RU2720493C1 - Синхронная электрическая машина с сегментированным статором и двухконтурной магнитной системой на постоянных магнитах - Google Patents
Синхронная электрическая машина с сегментированным статором и двухконтурной магнитной системой на постоянных магнитах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2720493C1 RU2720493C1 RU2019115638A RU2019115638A RU2720493C1 RU 2720493 C1 RU2720493 C1 RU 2720493C1 RU 2019115638 A RU2019115638 A RU 2019115638A RU 2019115638 A RU2019115638 A RU 2019115638A RU 2720493 C1 RU2720493 C1 RU 2720493C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- permanent magnets
- rotor
- stator
- cores
- diameters
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/14—Stator cores with salient poles
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
- H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2706—Inner rotors
- H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
- H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
- H02K1/278—Surface mounted magnets; Inset magnets
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2786—Outer rotors
- H02K1/2787—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
- H02K1/2789—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2791—Surface mounted magnets; Inset magnets
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
- H02K2201/15—Sectional machines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – обеспечение высокой энергоэффективности, большого крутящего момента и высокой отказоустойчивости. Синхронная электрическая машина содержит ротор, состоящий из двух и более кольцевых опорных диаметров, внутреннего и внешнего, соединенных между собой, с закрепленными на них с чередующейся полярностью аксиально намагниченными постоянными магнитами, между которыми находится сегментированный статор, выполненный в виде катушек индуктивности с сердечниками, скоммутированными в группы пофазно. Сердечники сегментов статора не образуют общий магнитопровод. Количество магнитов на внутреннем и внешнем опорных диаметрах ротора одинаковое, а магнитное поле противоположных постоянных магнитов внутреннего и внешнего кольцевых опорных диаметров – однонаправленно. Сердечники сегментов статора одновременно взаимодействуют обоими своими полюсами с постоянными магнитами, расположенными на внутреннем и внешнем кольцевых опорных диаметрах ротора. 2 ил.
Description
Область, к которой относится изобретение
Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах гибридных или полностью электрических транспортных средствах и робототехнике, а также в электрогенерирующих установках.
Уровень техники
Проведённый заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным научно-техническим источникам информации, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем признакам заявленного изобретения.
Раскрытие изобретения
Целями предлагаемого изобретения является создание энергоэффективной, высокомоментной, отказоустойчивой электрической машины для применения в электроприводах гибридных или полностью электрических транспортных средствах и робототехнике, а также электрогенерирующих установках.
Технический результат достигается за счёт конструкции синхронной электрической машиной с сегментированным статором и многоконтурной магнитной системой на постоянных магнитах, содержащей: ротор, состоящий из двух и более кольцевых опорных диаметров условно разделённых на внутренний и внешний, соединенных между собой, с закрепленными на них с чередующейся полярностью аксиально намагниченными постоянными магнитами, между которыми находиться сегментированный статор, выполненный в виде катушек индуктивности с сердечниками скоммутированными в группы пофазно, при этом сердечники сегментов статора не образуют общий магнитопровод. Количество магнитных полюсов на внутреннем и внешнем кольцевых опорных диаметрах ротора одинаковое, а магнитное поле противоположных постоянных магнитов внутреннего и внешнего кольцевых опорных диаметров ротора – однонаправленно. Сердечники сегментов статора одновременно взаимодействуют обоими своими полюсами с постоянными магнитами, расположенными на внутреннем и внешнем кольцевых опорных диаметрах ротора. Коммутация сегментов статора одной фазы происходит так, чтобы каждый сердечник сегмента одной фазы находился в таком же положении, относительно полюсов постоянных магнитов обоих кольцевых опорных диаметров ротора с учётом их полярности.
Новизна технического решения заключается в конструкции статора, ротора и их взаимодействии, позволяющим организовать управление электрической машиной не только синусоидальным напряжением (частотное управление), но и импульсами тока, а именно:
Краткое описание чертежей на примере синхронной электрической машины с двухконтурной магнитной системой и сегментированным статором
На фигуре 1 представлен общий вид (поперечный разрез электрической машины).
На фигуре 2 представлен сегмент статора с постоянными магнитами кольцевых опорных диаметров ротора на его полюсах.
Осуществление изобретения
Синхронная электрическая машина с сегментированным статором и двухконтурной магнитной системой на постоянных магнитах содержит (смотреть фигуру 1) ротор 1, закрепленный на блок-ступице (подшипнике) 2, включающий в себя два опорных кольцевых диаметра, внутренний 3 и внешний 4 соединённых между собой корпусом ротора, с закрепленными на них постоянными магнитами 5, между которыми находиться сегментированный статор, (смотреть фигуру 2) выполненный в виде катушек индуктивности с сердечниками 6, закрепленными на корпусе электрической машины 8.
Ротор 1 (смотреть фигуру 1) с кольцевыми опорными диаметрами 3 и 4 выполнен из немагнитного материала, постоянные магниты 5 аксиально намагничены и могут иметь различные характеристики (коэрцитивную силу, силу создаваемой магнитной индукции и т.д.) в зависимости от требуемого результата и области применения электрической машины, обмотки 9 (смотреть фигуру 2) сегментов статора 6 (катушек индуктивности) выполнены обмоточным проводом, корпус электрической машины 8 выполнен из немагнитного материала. Сердечники сегментов статора 7 изготавливают из магнитомягких материалов с малой коэрцитивной силой и узкой петлёй гистерезиса, различной магнитной проницаемостью и величиной индукции насыщения в зависимости от требуемой частоты перемагничивания и создаваемой магнитной индукции на полюсах.
Таким образом оба полюса сердечника каждого сегмента статора взаимодействует с постоянными магнитами обоих кольцевых опорных диаметров ротора одновременно по принципу push-pull (тяни-толкай), за счёт таких взаимодействий и происходит вращение ротора.
Не замкнутая, сегментированная конструкция магнитопровода статора и синхронное взаимодействие постоянных магнитов опорных кольцевых диаметров ротора с полюсами сердечника одной фазы исключает несвоевременные «паразитные» электромагнитные взаимодействия между доменами железа соседних сердечников статора. Это уменьшает нагрев железа сердечников статора и повышает силу магнитной индукции на их полюсах.
Одновременное взаимодействие сердечников сегментов статора обеими полюсами с постоянными магнитами кольцевых опорных диаметров ротора позволяет получить больший крутящий момент по сравнению с «классической» одноконтурной магнитной системой, использующейся в двигателестроении и применять электрическую машину в «прямых» приводах (не используя редуктор). В зависимости от требований к крутящему моменту количество магнитных контуров (опорных кольцевых диаметров с постоянными магнитами) увеличивается до необходимого, формируя «матрёшку» - «двигатель в двигатели».
Прямая генерация электроэнергии происходит следующим образом:
При передачи вращающего момента от внешнего источника на ротор 1 (смотреть фигуру 2), через железо сердечников 7 сегментов статора 6, находящихся между постоянными магнитами 5, закреплёнными на противоположных кольцевых опорных диаметрах 3 и 4 ротора 1, начинают циркулировать магнитные потоки замыкая полюса постоянных магнитов через железо сердечников. Таким образом обмотка 9 сердечника 7 оказывается в изменяющемся магнитном поле, сформированным магнитными доменами железа сердечника с ориентированным в нём потоком электромагнитной индукции. Эти магнитные потоки индуцируют в проводниках обмоток 9 сегментов статора 6 (катушках индуктивности) токи, протекающие в направлениях, подчиняющихся правилу Ленца, формируя переменное напряжение.
Результатом совокупности вышеописанных элементов новизны является повышение эффективности генерации электроэнергии за счёт увеличения плотности циркулирующего магнитного потока, имеющего чётко ориентированную направленность, заполняющего всё тело сердечника сегмента статора, повышая формирование электромагнитной индукции в проводниках обмоток сердечников статора, при этом «паразитные» взаимодействия между доменами железа соседних сердечников сегментов статора отсутствуют за счёт незамкнутой конструкции магнитопровода статора (сегментированной конструкции статора).
Недостатки конструкции электрической машины
Минусом конструкции электрической машины является ограничения, вызванные свойствами постоянных магнитов, пульсация вращающего момента и отсутствие свободного вращения ротора "эффект магнитного залипания", для устранения этого эффекта необходимо подавать на управляющие фазы напряжение "холостого хода" или применять для изготовления сердечников сегментов статора не магнитные материалы.
Таким образом, технический результат изобретения позволяет организовать высокоэффективный, отказоустойчивый режим работы синхронной электрической машины, а именно снизить энергопотребление за счёт уменьшения потерь в незамкнутой конструкции магнитопровода статора, повысить генерацию электроэнергии за счёт более эффективной прямой генерации электроэнергии, увеличить эффективность магнитного дизайна за счёт одновременного взаимодействия сердечника сегмента статора обеими полюсами с постоянными магнитами ротора, повысить отказоустойчивость за счёт сегментированной конструкции статора и возможностью изолированного управления каждой фазой, получать требуемый вращающий момент на роторе за счёт применения многоконтурной магнитной системы.
Claims (1)
- Синхронная электрическая машина с сегментированным статором и многоконтурной магнитной системой на постоянных магнитах содержит ротор, состоящий из двух и более кольцевых опорных диаметров, внутреннего и внешнего, соединенных между собой, с закрепленными на них с чередующейся полярностью аксиально намагниченными постоянными магнитами, между которыми находится сегментированный статор, выполненный в виде катушек индуктивности с сердечниками, скоммутированными в группы пофазно, при этом сердечники сегментов статора не образуют общий магнитопровод, количество магнитов на внутреннем и внешнем опорных диаметрах ротора одинаковое, а магнитное поле противоположных постоянных магнитов внутреннего и внешнего кольцевых опорных диаметров ротора – однонаправленно, сердечники сегментов статора одновременно взаимодействуют обоими своими полюсами с постоянными магнитами, расположенными на внутреннем и внешнем кольцевых опорных диаметрах ротора, коммутация сегментов статора одной фазы происходит так, чтобы каждый сердечник сегмента статора одной фазы находился в таком же положении относительно противоположных постоянных магнитов кольцевых опорных диаметров ротора с учётом их полярности.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019115638A RU2720493C1 (ru) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | Синхронная электрическая машина с сегментированным статором и двухконтурной магнитной системой на постоянных магнитах |
| EP20808712.2A EP3958441A4 (en) | 2019-05-21 | 2020-05-08 | SYNCHRONOUS MACHINE WITH A SEGMENTED STATOR AND A MULTICONTOUR MAGNET SYSTEM BASED ON PERMANENT MAGNETS |
| PCT/RU2020/050093 WO2020236035A1 (ru) | 2019-05-21 | 2020-05-08 | Синхронная электрическая машина с сегментированным статором и многоконтурной магнитной системой на постоянных магнитах |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019115638A RU2720493C1 (ru) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | Синхронная электрическая машина с сегментированным статором и двухконтурной магнитной системой на постоянных магнитах |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2720493C1 true RU2720493C1 (ru) | 2020-04-30 |
Family
ID=70553083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019115638A RU2720493C1 (ru) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | Синхронная электрическая машина с сегментированным статором и двухконтурной магнитной системой на постоянных магнитах |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3958441A4 (ru) |
| RU (1) | RU2720493C1 (ru) |
| WO (1) | WO2020236035A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU224471U1 (ru) * | 2023-12-08 | 2024-03-26 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Электротранспортные Технологии" | Синхронный бесколлекторный электродвигатель с независимым возбуждением |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6998757B2 (en) * | 2000-09-14 | 2006-02-14 | Denso Corporation | Multi-rotor synchronous machine permitting relative movement between rotors |
| US7750521B2 (en) * | 2006-12-07 | 2010-07-06 | General Electric Company | Double-sided starter/generator for aircrafts |
| RU2474032C2 (ru) * | 2011-03-16 | 2013-01-27 | Сергей Михайлович Есаков | Магнитоэлектрический генератор |
| JP6113884B1 (ja) * | 2016-03-21 | 2017-04-12 | 佳行 中田 | 連設式発電装置 |
| RU2642442C1 (ru) * | 2016-12-30 | 2018-01-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Синхронный генератор с двухконтурной магнитной системой |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100432954B1 (ko) * | 2002-06-26 | 2004-05-28 | 주식회사 아모텍 | 레이디얼 코어타입 더블 로터 방식의 비엘디씨 모터 |
| US7692357B2 (en) * | 2004-12-16 | 2010-04-06 | General Electric Company | Electrical machines and assemblies including a yokeless stator with modular lamination stacks |
| EP1842278B1 (en) * | 2005-01-19 | 2016-03-23 | LG Electronics Inc. | Double rotor type motor |
| WO2013147550A1 (ko) * | 2012-03-30 | 2013-10-03 | 주식회사 아모텍 | 3결선 구조의 스테이터, 이를 이용한 bldc 모터 및 그의 구동방법 |
| EP3562731A4 (en) * | 2016-12-30 | 2020-11-25 | Axel Michael Sigmar | DYNAMIC CAMBER ADJUSTMENT |
| TWI699074B (zh) * | 2017-09-29 | 2020-07-11 | 日商日立金屬股份有限公司 | 徑向間隙式旋轉電機及其製造方法、旋轉電機用齒片的製造裝置、旋轉電機用齒構件的製造方法 |
-
2019
- 2019-05-21 RU RU2019115638A patent/RU2720493C1/ru active
-
2020
- 2020-05-08 EP EP20808712.2A patent/EP3958441A4/en active Pending
- 2020-05-08 WO PCT/RU2020/050093 patent/WO2020236035A1/ru unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6998757B2 (en) * | 2000-09-14 | 2006-02-14 | Denso Corporation | Multi-rotor synchronous machine permitting relative movement between rotors |
| US7750521B2 (en) * | 2006-12-07 | 2010-07-06 | General Electric Company | Double-sided starter/generator for aircrafts |
| RU2474032C2 (ru) * | 2011-03-16 | 2013-01-27 | Сергей Михайлович Есаков | Магнитоэлектрический генератор |
| JP6113884B1 (ja) * | 2016-03-21 | 2017-04-12 | 佳行 中田 | 連設式発電装置 |
| RU2642442C1 (ru) * | 2016-12-30 | 2018-01-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Синхронный генератор с двухконтурной магнитной системой |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2819416C1 (ru) * | 2023-10-17 | 2024-05-21 | Александр Григорьевич Емельянов | Электрическая машина (варианты) |
| RU2819416C9 (ru) * | 2023-10-17 | 2024-06-19 | Александр Григорьевич Емельянов | Электрическая машина (варианты) |
| RU224471U1 (ru) * | 2023-12-08 | 2024-03-26 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Электротранспортные Технологии" | Синхронный бесколлекторный электродвигатель с независимым возбуждением |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3958441A1 (en) | 2022-02-23 |
| WO2020236035A1 (ru) | 2020-11-26 |
| EP3958441A4 (en) | 2022-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220190661A1 (en) | Dc electric motor/generator with enhanced permanent magnet flux densities | |
| US11218038B2 (en) | Control system for an electric motor/generator | |
| US20200007016A1 (en) | Brushless electric motor/generator | |
| US11784523B2 (en) | Multi-tunnel electric motor/generator | |
| US10476362B2 (en) | Multi-tunnel electric motor/generator segment | |
| US11387692B2 (en) | Brushed electric motor/generator | |
| CN111049288B (zh) | 一种环绕式绕组磁通调制定子结构 | |
| CN108964396B (zh) | 定子分区式交替极混合励磁电机 | |
| JPWO2005112231A1 (ja) | 電動機 | |
| CN110994821B (zh) | 一种使用轴向分段式磁滞环的磁通调制定子结构 | |
| CN111181262B (zh) | 一种使用绕组内置磁通调制环的定子结构 | |
| CN113162314B (zh) | 一种三自由度磁悬浮开关磁阻集成电机 | |
| Ma et al. | Influence of armature windings pole numbers on performances of linear permanent-magnet vernier machines | |
| RU2720493C1 (ru) | Синхронная электрическая машина с сегментированным статором и двухконтурной магнитной системой на постоянных магнитах | |
| KR20030039945A (ko) | 유도전류를 이용한 회전기의 자기회로 | |
| RU2412519C1 (ru) | Реактивная машина | |
| Lu et al. | Design and analysis of five-phase fault-tolerant radially magnetized tubular permanent magnet motor for active vehicle suspensions | |
| Makhankov et al. | Energy-Efficient Synchronous Electric Machine with a Multi-Contour Permanent Magnet System | |
| CN107086755A (zh) | 独立绕组模块化永磁直线电机 | |
| CN101465588A (zh) | 一种磁阻电动机及提高电动机有效功率的方法 |