Використання Т-подібних зубців у електричній машині постійного струму з безобмотковим ротором

ВИКОРИСТАННЯ Т-ПОДІБНИХ ЗУБЦІВ У ЕЛЕКТРИЧНІЙ МАШИНІ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ З БЕЗОБМОТКОВИМ РОТОРОМ

USE OF T-SHAPED TOOTH IN A DIRECT CURRENT MACHINE WITH A WINDLESS ROTOR

Сторінки 110-114. Номер: №4, 2022 (311)  

Автори:
КОСЕНКОВ В. Д.
Хмельницький національний університет
https://orcid.org/0000-0001-7463-3028
e-mail:vladimirkosenkov@ukr.net
ІВЛЕВ Д. А.
Національний університет «Одеська політехніка»
https://orcid.org/0000-0002-9938-9321
e-mail:ivlevd@op.edu.ua
ВИНАКОВ О. Ф.
Національний університет «Одеська політехніка»
https://orcid.org/0000-0002-6630-8986
e-mail: afvinakov@gmail.com
САВЬОЛОВА Е. В.
Національний університет «Одеська політехніка»
https://orcid.org/0000-0001-9266-9323
e-mail: savolova.ev@opu.ua
ЯРМОЛОВИЧ В. Я.
Національний університет «Одеська політехніка»
http://orcid.org/0000-0002-0708-2972
e-mail: yarmolovych@opu.ua
Volodymyr KOSENKOV
Khmelnytskyi National University
Dmytro IVLIEV, Oleksandr VYNAKOV, Elvira SAVOLOVA, Viktoria YARMOLOVYCH
Odesа Polytechnic National University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-311-4-110-114

Анотація мовою оригіналу

Електрична машина  постійного струму з безобмотковим ротором (МПСБР) значно відрізняється від класичної машини  постійного струму, її магнітна система не має спільного ярма і складається з ряду магнітно-незв’язаних зубців  та пазів,  відкритих з обох боків. Наявність пазів, у яких відсутнє дно, створює ряд повітряних проміжків, що призводить до зниження магнітної провідності магнітопроводу в поперечному напрямку, а це, у свою чергу, призводить до послаблення поля реакції якоря Фря і відмови від додаткових полюсів та компенсаційної обмотки. Отже, величину робочого повітряного проміжку можна зменшити до мінімально можливої величини з технологічної точки зору.
З огляду конструктивних схем МПСБР належить до типу індукторних машин з двома нерухомими обмотками на статорі і зубчастим магнітопроводом ротора, у яких магнітна індукція в робочому повітряному проміжку змінюється тільки за величиною без зміни знака. Тому ротор у МПСБР не перемагнічується і виготовляється зі звичайної конструкційної сталі. Індукторний тип магнітної системи дозволяє мати в МПСБР тільки одну, загальну для всіх полюсів, обмотку збудження та ротор, дуже схожий на ротор багатополюсних синхронних машин з постійними інкорпорованими магнітами. При цьому у МПСБР відсутні постійні магніти, що дозволяє значно знизити вартість електричної машини.
Заміна прямих зубців на Т-подібні дозволяє суттєво підвищити ефективність конструкції МПСБР за рахунок поліпшення її тепловідведення. Представлені у статті результати розрахунків і моделювання стаціонарного теплового поля показують, що застосування Т-подібних зубців дозволяє істотно підвищити перевантажувальну здатність МПСБР або збільшити її потужність.
Ключові слова: теплове поле, машина постійного струму, маса, коефіцієнт корисної дії

Розширена анотація англійською  мовою

The electric direct current machine with a windingless rotor (DCWR) is significantly different from the classic direct current machine; its magnetic system does not have a common yoke and consists of a number of magnetically loose teeth and grooves open on both sides. The presence of grooves in which there is no bottom creates a number of air gaps, which leads to a decrease in the magnetic conductivity of the magnetic conductor in the transverse direction, which, again, leads to a weakening of the reaction field of the Ф_a armature and the rejection of additional poles and compensation winding. Therefore, the size of the working air gap can be reduced to the minimum possible value from a technological point of view.
According to the structural schemes, the DCWR belongs to the type of induction machines with two stationary windings on the stator and a toothed magnetic conductor of the rotor, in which the magnetic induction in the working air gap changes only in magnitude without changing the sign. Therefore, the rotor in the DCWR is not remagnetized and is made of ordinary structural steel. The inductor type of the magnetic system allows having only one, common for all poles, excitation winding in the DCWR, and the rotor is very similar to the rotor of multi-pole synchronous machines with permanent incorporated magnets. At the same time, DCWR does not have permanent magnets, which allows to significantly reduce the cost of an electric machine. Replacing straight teeth with T-shaped ones allows you to significantly increase the efficiency of the DCWR design by improving its heat dissipation. The results of calculations and modeling of the stationary thermal field presented in the article show that the use of T-shaped teeth allows you to significantly increase the overload capacity of the DCWR or increase its power.
Keywords:  thermal field, direct-current motor, mass, efficiency

Література

1. Патент України № 104943, Україна, МПК(2006.01) Н02К29/06. Електрична машина бііндукторного типу / О.А. Андрющенко, В.В. Булгар, А.О. Бойко, А.Д. Івлєв, Д.А. Івлєв, О.В. Яковлев, В.Д. Косенков. – а201211580, заявл. 08.10.2012 ; опубл. 25.03.2014, Бюл. № 6.
2. Винаков А.Ф. Низкооборотная машина постоянного тока бииндукторнго типа / А.Ф. Винаков, В.Д. Косенков, А.В. Яковлев, Д.А. Ивлев // Електротехнічні та комп’ютерні системи. – К. : Техніка, 2015. – Випуск 19(95). – С. 106–110.
3. Івлєв Д.А. Низькошвидкісний генератор постійного струму з безобмотковим ротором для вітроенергетичної установки : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук : спец. 05.09.01 “Електричні машини і апарати” / Івлєв Дмитро Анатолійович. – Одеса, 2019. – 21 с.
4. Патент України № 89072, МПК (2009) НО2К 21/12. Торцевий електричний двигун постійного струму з комбінованим збудженням / В.В. Булгар, А.Д. Івлєв, Д.А. Івлєв, О.В. Яковлев. – a200708842, заявл. 31.07.2007 ; опубл. 25.12.2009, Бюл. № 24.
5. Косенков В.Д. Анализ стационарного теплового поля в машине постоянного тока индукторного типа / В.Д. Косенков, Д.А. Ивлев, А.В. Яковлев, Т.А. Желиба // Вісник Хмельницького національного університету. – Хмельницький, 2015. – Вып. 5(229). – С. 93–97.
6. Булгар В.В. К исследованию тепловых свойств двигателей постоянного тока с дисковым ротором / В.В. Булгар, Д.А. Ивлев, А.В. Яковлев // Електротехнічні та комп’ютерні системи : науково-технічний журнал. – К. : Техніка, 2011. – Випуск 03(79). – С. 298–299.
7. Гандшу В.М. Особенности расчета нагревания электромагнитных устройств с помощью пакета программ ELCUT [Електронний ресурс] / В.М. Гандшу. – Режим доступу : http://elcut.ru/articles/gandshou/.

References

1. Patent Ukrainy № 104943, Ukraina, MPK(2006.01) N02K29/06. Elektrychna mashyna biinduktornoho typu / O.A. Andriushchenko, V.V. Bulhar, A.O. Boiko, A.D. Ivliev, D.A. Ivliev, O.V. Yakovlev, V.D. Kosenkov. – a201211580, zaiavl. 08.10.2012 ; opubl. 25.03.2014, Biul. № 6.
2. Vynakov A. F. Nyzkooborotnaia mashyna postoiannoho toka byynduktornho typa / A.F. Vynakov, V.D. Kosenkov, A.V. Yakovlev, D.A. Yvlev // Elektrotekhnichni ta kompiuterni systemy. – K. : Tekhnika, 2015. – Vypusk 19(95). – S. 106–110.
3. Ivliev D.A. Nyzkoshvydkisnyi henerator postiinoho strumu z bezobmotkovym rotorom dlia vitroenerhetychnoi ustanovky : avtoref. dys. na zdobuttia nauk. stupenia kand. tekhn. nauk : spets. 05.09.01 “Elektrychni mashyny i aparaty” / Ivliev Dmytro Anatoliiovych. – Odesa, 2019. – 21 s.
4. Patent Ukrainy № 89072, MPK (2009) NO2K 21/12. Tortsevyi elektrychnyi dvyhun postiinoho strumu z kombinovanym zbudzhenniam / V.V. Bulhar, A.D. Ivliev, D.A. Ivliev, O.V. Yakovlev. – a200708842, zaiavl. 31.07.2007 ; opubl. 25.12.2009, Biul. № 24.
5. Kosenkov V. D. Analyz statsyonarnoho teplovoho polia v mashyne postoiannoho toka ynduktornoho typa / V.D. Kosenkov, D.A. Yvlev, A.V. Yakovlev, T.A. Zhelyba // Herald of Khmelnytskyi National University. – Khmelnytskyi, 2015. – Issue 5(229). – S. 93–97.
6. Bulhar V. V. K issledovaniju teplovyh svojstv dvigatelej postojannogo toka s diskovym rotorom / V.V. Bulhar, D.A. Yvlev, A.V. Yakovlev // Elektrotekhnichni ta kompiuterni systemy : naukovo-tekhnichnyi zhurnal. – K. : Tekhnika, 2011. – Vypusk 03(79). – S. 298–299.
7. Handshu V.M. Osobennosti rascheta nagrevanija jelektromagnitnyh ustrojstv s pomoshh’ju paketa programm ELCUT [Elektronnyi resurs] / V.M. Handshu. – Rezhym dostupu : http://elcut.ru/articles/gandshou/.