В качестве вращающегося ротора использована группа симметрично распределенных на окружности постоянных тороидальных магнитов, магнитные полюсы которых находятся на их плоских торцевых поверхностях и образуют прерывистый однонаправленный магнитный поток вдоль этой окружности. В качестве неподвижного статора использована обмотка, выполненная на кольцевом каркасе круглого поперечного сечения, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии вращающегося якоря.

Недостатками данного устройства является его невысокая надежность из-за того, что склейка тороидальных магнитов уменьшает их прочность и при определенных оборотах якоря (ротора) может вызвать их разрушение. Кроме того, большой диаметр статора в сочетании с небольшими размерами магнитов, создает слабое магнитное поле якоря, влияющее на силу крутящего момента.

Тенденции последних лет показывают интерес к бесколлекторным или, как их еще называют, «бесщеточным» двигателям (моторам) постоянного тока для обеспечения более надежной, эффективной и менее шумной работы. Они характеризуются меньшей массой по сравнению с коллекторными двигателями такой же мощности. В коллекторных двигателях постоянного тока щетки со временем изнашиваются и могут вызвать искрение. Поэтому коллекторный двигатель не следует использовать для работ, где требуется длительный срок эксплуатации и надежность.

Проблемой данного изобретения является разработка бесколлектрного мотора – генератора с уменьшенной массогабаритной конструкцией статора и ротора, а также с сохранением характеристики силы крутящего момента.

Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в том, чтобы за счет конструкции статора и ротора, повысить надежность работы мотора-генератора и улучить массогабаритные показатели.

Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются тем, что бесколлекторный мотор-генератор, включающий ротор с постоянным магнитом и статор, обмотка которого выполнена округлого поперечного сечения, согласно изобретению статор выполнен сферообразным, охватывающим магнит. На внешней поверхности статора расположена обмотка в виде изолированных друг от друга слоев, формирующими от 1 до 12 катушек статора с равномерно смещенными полюсами друг относительно друга. Ротор выполнен в виде вала с жестко закрепленным на нем постоянным магнитом, вектор магнитного поля полюсов магнита ориентирован перпендикулярно оси вращения вала, при этом ось симметрии статора совпадает с осью вращения вала.

Вал ротора может иметь цилиндрическую форму, например, в виде стержня, и выполнен из магнитного материала, а также из диэлектрического материала.

Статор может быть выполнен из немагнитного материала, а его обмотка может быть выполнена из плоского провода в виде ленты, покрытой изоляцией.

Выполнение ротора в виде вала с постоянным магнитом, ориентированным по отношению к валу так, что вектор магнитного поля полюсов магнита расположен перпендикулярно оси вала с жестко закрепленным на нем магнитом, обеспечивает, помимо уменьшения габаритных размеров по сравнению с прототипом, размещение постоянного магнита внутри магнитных полей катушки необходимо для более эффективного их взаимодействия со всем магнитным полем постоянного магнита, что увеличивает силу взаимодействия и соответственно обеспечивает большую надежность за счет более плавного вращения ротора.

Размещение постоянного магнита внутри сферообразного статора, на внешней поверхности которой намотаны сферообразные катушки с равномерно смещенными полюсами, то есть полюса постоянного магнита будут расположены непосредственно внутри катушки, также влияет на уменьшение массогабаритных характеристик при той же мощности и сохранении силы крутящего момента, что позволяет достичь заявленный технический результат. При заявленном выполнении конструкции мотора-генератора постоянный магнит находится под воздействием большего магнитного поля, при этом обеспечивается более плавное вращение ротора, которое очевидно при больших его оборотах.

Такая совокупность преимуществ выделяет заявленное решение среди известных аналогов, а также отличает от общеизвестного подхода, располагая постоянный магнит непосредственного внутри катушек статора.

Расположение на внешней поверхности статора обмотки в виде изолированных друг от друга слоев, формирующих от 1 до 12 катушек статора с равномерно смещенными полюсами друг относительно друга, позволяет формировать равномерное воздействие магнитных полей катушек на постоянный магнит, обеспечивая равномерное вращение ротора. При этом количество катушек выбрано исходя из условий габаритных размеров мотора генератора: при необходимости в применении небольшого по размеру мотора-генератора количество катушек выполняется минимальным, при этом постоянный магнит находится в области действия магнитного поля, создаваемого катушкой, без потери технического результата. Минимальное количество катушек – одна. При этом увеличение количества катушек свыше 12 – нецелесообразно, т.к. это увеличит массогабаритные характеристики устройства без существенного повышения силы крутящего момента.

Заявленное изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен схематично общий вид бесколлекторного мотора-генератора с постоянным магнитом, размещенным внутри катушки статора, на фиг. 2 – устройство в разрезе при выполнении одной катушки; на фиг. 3 – устройство в разрезе при выполнении нескольких катушек.

Бесколлекторный мотор-генератор включает ротор 1 и статор 2. Ротор 1 выполнен в виде вала 3, на котором жестко закреплен постоянный магнит 4. Ротор 1 установлен с возможностью вращения внутри статора 2, таким образом, что ось вращения вала 3 совпадает с осью симметрии статора 2. При этом вектор магнитного поля полюсов магнита 4 расположен перпендикулярно оси вращения вала 3. Статор 2 неподвижен и имеет сферообразную форму, например шара или эллипса. Обмотка 5 выполнена на внешней поверхности статора 2. Обмотка 5 формирует катушки статора 2. Возможно выполнение от одной катушки статора 2 до двенадцати катушек. Обмотки 5 намотаны слоями, независимо друг от друга и расположены по поверхности сферообразного статора 2 с равномерно смещенными полюсами друг относительно друга. Например, в случае выполнения двух обмоток формируются две электромагнитные катушки, которые имеют четыре полюса. При этом таком количестве катушек следует разместить их по поверхности статора 2 со смещением полюсов друг относительно друга на 90°, при выполнении трех изолированных намоток смещение полюсов осуществляется на 60°. Статор 2 охватывает магнит 4 так, что он полностью расположен внутри неподвижного статора 2 и находится внутри катушек и магнитного поля катушек. Вал 3 выполнен цилиндрической формой, например стержня, штифта и прочее, и может изготавливаться из немагнитного или магнитного материала. Статор 2 выполняют из диэлектрического или композитного магнитного материала. Обмотка 5 статора 2 выполнена из изолированного провода круглого сечения или изолированного плоского провода в виде ленты.

Работает бесколлекторный мотор-генератор следующим образом. Крепят статор 2 и ротор 1 в соответствии с планируемым применением, например, при помощи подшипников (на фиг. не указано), когда во внутреннее кольцо подшипника помещают вал 3 ротора 1, а на внешнее кольцо подшипника помещают статор 2. При подаче напряжения на обмотку 5 она запитывается и катушка статора 2 превращается в электромагнит, имеющий два полюса. Вращение ротора 1 осуществляется за счет взаимодействия противоположных полюсов магнитных полей между постоянным магнитом 4 и полученным электромагнитом (катушка под напряжением). При вращении ротора 1 и его приближении к полюсу следующей катушки, напряжение подается уже на нее, она также запитывается и становится электромагнитом. Далее процесс повторяется для всех катушек. После этого на первую катушку подается напряжение обратной полярности. Процесс повторяется и ротор 1 продолжает вращаться. Благодаря тому, что внутри статора 2 расположен постоянный магнит 4, возникает сильное магнитное взаимодействие между постоянным магнитом 4 и получаемым электромагнитом, полюса которого равномерно смещены друг относительно друга по поверхности статора 2, за счет этого достигается стабильность крутящего момента, без рывков при любых оборотах ротора, что обеспечивает надежность работы устройства при его небольших массогабаритных параметрах. Магнитное поле электромагнита более эффективно взаимодействует с постоянных магнитом, обеспечивая плавность вращения ротора при взаимодействующих магнитных полях, что важно при любых оборотах ротора.

В случае механического раскручивания вала 3 извне, например, ветряком, течением воды, колесами автомобиля, при качении или любым другим устройством и способом, данный мотор переходит в режим генератора и выдает электрическую мощность, которая может быть накоплена или потреблена внешними источниками.

Изобретение не ограничивается представленным описанием и примерами и может быть расширено в пределах формулы изобретения, например, постоянный магнит может быть как жестко закреплен на валу ротора, так же быть выполнен монолитно с валом.

Бесколлекторные двигатели намного меньше коллекторных такой же мощности. Заявленное исполнение технического решения на практике показало свою эффективность в достижении технического результата. При этом габаритные размеры и масса меньше по сравнению с известными бесколлекторными аналогами, при общей простоте исполнения и удобстве эксплуатации и применения с целью реализации назначения.

1. Бесколлекторный мотор-генератор, включающий ротор с постоянным магнитом и статор, обмотка которого выполнена округлого поперечного сечения, отличающийся тем, что статор выполнен сферообразным, охватывающим магнит, на внешней поверхности статора расположена обмотка в виде изолированных друг от друга слоев, формирующих от 1 до 12 катушек статора с равномерно смещенными полюсами друг относительно друга, ротор выполнен в виде вала с жестко закрепленным на нем постоянным магнитом, вектор магнитного поля полюсов магнита ориентирован перпендикулярно оси вращения вала, при этом ось симметрии статора совпадает с осью вращения вала.

2. Мотор-генератор по п. 1, отличающийся тем, что вал выполнен цилиндрическим.

3. Мотор-генератор по п. 1, отличающийся тем, что вал выполнен из магнитного материала.

4. Мотор-генератор по п. 1, отличающийся тем, что статор выполнен из диэлектрического немагнитного материала.

5. Мотор-генератор по п. 1, отличающийся тем, что статор выполнен из композитного магнитного материала.

Оптимизация конструкции встроенных безроторных индукторов для высокоскоростных приводов переменного тока

Раза Ходжа, Мухаммед; Герада, К.; Вакил, Гауранг; Патель, Чинтанбай; Уилер, Патрик

Авторы

КРИСТОФЕР ДЖЕРАДА [email protected]
Профессор электрических машин

ГАУРАНГ ВАКИЛ ГАУРАНГ.ВАКИЛ@NOTTINGHAM.AC.UK
Доцент

Чинтанбай Патель

ПАТРИК УИЛЕР pat. [email protected]
Профессор силовых электронных систем

Abstract

Дискретная подсистема из-за пассивных элементов в моторном приводе требует функциональной и структурной интеграции для создания эффективной и энергоемкой системы в целом. Такая плотная система является необходимым условием для аэрокосмических и морских применений. В этой статье представлена оптимизация конструкции встроенных безроторных индукторов для высокоскоростных приводов переменного тока. В этом процессе рассматриваются различные комбинации пазов и полюсов. Однослойные (SL) и двухслойные (DL) обмотки выбираются с конфигурациями сосредоточенной обмотки (CW) и распределенной обмотки (DW). Безроторные индукторы оптимизированы и сравниваются в этой статье с сердечником EE с точки зрения общих потерь, веса и сопротивления меди переменного тока как на основной частоте, так и на частотах переключения (10, 15 и 20 кГц). Сравнительный анализ катушек индуктивности с сердечником и без ротора показал значительное снижение общих потерь и сопротивления меди по переменному току как на основной частоте, так и на всех частотах коммутации.

Цитата

Раза Ходжа, М., Герада, К., Вакил, Г., Патель, К., и Уилер, П. (в печати). Оптимизация конструкции встроенных безроторных индукторов для высокоскоростных приводов переменного тока.

Название конференции	Семинар IEEE по проектированию, управлению и диагностике электрических машин (WEMDCD 2017)
Дата окончания	21 апреля 2017 г.
Дата приемки	3 марта 2017 г.
Дата публикации в Интернете	15 июня 2017 г.
Дата депозита	7 июня 2017 г.
Дата публикации	15 июня 2017 г.
Экспертная оценка	Экспертная оценка
Ключевые слова	EE Core Inductor, встроенные безроторные индукторы, сосредоточенная обмотка и распределенная обмотка
Общедоступный URL-адрес	https://nottingham-repository.worktribe.com/output/866097
URL-адрес издателя	http://ieeexplore.ieee.org/document/7947726/
Связанные общедоступные URL-адреса	http://w1. icem.cc/wemdcd2017/
Дополнительная информация	© IEEE, 2017 г. Использование данного материала в личных целях разрешено. Разрешение IEEE должно быть получено для всех других видов использования на любых текущих или будущих носителях, включая перепечатку/повторную публикацию этого материала в рекламных или рекламных целях, создание новых коллективных работ, перепродажу или распространение на серверах или в списках, или повторное использование любого компонента, защищенного авторским правом. этой работы в других работах. Опубликовано в: Proceedings 2017 IEEE Workshop on Electrical Machines Design, Control and Diagnosis (WEMDCD), Ноттингем, Великобритания, 20–21 апреля 2017 г., с. 69-74. IEEE, 2017. ISBN: 978-1-5090-5853-2. doi: 10.1109/WEMDCD.2017.7947726

Файлы

Оптимизация конструкции встроенных безроторных индукторов для высокоскоростных приводов переменного тока.

pdf (930 КБ)
ПДФ

Лицензия
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Загружаемые цитаты

Расширенный поиск

Просто оставьте поля пустыми, если вы не хотите искать

Идентификатор репозитория Ноттингема

Заголовок
0100 – Американские и канадские исследования0101 – Американские и канадские исследования0400 – Искусственная среда0500 – Химия0501 – Химия – Магазины0510 – Химия – Неорганическая0520 – Химия – Органическая0530 – Химия – Физическая0560 – Химия – CNL Carbon Neutral Lab0600 – Гражданская 070 Медицинская наука – Клиническая онкология0704 – Гематология0705 – Иммунология0707 – Микробиология0708 – Патология0711 – Молекулярная микробиология0712 – CETA0800 – Науки общественного здравоохранения0801 – Реабилитация и старение0802 – Отдел первичной медицинской помощи0804 – Науки общественного здравоохранения0805 – PRIMIS+0806 – Отдел поддержки исследований и разработок Trent0808 – 9CLAHRC0808 – 9CLAHRC0808- Психиатрия – Подразделение0810 – Психиатрия развития0811 – Нарушения обучаемости0812 – Психиатрия0813 – Психиатрия – Поведенческие науки0814 – Психиатрия – Коммунальное психическое здоровье0815 – Психофармакология0816 – Психиатрия пожилого возраста0817 – CHS – Q Research0818 – Отдел поддержки клинических испытаний (CTSU)0910 – Информатика традиционной китайской медицины – Информатика0920 – Институт информатики IT0930 – IMA0940 – Лаборатория компьютерного зрения0950 – ASAP0951 – MRL0960 – CIMI0961 – CIMI0970 – ADAC0990 – HORIZON Digital Economy Hub1100 – Экономика1200 – Education1202 – Образование – PDSO1210 – Образование – Программы бакалавриата1220 – Образование – Аспирантура – Преподается1230 – Образование – Аспирантура – Research2240 – Education – Research2250 – Education – SCITT1260 – Education – PGCE1270 – Education – PGCCE1290 – Educstion – EBITT1295 – Образование – Teach First1300 – Электротехника и электроника1400 – Английский язык2401 – Английский LiPP1450 – CELE1500 – География1501 – География – Программа управления окружающей средой1502 – Центр окружающей среды1503 – Центр исследований геохимии окружающей среды2601 – Департамент истории искусства1602 – History1700 – Клинические науки – Human Development1701 – Клинические науки – NURTURE1702 – Клинические науки – NURTURE – M Med Sci1703 – Клинические науки – Obs & Gynae – Derby1704 – Клинические науки – Obs & Gynae – City1705 – Клинические науки – Здоровье детей в Derby1706 – Клинические науки – Paeds Oncology1707 – Клинические науки – Paeds Oncology – Лаборатория Fndg1708 – Клинические науки – HD Центр регенеративной медицины 1800 – Гуманитарные науки 1801 – Археология 1802 – Классика 1803 – Музыка 1804 – Философия 1805 – Теология 1806 – Университетский музей 1807 – Foundation Arts 1808 – Классика и археология 1900 – Право1901 – Центр права в области прав человека2000 – Машиностроение, материалы и технология производства2100 – Бизнес-школа2102 – Бизнес-школа – MBA2103 – Институт WH&O2104 – Институт инноваций и предпринимательства2105 – Институт туризма и путешествий2106 – Школа современного китайского языка2107 – Центр корпоративного права Социальная ответственность2108 – Группа управления операциями2109 – Бизнес-школа – Executive Education2110 – Докторская степень в области клинической психологии2111 – Ноттингемский институт Конфуция2112 – Бизнес-школа – N.

Lab2200 – Математические науки2210 – Теоретическая механика2220 – Статистика2230 – Чистая математика2240 – Математика Физика2300 – Клинические науки1 in2301 – Клинические науки – Acad Radiology2311 – Клинические науки – Cardio Medicine2312 – Клинические науки – Therapeutics & Mol Med2313 – Клинические науки – Клиническая неврология2314 – Клинические науки – WDDC2315 – Клинические науки – Dermatology2320 – Клинические науки – GI Surgery2321 – Клинические науки – Хирургия груди2322 – Клинические науки – Офтальмология2323 – Клинические науки – Оториноларингология2324 – Клинические науки – Отдел изучения рака2325 – Клинические науки – Сосудистая хирургия2330 – Клинические науки – Респираторная медицина2331 – Клинические науки – Медицина инсульта2332 – Клинические науки – Сосудистая медицина2333 – Клинические науки – Академическая ревматология2340 – Клинические науки – Анестезия и внутренняя помощь2341 – Клинические науки – Ортопедическая и неотложная хирургия2400 – CLAS Central2401 – Французский язык3402 – Немецкий язык2403 – Испанский, португальский и латиноамериканский языки2404 – Славяноведение2405 – Языковой центр2406 – Современные языки и культуры2408 – Культура, Медиа и визуальные исследования2500 – Науки о здоровье – Исследования по сестринскому делу2520 – Науки о здоровье – Дерби2524 – Науки о здоровье – Ноттингем2525 – Науки о здоровье – Ноттингем – Postreg2526 – Науки о здоровье – Физиотерапия2550 – Науки о здоровье – Акушерство2570 – Науки о здоровье – HQ2600 – Pharmacy2601 – CBS in Pharmacy2610 – Аптека – Преподавание2620 – Аптека – Исследования3630 – Аптека – Магазины2640 – Аптека – Исследование рака3650 – IPSET2700 – Физика и астрономия2701 – Центр визуализации сэра Питера Мэнсфилда2800 – Политика2850 – Методы и данные социальных наук2900 – Психология2901 – Педагогическая психология2910 – Психология – Мозг и тело3000 – Химическая и экологическая инженерия3100 – Социология и социальная политика3102 – Социальная работа3103 – Nottingham Policy Centre3150 – Ann Craft Trust3200 – Факультет MHS3200 – Факультет MHS3202 – MHS – Отдел биомедицинских услуг3203 – MHS – Stores3204 – Медицинское образование Unit3204 – Медицинское образование Unit3206 – PGDO Разовое финансирование декана3207 – PGDO – Периодическое финансирование WDC3209 – Факультет MHS – PGME Central3210 – Центр клинических навыков3210 – Центр клинических навыков3212 – PGDO – Разовое финансирование WDC3213 – PGDO – Контракт – Первичный Care Section3213 — PGDO — Contract — Primary Care Section3214 — MEU — Contract — Primary Care Section3214 — MEU Contract — Primary Care Section3215 — Center for Biomedical Sciences3215 — Center for Biomedicular Sciences3217 — Interprofessional Learning Unit3217 — Interprofessional Learning Unit3218 — Clinical Research Facility3218 — Clinical Research Объект3219- Факультетская исследовательская группа 3220 – Группа клинических испытаний 3220 – Группа клинических испытаний 3221 – Центр глубокого секвенирования 3221 – Центр глубокого секвенирования 3222 – Поступательная визуализация 3222 – Операционные затраты на трансляционную визуализацию 3223 – Медицина и здоровье для поступающих в аспирантуру4401 – Отделение хирургии груди 3500 – Бионауки 3501 – Бионауки – Службы поддержки 3510 – Науки о животных 3520 – Науки о продуктах питания 3530 – Науки о питании 3540 – Науки о растениях и растениеводстве 3541 – Геномика зерновых культур 3550 – Науки о сельском хозяйстве и окружающей среде 3560 – MAFF – Экономика сельского хозяйства 3570 – NASC (Arabidopsis) 3580 – BRU – Central3581 – Оранжереи3582 – CPIB3593 – Ферма 3594 – Национальный центр молочных исследований 4600 – Школа наук о жизни – Центр 3601 – Науки о жизни – Медицинские магазины 3602 – Центр исследований синтетической биологии 3800 – Ветеринарные науки 4000 – Факультет искусств 4010 – Центр перспективных исследований (CAS) 4100 – Право и социальные науки 4101 – Институт для науки и общества4105 – Институт методов и данных4210 – Культура, кино и медиа4500 – Инженерный факультет4510 – Мастерские инженерного факультета4700 – Научно-исследовательский институт обучения4800 – Школа медицины – Центр4801 – Детское здоровье, акушерство и гинекология4802 – Клиническая неврология4803 – Эпидемиология и общественное здравоохранение5804 – Рак и стволовые клетки4805 – Первичная медико-санитарная помощь4806 – Психиатрия и прикладная психология4807 – Реабилитация и старение4808 – Респираторная медицина4809- Ревматология, ортопедия и дерматология4810 – Медицинские науки и аспирантура в области медицины4811 – Ноттингемский центр болезней пищеварительного тракта4812 – PRIMIS4813 – Служба дизайна исследований для Ист-Мидлендса4814 – CLAHRC4815 – Q Research5816 – Отдел клинических испытаний4817 – Институт исследований слуха5818 – Отдел медицинского образования4819 – Клинические навыки и взаимопомощь -профессиональное обучение4820 – Центр передового опыта в области терапевтических антител4821 – Центр клинических исследований4822 – Радиологические и визуализационные науки4823 – EMAHSN4826 – Психическое здоровье и клинические нейронауки4827 – Трансляционные медицинские науки4828 – Науки о травмах, воспалениях, старении и восстановлении4829- Продолжительность жизни и здоровье населения5981 – Исследовательский маяк Future Foods4982 – Исследовательский маяк Rights Lab5000 – IS – Central5020 – IS – Library Central6000 – CFO Central6200 – REGS6201 – REGS (Отдел стратегии исследований) 6202 – REGS (Управление исследованиями) 6212 – BEIS (Коммерциализация) 6213 – REGS (контракты на исследования) 6214 – BEIS6216 – REGS (исследовательские разработки) 6217 – REGS (исследовательские операции) 6218 – BEIS (группа партнерства) 6219 – BEIS (передача знаний) 6221 – BEIS (Азиатский бизнес-центр) 6222 – REGS (результаты исследований) )6271 – Исследования и инновация – Взаимодействие и партнерство6600 – Коммерческие услуги6900 – Финансовый менеджмент6901 – Финансовый менеджмент (Трансформация)6902 – Финансовый менеджмент (Корпоративные услуги)6903 – Финансовый менеджмент (Коммерческие финансы MHS)6904 – Финансовый менеджмент (Коммерческие финансы A, SS, S, E)6905 – Финансовый менеджмент (Коммерческие финансы) 8010 – ER – Communications & Advocacy8500 – Офис вице-канцлера8519 – Поддержка PVCКитайский кампусФакультет искусствФакультет искусств (центральный)Инженерный факультетИнженерный факультетMHS – ЦентральныйФакультет медицины и здравоохраненияФакультет естественных наукФакультет социальных наукФакультет социальных наук – ЦентральныйФинансовый менеджментФинансы и бизнес ServicesInformation ServicesInformation ServicesLearning Science Research InstituteMalaysia CampsNottingham CampusNottingham University Business SchoolPVC SupportREGSШкола биологических наукШкола химииШкола компьютерных наукШкола современного китайского языкаШкола культур, языков и регионоведенияШкола экономикиШкола образованияШкола ol of EnglishШкола географииШкола медицинских наукШкола гуманитарных наукШкола праваШкола естественных наукШкола математических наукМедицинская школаФармацевтическая школаФизика и астрономияШкола политики и международных отношенийШкола психологииШкола социологии и социальной политикиШкола ветеринарной медицины и естественных наукУниверситет Ноттингема

Тип
@article{Khowja2017DesignOO, title={Оптимизация конструкции встроенных безроторных индукторов для высокоскоростных приводов переменного тока}, автор = {Мухаммад Раза Ходжа, Крис Герада, Гауранг Вакил, Чинтан Патель и Патрик Уильям Уиллер}, journal={2017 Семинар IEEE по проектированию, управлению и диагностике электрических машин (WEMDCD)}, год = {2017}, страницы = {69-74} }
Семинар IEEE по проектированию, управлению и диагностике электрических машин (WEMDCD) 2017 г. общая система. Такая плотная система является необходимым условием для аэрокосмических и морских применений. В этой статье представлена оптимизация конструкции встроенных безроторных индукторов для высокоскоростных приводов переменного тока. В этом процессе рассматриваются различные комбинации пазов и полюсов. Однослойная (SL) и двухслойная (DL) обмотки выбираются с учетом…
Посмотреть на IEEE
nottingham-repository.worktribe.com
Проект встроенного индуктора для аэрокосмического стартер-генератора мощностью 45 кВт C. Patel
В этой статье представлена комбинированная электромагнитная и тепловая конструкция встроенного индуктора для применения в стартер-генераторе самолета мощностью 45 кВт. Катушка индуктивности рассчитана на высокую плотность тока…
В этом документе представлена проверка нового вращательного индуктора в форме двигателя, который показывает, что потери в стали уменьшаются по мере того, как скорость ротора увеличивается до синхронной скорости питания статора.
С повышенной потребностью в высокой температуре и высокой плотности мощности, высокой мощности возможности применения в аэрокосмической и автомобильной промышленности, интегрированные приводы двигателей (IMD) предлагают потенциальное решение.…
Модель с векторным управлением, учитывающая эффект модуляции и переключения, была разработана с использованием Инструмент MATLAB/Simulink для предлагаемого интегрированного индуктора выходного фильтра и внедренный в модель конечных элементов для проверки концепции.
Сборки пассивных компонентов являются узким местом в удовлетворении постоянно растущего спроса на высокую плотность мощности в системах силовой электроники. В основном они состоят из отдельных компонентов, которые…