RU127266U1

RU127266U1 - MAGNETO-ELECTRIC ENGINE

Info

Publication number: RU127266U1
Application number: RU2012147289/07U
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Есаков; Михаил Сергеевич Есаков; Анатолий Юрьевич Велико-Иваненко
Original assignee: Сергей Михайлович Есаков; Михаил Сергеевич Есаков
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2013-04-20

Abstract

Магнитоэлектрический двигатель, ротор которого содержит закрепленный на валу диск, на котором размещен кольцеобразный ряд постоянных магнитов с чередующейся полярностью, а статор содержит две параллельные друг другу пластины, между которыми размещены обмотки статора, отличающийся тем, что пластины статора снабжены сердечниками из электротехнической стали, на которых размещены обмотки статора, сердечники выполнены в виде колец, на обращенных друг к другу поверхностях которых выполнены выступы, ширина В выступа составляет половину ширины С постоянного магнита, выступы одного из сердечников смещены по окружности относительно выступов другого сердечника на половину ширины С постоянного магнита, при этом диск ротора размещен между сердечниками обмоток статора.A magnetoelectric motor, the rotor of which contains a disk mounted on the shaft, on which an annular row of permanent magnets with alternating polarity is placed, and the stator contains two plates parallel to each other, between which the stator windings are located, characterized in that the stator plates are equipped with cores made of electrical steel, on of which the stator windings are placed, the cores are made in the form of rings, on which the protrusions are made on the surfaces facing each other, the width of the protrusion B is half the width In the case of a permanent magnet C, the protrusions of one of the cores are circumferentially offset relative to the protrusions of the other core by half the width C of the permanent magnet, with the rotor disk located between the cores of the stator windings.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована, в частности, в гибридных автомобилях и электромобилях, электромеханических, в том числе, автоматических системах управления и т.д.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used, in particular, in hybrid cars and electric vehicles, electromechanical, including automatic control systems, etc.

Известен магнитоэлектрический моментный двигатель, содержащий два статора с тороидальными магнитопроводами и катушечными обмотками, дисковый ротор с постоянными магнитами с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью, подшипники с внешними и внутренними кольцами и вал ротора, при этом один из статоров жестко укреплен в корпусе; двигатель снабжен вторым дисковым ротором с валом, аналогичным первому ротору, неподвижной полой осью со ступицей и регулировочными кольцами, при этом роторы расположены соосно и установлены с возможностью взаимного вращения, валы роторов выполнены полыми и размещены на внешних кольцах подшипников, которые с двух концов надеты на неподвижную полую ось, первый из статоров неподвижно укреплен на ступице полой оси, а второй статор установлен с возможностью разворота относительно первого, регулировочные кольца размещены на неподвижной оси между торцевыми поверхностями ступицы и внутренними кольцами подшипников; тороидальные магнитопроводы выполнены с трапецеидальными зубцами и ярмом, причем высота ярма превышает высоту зубцов на две высоты обмотки статора, SU 1775807 А1.Known magnetoelectric torque motor containing two stators with toroidal magnetic circuits and coil windings, a disk rotor with permanent magnets with axial magnetization and alternating polarity, bearings with outer and inner rings and the rotor shaft, while one of the stators is rigidly mounted in the housing; the engine is equipped with a second disk rotor with a shaft similar to the first rotor, a fixed hollow axis with a hub and adjusting rings, while the rotors are coaxial and mounted for mutual rotation, the rotor shafts are hollow and placed on the outer rings of the bearings, which are worn on both ends fixed hollow axis, the first of the stators is fixedly mounted on the hub of the hollow axis, and the second stator is installed with the possibility of rotation relative to the first, the adjustment rings are placed on the fixed axis between the end faces of the hub and the inner ring of the bearings; toroidal magnetic cores are made with trapezoidal teeth and yoke, and the yoke height exceeds the height of the teeth by two stator winding heights, SU 1775807 A1.

Основным недостатком данного двигателя является так называемое «залипание» ротора вследствие взаимного притяжения зубцов статора и постоянных магнитов ротора.The main disadvantage of this engine is the so-called “sticking” of the rotor due to the mutual attraction of the stator teeth and the permanent magnets of the rotor.

Известен также магнитоэлектрический двигатель, ротор которого выполнен из двух закрепленных на валу параллельных друг другу дисков, на каждом из которых размещен кольцеобразный ряд постоянных магнитов с чередующейся полярностью, при этом полюсы постоянных магнитов, размещенных на одном из дисков ротора, обращены к противоположным полюсам магнитов, размещенным на другом диске ротора, статор представляет собой пластину в виде диска и размещен между дисками ротора с зазором относительно вала и снабжен кольцевыми обмотками в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора; статор имеет множество расходящихся веером по кругу спиц с прорезями; кольцевые обмотки размещены в указанных спицах; для фиксации обмоток статора служат внутренние и внешние кольца, CN 101951106(A).A magnetoelectric motor is also known, the rotor of which is made of two disks parallel to each other mounted on a shaft, on each of which there is an annular row of permanent magnets with alternating polarity, while the poles of the permanent magnets placed on one of the rotor disks are facing the opposite poles of the magnets, placed on another rotor disk, the stator is a plate in the form of a disk and is placed between the rotor disks with a gap relative to the shaft and is equipped with ring windings in the form of isos single trapezoid, the sides of which are located radially relative to the axis of rotation of the rotor; the stator has many spokes fan-shaped in a circle with slots; ring windings are placed in these spokes; The inner and outer rings, CN 101951106 (A), are used to fix the stator windings.

Его недостатком является неравномерность крутящего момента на валу двигателя и вызываемая этим неравномерность вращения ротора. Это объясняется тем, что максимальное взаимодействие магнитного поля обмотки статора и постоянного магнита ротора имеет место при совпадении осей симметрии кольцевой обмотки и магнита. При изменении взаимного положения указанных осей друг относительно друга это взаимодействие уменьшается.Its disadvantage is the unevenness of the torque on the motor shaft and the resulting uneven rotation of the rotor. This is because the maximum interaction of the magnetic field of the stator winding and the permanent magnet of the rotor occurs when the symmetry axes of the ring winding and the magnet coincide. When the relative position of the indicated axes relative to each other changes, this interaction decreases.

Известен магнитоэлектрический двигатель, ротор которого содержит закрепленные на валу параллельные друг другу диски, на каждом из которых размещен кольцеобразный ряд постоянных магнитов с чередующейся полярностью, при этом полюсы постоянных магнитов, размещенных на одном из дисков ротора, обращены к противоположным полюсам магнитов, размещенных на другом диске ротора, статор размещен между дисками ротора с зазором относительно вала и снабжен кольцевыми обмотками в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора, статор выполнен в виде двух параллельных друг другу пластин, кольцевые обмотки размещены между пластинами, участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, кольцевые обмотки одной пластины статора вставлены в кольцевые обмотки другой пластины статора с образованием модулей, причем расстояние l между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов; между кольцевыми обмотками статора размещена дополнительная плоская кольцевая обмотка в форме равнобедренной трапеции, боковые стороны которой расположены в одной плоскости между боковыми сторонами других кольцевых обмоток, RU121404U1.Known magnetoelectric motor, the rotor of which contains mounted on the shaft parallel to each other discs, on each of which is placed an annular row of permanent magnets with alternating polarity, while the poles of permanent magnets placed on one of the rotor disks are facing opposite poles of magnets placed on the other the rotor disk, the stator is placed between the rotor disks with a clearance relative to the shaft and is equipped with ring windings in the form of isosceles trapezoid, the sides of which are located diagonal with respect to the axis of rotation of the rotor, the stator is made in the form of two plates parallel to each other, the ring windings are placed between the plates, the sections of the ring windings in the trapezoid bases are curved in an arc, the ring windings of one stator plate are inserted into the ring windings of another stator plate with the formation of modules, and the distance l between the sections of the annular windings in the bases of the trapezoid exceeds the width b of the annular row of permanent magnets; between the annular stator windings there is an additional flat annular winding in the form of an isosceles trapezoid, the sides of which are located in the same plane between the sides of the other annular windings, RU121404U1.

Данный двигатель принят в качестве прототипа настоящей полезной модели.This engine is adopted as a prototype of this utility model.

Недостатком прототипа является большое расстояние между полюсами противоположных постоянных магнитов, размещенных на дисках ротора. В связи с этим напряженность магнитного поля в зазоре, где размещены обмотки статора резко уменьшается в зависимости от ширины этого зазора, которая определяется шириной статора. В результате падает мощность двигателя.The disadvantage of the prototype is the large distance between the poles of the opposite permanent magnets placed on the rotor disks. In this regard, the magnetic field strength in the gap where the stator windings are located sharply decreases depending on the width of this gap, which is determined by the width of the stator. As a result, engine power drops.

Задачей настоящей полезной модели является увеличение мощности двигателя при сохранении его габаритов.The objective of this utility model is to increase engine power while maintaining its size.

Согласно полезной модели магнитоэлектрический двигатель, ротор которого содержит закрепленный на валу диск, на котором размещен кольцеобразный ряд постоянных магнитов с чередующейся полярностью, а статор содержит две параллельных друг другу пластины, между которыми размещены обмотки статора, пластины статора снабжены сердечниками из электротехнической стали, на которых размещены обмотки статора, сердечники выполнены в виде колец, на обращенных друг к другу поверхностях которых выполнены выступы, ширина В выступа составляет половину ширины С постоянного магнита, выступы одного из сердечников смещены по окружности относительно выступов другого сердечника на половину ширины С постоянного магнита, при этом диск ротора размещен между сердечниками обмоток статора.According to a useful model, a magnetoelectric motor, the rotor of which contains a disk mounted on the shaft, on which an annular row of permanent magnets with alternating polarity is placed, and the stator contains two plates parallel to each other, between which the stator windings are placed, the stator plates are equipped with cores made of electrical steel, on which the stator windings are placed, the cores are made in the form of rings, protrusions are made on the surfaces facing each other, the protrusion width B is half width C of a permanent magnet, the protrusions of one of the cores are circumferentially offset relative to the protrusions of the other core by half the width C of the permanent magnet, with the rotor disk placed between the cores of the stator windings.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели условию «Новизна».The applicant has not identified any technical solutions identical to the claimed one, which allows us to conclude that the utility model meets the “Novelty” condition.

Реализация отличительных признаков полезной модели обеспечивает важный технический результат, состоящий в следующем. В настоящей полезной модели напряженность магнитного поля, влияющая на мощность двигателя, определяется суммарной величиной зазоров между постоянными магнитами ротора и выступами сердечников обмоток статора. Каждый из этих зазоров может не превышать 0,5 мм и зависит исключительно от точности изготовления и сборки механических элементов двигателя.The implementation of the distinguishing features of the utility model provides an important technical result, consisting in the following. In the present utility model, the magnetic field strength affecting the motor power is determined by the total gap between the permanent rotor magnets and the protrusions of the stator winding cores. Each of these clearances may not exceed 0.5 mm and depends solely on the accuracy of the manufacture and assembly of the engine mechanical elements.

В устройстве-прототипе величина зазора, определяющего напряженность магнитного поля, зависит от толщины размещенных в этом зазоре обмоток статора и составляет, практически, не менее 10 мм.In the prototype device, the gap value determining the magnetic field strength depends on the thickness of the stator windings located in this gap and is practically not less than 10 mm.

Заявленное техническое решение позволяет уменьшить зазор, определяющий напряженность магнитного поля не менее чем в 10 раз и тем самым резко увеличить мощность магнитоэлектрического двигателя при сохранении его габаритов.The claimed technical solution allows to reduce the gap, which determines the magnetic field strength by at least 10 times and thereby dramatically increase the power of the magnetoelectric motor while maintaining its dimensions.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображено:The essence of the utility model is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - вид спереди;figure 1 is a front view;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;figure 2 is a section aa in figure 1;

на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1;figure 3 is a section bB in figure 1;

на фиг.4 - фрагмент сердечника обмоток статора в аксонометрии.figure 4 is a fragment of the core of the stator windings in a perspective view.

Магнитоэлектрический двигатель включает ротор, содержащий закрепленный на валу 1 диск 2, выполненный из дюралюминия. На диске 2 размещен кольцеобразный ряд постоянных магнитов 3 прямоугольной формы с чередующейся полярностью (фиг.1). Магниты 3 расположены эквидистантно относительно друг друга. Статор двигателя содержит две параллельные пластины 4, 5, выполненные из немагнитного материала, в частности, алюминиевого сплава. Пластины 4, 5 сопряжены с валом 1 посредством подшипников 6, 7. На пластинах 4, 5 статора укреплены сердечники из электротехнической стали, выполненные в виде двух колец 8, 9, на обращенных друг к другу поверхностях которых выполнены, например, путем фрезерования, выступы 10, 11, соответственно. Ширина В каждого выступа составляет половину ширины С постоянного магнита 3. Выступы 10 на кольце 8 смещены относительно выступов 11 на кольце 9 на половину ширины постоянного магнита 3 (С/2). Промежутки между постоянными магнитами 3 заполнены эпоксидным компаундом 12. По периферии постоянные магниты 3 стянуты бандажной лентой 13. На сердечниках из электротехнической стали размещены обмотки 14 статора. В приведенном на чертежах примере обмотки 14 размещены на выступах 10, 11 сердечников, возможно также размещение обмоток 14 на сердечниках между выступами 10, 11, однако последнее несколько сложнее в технологическом отношении. Обмотки 14 соединены между собой последовательно.The magnetoelectric motor includes a rotor comprising a disk 2 mounted on a shaft 1 and made of duralumin. On the disk 2 there is an annular row of permanent magnets 3 of rectangular shape with alternating polarity (figure 1). Magnets 3 are located equidistant relative to each other. The stator of the motor contains two parallel plates 4, 5, made of a non-magnetic material, in particular, an aluminum alloy. The plates 4, 5 are coupled to the shaft 1 by means of bearings 6, 7. On the stator plates 4, 5, cores of electrical steel are made in the form of two rings 8, 9, on the surfaces facing each other, for example, by milling, the protrusions 10, 11, respectively. The width B of each protrusion is half the width C of the permanent magnet 3. The protrusions 10 on the ring 8 are offset from the protrusions 11 on the ring 9 by half the width of the permanent magnet 3 (C / 2). The gaps between the permanent magnets 3 are filled with an epoxy compound 12. At the periphery, the permanent magnets 3 are pulled together by a banding tape 13. Stator windings 14 are placed on the cores of electrical steel. In the example of the drawings, the windings 14 are placed on the protrusions 10, 11 of the cores, it is also possible to place the windings 14 on the cores between the protrusions 10, 11, however, the latter is somewhat more technologically complicated. The windings 14 are interconnected in series.

Магнитоэлектрический двигатель работает следующим образом. При подаче переменного электрического тока на обмотки 14 статора происходит взаимодействие между магнитными полями постоянных магнитов 3 и магнитными полями, создаваемыми за счет протекания электрического тока в обмотках 14. В результате возникает крутящий момент, обеспечивающий вращение вала 1 ротора. Так как сердечники представляют собой единые элементы - кольца с выступами, и поверхности выступов обработаны за одну установку сердечника и обрабатывающего инструмента, поверхности выступов каждого сердечника находятся строго в одной плоскости. Вследствие этого обеспечивается минимальный и равномерный зазор между сердечниками обмоток статора и поверхностями постоянных магнитов 3. Поскольку ширина В выступа составляет половину ширины С постоянного магнита ротора и выступы одного из сердечников смещены по окружности относительно выступов другого сердечника на половину ширины постоянного магнита, исключается эффект «залипания ротора», который затрудняет пуск двигателя и является причиной шума при его работе. Это объясняется тем, что магнитное поле сердечников, укрепленных на пластине 4 статора, уравновешивает магнитное поле сердечников, находящихся на пластине 5 статора. В результате при любом положении ротора суммарная составляющая действующих на него сил, практически, равна нулю.Magnetoelectric motor operates as follows. When applying alternating electric current to the stator windings 14, an interaction occurs between the magnetic fields of the permanent magnets 3 and the magnetic fields created due to the flow of electric current in the windings 14. As a result, a torque is generated that rotates the shaft 1 of the rotor. Since the cores are single elements - rings with protrusions, and the surfaces of the protrusions are processed in one installation of the core and the processing tool, the surface of the protrusions of each core are strictly in the same plane. As a result of this, a minimum and uniform gap between the stator winding cores and the surfaces of the permanent magnets is provided 3. Since the width of the protrusion is half the width C of the rotor permanent magnet C and the protrusions of one of the cores are circumferentially offset relative to the protrusions of the other core by half the width of the permanent magnet, the sticking effect is eliminated rotor ”, which makes it difficult to start the engine and causes noise during its operation. This is because the magnetic field of the cores mounted on the stator plate 4 balances the magnetic field of the cores located on the stator plate 5. As a result, for any position of the rotor, the total component of the forces acting on it is practically equal to zero.

Для изготовления устройства использованы обычные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о том, что данная полезная модель соответствует критерию «Промышленная применимость».For the manufacture of the device used conventional structural materials and factory equipment. This circumstance, according to the applicant, allows us to conclude that this utility model meets the criterion of "Industrial applicability".

Claims

Магнитоэлектрический двигатель, ротор которого содержит закрепленный на валу диск, на котором размещен кольцеобразный ряд постоянных магнитов с чередующейся полярностью, а статор содержит две параллельные друг другу пластины, между которыми размещены обмотки статора, отличающийся тем, что пластины статора снабжены сердечниками из электротехнической стали, на которых размещены обмотки статора, сердечники выполнены в виде колец, на обращенных друг к другу поверхностях которых выполнены выступы, ширина В выступа составляет половину ширины С постоянного магнита, выступы одного из сердечников смещены по окружности относительно выступов другого сердечника на половину ширины С постоянного магнита, при этом диск ротора размещен между сердечниками обмоток статора.

A magnetoelectric motor, the rotor of which contains a disk mounted on the shaft, on which an annular row of permanent magnets with alternating polarity is placed, and the stator contains two plates parallel to each other, between which the stator windings are located, characterized in that the stator plates are equipped with cores made of electrical steel, on of which the stator windings are placed, the cores are made in the form of rings, on which the protrusions are made on the surfaces facing each other, the width of the protrusion B is half the width In the case of a permanent magnet C, the protrusions of one of the cores are circumferentially displaced relative to the protrusions of the other core by half the width of the permanent magnet C, while the rotor disk is located between the cores of the stator windings.