БЕСКОНТАКТНАЯ РЕДУКТОРНАЯ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С МНОГОПАКЕТНЫМ ИНДУКТОРОМ
CONTACTLESS REDUCER ELECTROMAGNETIC MACHINE WITH MULTIPACK INDUCTOR

Изобретение относится к электротехнике, в частности к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается конструктивного исполнения бесконтактных магнитоэлектрических машин с электромагнитной редукцией, и может быть использовано в системах автоматики, в качестве мотор-колес, мотор-барабанов, стартер-генераторов, электроусилителей руля, прямых приводов в бытовой технике (электромясорубки, электросоковыжималки, стиральные машины и пр.), электроприводов бетоносмесителей, грузоподъемных механизмов, ленточных транспортеров, насосов для перекачки жидкостей, механизмов с высокими моментами на валу и низкими частотами вращения вала, а также в качестве ветрогенераторов, гидрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов и синхронных преобразователей частоты.
Известен бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами (Патент RU 2303849 С1, МПК Н02K 21/18, Н02K 21/14, автор Шкондин В.В.), содержащий, по крайней мере, одну круговую секцию, включающую ротор с круговым магнитопроводом, на котором с одинаковым шагом закреплено четное количество постоянных магнитов, образующих два параллельных ряда полюсов с продольно и поперечно чередующейся полярностью, статор, несущий четное число подковообразных электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга, устройство для выпрямления электрического тока, где каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки, при этом каждая из катушек электромагнитов расположена над одним из параллельных рядов полюсов ротора и количество полюсов в одном ряду n удовлетворяет соотношению n=10+4·k, где k - целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д. Недостатком аналога является сложность конструкции и невысокие энергетические показатели, обусловленные нерациональным использованием полезного объема машины.
0
0
Известна индукторная электрическая машина (Патент RU 2009599 С1, МПК 5 Н02K 19/06, Н02K 19/24, авторы: Жуловян В.В.; Новокрещенов О.И.; Шаншуров Г.А.), содержащая явнополюсный с числом полюсов Z зубчатый статор с многофазной катушечной обмоткой, каждая катушка которой размещена на одном полюсе статора, безобмоточный ферромагнитный зубчатый ротор и преобразователь, к которому подключена обмотка статора, статор и ротор выполнены с четными и не равными друг другу числами зубцов и каждая фаза обмотки выполнена из р встречно включенных катушек, размещенных со сдвигом на двойное полюсное деление 2·τ, где 2·τ=Z/p, р - число четное.
p
s
r
s
Известен синхронный редукторный двигатель (Патент RU 2054220 С1, МПК 6 Н02K 37/00, Н02K 19/06, авторы: Шевченко А.Ф.; Калужский Д.Л.), содержащий ротор с Z зубцами и статор с 4·р полюсами (р=1, 2, 3, …), на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы по Z зубцов на каждом полюсе, причем Z=4·p·(Z+K)±р (где K=0, 1, 2, … - целое число), в большие пазы между полюсами уложены катушки однофазной обмотки по одной на каждом полюсе, катушки, расположенные на одноименных полюсах с номерами, различающимися на 4, соединены последовательно "конец" с "началом" и образуют четыре ветви, "конец" первой ветви, образованной 1, 5, …, 1+4·(р-1) катушками, соединен с "началом" третьей ветви, образованной 3, 7, …, 3+4·(р-1) катушками, и точка соединения этих ветвей подключена к первому выводу обмотки, "конец" второй ветви, образованной 2, 6, …, 2+4·(р-1) катушками, соединен с "началом" четвертой ветви, образованной 4, 8, …, 4+4·(р-1) катушками и точка соединения этих ветвей через последовательно включенный конденсатор также подключена к первому выводу, а ко второму выводу подключены два диода таким образом, что с анодом первого из них соединены первая и четвертая ветви, а с катодом второго диода - вторая и третья ветви.
Недостатком описанной индукторной электрической машины и синхронного редукторного двигателя являются невысокие энергетические показатели. Кроме этого, указанные технические устройства чаще всего выполняют с малыми воздушными зазорами, что затрудняет их изготовление при массовом (серийном) производстве.
Известна сверхпроводниковая вентильная индукторная машина (Патент RU 2178942 С1, МПК 7 Н02K 55/00, Н02K 55/02, авторы: Ковалев Л.К., Илюшин К.В., Полтавец В.Н., Семенихин B.C., Пенкин В.Т., Ковалев К.Л., Егошкина Л.А., Ларионов А.Е., Конеев С.М.-А., Модестов К.А., Ларионов С.А.), содержащая статор с шихтованным сердечником, размещенную на его полюсных выступах многофазную катушечную обмотку, цилиндрический ротор, содержащий шихтованный сердечник с полюсными выступами, снабженная вторым статором с шихтованным сердечником, на полюсных выступах которого расположена многофазная катушечная обмотка, и вторым ротором, расположенным на одном валу с первым ротором, на валу между двумя роторами размещена цилиндрическая вставка из высокотемпературного сверхпроводникового (ВТСП) материала с «вмороженным» магнитным потоком, представляющая собой криомагнит, намагниченный в осевом направлении и обеспечивающий однополярность полюсных выступов первого и второго роторов, на статорах установлен соленоид, охватывающий вышеуказанную цилиндрическую вставку для «вмораживания» в нее магнитного потока, статоры соединены цилиндрическим магнитопроводом, а их многофазные катушечные обмотки снабжены коммутатором, обеспечивающим однополярность намагничивания полюсов каждого статора, разнополярность полюсов первого и второго статоров, совпадение направления магнитного потока в полюсах статоров с направлением магнитного потока вышеуказанной вставки, а также поочередность включения катушечных обмоток каждой фазы в заданной последовательности. Недостатком описанного технического устройства является сложность конструкции ротора, наличие двух статоров с соленоидом между ними, каждый статор имеет свою многофазную обмотку якоря, низкая ремонтопригодность при пробое какой-либо из обмоток из-за расположения всех обмоток (якоря и возбуждения) только на статоре, небольшой по сравнению с заявляемым изобретением удельный (отнесенный к массе активных материалов) момент на валу.
Z
M
p
c
zc
z
ш
ш
z
zc
z
R
R
c
zp
z
zc
zc
zp
c
c
р
м
zp
Z
f
s
n
n
Известен, принятый за прототип, бесконтактный моментный электродвигатель (Патент RU 2285322 С1, МПК Н02К 21/00, автор Епифанов O.K.), содержащий магнитомягкий кольцевой пазовый статор с Р явно выраженными зубчатыми полюсами и с сосредоточенной m-фазной обмоткой якоря, выполненной в виде катушек, охватывающих полюса статора, и ротор, выполненный в виде двух соосно расположенных кольцевых зубчатых магнитомягких магнитопроводов ротора, развернутых относительно друг друга на половину своего зубцового деления, между которыми размещен кольцевой слой аксиально намагниченных в одном направлении постоянных магнитов, причем зубчатые полюса статора и зубчатые магнитопроводы ротора обращены друг к другу и разделены воздушным зазором δ, а зубцы на магнитопроводах ротора и на полюсах статора выполнены с равномерными и равными друг другу зубцовыми делениями T, ротор снабжен немагнитной втулкой толщиной, большей половины толщины b слоя постоянных магнитов, на которой установлены и закреплены неподвижно относительно друг друга зубчатые магнитопроводы ротора равной друг другу активной осевой длиной L и кольцевой слой постоянных магнитов, при этом число m фаз m-фазной обмотки якоря выполнено кратным трем, определяемым как m=2±1, где f равно 1, 2, 3,…, а явно выраженные зубчатые полюса на пазовом статоре расположены равномерно, при этом их число определяется как Р=2m·2, где s равно 0, 1, 2,…, а на каждом зубчатом полюсе статора симметрично относительно его оси размещено нечетное число зубцов Z толщиной b, при этом оси зубцов соседних зубчатых полюсов статора смещены относительно друг друга на величину, пропорциональную отношению ±Т к m, причем соседние полюса статора разделены шлицом шириной b не менее десятикратной величины воздушного зазора, определяемой из соотношения b=T-[(1±1/m)-b/T], a число зубцов Z на каждом из зубчатых магнитопроводов ротора выполнено кратным 2 при n, равном 2, 3, 4, …, определяемым как Z=Р·(Z±1/m), при этом толщина зубцов b каждого из зубчатых магнитопроводов ротора выполнена равной половине его зубцового деления T и связана с толщиной зубцов зубчатых полюсов статора b соотношением 2/3≤b/b≤1, а катушки обмотки якоря одной фазы, отстоящие друг от друга на число полюсных делений статора, равное числу m фаз, соединены последовательно-согласно, при этом активная осевая длина L кольцевого пазового статора с зубчатыми полюсами определяется из соотношения L=(2L+b), причем кольцевые зубчатые магнитопроводы ротора расположены относительно кольцевого пазового статора аксиально симметрично. Недостатком прототипа является выполнение числа m фаз m-фазной обмотки якоря только кратным трем, числа явно выраженных зубчатых полюсов статора только четным, числа зубцов на каждом из зубчатых магнитопроводов ротора только кратным 2 при n, равном 2, 3, 4, …, числа зубцов, размещенных на каждом полюсе статора, только нечетным, толщины зубцов b каждого из зубчатых магнитопроводов ротора равной только половине его зубцового деления T, при этом питание m-фазной обмотки якоря осуществляется только от источника напряжения с таким же числом m фаз, что и у обмотки якоря. Это снижает возможные конструктивные исполнения данного технического устройства и возможности его использования.
Целью настоящего изобретения является создание при выполнении достаточно простой, надежной в эксплуатации, технологичной и высокоремонтопригодной с расширенными возможностями конструктивного исполнения и расширенными возможностями использования бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором при сохранении высоких энергетических показателей и большого удельного вращающего момента на валу при высокой электромагнитной редукции частоты вращения в режиме электрического двигателя и при большой удельной мощности и высокой электромагнитной редукции частоты ЭДС в режиме электрического генератора.
Задачей настоящего изобретения является оптимальный выбор числа полюсов якоря, общего числа зубцов якоря и числа зубцов индуктора при выполнении сосредоточенной на полюсах якоря m-фазной катушечной обмотки якоря бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором.
z2
z2
z1
z1
z1
z2
z1
z2
Техническим результатом настоящего изобретения является получение высоких эксплуатационных характеристик бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором. С этой целью статор содержит шихтованный сердечник якоря с явно выраженными полюсами, на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы, катушечную m-фазную обмотку якоря, каждая катушка которой размещена на соответствующем явно выраженном полюсе якоря, безобмоточный ферромагнитный ротор содержит индуктор с нечетными и четными зубчатыми сердечниками с одинаковым числом зубцов на каждом сердечнике, сердечники индуктора выполнены в виде пакетов, набранных из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, число сердечников индуктора не менее двух, длина крайних сердечников индуктора в аксиальном направлении одинакова, при наличии пакетов индуктора более двух, длина сердечников в аксиальном направлении, находящихся между крайними сердечниками индуктора, в два раза больше длины крайних сердечников, четные сердечники индуктора смещены относительно нечетных сердечников индуктора в тангенциальном направлении на половину зубцового деления индуктора, сердечники индуктора напрессованы на соответствующие втулки, выполненные из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью и являющиеся магнитопроводами индуктора, которые крепятся к немагнитной втулке, толщина которой в радиальном направлении значительно больше величины воздушного зазора между статором и ротором, явно выраженные зубчатые полюса якоря и зубчатые сердечники индуктора обращены друг к другу и разделены воздушным зазором, между магнитопроводами индуктора расположены кольцевые слои аксиально намагниченных в одном направлении сегментарных постоянных магнитов, для машин с малыми диаметрами роторов возможно применение цельных кольцеобразных постоянных магнитов, постоянные магниты прилегают к магнитопроводам индуктора в аксиальном направлении и расположены таким образом, чтобы к втулкам с нечетными сердечниками прилегали постоянные магниты полюсами одной полярности, например, южной «S», а к втулкам с четными сердечниками прилегали постоянные магниты полюсами другой полярности, например, северной «N», число кольцевых слоев сегментарных постоянных магнитов на один меньше числа сердечников индуктора, ширина коронок зубцов сердечников индуктора определяется выражением b=k·t, a ширина коронок элементарных зубцов, расположенных на явно выраженных полюсах якоря, может определяться выражением b=k·t, а также, выражением b=k·t, при этом t и t представляют собой зубцовые деления явно выраженных полюсов якоря и сердечников индуктора соответственно, k=0,38÷0,5 и выбирается в зависимости от формы переменного тока якоря при работе машины в режиме электрического двигателя и от формы переменной ЭДС якоря при работе машины в режиме электрического генератора.
При применении бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором в качестве синхронного электрического двигателя питание обмотки якоря осуществляется:
- от источника трехфазного переменного напряжения,
- от источника однофазного переменного напряжения при помощи фазосдвигающего элемента,
- от m-фазного источника переменного напряжения постоянной частоты,
- от m-фазного источника переменного напряжения регулируемой частоты,
- от источника постоянного напряжения посредством управляемого инвертора, подающего синусоидальное напряжение на фазы обмотки якоря в зависимости от показаний датчика углового положения ротора для достижения максимального вращающего момента.
При применении бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором в качестве двигателя постоянного тока питание обмотки якоря осуществляется прямоугольными импульсами напряжения от электронного коммутатора по определенному алгоритму в зависимости от показаний датчика углового положения ротора для достижения максимального вращающего момента.
Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина с многопакетным индуктором может также работать в качестве синхронного m-фазного генератора синусоидальной ЭДС и в качестве синхронного m-фазного генератора переменной ЭДС прямоугольной формы без постоянной составляющей.
В настоящем изобретении индуктор является ротором, а якорь - статором. Возможны исполнения бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором с внешним якорем и внутренним индуктором, с внутренним якорем и внешним индуктором.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
фиг.1 - общий вид бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором с внешним якорем и внутренним индуктором с тремя сердечниками индуктора,
фиг.2 - общий вид бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором с внутренним якорем и внешним индуктором с четырьмя сердечниками индуктора,
фиг.3÷15 - примеры реализации изобретения в виде поперечных сечений сердечников якоря и индуктора, схем соединения катушек m-фазных обмоток якоря и включение m-фазных обмоток якоря на источники напряжений с различным числом фаз и диаграмм токов (МДС).
lp
ls
lm
1
2
В соответствии с настоящим изобретением для получения наилучших энергетических показателей при максимальном удельном моменте на валу бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором число явно выраженных полюсов якоря Z, число элементарных зубцов на явно выраженном полюсе якоря Z=1, 2, 3, 4 …, число фаз m-фазной обмотки якоря m=3, 4, 5, 6 …, число явно выраженных полюсов якоря в фазе Z=1, 2, 3, 4 …, общее число зубцов якоря Z, число зубцов на каждом сердечнике индуктора Z связаны равенствами (1), (2), (3):
Катушки m-фазной обмотки якоря в фазе должны быть соединены между собой таким образом (согласно или встречно), чтобы векторы наведенных в них ЭДС, геометрически складываясь, образовывали максимальную суммарную ЭДС фазы якоря бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором.
ист
На фиг.3÷15 представлены примеры реализации изобретения в соответствии с формулами (1), (2), (3) в виде поперечных сечений сердечника якоря и нечетных и четного сердечников индуктора бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором, схем соединения катушек m-фазных обмоток якоря при включении m-фазных обмоток якоря в двигательном режиме на источники напряжений с различным числом фаз и диаграмм токов (МДС). Соответствие фигур поперечных сечений сердечника якоря и нечетных и четного сердечников индуктора и схем соединения катушек m-фазных обмоток якоря поясняется в таблице 1. Буква m в таблице 1 обозначает количество фаз m-фазной обмотки якоря бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором, а m - количество фаз источника напряжения. Положение нечетных и четного сердечников индуктора относительно сердечника якоря на фигуре в двигательном режиме соответствует моменту времени, при котором показано положение векторов токов на соответствующей схеме соединения катушек m-фазной обмотки якоря бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором (таблица 1).
На фиг.4 представлена схема соединений катушек 3-фазной обмотки якоря с подключением на 3-фазный источник напряжения.
На фиг.6 представлена схема соединений катушек 4-фазной обмотки якоря с подключением на 4-фазный источник напряжения.
На фиг.8 представлена схема соединений катушек 5-фазной обмотки якоря с подключением на 5-фазный источник напряжения.
На фиг.10 представлена схема соединений катушек 6-фазной обмотки якоря с подключением на 6-фазный источник напряжения.
AN
CN
тp
CN
AN
На фиг.12 представлена схема соединений катушек 4-фазной обмотки якоря с подключением в однофазную сеть переменного тока промышленной частоты. Сдвиг фаз источника напряжения, необходимый для работоспособности машины, обеспечивается при помощи фазосдвигающего элемента, в данном случае при помощи емкости С. При этом w - это числа витков катушек обмотки якоря, подключенных непосредственно к фазе «А» и нулю, w - это числа витков катушек обмотки якоря, подключенных к фазе «А» и нулю через фазосдвигающую емкость С. Коэффициент трансформации обмоток фаз якоря лежит в пределах k=w/w=1÷2.
Таблица 1
Соответствие фигур чертежей поперечных сечений сердечника якоря, нечетных и четных сердечников индуктора и фигур схем соединения катушек m-фазных обмоток якоря
Фигура
m
Z<sub>lm</sub>
Z<sub>lp</sub>
Z<sub>ls</sub>
Z<sub>l</sub>
Z<sub>2</sub>
m<sub>ист</sub>
чертежа поперечного сечения
схемы обмотки и диаграмма токов (МДС)
3
4
3
5
15
3
45
50
3
5
6
4
2
8
4
32
30
4
7
8
5
3
15
3
45
48
5
9
10
6
2
12
4
48
50
6
11
12
4
3
12
4
48
45
1 с фазосдвигающей емкостью
13
14
6
3
18
4
72
75
3
-
15
9
3
27
9
243
240
3
На фиг.14 представлена схема соединений катушек 6-фазной обмотки якоря с подключением на 3-фазный источник напряжения.
На фиг.15 представлена схема соединений катушек 9-фазной обмотки якоря с подключением на 3-фазный источник напряжения.
z2
Рассмотрим конструкцию бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором с внешним якорем и внутренним индуктором (фиг.1, 3, 5, 7, 9, 11, 13). Перемагничиваемый с высокой частотой сердечник 1 якоря выполнен шихтованным из электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью и запрессован в магнитопроводе 2, являющегося корпусом, выполненного из стали с высокой магнитной проницаемостью. На каждом явно выраженном полюсе 13 якоря выполнены элементарные зубцы 14. На явно выраженных полюсах 13 якоря размещена катушечная m-фазная обмотка 3 якоря. Катушки m-фазной обмотки 3 якоря выполняются из обмоточного медного провода или медной обмоточной шины. Индуктор при помощи подшипников 4, вала 5 и подшипниковых щитов 6 позиционирован относительно якоря. Вал 5 выполнен из магнитной или немагнитной стали или из титана. Если вал 5 магнитный, то на нем закреплена немагнитная втулка 16, толщина которой в радиальном направлении значительно превышает воздушный зазор между статором и ротором. Немагнитная втулка 16 может быть выполнена из сплавов алюминия, из меди, из титана, из нержавеющей стали. Если вал 5 выполнен из немагнитной стали или титана, то немагнитная втулка 16 может не устанавливаться. На немагнитной втулке 16 насажены втулки 10, 11 и 12, выполненные из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью и являющиеся магнитопроводами индуктора, на втулках 10 и 12 напрессованы соответственно нечетные 7 и 9 сердечники индуктора, на втулке 11 напрессован четный сердечник 8 индуктора. Длина двух крайних сердечников 7 и 9 индуктора в аксиальном направлении одинакова, длина находящегося между ними сердечника 8 индуктора в два раза больше длины крайних сердечников 7 и 9. Сердечники 7, 8 и 9 индуктора представляют собой пакеты, набранные из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, и имеют одинаковое число на каждом сердечнике равномерно распределенных по окружности зубцов 15. С целью удешевления конструкции сердечники 7, 8 и 9 могут быть выполнены металлообработкой из цельных кусков стали с высокой магнитной проницаемостью. В этом случае втулки 10, 11 и 12 не устанавливаются. Четный 8 сердечник индуктора смещен относительно нечетных 7 и 9 сердечников индуктора в тангенциальном направлении на половину зубцового деления t индуктора. Между магнитопроводами 10, 11 и 12 индуктора расположены кольцевые слои аксиально намагниченных в одном направлении сегментарных постоянных магнитов 17. Для машин с малыми диаметрами роторов возможно применение цельных кольцеобразных постоянных магнитов 17. Постоянные магниты 17 прилегают к магнитопроводам 10, 11 и 12 индуктора в аксиальном направлении и расположены таким образом, что к втулкам 10 и 12 с нечетными 7 и 9 сердечниками индуктора соответственно постоянные магниты прилегают южными полюсами «S», а к втулке 17 с четным сердечником 8 индуктора соответственно постоянные магниты прилегают северными полюсами «N», вследствие этого зубцы нечетных 7 и 9 сердечников индуктора намагничены как южные полюса «S», а зубцы четного сердечника 8 индуктора намагничены как северные полюса «N>. Число кольцевых слоев сегментарных постоянных магнитов при этом на один меньше числа сердечников индуктора. Созданный постоянными магнитами 17 магнитный поток замыкается униполярно через сердечники и магнитопроводы индуктора, воздушный зазор между якорем и индуктором и через сердечник и магнитопровод якоря.
В случае конструкции бесконтактной редукторной магнитоэлектрической машины с многопакетным индуктором с внутренним якорем и внешним индуктором (фиг.2) роль корпуса играет немагнитная втулка 16.
Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина с многопакетным индуктором работает в двигательном и генераторном режимах.
2
1
2
1
2
Рассмотрим двигательный режим (фиг.1, 3, 5, 7, 9, 11, 13). Возбуждение индуктора создается кольцевыми слоями сегментарных постоянных магнитов 17. При этом образуется постоянное магнитное поле индуктора с постоянной во времени МДС индуктора и постоянным магнитным потоком индуктора, униполярно замыкающимся через сердечники индуктора 7, 8 и 9, магнитопроводы 10, 11, 12 индуктора, воздушный зазор между якорем и индуктором, сердечник 1 якоря и магнитопровод 2 якоря. Зубцы 15 нечетных сердечников 7 и 9 индуктора намагничиваются и образуют полюса одной полярности, например, южные полюса «S», а зубцы 15 четного сердечника 8 индуктора намагничиваются и образуют полюса другой полярности, например, северные полюса «N». На фазы m-фазной обмотки 3 якоря подают переменное напряжение, по m-фазной обмотке 3 якоря протекает переменный ток, создающий переменное магнитное поле якоря. При этом образуется переменная во времени МДС якоря и переменный во времени магнитный поток якоря. На фиг.4, фиг.6, фиг.8, фиг.10, фиг.12, фиг.14 представлены векторные диаграммы токов 18 источников питания для соответствующих m-фазных обмоток 3 якоря, представленных на этих же фигурах. Симметричные m-фазные напряжения, поданные на зажимы m-фазных обмоток 3 якоря, изменяются во времени, и векторы токов 18 поворачиваются в осях координат ху против часовой стрелки. Рассмотрим момент времени, когда токи проецируются на ось ординат. Катушки m-фазной обмотки 3 якоря названы буквой, обозначающей принадлежность к соответствующей фазе, и цифрой, обозначающей номер явно выраженного полюса 13 сердечника 1 якоря. Например, катушка В2 - катушка фазы В, расположенная на втором явно выраженном полюсе 13 сердечника 1 якоря. На фиг.4, 6, 8, 10, 12, 14 обозначены направления токов в катушках m-фазной обмотки якоря в соответствии с проекцией векторов токов на ось у. При этом элементарные зубцы 14, расположенные на соответствующих явно выраженных полюсах 13 якоря, на которых расположены катушки m-фазной обмотки 3 якоря, образуют южные полюса «S» и северные полюса «N». Вследствие взаимодействия переменного магнитного поля якоря с постоянным магнитным полем индуктора к ротору приложен однонаправленный в течение всего времени работы электрического двигателя вращающий момент, т.е. при изменении питающих m-фазных напряжений, поданных на m-фазную обмотку якоря с частотой ƒ (Гц), ротор вращается с синхронной частотой вращения n=60·ƒ/Z (об/мин). Направление вращения ротора на фигурах показано стрелкой с буквой «n». При Z<Z ротор вращается согласно с магнитным полем якоря, а при Z>Z ротор вращается против вращения магнитного поля якоря.
Рассмотрим генераторный режим (фиг.1, фиг.3, фиг.5, фиг.7, фиг.9, фиг.11, фиг.13). При вращении ротора сторонним источником момента с частотой вращения n постоянный магнитный поток индуктора, созданный кольцевыми слоями сегментарных постоянных магнитов 17, пронизывает воздушный зазор и явно выраженные полюса 13 якоря то со стороны индуктора, то со стороны якоря, создавая при этом в явно выраженных полюсах 13 якоря переменный магнитный поток, наводящий в катушках m-фазной обмотки 3 якоря переменную во времени ЭДС. Если внешняя цепь - цепь нагрузки замкнута, то по m-фазной обмотке 3 якоря протекает переменный электрический ток, электрическая мощность отдается потребителю.
Фазы m-фазной обмотки якоря могут быть соединены в звезду, а также в многоугольник.