RU69348U1 - ELECTRIC MACHINE - Google Patents
ELECTRIC MACHINE Download PDFInfo
- Publication number
- RU69348U1 RU69348U1 RU2007118980/22U RU2007118980U RU69348U1 RU 69348 U1 RU69348 U1 RU 69348U1 RU 2007118980/22 U RU2007118980/22 U RU 2007118980/22U RU 2007118980 U RU2007118980 U RU 2007118980U RU 69348 U1 RU69348 U1 RU 69348U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric machine
- machine according
- magnetic flux
- permanent magnets
- disk
- Prior art date
Links
Landscapes
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
Электрическая машина предназначена для использования в качестве двигателя или генератора и содержит узел (1) машины с вращающейся частью и не вращающейся частью. Узел (1) машины содержит множество простирающихся в радиальном направлении проводников магнитного потока (6), расположенных в круговой ряд на внутренней поверхности корпусного элемента (2) и окружающих множество постоянных магнитов (5), расположенных в круговой ряд на кольцеобразном элементе (9). Кольцеобразный элемент(9) жестко связан с валом (3). Вал (3) связан с корпусным элементом (2) с возможностью вращения одного из них при неподвижном другом. Узел (1) содержит дискообразный элемент (7), отделенный осевым промежутком (18) от проводников магнитного потока (6) и постоянных магнитов (5), а также кольцевую обмотку (10), размещенную в осевом промежутке (18). Полярности полюсов постоянных магнитов (5) чередуются. Проводники магнитного потока (6) жестко связаны с кольцеобразным элементом (9) непосредственно или посредством вспомогательного элемента (17). Постоянные магниты (5) жестко связаны с корпусным элементом (2), при этом поверхности проводников магнитного потока (6) и обращенные к ним поверхности постоянных магнитов (5), отделены рабочим зазором (16), обеспечивающим прохождение магнитного потока. Корпусной элемент (2), кольцеобразный элемент (9), вспомогательный элемент (17) и дискообразный элемент (7) выполнены из магнитно-мягкого материала. Дискообразный элемент (7) может быть жестко связан с корпусным элементом (2) или кольцеобразным элементом (9). Кольцевая обмотка (10) принадлежит не вращающейся части узла. За счет конструктивного выполнения улучшены технические характеристики и повышена эксплуатационная надежность. 40 з.п. ф-лы, 14 ил.The electric machine is intended to be used as an engine or generator and comprises a machine unit (1) with a rotating part and a non-rotating part. The machine assembly (1) contains a plurality of radially extending magnetic flux conductors (6) arranged in a circular row on the inner surface of the housing element (2) and surrounding a plurality of permanent magnets (5) arranged in a circular row on the ring-shaped element (9). The annular element (9) is rigidly connected to the shaft (3). The shaft (3) is connected with the housing element (2) with the possibility of rotation of one of them while the other is stationary. The node (1) contains a disk-shaped element (7), separated by an axial gap (18) from the magnetic flux conductors (6) and permanent magnets (5), as well as an annular winding (10) located in the axial gap (18). The polarities of the poles of the permanent magnets (5) alternate. The magnetic flux conductors (6) are rigidly connected to the annular element (9) directly or by means of an auxiliary element (17). Permanent magnets (5) are rigidly connected to the housing element (2), while the surfaces of the magnetic flux conductors (6) and the surfaces of the permanent magnets (5) facing them are separated by a working gap (16), which ensures the passage of the magnetic flux. The housing element (2), the ring-shaped element (9), the auxiliary element (17) and the disk-shaped element (7) are made of soft magnetic material. The disk-shaped element (7) can be rigidly connected with the housing element (2) or an annular element (9). The annular winding (10) belongs to the non-rotating part of the assembly. Due to the constructive performance, the technical characteristics are improved and the operational reliability is increased. 40 cp f-ly, 14 ill.
Description
Полезная модель относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам и может быть использована в машиностроении, например, в генераторах и в электродвигателях, в том числе транспортных средств.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to electrical machines and can be used in mechanical engineering, for example, in generators and in electric motors, including vehicles.
Известен из патента RU RU №2248657 (опубл. 20.03.2005 г.) электродвигатель, который содержит кольцеобразный магнитопровод статора с двумя рядами постоянных магнитов, размещенных на внешней и внутренней поверхностях магнитопровода симметрично по его окружности с чередующейся полярностью и с противоположной полярностью в направлении через толщу магнитопровода статора, а также двухсекционный ротор, одна из секций которого охватывает статор и является внешней, а другая размещена внутри статора, то есть является внутренней секцией. Катушки электромагнитов внешней и внутренней секций ротора попарно подсоединены к токосъемникам, установленных с возможностью контактирования с пластинами коллекторного распределителя, и подключенные к области электромагнитов. Электродвигатель, выполненный в соответствии с изобретением, при сравнительно малых мощностях (3-5 кВт) способен развивать крутящий момент от 300 до 800 Нм. Образец двигателя мощностью 5 кВт с диаметром 395 мм и весом 24 кг при напряжении 48 В развил крутящий момент около 600 Нм. Недостатком данного устройства является высокая потребляемая мощность для создания крутящего момента. Кроме того, большое количество используемых токосъемников коллектора отрицательно сказывается на надежности работы электродвигателя.Known from patent RU RU No. 2248657 (publ. March 20, 2005), an electric motor that contains an annular stator magnetic circuit with two rows of permanent magnets located on the outer and inner surfaces of the magnetic circuit symmetrically around its circumference with alternating polarity and with opposite polarity in the direction through the thickness of the stator magnetic circuit, as well as a two-section rotor, one of the sections of which covers the stator and is external, and the other is located inside the stator, that is, it is an internal section. The coils of the electromagnets of the outer and inner sections of the rotor are connected in pairs to current collectors installed with the possibility of contacting with the plates of the collector distributor, and connected to the area of the electromagnets. An electric motor made in accordance with the invention, at relatively low powers (3-5 kW), is capable of developing a torque of 300 to 800 Nm. A sample of a 5 kW engine with a diameter of 395 mm and a weight of 24 kg at a voltage of 48 V developed a torque of about 600 Nm. The disadvantage of this device is the high power consumption to create torque. In addition, the large number of collector collectors used negatively affects the reliability of the electric motor.
Известна из патента RU №2279174 (опубл. 27.06.2006.) электрическая машина, содержащая ротор с постоянными магнитами, полярность которых чередуется как в тангенциальном направлении, так и в осевом направлении, и многофазный статор, у которого каждая из фаз состоит из кольцевых секций. It is known from patent RU No. 2279174 (publ. 06/27/2006.) An electric machine containing a rotor with permanent magnets, the polarity of which alternates both in the tangential direction and in the axial direction, and a multiphase stator, in which each phase consists of annular sections .
Магнитопровод статора имеет зубцы, число которых в два раза меньше числа полюсов ротора. Угловое положение зубцов магнитопроводов различных фаз отличается на 2/m эл. рад, где m - число фаз. Магнитопровод каждой фазы статора выполнен из пакетов пластин, расположенных в осевом направлении и имеющих пазы, в которых размещены кольцевые секции фазы. Недостатком известного устройства является то, что кольцевая обмотка охватывает постоянные магниты и имеет достаточно большие габаритные размеры, вследствие чего неудовлетворительно отношение вращающего момента к потребляемой обмоткой мощности. Кроме того, недостатком является то, что для создания вращающего момента в каждой фазе применяют два круговых ряда постоянных магнитов, что ведет к увеличению массы постоянных магнитов и соответственно удорожанию устройства.The stator magnetic circuit has teeth, the number of which is two times less than the number of poles of the rotor. The angular position of the teeth of the magnetic cores of various phases differs by 2 / m el. glad where m is the number of phases. The magnetic circuit of each phase of the stator is made of stacks of plates located in the axial direction and having grooves in which the ring sections of the phase are placed. A disadvantage of the known device is that the annular winding covers permanent magnets and has sufficiently large overall dimensions, as a result of which the ratio of torque to power consumed by the winding is unsatisfactory. In addition, the disadvantage is that to create a torque in each phase, two circular rows of permanent magnets are used, which leads to an increase in the mass of permanent magnets and, accordingly, the cost of the device.
Наиболее близким является двигатель, известный из заявки US №2006186742 (опубл. 24.08.2006 г.) и выбранный за прототип. Известное устройство содержит, по меньшей мере, один узел с вращающейся частью и не вращающейся частью, который содержит корпусной элемент, установленный в опорном элементе вал, охватывающий вал кольцевой элемент, дискообразный элемент с торцевой поверхностью которого жестко связан магнитный элемент, выполненный из магнитно-твердого материала и имеющий группу чередующихся по полярности полюсов постоянных магнитов. Узел содержит также зубчатый элемент, отделенный осевым промежутком от дискообразного элемента, и размещенную между зубчатым элементом и дискообразным элементом кольцевую обмотку. Магнитный элемент поочередно намагничен в N-полюсе и S-полюсе так, что вектор намагниченности сформированных в магнитном элементе постоянных магнитов ориентирован в осевом направлении. Осевой промежуток обеспечивает прохождение магнитных потоков. Дискообразный элемент жестко связан с кольцевым элементом и отделен от корпусного элемента радиальным зазором. При этом корпусной элемент, кольцевой элемент, дискообразный элемент, зубчатый элемент и опорный элемент выполнены из магнитно-мягкого материала.The closest is the engine, known from the application US No. 2006186742 (publ. 08.24.2006) and selected for the prototype. The known device comprises at least one assembly with a rotating part and a non-rotating part, which contains a housing element, a shaft installed in the supporting element, a ring element enclosing the shaft, a disk-shaped element with an end surface of which the magnetic element made of magnetically hard is rigidly connected material and having a group of poles of permanent magnets alternating in polarity. The assembly also contains a gear element, separated by an axial gap from the disk-shaped element, and an annular winding located between the gear element and the disk-shaped element. The magnetic element is alternately magnetized in the N-pole and S-pole so that the magnetization vector of the permanent magnets formed in the magnetic element is oriented in the axial direction. The axial gap allows the passage of magnetic fluxes. The disk-shaped element is rigidly connected to the annular element and is separated from the housing element by a radial clearance. In this case, the housing element, the annular element, the disk-shaped element, the gear element and the support element are made of soft magnetic material.
Недостатком известной конструкции являются наличие существенных осевых усилий между вращающейся и не вращающейся частями узла A disadvantage of the known design is the presence of significant axial forces between the rotating and non-rotating parts of the node
машины, что снижает надежность устройства. Кроме того, ограничения по размерам обмотки в осевом и радиальном направлении ограничивают величину вращающего момента при допустимых потерях мощности в обмотке.machines, which reduces the reliability of the device. In addition, restrictions on the size of the winding in the axial and radial direction limit the magnitude of the torque with allowable loss of power in the winding.
В основу полезной модели поставлена задача устранения вышеуказанных недостатков и создания простой по конструкции новой электрической машины, которая характеризуется высокой эксплуатационной надежностью и улучшенными техническими характеристиками за счет увеличения значения величины вращающего момента при допустимых потерях мощности в обмотке.The utility model is based on the task of eliminating the above drawbacks and creating a simple new electric machine, which is characterized by high operational reliability and improved technical characteristics by increasing the value of torque with allowable power loss in the winding.
Другая задача настоящей полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей электрической машины, что позволяет расширить сферу применения электрических машин данного класса.Another objective of this utility model is to expand the functionality of an electric machine, which allows you to expand the scope of application of electric machines of this class.
Поставленная задача решается тем, что в электрической машине содержащей, по меньшей мере, один узел машины с вращающейся частью и не вращающейся частью, который содержит выполненный из магнитно-мягкого материала корпусной элемент; вал, связанный с корпусным элементом с возможностью вращения одного из них при неподвижном другом; жестко связанный с валом кольцеобразный элемент, выполненный с возможностью прохождения по нему магнитного потока; множество простирающихся в радиальном направлении проводников магнитного потока, расположенных по существу в круговой ряд; множество постоянных магнитов, расположенных по существу в круговой ряд с чередованием полярности полюсов; выполненный из магнитно-мягкого материала дискообразный элемент, отделенный осевым промежутком от проводников магнитного потока; принадлежащую не вращающейся части упомянутого узла кольцевую обмотку, размещенную в осевом промежутке; при этом обращенные друг к другу поверхности проводников магнитного потока и поверхности постоянных магнитов отделены рабочим зазором, обеспечивающим прохождение магнитного потока, новым является то, что постоянные магниты жестко связаны с кольцеобразным элементом, а проводники магнитного потока жестко связаны с корпусным элементом непосредственно или посредством вспомогательного элемента, The problem is solved in that in an electric machine containing at least one machine assembly with a rotating part and a non-rotating part, which contains a body element made of magnetically soft material; a shaft connected to the housing element with the possibility of rotation of one of them while the other is stationary; a ring-shaped element rigidly connected to the shaft, configured to pass magnetic flux through it; a plurality of radially extending magnetic flux conductors arranged substantially in a circular row; a plurality of permanent magnets arranged substantially in a circular row with alternating polarity of poles; a disk-shaped element made of soft magnetic material, separated by an axial gap from the magnetic flux conductors; an annular winding belonging to the non-rotating part of said assembly located in the axial gap; while the surfaces of the magnetic flux conductors and the surfaces of the permanent magnets facing each other are separated by a working gap that ensures the passage of the magnetic flux, it is new that the permanent magnets are rigidly connected to the annular element, and the magnetic flux conductors are rigidly connected to the housing element directly or by means of an auxiliary element ,
выполненного из магнитно-мягкого материала, так что круговой ряд проводников магнитного потока окружает круговой ряд постоянных магнитов. При этом рабочий зазор выполнен радиальным, а осевой промежуток определяет объем, внутри которого магнитный поток по существу не проходит.made of soft magnetic material, so that a circular row of magnetic flux conductors surrounds a circular row of permanent magnets. In this case, the working gap is made radial, and the axial gap determines the volume inside which the magnetic flux essentially does not pass.
Целесообразно такое исполнение узла, чтобы дискообразный элемент был жестко связан с корпусным элементом и отделен от кольцеобразного элемента радиальным воздушным зазором, обеспечивающим прохождение магнитного потока. Предпочтительно в этом исполнении кольцевую обмотку закрепить на кольцеобразном элементе и/или на проводниках магнитного потока и/или на вспомогательном элементе, при этом вал смонтировать неподвижно, так что проводники магнитного потока будут принадлежать вращающейся части узла, а постоянные магниты будут принадлежать не вращающейся части узла.It is advisable that such a design of the assembly so that the disk-shaped element is rigidly connected with the housing element and separated from the ring-shaped element by a radial air gap, ensuring the passage of magnetic flux. In this embodiment, it is preferable to fix the ring winding on the ring-shaped element and / or on the magnetic flux conductors and / or on the auxiliary element, the shaft being mounted fixedly, so that the magnetic flux conductors will belong to the rotating part of the assembly, and the permanent magnets will belong to the non-rotating part of the assembly .
Возможно в исполнении, при котором дискообразный элемент жестко связан с корпусным элементом, кольцевую обмотку закрепить на корпусном элементе и/или дискообразном элементе. В этом случае корпусной элемент смонтирован неподвижно, при этом постоянные магниты принадлежат вращающейся части узла, а проводники магнитного потока принадлежат не вращающейся части узла.It is possible in the embodiment in which the disk-shaped element is rigidly connected with the housing element, to fix the annular winding on the housing element and / or disk-shaped element. In this case, the housing element is fixedly mounted, while the permanent magnets belong to the rotating part of the assembly, and the magnetic flux conductors belong to the non-rotating part of the assembly.
В вариантах исполнения, когда дискообразный элемент жестко связан с корпусным элементом, возможно их выполнение за одно целое.In embodiments, when the disk-shaped element is rigidly connected with the housing element, it is possible to perform them in one piece.
Целесообразно также такое исполнение узла машины, при котором дискообразный элемент жестко связан с кольцеобразным элементом и отделен от корпусного элемента радиальным воздушным зазором, обеспечивающим прохождение магнитного потока. В этом исполнении возможно кольцевую обмотку закрепить на кольцеобразном элементе и/или на дискообразном элементе, при этом вал смонтировать неподвижно. В этом случае постоянные магниты будут принадлежать не вращающейся части узла машины, а проводники магнитного потока будут принадлежать вращающейся части узла.It is also advisable that such a design of the machine assembly, in which the disk-shaped element is rigidly connected with the annular element and separated from the housing element by a radial air gap, ensuring the passage of magnetic flux. In this embodiment, it is possible to fix the annular winding on the annular element and / or on the disk-shaped element, while the shaft is mounted stationary. In this case, the permanent magnets will not belong to the rotating part of the machine assembly, and the magnetic flux conductors will belong to the rotating part of the assembly.
Возможно также в исполнении, при котором дискообразный элемент жестко связан с кольцеобразным элементом, закрепить кольцевую обмотку на смонтированном неподвижно корпусном элементе и/или на проводниках It is also possible in the embodiment, in which the disk-shaped element is rigidly connected with the ring-shaped element, to fix the annular winding on a fixed mounted housing element and / or on conductors
магнитного потока и/или на вспомогательном элементе, при этом постоянные магниты будут принадлежать вращающейся части узла, а проводники магнитного потока будут принадлежать не вращающейся части узла.magnetic flux and / or on the auxiliary element, while the permanent magnets will belong to the rotating part of the node, and the conductors of the magnetic flux will belong to the non-rotating part of the node.
В вариантах исполнения, когда дискообразный элемент жестко связан с кольцеобразным элементом, целесообразно их выполнение за одно целое.In embodiments, when the disk-shaped element is rigidly connected with the ring-shaped element, it is advisable to perform them in one piece.
Связь вала с корпусным элементом обеспечивается посредством опорного элемента, жестко связанного с корпусным элементом и приспособленным для исключения смещения в осевом направлении корпусного элемента и вала друг относительно друга. Желательно выполнить опорный элемент из немагнитного материала, например алюминиевого сплава. Целесообразно опорный элемент выполнить так, чтобы он имел простирающуюся продольно валу кольцевую часть, а также простирающуюся по существу перпендикулярно оси вала дисковую часть, которая своей периферийной областью контактирует с корпусным элементом.The connection of the shaft with the housing element is provided by means of a support element rigidly connected to the housing element and adapted to prevent axial displacement of the housing element and the shaft relative to each other. It is desirable to make the support element of a non-magnetic material, such as aluminum alloy. It is advisable to make the supporting element so that it has an annular part extending longitudinally to the shaft, as well as a disk part extending substantially perpendicular to the axis of the shaft, which in its peripheral region contacts the housing element.
Целесообразно, чтобы дискообразный элемент представлял собой тело вращения с отверстием в центральной части и имел две противолежащие в осевом направлении торцевые поверхности, а также две противолежащие друг другу в радиальном направлении цилиндрические поверхности, одна из которых обращена в сторону корпусного элемента и идентифицируется как периферийная, а другая обращена в сторону кольцеобразного элемента и идентифицируется как внутренняя. Возможно дискообразный элемент выполнить так, чтобы площадь периферийной цилиндрической поверхности превышала площадь внутренней цилиндрической поверхности. Возможно также дискообразный элемент выполнить так, чтобы площадь периферийной цилиндрической поверхности была по существу равна площади внутренней цилиндрической поверхности. Желательно при этом, чтобы, по меньшей мере, одна цилиндрическая поверхность дискообразного элемента являлась круглой. Целесообразно, чтобы, по меньшей мере, одна торцевая поверхность дискообразного элемента лежала в плоскости по существу перпендикулярной оси вращения вала.It is advisable that the disk-shaped element was a body of revolution with an aperture in the central part and had two axially opposite end surfaces, as well as two cylindrical surfaces opposite to each other in the radial direction, one of which faces the housing element and is identified as peripheral, and the other is facing the annular element and is identified as internal. It is possible that the disk-shaped element is made so that the area of the peripheral cylindrical surface exceeds the area of the inner cylindrical surface. It is also possible that the disk-shaped element is configured such that the area of the peripheral cylindrical surface is substantially equal to the area of the inner cylindrical surface. At the same time, it is desirable that at least one cylindrical surface of the disk-shaped element is round. It is advisable that at least one end surface of the disk-shaped element lies in a plane essentially perpendicular to the axis of rotation of the shaft.
Целесообразно кольцеобразный элемент выполнить так, чтобы он имел соосную с валом и выполненную из магнитно-мягкого материала кольцевую часть, а также жестко связанную с ней и простирающуюся по существу It is advisable to make the annular element so that it has an annular part coaxial with the shaft and made of magnetically soft material, as well as being rigidly connected with it and extending essentially
перпендикулярно валу дисковую часть. Предпочтительно кольцевую часть и дисковую часть кольцеобразного элемента выполнить за одно целое из магнитно-мягкого материала.perpendicular to the shaft disk part. Preferably, the annular part and the disk part of the annular element are integrally made of soft magnetic material.
Возможно множество постоянных магнитов выполнить в виде отдельных тел или в виде монолитной кольцевой структуры из магнитно-твердого материала, в котором сформированы магнитные полюса.It is possible to make many permanent magnets in the form of separate bodies or in the form of a monolithic ring structure of magnetically solid material in which magnetic poles are formed.
Целесообразно постоянные магниты выполнять так, чтобы ориентация вектора намагниченности каждого магнита являлась по существу перпендикулярной оси вращения вала.It is advisable to carry out permanent magnets so that the orientation of the magnetization vector of each magnet is substantially perpendicular to the axis of rotation of the shaft.
Целесообразно постоянные магниты разместить так, чтобы центры их поверхностей, обращенных в сторону проводников магнитного потока, были распределены с равными угловыми интервалами в окружном направлении. Желательно, чтобы поверхности постоянных магнитов, обращенные в сторону проводников магнитного потока, принадлежали цилиндрической поверхности, обладающей осевой симметрией. Предпочтительно, чтобы эта цилиндрическая поверхность являлась по существу круглой.It is advisable to place the permanent magnets so that the centers of their surfaces facing the magnetic flux conductors are distributed at equal angular intervals in the circumferential direction. It is desirable that the surfaces of the permanent magnets facing the magnetic flux conductors belong to a cylindrical surface having axial symmetry. Preferably, this cylindrical surface is substantially circular.
Желательно, чтобы поверхности проводников магнитного потока, обращенные в сторону постоянных магнитов принадлежали цилиндрической поверхности, обладающей осевой симметрией, и являющейся предпочтительно по существу круглой.It is desirable that the surfaces of the magnetic flux conductors facing the permanent magnets belong to a cylindrical surface having axial symmetry, and which is preferably substantially circular.
Целесообразно, чтобы поверхности проводников магнитного потока, обращенные в сторону постоянных магнитов, были отделены друг от друга в окружном направлении, а их центры были распределены с равными угловыми интервалами в окружном направлении.It is advisable that the surfaces of the magnetic flux conductors facing the permanent magnets are separated from each other in the circumferential direction, and their centers are distributed at equal angular intervals in the circumferential direction.
Предпочтительно проводники магнитного потока и вспомогательный элемент выполнять за одно целое.Preferably, the magnetic flux conductors and the auxiliary element are integrally formed.
Целесообразно, чтобы число множества проводников магнитного потока было в два раза меньше числа множества постоянных магнитов.It is advisable that the number of multiple conductors of the magnetic flux was two times less than the number of many permanent magnets.
Возможно в качестве магнитно-мягкого материала использовать сплав на основе железа или материал, полученный посредством спекания порошка.It is possible to use an iron-based alloy or material obtained by sintering a powder as a soft magnetic material.
Желательно, чтобы корпусной элемент имел, по меньшей мере, одну цилиндрическую поверхность, обладающую осевой симметрией, предпочтительно круглую.It is desirable that the housing element has at least one cylindrical surface having axial symmetry, preferably round.
Целесообразно, чтобы проводники магнитного потока были идентичны как по размерам, так и по конфигурации.It is advisable that the magnetic flux conductors be identical in both size and configuration.
Желательно, чтобы постоянные магниты были идентичны как по размерам, так и по конфигурации.Permanent magnets are desirable to be identical in both size and configuration.
Возможно использование машины в качестве электрического генератора или электрического двигателя.It is possible to use the machine as an electric generator or electric motor.
Кроме того, возможно машину выполнить так, чтобы она содержала два узла, причем первый узел машины выполнить с возможностью работы в положении первой фазы, а второй узел машины выполнить с возможностью работы в положении второй фазы, сдвинутом относительно положения первой фазы на 90 эл. град.In addition, it is possible to make the machine so that it contains two nodes, the first node of the machine to be able to work in the position of the first phase, and the second node of the machine to be able to work in the position of the second phase, shifted relative to the position of the first phase by 90 el. hail.
Далее настоящая полезная модель будет описана более подробно при помощи различных вариантов ее осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:Next, the present utility model will be described in more detail using various options for its implementation with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг.1 изображает схематично разнесенный перспективный вид основных элементов узла машины согласно полезной модели.Figure 1 depicts a schematically exploded perspective view of the basic elements of a machine assembly according to a utility model.
Фиг.2 изображает фрагмент А на Фиг.1.Figure 2 depicts a fragment A in figure 1.
Фиг.3 изображает фрагмент В на Фиг.1.Figure 3 depicts a fragment In figure 1.
Фиг.4 изображает вид по стрелке С на Фиг.2.Figure 4 depicts a view along arrow C in Figure 2.
Фиг.5 изображает вид в аксонометрии узла машины согласно первому варианту осуществления полезной модели в исполнении, при котором проводники магнитного потока связаны с корпусным элементом непосредственно.Figure 5 depicts a perspective view of a machine assembly according to a first embodiment of a utility model in which magnetic flux conductors are directly connected to the housing element.
Фиг.6. изображает вид в аксонометрии узла машины согласно первому варианту осуществления полезной модели в исполнении, при котором проводники магнитного потока связаны с корпусным элементом посредством вспомогательного элемента.6. depicts a perspective view of a machine assembly according to a first embodiment of a utility model in which magnetic flux conductors are connected to the housing element via an auxiliary element.
Фиг.7 изображает вид в аксонометрии узла машины согласно первому варианту осуществления полезной модели в исполнении, при котором дискообразный элемент выполнен за одно целое с корпусным элементом.7 depicts a perspective view of a machine assembly according to a first embodiment of a utility model in which the disk-shaped element is integrally formed with the housing element.
Фиг.8 изображает вид в аксонометрии узла машины согласно второму варианту осуществления полезной модели.Fig. 8 is a perspective view of a machine assembly according to a second embodiment of the utility model.
Фиг.9 изображает вид в аксонометрии узла машины согласно третьему варианту осуществления полезной модели.Fig. 9 is a perspective view of a machine assembly according to a third embodiment of the utility model.
Фиг.10 изображает вид в аксонометрии узла машины согласно третьему варианту осуществления полезной модели в исполнении, при котором дискообразный элемент выполнен за одно целое с кольцеобразным элементом.Figure 10 depicts a perspective view of a machine assembly according to a third embodiment of a utility model in which the disk-shaped element is integrally formed with the ring-shaped element.
Фиг.11 изображает вид в аксонометрии узла машины согласно четвертому варианту осуществления полезной модели.11 depicts a perspective view of a machine assembly according to a fourth embodiment of the utility model.
Фиг.12 и Фиг.13 иллюстрируют работу устройства в качестве двигателя.Fig and Fig illustrate the operation of the device as an engine.
Фиг.14 изображает вид в аксонометрии машины с двумя узлами.Fig.14 depicts a perspective view of a machine with two nodes.
Ниже со ссылками на прилагаемые чертежи приводится подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящей полезной модели.Below with reference to the accompanying drawings is a detailed description of the preferred embodiments of the present utility model.
На чертежах идентичные или аналогичные части машины обозначены одинаковыми позициями. Со ссылками на Фиг.1 - Фиг.7 подробно описана конструкция узла 1 электрической машины в первом варианте его осуществления.In the drawings, identical or similar parts of the machine are denoted by the same reference numbers. With reference to Fig.1 - Fig.7 describes in detail the design of the node 1 of the electric machine in the first embodiment of its implementation.
Ссылаясь на Фиг.1, корпусной элемент обозначен позицией 2, вал обозначен позицией 3, ось вращения вала обозначена позицией 4, постоянные магниты обозначены позицией 5, проводники магнитного потока обозначены позицией 6, дискообразный элемент обозначен позицией 7, опорный элемент обозначен позицией 8, кольцеобразный элемент обозначен позицией 9 и кольцевая обмотка обозначена позицией 10.Referring to FIG. 1, the casing element is indicated by 2, the shaft is indicated by 3, the axis of rotation of the shaft is indicated by 4, permanent magnets are indicated by 5, magnetic flux conductors are indicated by 6, the disk-shaped element is indicated by 7, the supporting element is indicated by 7, ring-shaped the element is indicated by 9 and the ring winding is indicated by 10.
Постоянные магниты 5 расположены друг за другом в круговой ряд в конфигурации первого кольцевого элемента 11 соосного с осью вращения 4 (показан на Фиг.1 пунктирными линиями) и ограниченного двумя разнесенными в осевом направлении торцевыми поверхностями 12 (обозначены одной позицией на Фиг.2), на которых лежат поверхности двух противолежащих в осевом направлении сторон постоянных магнитов 5, и двумя разнесенными в радиальном направлении цилиндрическими поверхностями 13 (также обозначены одной позицией на Фиг.2), на которых Permanent magnets 5 are arranged one after another in a circular row in the configuration of the first annular element 11 coaxial with the axis of rotation 4 (shown in dashed lines in FIG. 1) and bounded by two axially spaced end surfaces 12 (indicated by one position in FIG. 2), on which lie the surfaces of two axially opposite sides of the permanent magnets 5, and two radially spaced cylindrical surfaces 13 (also indicated by one position in FIG. 2), on which
лежат поверхности двух противолежащих в радиальном направлении сторон постоянных магнитов 5.lie the surface of two opposite in the radial direction of the sides of the permanent magnets 5.
Проводники магнитного потока 6 (далее по тексту зубцы 6) расположены в круговой ряд в конфигурации соосного с осью вращения 4 второго кольцевого элемента 14 (показан на Фиг.1 пунктирными линиями), ограниченного двумя разнесенными в осевом направлении торцевыми поверхностями 14а и 14b (показаны на Фиг.3 пунктирными линиями), на которых лежат поверхности двух противолежащих в осевом направлении сторон проводников магнитного потока, и двумя разнесенными в радиальном направлении цилиндрическими поверхностями, на которых лежат поверхности двух противолежащих в радиальном направлении сторон зубцов 6. Обращенная в сторону оси вращения 4 цилиндрическая поверхность второго кольцевого элемента 14 обозначена позицией 14с на Фиг.3 и идентифицируется как внутренняя, а обращенная в сторону корпусного элемента 2 цилиндрическая поверхность обозначена позицией 14d и идентифицируется как внешняя. Цилиндрические поверхности обладают осевой симметрией и в конкретном примере исполнения являются круглыми.The magnetic flux conductors 6 (hereinafter referred to as teeth 6) are arranged in a circular row in the configuration of a second annular element 14 coaxial with the axis of rotation 4 (shown by dashed lines in FIG. 1), bounded by two axially spaced end surfaces 14a and 14b (shown in 3 by dashed lines) on which lie the surfaces of two axially opposite sides of the magnetic flux conductors, and by two radially spaced cylindrical surfaces on which lie the surfaces of two tivolezhaschih radially-facing sides of the teeth 6 in the direction of the rotational axis 4 of the cylindrical surface of the second annular element 14 is denoted by 14c in Figure 3 and identified as internal and facing towards the body member 2 is indicated at the cylindrical surface 14d and identified as foreign. Cylindrical surfaces have axial symmetry and, in a specific embodiment, are round.
Постоянные магниты 5 могут быть выполнены в виде отдельных тел, как показано на чертежах, или в виде монолитной кольцевой структуры из подходящего магнитно-твердого материала, в котором сформированы магнитные полюса (не показано).Permanent magnets 5 can be made in the form of separate bodies, as shown in the drawings, or in the form of a monolithic ring structure of a suitable magnetically hard material in which magnetic poles are formed (not shown).
Постоянные магниты 5 намагничены так, что ориентация вектора намагниченности в центре каждого магнита 5 является по существу перпендикулярной оси вращения 4 (вектор намагниченности показан стрелкой Н на Фиг.4). Противоположные полюса каждого магнита лежат на противолежащих цилиндрических поверхностях 13 первого кольцеобразного элемента 11, а на каждой цилиндрической поверхности 13 полярности полюсов чередуются. Цилиндрические поверхности обладают осевой симметрией и в конкретном примере исполнения являются круглыми.Permanent magnets 5 are magnetized so that the orientation of the magnetization vector at the center of each magnet 5 is substantially perpendicular to the axis of rotation 4 (the magnetization vector is shown by arrow H in FIG. 4). The opposite poles of each magnet lie on opposite cylindrical surfaces 13 of the first annular element 11, and on each cylindrical surface 13 the polarities of the poles alternate. Cylindrical surfaces have axial symmetry and, in a specific embodiment, are round.
Постоянные магниты 5 выполнены по существу идентичными как по размерам, так и по конфигурации.Permanent magnets 5 are made essentially identical in size and configuration.
С корпусным элементом 2 (Фиг.5) жестко связан соосный с валом 3 опорный элемент 8, выполненный из немагнитного материала, например With the housing element 2 (Figure 5) is rigidly connected coaxial with the shaft 3 of the supporting element 8, made of non-magnetic material, for example
алюминиевых сплавов. Опорный элемент 8 выполнен так, что имеет простирающуюся продольно валу 3 и охватывающую его кольцевую часть 8а, и простирающуюся по существу перпендикулярно валу 3 дисковую часть 8b, которая своей периферийной областью контактирует с корпусным элементом 2 и жестко с ним связана. Опорный элемент 8 предназначен для обеспечения соосности корпусного элемента 2 с валом 3 и смонтирован на подшипниковых опорах 15 так, чтобы исключить смещение корпусного элемента 2 и вала 3 друг относительно друга в осевом направлении и обеспечить возможность вращения одного из них при неподвижном другом.aluminum alloys. The support member 8 is configured to have a longitudinally extending shaft portion 3 and an annular portion 8a spanning it, and a disk portion 8b extending substantially perpendicular to the shaft 3, which in its peripheral region contacts and is rigidly connected to the housing member 2. The supporting element 8 is designed to ensure alignment of the housing element 2 with the shaft 3 and mounted on the bearing bearings 15 so as to prevent displacement of the housing element 2 and the shaft 3 relative to each other in the axial direction and to allow rotation of one of them while the other is stationary.
Кольцеобразный элемент 9 (Фиг.5) имеет кольцевую часть 9а, охватывающую кольцевую часть 8а опорного элемента 8, а также жестко связанную с ней и простирающуюся по существу перпендикулярно валу 3 дисковую часть 9b. Кольцевая часть 9а выполнена из магнитно-мягкого материала. Дисковая часть 9b кольцеобразного элемента 9 может быть выполнена из немагнитного материала. В иллюстрирующих примерах исполнения кольцевая часть 9а и дисковая часть 9b выполнены за одно целое из магнитно-мягкого материала.The annular element 9 (Fig. 5) has an annular part 9a, covering the annular part 8a of the support element 8, and also rigidly connected to it and extending essentially perpendicular to the shaft 3 of the disk part 9b. The annular part 9a is made of soft magnetic material. The disk portion 9b of the annular element 9 may be made of non-magnetic material. In illustrative embodiments, the annular part 9a and the disk part 9b are integrally formed from soft magnetic material.
Постоянные магниты 5 жестко связаны с кольцевой частью 9а кольцеобразного элемента 9.Permanent magnets 5 are rigidly connected to the annular part 9a of the annular element 9.
Корпусной элемент 2 узла 1 (Фиг.5) выполнен в виде полого круглого цилиндра из магнитно-мягкого материала. С внутренней поверхностью корпусного элемента 2 жестко связаны основания зубцов 6, простирающихся в радиальном направлении к кольцеобразному элементу 9. Основания зубцов 6 принадлежат внешней поверхности 14d второго кольцевого элемента 14, а противолежащие основаниям концевые поверхности зубцов 6 принадлежат внутренней цилиндрической поверхности 14с второго кольцевого элемента 14. Концевые поверхности зубцов 6 являются рабочими полюсными поверхностями и отделены от поверхностей постоянных магнитов 5 радиальным рабочим зазором 16, обеспечивающим прохождение магнитного потока.The housing element 2 of the node 1 (Figure 5) is made in the form of a hollow round cylinder of soft magnetic material. With the inner surface of the housing element 2, the bases of the teeth 6 are rigidly connected, extending radially to the annular element 9. The bases of the teeth 6 belong to the outer surface 14d of the second ring element 14, and the opposite end surfaces of the teeth 6 belong to the inner cylindrical surface 14c of the second ring element 14. The end surfaces of the teeth 6 are working pole surfaces and are separated from the surfaces of the permanent magnets 5 by a radial working gap 16, providing which allow the passage of magnetic flux.
Круговой ряд зубцов 6 размещен так, что второй кольцевой элемент 14 окружает первый кольцевой элемент 11.A circular row of teeth 6 is arranged so that a second annular element 14 surrounds the first annular element 11.
Зубцы 6 могут иметь по существу постоянные по длине зубца поперечные размеры или могут иметь переменные по длине зубца поперечные размеры, при этом полюсные поверхности зубцов 6 отделены друг от друга в окружном направлении немагнитным промежутком. Зубцы 6 выполнены идентичными как по размерам, так и по конфигурации, а площадь каждой полюсной поверхности по существу равна площади полюса постоянного магнита 5 или превышает ее. Все зубцы возбуждаются в одинаковом полюсе (N-полюсе или S-полюсе).The teeth 6 may have transverse dimensions substantially constant along the length of the tooth, or may have transverse dimensions variable along the length of the teeth, while the pole surfaces of the teeth 6 are separated from each other in a circumferential direction by a non-magnetic gap. The teeth 6 are made identical both in size and in configuration, and the area of each pole surface is substantially equal to or greater than the area of the pole of the permanent magnet 5. All teeth are excited at the same pole (N-pole or S-pole).
Основания зубцов 6 могут быть жестко связаны с корпусным элементом 2 непосредственно, как показано на Фиг.5, или как показано на Фиг.6 посредством жестко связанного с корпусным элементом 2 вспомогательного элемента 17, выполненного из магнитно-мягкого материала.The base of the teeth 6 can be rigidly connected with the housing element 2 directly, as shown in FIG. 5, or as shown in FIG. 6 by means of an auxiliary element 17 rigidly connected with the housing element 2, made of soft magnetic material.
Вспомогательный элемент 17 может быть выполнен из такого же материала, что и зубцы 6, при этом контактирующие поверхности подобраны таким образом, чтобы плотно прилегать друг к другу. Вспомогательный элемент 17 и зубцы 6 могут быть выполнены за одно целое в виде единой детали звездообразной формы, например, посредством прессования магнитно-мягкого порошкового материала.The auxiliary element 17 may be made of the same material as the teeth 6, while the contacting surfaces are selected so as to fit snugly against each other. The auxiliary element 17 and the teeth 6 can be made in one piece in the form of a single star-shaped part, for example, by pressing a magnetically soft powder material.
Количество (n) зубцов 6 в два раза меньше количества (2n) постоянных магнитов 5 и подбирается для конкретных исполнений устройства исходя из задаваемых для него параметров вращающего момента и скорости вращения.The number (n) of teeth 6 is two times less than the number (2n) of permanent magnets 5 and is selected for specific versions of the device based on the specified torque and rotation speed parameters.
С корпусным элементом 2 жестко связан соосный с осью вращения дискообразный элемент 7, отделенный от кругового ряда зубцов 6 и кругового ряда постоянных магнитов 5 осевым промежутком 18, достаточным для размещения кольцевой обмотки 10. Осевой промежуток 18 определяет объем, внутри которого магнитный поток в осевом направлении по существу не проходит.A disk-shaped element 7 coaxial with the axis of rotation is rigidly connected to the housing element 2, separated from the circular row of teeth 6 and the circular row of permanent magnets 5 by an axial gap 18 sufficient to accommodate the annular winding 10. The axial gap 18 defines the volume inside which the magnetic flux in the axial direction essentially fails.
Дискообразный элемент 7 (Фиг.1) выполнен в виде тела вращения с отверстием в центральной части и имеет две противолежащие друг другу в осевом направлении торцевые поверхности, а также две противолежащие друг другу в радиальном направлении цилиндрические поверхности, одна из которых ограничивает отверстие и идентифицируется как внутренняя, а вторая идентифицируется как периферийная.The disk-shaped element 7 (Fig. 1) is made in the form of a body of revolution with a hole in the central part and has two end surfaces opposite to each other in the axial direction, as well as two cylindrical surfaces opposite to each other in the radial direction, one of which limits the hole and is identified as internal, and the second is identified as peripheral.
В иллюстрирующих примерах, показанных на прилагаемых чертежах, дискообразный элемент 7 выполнен так, что его торцевые поверхности лежат в плоскостях, перпендикулярных оси вращения, при этом площадь периферийной цилиндрической поверхности больше площади внутренней цилиндрической поверхности. Возможно выполнение дискообразного элемента 7 виде такого тела вращения, которое имеет, по меньшей мере, одну коническую поверхность, т.е. площадь периферийной цилиндрической поверхности по существу равна площади внутренней цилиндрической поверхности.In the illustrative examples shown in the accompanying drawings, the disk-shaped element 7 is made so that its end surfaces lie in planes perpendicular to the axis of rotation, while the area of the peripheral cylindrical surface is larger than the area of the inner cylindrical surface. It is possible to perform a disk-shaped element 7 in the form of such a body of revolution, which has at least one conical surface, i.e. the area of the peripheral cylindrical surface is essentially equal to the area of the inner cylindrical surface.
Дискообразный элемент 7 своим отверстием охватывает кольцеобразный элемент 9, а между его внутренней цилиндрической поверхностью и обращенной в его сторону поверхностью кольцеобразного элемента 9 образован радиальный воздушный зазор 19, имеющий минимально возможный размер и обеспечивающий прохождение магнитного потока.The disk-shaped element 7 with its hole covers the ring-shaped element 9, and between its inner cylindrical surface and the surface of the ring-shaped element 9 facing towards it, a radial air gap 19 is formed having the smallest possible size and allowing the passage of magnetic flux.
Дискообразный элемент 7 и соответственно кольцеобразный элемент 9 могут быть выполнены так, что воздушный зазор 19 будет не радиальным, как показано на Фиг.5, а осевым (не показано).The disk-shaped element 7 and, accordingly, the ring-shaped element 9 can be made so that the air gap 19 is not radial, as shown in FIG. 5, but axial (not shown).
Дискообразный элемент 7 жестко связан с корпусным элементом 2 и может быть выполнен за одно целое с ним, как показано на Фиг.7.The disk-shaped element 7 is rigidly connected with the housing element 2 and can be made in one piece with it, as shown in Fig.7.
В первом варианте осуществления вал 3 смонтирован неподвижно, а кольцевая обмотка 10 закреплена на кольцеобразном элементе 9, при этом постоянные магниты 5 принадлежат не вращающейся части (статору) узла 1, а зубцы 6 принадлежат вращающейся части (ротору) узла 1. Размещение дискообразного элемента 7 на вращающейся части узла 1 увеличивает момент инерции вращения и снижает пульсации вращающего момента, за счет чего повышается равномерность вращения. Вращение корпусного элемента позволяет эффективно использовать устройство в качестве мотор-колеса. В случае использования устройства в качестве генератора увеличивается равномерность вращения, что позволяет улучшить форму выходного напряжения.In the first embodiment, the shaft 3 is fixedly mounted, and the annular winding 10 is mounted on the ring-shaped element 9, while the permanent magnets 5 belong to the non-rotating part (stator) of the node 1, and the teeth 6 belong to the rotating part (rotor) of the node 1. Placing the disk-shaped element 7 on the rotating part of the node 1 increases the moment of inertia of rotation and reduces the ripple of the torque, thereby increasing the uniformity of rotation. The rotation of the housing element allows you to effectively use the device as a motor wheel. In the case of using the device as a generator, the uniformity of rotation increases, which allows to improve the shape of the output voltage.
По общепринятой терминологии кольцевая обмотка 10 выполняет функцию обмотки возбуждения.According to conventional terminology, the annular winding 10 performs the function of the field winding.
В качестве магнитно-мягкого материала используют сплав на основе железа (например, мягкое железо) или материалы, полученные посредством спекания порошка магнитно-мягкого материала.As a soft magnetic material, an iron-based alloy (for example, soft iron) or materials obtained by sintering a powder of a soft magnetic material are used.
Второй вариант осуществления узла 1, показанный на Фиг.8, отличается от варианта осуществления, показанного на Фиг.6 тем, что обмотка 10 закреплена на корпусном элементе 2, который смонтирован неподвижно (не показано). Обмотка 10 в ином исполнении второго варианта осуществления может быть жестко связана с дискообразным элементом 7 и/или зубцами 6 и/или вспомогательным элементом 17 (не показано). Дискообразный элемент 7 жестко связан с корпусным элементом 2 и может быть выполнен за одно целое с ним, как показано на Фиг.7. Во втором варианте осуществления зубцы 6 принадлежат не вращающейся части (статору) узла 1, а постоянные магниты 5 принадлежат вращающейся части (ротору) узла 1.The second embodiment of the assembly 1, shown in FIG. 8, differs from the embodiment shown in FIG. 6 in that the winding 10 is fixed to the housing element 2, which is mounted stationary (not shown). Another embodiment of the winding 10 of the second embodiment may be rigidly connected to the disk-shaped element 7 and / or the teeth 6 and / or the auxiliary element 17 (not shown). The disk-shaped element 7 is rigidly connected with the housing element 2 and can be made in one piece with it, as shown in Fig.7. In the second embodiment, the teeth 6 do not belong to the rotating part (stator) of the assembly 1, and the permanent magnets 5 belong to the rotating part (rotor) of the assembly 1.
Закрепление дискообразного элемента 7 на корпусном элементе 2 уменьшает момент инерции вращающейся части, что позволяет повысить быстродействие двигателя, используемого для приведения в действие исполнительных механизмов.The fastening of the disk-shaped element 7 on the housing element 2 reduces the moment of inertia of the rotating part, which allows to increase the speed of the engine used to actuate the actuators.
Третий вариант осуществления узла 1, показанный на Фиг.9, отличается от варианта осуществления, показанного на Фиг.6 тем, что дискообразный элемент 7 своей внутренней цилиндрической поверхностью жестко связан с кольцеобразным элементом 9, а между его периферийной цилиндрической поверхностью и внутренней поверхностью корпусного элемента 2 образован радиальный воздушный зазор 20, имеющий минимально возможный размер и обеспечивающий прохождение магнитного потока. В этом варианте осуществления кольцевая обмотка 10 закреплена на кольцеобразном элементе 9, а вал 3 смонтирован неподвижно. При этом зубцы 6 принадлежат вращающейся части (ротору) узла 1, а постоянные магниты 5 принадлежат не вращающейся части (статору) узла 1. Кольцевая обмотка 10 в иных исполнениях третьего варианта осуществления может быть закреплена на дискообразном элементе 7 (не показано). Дискообразный элемент 7 может быть выполнен за одно целое с кольцеобразным элементом 9, как показано на Фиг.10.The third embodiment of the assembly 1 shown in FIG. 9 differs from the embodiment shown in FIG. 6 in that the disk-shaped element 7 is rigidly connected with its ring-shaped surface 9 to the ring-shaped element 9, and between its peripheral cylindrical surface and the inner surface of the housing element 2, a radial air gap 20 is formed having the smallest possible size and allowing the passage of magnetic flux. In this embodiment, the annular winding 10 is mounted on the annular element 9, and the shaft 3 is mounted motionless. In this case, the teeth 6 belong to the rotating part (rotor) of the node 1, and the permanent magnets 5 belong to the non-rotating part (stator) of the node 1. The ring winding 10 in other versions of the third embodiment can be mounted on a disk-shaped element 7 (not shown). The disk-shaped element 7 may be integral with the annular element 9, as shown in FIG. 10.
Выполнение вала 3 неподвижным, а корпусного элемента 2 вращающимся позволяет эффективно использовать устройство в качестве мотор-колеса. Размещение дискообразного элемента 7 на не вращающейся части узла 1 машины уменьшает момент инерции вращающейся части, что позволяет улучшить динамические характеристики мотор-колеса.The implementation of the shaft 3 is stationary, and the housing element 2 rotating allows you to effectively use the device as a motor wheel. Placing the disk-shaped element 7 on the non-rotating part of the machine assembly 1 reduces the moment of inertia of the rotating part, which improves the dynamic characteristics of the motor wheel.
Четвертый вариант осуществления устройства, показанный на Фиг.11, отличается от варианта осуществления, показанного на Фиг.9 тем, что обмотка 10 закреплена на корпусном элементе 2. При этом корпусной элемент 2 смонтирован неподвижно, зубцы 6 принадлежат не вращающейся части (статору) узла 1, а постоянные магниты 5 принадлежат вращающейся части (ротору) узла. Обмотка 10 в ином исполнении четвертого варианта осуществления может быть закреплена на зубцах 6 и/или вспомогательном элементе 17 (не показано). В иных исполнениях четвертого варианта осуществления дискообразный элемент 7 может быть выполнен за одно целое с кольцеобразным элементом 9, как показано на Фиг.10. Размещение дискообразного элемента 7 на вращающейся части узла 1 увеличивает момент инерции вращения и снижает пульсации вращающего момента, за счет чего повышается равномерность вращения.The fourth embodiment of the device shown in FIG. 11 differs from the embodiment shown in FIG. 9 in that the winding 10 is fixed to the housing element 2. In this case, the housing element 2 is fixedly mounted, the teeth 6 belong to a non-rotating part (stator) of the assembly 1, and the permanent magnets 5 belong to the rotating part (rotor) of the assembly. The winding 10 in another embodiment of the fourth embodiment can be fixed on the teeth 6 and / or auxiliary element 17 (not shown). In other embodiments of the fourth embodiment, the disk-shaped element 7 may be integral with the ring-shaped element 9, as shown in FIG. 10. Placing the disk-shaped element 7 on the rotating part of the assembly 1 increases the moment of inertia of rotation and reduces the pulsation of the torque, thereby increasing the uniformity of rotation.
Фиг.12 и Фиг.13 иллюстрируют работу устройства в качестве двигателя на примере первого варианта исполнения узла 1, показанного на Фиг.5.FIG. 12 and FIG. 13 illustrate the operation of the device as an engine using the first embodiment of the assembly 1 shown in FIG. 5 as an example.
Преобразование расходуемой на создание магнитного потока электрической энергии в механическую снимают с вала электродвигателя в виде вращающего момента.The conversion of electrical energy spent on creating a magnetic flux into mechanical energy is removed from the motor shaft in the form of a torque.
Магниты 5а, 5b и 5с имеют обращенные к зубцам 6 соответственно N-полюс, S-полюс, N-полюс.The magnets 5a, 5b and 5c are facing the teeth 6, respectively, the N-pole, S-pole, N-pole.
Угол а - угол между плоскостью, проходящей через ось вращения 4 и центр полюса магнита 5а, и плоскостью, проходящей через ось вращения 4 и центр полюсной поверхности зубца 6а.Angle a is the angle between the plane passing through the axis of rotation 4 and the center of the pole of the magnet 5a, and the plane passing through the axis of rotation 4 and the center of the pole surface of the tooth 6a.
Угол b - угол между плоскостью, проходящей через ось вращения 4 и центр полюса магнита 5а, и плоскостью, проходящей через ось вращения 4 и центр полюса постоянного магнита 5b, соседнего с магнитом 5а.Angle b is the angle between the plane passing through the axis of rotation 4 and the center of the pole of the magnet 5a, and the plane passing through the axis of rotation 4 and the center of the pole of the permanent magnet 5b adjacent to the magnet 5a.
Кольцевая обмотка 10 создает магнитный поток возбуждения, который в зависимости от полярности подаваемого напряжения проходит в прямом или обратном направлении по замкнутой магнитной цепи, состоящей из зубцов 6, кольцеобразного элемента 9, воздушного зазора 19, дискообразного элемента 7, корпусного элемента 2, магнитов 5 и рабочего зазора 16.The annular winding 10 generates a magnetic field flux, which, depending on the polarity of the applied voltage, passes in a forward or reverse direction through a closed magnetic circuit consisting of teeth 6, an annular element 9, an air gap 19, a disk-shaped element 7, a housing element 2, magnets 5 and working clearance 16.
В исходном положении корпусного элемента 2 угол а равен половине угла b.In the initial position of the housing element 2, the angle a is equal to half the angle b.
Для создания вращающего момента (показан на Фиг.12 и Фиг.13 стрелкой М), обеспечивающего вращение корпуса 2, ток (показан стрелкой I) в обмотку 10 подают так, чтобы магнит, смещенный относительно полюсной поверхности зубца 6а в направлении вращения корпусного элемента 2 притягивался к зубцу 6а, а магнит, смещенный относительно полюсной поверхности зубца 6а против направления вращения корпусного элемента 2 отталкивался от зубца 6а.To create a torque (shown in Fig. 12 and Fig. 13 by arrow M) that rotates the housing 2, a current (shown by arrow I) is supplied to the winding 10 so that the magnet is offset from the pole surface of the tooth 6a in the direction of rotation of the housing element 2 attracted to the tooth 6a, and a magnet shifted relative to the pole surface of the tooth 6a against the direction of rotation of the housing element 2 was repelled from the tooth 6a.
В положении корпусного элемента 2, показанного на Фиг.12, при котором магнит 5а смещен относительно полюсной поверхности зубца 6а против направления вращения, а магнит 5b смещен относительно полюсной поверхности зубца 6а в направлении вращения, ток I для создания вращающего момента М подают в обмотку 10 в направлении, совпадающем с направлением вращения корпусного элемента 2. При этом зубцы 6 намагничиваются в N-полюсе, магнит 5b притягивается к зубцу 6а, а магнит 5а отталкивается от зубца 6а.In the position of the housing element 2 shown in Fig. 12, in which the magnet 5a is offset relative to the pole surface of the tooth 6a against the direction of rotation, and the magnet 5b is offset relative to the pole surface of the tooth 6a in the rotation direction, the current I is supplied to the winding 10 in the direction coinciding with the direction of rotation of the housing element 2. In this case, the teeth 6 are magnetized at the N-pole, the magnet 5b is attracted to the tooth 6a, and the magnet 5a is repelled from the tooth 6a.
В положении корпусного элемента 2, показанного на Фиг.13, при котором магнит 5с смещен относительно полюсной поверхности зубца 6а в направлении вращения, а магнит 5b смещен относительно полюсной поверхности зубца 6а против направления вращения, ток I для создания вращающего момента М подают в обмотку 10 в направлении противоположном направлению вращения корпусного элемента 2. При этом зубцы 6 намагничиваются в S-полюсе, магнит 5с притягивается к зубцу 6а, а магнит 5b отталкивается от зубца 6а.In the position of the housing element 2 shown in FIG. 13, in which the magnet 5c is offset relative to the pole surface of the tooth 6a in the direction of rotation, and the magnet 5b is offset relative to the pole surface of the tooth 6a against the direction of rotation, the current I is supplied to the winding 10 in the direction opposite to the rotation direction of the housing element 2. In this case, the teeth 6 are magnetized in the S-pole, the magnet 5c is attracted to the tooth 6a, and the magnet 5b is repelled from the tooth 6a.
При изменении направления подаваемого тока I в период обесточивания обмотки 10 вращение корпусного элемента 2 в выбранном направлении происходит по инерции.When changing the direction of the supplied current I during the dead time of the winding 10, the rotation of the housing element 2 in the selected direction occurs by inertia.
Двигателем управляют посредством хорошо известных схем управления электропитанием машины с соответствующими датчиками.The engine is controlled by well-known machine power control circuits with corresponding sensors.
Хотя в предлагаемом описании полезная модель раскрыта со ссылкой на двигатель она также применима для генераторов. Генераторы осуществляют обратное преобразование энергии - механической в электрическую. При наличии магнитного потока возбуждения от постоянных магнитов и вращающего момента, приложенного к валу 3 генератора и достаточного для его вращения, возникает переменный магнитный поток, пронизывающий обмотку 10, что приводит к появлению электродвижущей силы вращения (ЭДС вращения) в ней. При замыкании цепи в ней будет протекать электрический ток.Although in the proposed description the utility model is disclosed with reference to the engine, it is also applicable to generators. Generators perform the inverse conversion of energy - mechanical to electrical. In the presence of a magnetic flux of excitation from permanent magnets and a torque applied to the shaft 3 of the generator and sufficient to rotate it, an alternating magnetic flux penetrates the winding 10, which leads to the appearance of an electromotive rotation force (rotation EMF) in it. When the circuit is closed, an electric current will flow in it.
Согласно еще одному варианту осуществления полезной модели электрическая машина имеет два узла, каждый из которых выполнен по одному из вышерассмотренных вариантов осуществления.According to another embodiment of the utility model, the electric machine has two nodes, each of which is made according to one of the above embodiments.
Как показано на Фиг.14 машина имеет узел 1 и идентичный ему второй узел 20, выполненные по первому варианту осуществления и расположенные в линию один за другим на расстоянии, исключающим шунтирование дискообразным элементом одного узла магнитного потока, проходящего по зубцам другого узла.As shown in Fig. 14, the machine has a node 1 and a second node 20 identical to it, made according to the first embodiment and arranged in a line one after the other at a distance, excluding the disk-shaped element to be shunted by one magnetic flux node passing through the teeth of another node.
Второй узел 20 содержит корпусной элемент 21, вал 22, постоянные магниты 23, проводники магнитного потока (зубцы) 24, дискообразный элемент 25, опорный элемент 26, кольцеобразный элемент 27 и кольцевую обмотку 28. Вал 3 узла 1 жестко связан с валом 22 узла 20 и может быть выполнен за одно целое с ним, как показано на Фиг.14. Корпусной элемент 2 узла 1 жестко связан с корпусным элементом 21 узла 20 и может быть выполнен за одно целое с ним, как показано на Фиг.14.The second node 20 comprises a housing element 21, a shaft 22, permanent magnets 23, magnetic flux conductors (teeth) 24, a disk-shaped element 25, a support element 26, an annular element 27 and an annular winding 28. The shaft 3 of the node 1 is rigidly connected to the shaft 22 of the node 20 and can be made in one piece with him, as shown in Fig.14. The housing element 2 of the node 1 is rigidly connected with the housing element 21 of the node 20 and can be made integrally with it, as shown in Fig. 14.
Эта электрическая машина предназначена для работы на двух фазах. Первый узел машины работает в положении первой фазы, а второй узел машины работает в положении второй фазы, сдвинутом относительно положения первой фазы на фазовый угол равный 90 эл. град.This electric machine is designed to operate in two phases. The first node of the machine operates in the position of the first phase, and the second node of the machine operates in the position of the second phase, shifted relative to the position of the first phase by a phase angle equal to 90 el. hail.
Для обеспечения вращения корпусного элемента 2 ток в обмотки 10 и 28 подают со смещением по фазе на 90°. Для этого узел 1 и узел 20 монтируют To ensure rotation of the housing element 2, the current in the windings 10 and 28 is supplied with a phase offset of 90 °. To do this, node 1 and node 20 are mounted
так, чтобы зубцы 6 узла 1 были смещены относительно зубцов 24 узла 20 на угол 90°/n (где n количество зубцов), при этом постоянные магниты 5 узла 1 расположены относительно постоянных магнитов 23 узла 20 без углового смещения.so that the teeth 6 of node 1 are offset relative to the teeth 24 of node 20 by an angle of 90 ° / n (where n is the number of teeth), while the permanent magnets 5 of node 1 are located relative to the permanent magnets 23 of node 20 without angular displacement.
Возможно узел 1 и узел 20 смонтировать так, чтобы зубцы 6 узла 1 были расположены относительно зубцов 24 узла 20 без углового смещения, а постоянные магниты 5 узла 1 были смещены относительно постоянных магнитов 23 узла 20 на угол 90% (где n количество зубцов).It is possible to mount the assembly 1 and assembly 20 so that the teeth 6 of assembly 1 are located relative to the teeth 24 of assembly 20 without angular displacement, and the permanent magnets 5 of assembly 1 are offset relative to the permanent magnets 23 of assembly 20 by an angle of 90% (where n is the number of teeth).
Следует отметить, что электрическая машина в пределах объема полезной модели также может снабжаться большим количеством узлов машины, расположенных в линию один за другим. Например, три узла машины могут располагаться один за другим в трехфазном варианте осуществления полезной модели.It should be noted that the electric machine within the scope of the utility model can also be equipped with a large number of machine nodes located in line one after another. For example, three machine nodes may be located one after another in a three-phase embodiment of a utility model.
Испытания показали, что образец электродвигателя, выполненный в соответствии с полезной моделью по первому варианту исполнения диаметром 375 мм развил вращающий момент около 500 Н×м при подводимой мощности 750 Вт.Tests showed that an electric motor sample made in accordance with the utility model of the first embodiment with a diameter of 375 mm developed a torque of about 500 N × m with an input power of 750 watts.
По сравнению с прототипом в предлагаемом устройстве отсутствуют осевые усилия между вращающейся и не вращающейся частями машины, что увеличивает надежность и ресурс работы. В силу того, что осевой размер обмотки не ограничен толщиной постоянных магнитов, появляется возможность подбора оптимальных габаритов обмотки для уменьшения активных потерь в ней, а также возможность подбора размеров постоянных магнитов с целью увеличения вращающего момента при заданных потерях мощности в обмотке.Compared with the prototype in the proposed device there are no axial forces between the rotating and non-rotating parts of the machine, which increases the reliability and service life. Due to the fact that the axial size of the winding is not limited by the thickness of the permanent magnets, it becomes possible to select the optimal dimensions of the winding to reduce active losses in it, as well as the ability to select the dimensions of the permanent magnets in order to increase the torque for given power losses in the winding.
Другим преимуществом является то, что вращающаяся часть машины может иметь момент инерции, который можно легко изменять за счет изменения компоновочных решений. Следовательно, можно изменять динамические характеристики вращающейся части с последующей оптимизацией для различных применений.Another advantage is that the rotating part of the machine can have a moment of inertia, which can be easily changed by changing the layout decisions. Therefore, it is possible to change the dynamic characteristics of the rotating part, followed by optimization for various applications.
Еще одним преимуществом является уменьшение продольных габаритов, что особенно важно для двигателей типа "мотор-колесо".Another advantage is the reduction in longitudinal dimensions, which is especially important for engines of the "motor-wheel" type.
Благодаря простоте конструкции, обеспечиваемой модульной структурой машины, обеспечивается высокая надежность и облегчается ее техническое обслуживание.Due to the simplicity of the design provided by the modular structure of the machine, high reliability is provided and its maintenance is facilitated.
Устройство согласно предлагаемой полезной модели может иметь многочисленные модификации и изменения, не выходящие за пределы объема полезной модели, определенного в нижеприведенной формуле полезной модели.The device according to the proposed utility model may have numerous modifications and changes that do not go beyond the scope of the utility model defined in the following utility model formula.
Claims (41)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007118980/22U RU69348U1 (en) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | ELECTRIC MACHINE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007118980/22U RU69348U1 (en) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | ELECTRIC MACHINE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU69348U1 true RU69348U1 (en) | 2007-12-10 |
Family
ID=38904543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007118980/22U RU69348U1 (en) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | ELECTRIC MACHINE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU69348U1 (en) |
-
2007
- 2007-05-21 RU RU2007118980/22U patent/RU69348U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107925328B (en) | Multi-channel electric motor/generator | |
| CN109891726B (en) | Improved multi-tunnel motor/generator | |
| US8288916B2 (en) | Composite electromechanical machines with uniform magnets | |
| JP4653648B2 (en) | Inductor type synchronous machine | |
| US9613740B2 (en) | Electric apparatus with moving magnetic field generating apparatus | |
| JP2004072978A (en) | Electric motor | |
| EA013829B1 (en) | Electric motor generator | |
| JP5159228B2 (en) | Magnetic inductor type synchronous rotating machine and automobile supercharger using the same | |
| US20050029900A1 (en) | Generator | |
| JP4309962B1 (en) | Electric motor | |
| JP2006529081A (en) | Generator having axially aligned stator and / or rotor poles | |
| EP0319336A2 (en) | Brushless alternator and synchronous motor with optional stationary field winding | |
| EA001589B1 (en) | Permanent magnet generator | |
| WO2010077181A1 (en) | Electric machine | |
| PL240640B1 (en) | Contra-rotating synchronous electromechanical converter | |
| RU2351054C2 (en) | Electrical machine | |
| RU69349U1 (en) | ELECTRIC MACHINE | |
| JPH08308192A (en) | Ac generator | |
| RU2351053C2 (en) | Electrical machine | |
| RU69348U1 (en) | ELECTRIC MACHINE | |
| JP2010516224A (en) | Multi-phase drive or generator machine | |
| US20060202567A1 (en) | Non-rotating linear actuator | |
| RU84639U1 (en) | ELECTRIC MACHINE | |
| US20240055962A1 (en) | Bipolar induction electric machine | |
| JPH0265649A (en) | Multipolar electric machine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MG1K | Anticipatory lapse of a utility model patent in case of granting an identical utility model |
Ref document number: 2007118980/22 Country of ref document: RU Effective date: 20090327 |