RU207341U1 - Permanent Magnet Synchronous Brushless Motor - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройств автоматических систем.Техническая задача – повышение жесткости конструкции статора и повышение удельной мощности электродвигателя. Задача решается тем, что в электродвигателе с постоянными магнитами, включающем статор 1, ротор 2 с постоянными магнитами, статор 1 выполнен сборным из секторов 3 с Т-образным профилем. При этом продольная часть 5 расположена по радиусу статора 1. Сектора 3 сопряжены между собой торцами 9 и 10 поперечных частей по профильным поверхностям. Ротор выполнен в виде правильного многогранника 13 с числом граней, равным числу магнитов 14. Поверхности дистальных торцов поперечной части 9 и 10 сектора 3 выполнены в виде конической впадины 12 и выступа 11 с равным углом при вершине. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.The utility model relates to the field of electrical engineering and is intended for use in electric drives of various mechanisms and actuators of automatic systems. The technical problem is to increase the rigidity of the stator structure and increase the specific power of the electric motor. The problem is solved by the fact that in an electric motor with permanent magnets, including stator 1, rotor 2 with permanent magnets, stator 1 is made prefabricated from sectors 3 with a T-shaped profile. In this case, the longitudinal part 5 is located along the radius of the stator 1. The sectors 3 are mated with each other by the ends 9 and 10 of the transverse parts along the profile surfaces. The rotor is made in the form of a regular polyhedron 13 with the number of faces equal to the number of magnets 14. The surfaces of the distal ends of the transverse part 9 and 10 of sector 3 are made in the form of a conical cavity 12 and a protrusion 11 with an equal apex angle. 2 c.p. f-ly, 4 dwg.

Description

Область техникиTechnology area

Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройств автоматических систем.The utility model relates to the field of electrical engineering and is intended for use in electric drives of various mechanisms and actuators of automatic systems.

Предшествующий уровень техникиPrior art

Известен вентильно-индукторный двигатель с концентраторами магнитного поля, содержащий явнополюсный статор, выполненный из ферромагнитного материала, на полюсах которого размещены сосредоточенные обмотки (см патент РФ № 2399142, Н02К 19/10). Явнополюсный ротор выполнен из ферромагнитного материала, без обмоток и без постоянных магнитов, при этом пазы ротора заполнены материалом, обладающим диамагнетическими свойствами, а соседние полуобмотки статора отделены друг от друга при помощи Т-образных клиньев, выполненных из материалов, обладающих диамагнетическими свойствами.Known valve-inductor motor with magnetic field concentrators, containing salient-pole stator made of ferromagnetic material, on the poles of which are concentrated windings (see RF patent No. 2399142, H2K 19/10). The explicit-pole rotor is made of a ferromagnetic material, without windings and without permanent magnets, while the rotor slots are filled with a material with diamagnetic properties, and the adjacent stator half-windings are separated from each other using T-shaped wedges made of materials with diamagnetic properties.

Основным недостатком этого двигателя является конструкция статора, затрудняющая процесс формирования обмотки.The main disadvantage of this motor is the stator design, which makes it difficult to form the winding.

Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является электродвигатель включающий статор, в центральной полости которого размещен ротор (см патент РФ № 2507662, Н02К 19/10). При этом статор имеет продольные пазы, проходящие параллельно продольной оси, в которых размещены электрические проводники, формирующие обмотку. Продольные пазы ротора формируются из частично округлых сегментов одинаковой длины, соединенных между собой. Каждый сегмент набирается из однотипных пластин П-образной формы.The closest analogue of the claimed utility model is an electric motor including a stator, in the central cavity of which a rotor is placed (see RF patent No. 2507662, Н02К 19/10). In this case, the stator has longitudinal grooves running parallel to the longitudinal axis, in which electrical conductors are placed that form the winding. The longitudinal slots of the rotor are formed from partially rounded segments of the same length, connected to each other. Each segment is assembled from the same type of U-shaped plates.

Недостатком известного решения является низкая удельная мощность электродвигателя. Полезная отдача электродвигателя определяется площадью сечения статора, занимаемой проводами обмотки. В известном решении значительную часть сечения занимает округленная часть сегмента. При этом стенки П-образного сегмента должны иметь толщину, достаточную для обеспечения жесткости при укладке в них обмотки (п.33 изобретения). При прочих равных условиях удельная мощность – мощность, отнесенная к массе двигателя, определяется площадью обмотки к общей площади сечения. При этом намотка ведется вокруг формирующего упора (в последующем извлекаемом) с шириной, определяемой диаметром провода обмотки (практические работы показали, что соотношение должно быть больше 4). В противном случае изгиб обмотки с малым радиусом приведет к разрушению изоляции на проволоке обмотки. В последующем, зона, занимавшаяся формирующим упором, увеличивает пустое пространство статора, что ведет к снижению площади статора занятой обмоткой.The disadvantage of the known solution is the low specific power of the electric motor. The useful output of the electric motor is determined by the cross-sectional area of the stator occupied by the winding wires. In the known solution, a significant part of the section is taken by the rounded part of the segment. In this case, the walls of the U-shaped segment must have a thickness sufficient to ensure rigidity when laying the windings in them (clause 33 of the invention). All other things being equal, specific power - the power referred to the mass of the motor, is determined by the winding area to the total cross-sectional area. In this case, the winding is carried out around the forming stop (subsequently removed) with a width determined by the diameter of the winding wire (practical work has shown that the ratio should be greater than 4). Otherwise, bending the winding with a small radius will destroy the insulation on the winding wire. Subsequently, the zone occupied by the forming stop increases the empty space of the stator, which leads to a decrease in the stator area occupied by the winding.

Кроме того, при дальнейшей сборке сегментов возможно радиальное смещение секций, в силу не жесткости их боковых стенок. Следствием данного обстоятельства будет переменная величина магнитных потоков в пределах различных сегментов.In addition, during further assembly of the segments, a radial displacement of the sections is possible, due to the non-rigidity of their side walls. The consequence of this circumstance will be a variable value of magnetic fluxes within different segments.

Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении жесткости конструкции статора и в повышении удельной мощности электродвигателя. The technical problem to be solved by the utility model consists in increasing the rigidity of the stator structure and in increasing the specific power of the electric motor.

Раскрытие полезной моделиDisclosure of a utility model

Техническая задача решается тем, что в электродвигателе с постоянными магнитами, включающем статор, ротор с постоянными магнитами, статор выполнен сборным из секторов с обмотками, каждый из которых в поперечном сечении имеет продольную и поперечную части. Сектора выполнены с Т-образным поперечным сечением, продольная часть которого расположена по радиусу статора, на ней выполнена обмотка, сектора сопряжены между собой торцами поперечных частей по профильным поверхностям, ротор выполнен в виде правильного многогранника с числом граней, равным числу магнитов. При этом поверхности дистальных торцов поперечной части сектора выполнены в виде конической впадины и выступа с равным углом при вершине. Кроме того, продольные части секторов выполнены увеличивающимися в радиальном направлении.The technical problem is solved by the fact that in an electric motor with permanent magnets, including a stator, a rotor with permanent magnets, the stator is made of prefabricated sectors with windings, each of which has a longitudinal and transverse parts in cross section. The sectors are made with a T-shaped cross section, the longitudinal part of which is located along the radius of the stator, a winding is made on it, the sectors are interconnected by the ends of the transverse parts along the profile surfaces, the rotor is made in the form of a regular polyhedron with the number of edges equal to the number of magnets. In this case, the surfaces of the distal ends of the transverse part of the sector are made in the form of a conical cavity and a protrusion with an equal angle at the apex. In addition, the longitudinal parts of the sectors are made to increase in the radial direction.

Краткое описание фигур чертежейBrief Description of the Figures of the Drawings

Полезная модель поясняется изображениями:The utility model is illustrated by pictures:

на фиг. 1 представлено схематичное изображение поперечного сечения электродвигателя; in fig. 1 is a schematic cross-sectional view of an electric motor;

на фиг. 2 представлено поперечное сечение сектора в сборе;in fig. 2 is a cross-sectional view of an assembled sector;

на фиг.3 вариант выполнения поперечного сечения сектора в сборе;figure 3 is an embodiment of a cross-section of the sector assembly;

на фиг. 4 представлено поперечное сечение ротора до сборки с магнитами.in fig. 4 is a cross-sectional view of the rotor prior to assembly with magnets.

Вариант осуществления полезной моделиUtility model embodiment

Электродвигатель включает статор 1 и ротор 2 (фиг. 1). Статор 1 выполнен сборным из секторов 3. На каждый сектор 3 выполнена обмотка 4 (фиг. 2). Сектор 3 имеет Т-образное поперечное сечение и включает продольную 5 и поперечные части 6 и 7. Продольная часть 5 находятся в одной плоскости с продольной осью электродвигателя (на фиг. 1 выражена точкой) и располагается по радиусу статора 1. Обмотка 4 выполняется на продольную часть сектора 5. Сектор 3 с выполненной обмоткой 4 образует единый модуль 8. Статор 1 собирается из единых модулей 8.The electric motor includes a stator 1 and a rotor 2 (Fig. 1). The stator 1 is made prefabricated from sectors 3. For each sector 3, a winding 4 is made (Fig. 2). Sector 3 has a T-shaped cross-section and includes longitudinal 5 and transverse parts 6 and 7. Longitudinal part 5 is in the same plane with the longitudinal axis of the electric motor (in Fig. 1 is expressed by a point) and is located along the radius of the stator 1. Winding 4 is performed on the longitudinal part of sector 5. Sector 3 with wound 4 formed forms a single module 8. Stator 1 is assembled from single modules 8.

Единые модули 8 сопрягаются между собой через торцы 9 и 10 дистальных концов поперечных частей 6. Торцы 9 и 10 выполняются с идентичными профилями 11 и 12. При этом профиль 11 является выступом, второй профиль 12 – впадиной. Наиболее целесообразно профили 11 и 12 выполнять в виде двух плоских поверхностей, расположенных симметрично и под равными углами α и β при вершине (фиг. 3). The single modules 8 are mated to each other through the ends 9 and 10 of the distal ends of the transverse parts 6. The ends 9 and 10 are made with identical profiles 11 and 12. In this case, the profile 11 is a protrusion, the second profile 12 is a depression. Most expediently, the profiles 11 and 12 are made in the form of two flat surfaces located symmetrically and at equal angles α and β at the apex (Fig. 3).

Продольная часть 5, каждого сектора 3, выполнена увеличивающейся в радиальном направлении (фиг. 3). При этом ширина продольной части а, располагающейся ближе к оси электродвигателя, выполняется меньшей, чем ширина продольной части в, располагающейся на большем удалении от оси электродвигателя. The longitudinal part 5, of each sector 3, is made to increase in the radial direction (Fig. 3). The width of the longitudinal portion and that is located closer to the axis of the motor is performed less than the width of a longitudinal portion, located at a greater distance from the motor axis.

Поперечная часть 7 обеспечивает фиксацию обмоток 4 в радиальном направлении. Как следствие обеспечивается их более плотная упаковка на продольной части 5.The transverse part 7 provides the fixation of the windings 4 in the radial direction. As a result, their more dense packing on the longitudinal part 5 is ensured.

Ротор 2 выполняется в виде правильного многогранника 13 с числом граней, равным числу постоянных магнитов 14 (фиг. 4).The rotor 2 is made in the form of a regular polyhedron 13 with the number of faces equal to the number of permanent magnets 14 (Fig. 4).

Сектор 3 с Т-образным профилем поперечного сечения обладает большей жесткостью, чем П-образный по известному техническому решению. При этом толщина продольной части 5 принимается исходя из диаметра проволоки обмотки, исключающей нарушение целостности ее изолирующего покрытия при намотке на сектор 3. Принимаемая величина ширины а, продольной части 5 обеспечивает трех-четырехкратное превышение диаметра обмотки 4.Sector 3 with a T-shaped cross-sectional profile has greater rigidity than a U-shaped one according to the known technical solution. In this case, the thickness of the longitudinal part 5 is taken on the basis of the diameter of the winding wire, excluding the violation of the integrity of its insulating coating when winding on sector 3. The accepted value of the width a , of the longitudinal part 5 provides three to four times the diameter of the winding 4.

Сопряжение торцов поперечных частей 9 и 10, смежных секторов 3, через профильное соединение 11-12 обеспечивает их взаимную фиксацию в радиальном направлении. Кроме того, при таком соединении исключается и относительный поворот в радиальной плоскости. Фиксация взаимного положения секторов 3 друг относительно друга через профильное соединение 11-12 обеспечивает сборку статора с минимальным числом дополнительных элементов. В этом варианте достаточным является кольцо минимальной толщины и ширины (на фигуре условно не показано).The conjugation of the ends of the transverse parts 9 and 10, adjacent sectors 3, through the profile connection 11-12 ensures their mutual fixation in the radial direction. In addition, with such a connection, a relative rotation in the radial plane is also excluded. Fixing the relative position of the sectors 3 relative to each other through the profile connection 11-12 ensures the assembly of the stator with a minimum number of additional elements. In this embodiment, a ring of minimum thickness and width is sufficient (not conventionally shown in the figure).

Продольная часть 5 сектора 3 является основой для навивки обмотки 4 и одновременно обеспечивает жесткость конструкции и исключается пустое пространство характерное для решения в соответствии с прототипом. Как результат увеличивается число витков обмотки 4 и обеспечивается увеличение удельной мощности электродвигателя. The longitudinal part 5 of sector 3 is the basis for winding the winding 4 and at the same time ensures the rigidity of the structure and eliminates the empty space characteristic of the solution in accordance with the prototype. As a result, the number of turns of the winding 4 increases and an increase in the specific power of the electric motor is provided.

В процессе работы на обмотку 4 действуют переменные силы, направленные поперек их продольных осей. Плотная упаковка обмоток 4, с опорой на поперечную часть 7, обеспечивает сохранность взаимного положения в компаундной заливке. Исключается усталостное разрушение заливки, что повышает жесткость статора. Более плотная упаковка обмоток 4 на секторе обеспечивает большую жесткость. During operation, the winding 4 is acted upon by alternating forces directed across their longitudinal axes. The tight packing of the windings 4, supported by the transverse part 7, ensures the preservation of the mutual position in the compound filling. Fatigue failure of the fill is eliminated, which increases the stator rigidity. The denser packing of windings 4 on the sector provides greater rigidity.

Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает повышение жесткости конструкции статора 1 и повышении удельной мощности электродвигателя. Thus, the proposed technical solution provides an increase in the rigidity of the stator 1 structure and an increase in the specific power of the electric motor.

Claims (3)

1. Синхронный бесколлекторный электродвигатель с постоянными магнитами, включающий статор, ротор с постоянными магнитами, статор выполнен сборным из секторов с обмотками, каждый из которых, в поперечном сечении, имеет продольную и поперечную части, отличающийся тем, что сектора выполнены с Т-образным поперечным сечением, продольная часть которого расположена по радиусу статора, на ней выполнена обмотка, сектора сопряжены между собой торцами поперечных частей по профильным поверхностям, ротор выполнен в виде правильного многогранника с числом граней, равным числу магнитов.1. Synchronous brushless electric motor with permanent magnets, including a stator, a rotor with permanent magnets, the stator is made of prefabricated sectors with windings, each of which, in cross section, has a longitudinal and transverse parts, characterized in that the sectors are made with a T-shaped transverse section, the longitudinal part of which is located along the radius of the stator, a winding is made on it, the sectors are mated to each other by the ends of the transverse parts along the profile surfaces, the rotor is made in the form of a regular polyhedron with the number of edges equal to the number of magnets. 2. Синхронный бесколлекторный электродвигатель с постоянными магнитами по п.1, отличающийся тем, что поверхности дистальных концов поперечной части сектора выполнены в виде конической впадины и выступа с равными углами при вершине.2. The synchronous brushless electric motor with permanent magnets according to claim 1, characterized in that the surfaces of the distal ends of the transverse part of the sector are made in the form of a conical cavity and a protrusion with equal apex angles. 3. Синхронный бесколлекторный электродвигатель с постоянными магнитами по п.1, отличающийся тем, что продольные части секторов выполнены увеличивающимися в радиальном направлении. 3. The permanent magnet synchronous brushless electric motor according to claim 1, characterized in that the longitudinal parts of the sectors are made to increase in the radial direction.

Images