BG111836A

BG111836A - Безчеткова електрическа машина с постоянни магнити

Info

Publication number: BG111836A
Application number: BG111836A
Authority: BG
Inventors: Енчо Попов
Original assignee: Димекс Моторс Ад
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2016-04-28
Also published as: EP3007322B1; US20160099619A1; BG66793B1; WO2016054701A1; EP3007322A1

Abstract

Машината е предназначена за тягови двигатели в електротранспортни средства, за регулируеми двигатели за задвижвания в металорежещи машини с цифрово програмно управление и за други сервозадвижвания и генератори, работещи в режими на претоварвания. Тя осигурява намалена маса при повишена устойчивост на магнитите срещу размагнитване при по-големи претоварвания по момент. Тя съдържа роторeн ярем (2), който е разделен на части (13), които са закрепени неподвижно върху немагнитни дискове (14). Върху всеки два съседни края (15) на частите (13) на роторния ярем (2) е оформена обща площадка (16), върху която е разположен постоянен магнит (3). Краищата на частите (13) са изострени и между тях са оформени празни пространства (17) с трапецовидно напречно сечение с малка основа (А1) близо до постоянните магнити (3) и с голяма основа (А2), граничещи с немагнитните дискове (14). Отношението на голямата основа (А2) към малката основа (А1) е по-голямо от 10. 1 претенция, 2 фигури

Description

БЕЗЧЕТКОВА ЕЛЕКТИЧЕСКА МАШИНА С ПОСТОЯННИ МАГНИТИ

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТА

Изобретението се отнася до безчеткова електрическа машина с възбуждане от постоянни магнити с повишена устойчивост срещу размагнитване на постоянните магнити, която е предназначена за работа като тягови двигатели в електротранспортни средства, за регулируеми двигатели за задвижвания в металорежещи машини с цифрово програмно управление и за други серво задвижвания и генератори работещи в режими на претоварвания.

ПРЕДШЕСТВУВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА

Известна е електрическа машина с възбуждане от постоянни магнити с повишена устойчивост срещу размагнитване /1/, включваща вал с неподвижно закрепен върху вала роторен ярем, изпълнен от стоманени листа. В роторния ярем, близо до повърхността му, са оформени хордообразно разположени аксиални правоъгълни канали, с неподвижно поставени в тях постоянни магнити с паралепипедна форма. Броят на каналите и магнитите е равен на броя на полюсите на електрическата машина. Над магнита на всеки полюс е разположена част от роторния ярем с форма на отрез от кръг. Всеки отрез е свързан неподвижно, чрез тънки ивици с вътрешната част на роторния ярема. Роторът е обхванат от цилиндричен статор. Статорът е свързан неподвижно с обхващащ го цилиндричен корпус, затворен от преден и заден щитове. Валът лагерува в задния и предния щитове. По вътрешната повърхност на статора са разположени множество канали. В каналите е разположена трифазна намотка.

Недостатък на тази известна електрическа машина е намаленото магнитно съпротивление, създавано основно от въздушната междина между ротора и статора по пътя на напречния магнитен поток, създаван от статорната намотка. В резултат на това е повишена стойността на напречния магнитен поток и е повишено размагнитващото действие на този поток. Друг недостатък е повишената стойност на индуктивното съпротивление на статорната намотка, дължащо се на повишената стойност на напречното магнитно поле и на диференциалното разсейване на статорната намотка. В резултат е повишено индуктивното падение на напрежението в статорната намотка и е повишена стойността на тока и електрическите загуби в намотката.

Недостатък е също и намаление на полезния магнитен поток, дължащо се на отклоняване на част от магнитния поток, създаван от постоянните магнити, директно към роторния ярем, през ивиците, държащи отрезите над магнитите, без да преминава през въздушната междина между ротора и статора. При по голям брой на полюсите намалението на полезния магнитен поток е увеличено.

В резултат на недостатъците известната електрическа машина с възбуждане от постоянни магнити е с намалена мощност, дължащо се на намаленото използване на електромагнитните материали в нея в създаването на скоростта на въртене и въртящия момент. Повишена е и масата на активните части и на постоянните магнити. Повишението на масата нараства при по-малък брой полюси.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Задача на изобретението е да се създаде безчеткова електрическа машина с постоянни магнити с повишена мощност.

Тази задача се решава с безчетковата електрическа машина с постоянни магнити, която включва вал с неподвижно закрепен към него роторен ярем на магнитната система, върху който ярем са закрепени неподвижно постоянни магнити. Роторният ярем посредством вала е лагеруван чрез лагери в преден и заден щитове, между които е затворен корпус, в който е закрепен неподвижно статор с множество канали по вътрешната му повърхност, в които е положена трифазна намотка. Съгласно изобретението, роторният ярем е разделен на части, £ които са закрепени неподвижно върху един или повече немагнитни дискове, които са закрепени неподвижно върху вала. Върху всеки два съседни краища на частите на роторният ярем е оформена обща площадка, която е разположена в една равнина, която е перпендикулярна на радиуса, преминаващ през средата между съседните краища, оформящи общите площадки, и през средата на постоянните магнити, които са закрепени неподвижно върху общите площадки. Съседните краища на частите на роторния ярем са изострени и между тях са оформени празни пространства с трапецовидно напречно сечение с малка основа А1 близо до постоянните магнити и с голяма основа А2 граничеща с немагнитните дискове, като отношението на голямата основа А2 към малката основа Ale по-го лямо от 10.

Предимство на безчетковата електрическа машина с възбуждане от постоянни магнити съгласно изобретението е повишената устойчивост срещу размагнитване на магнитите от магнитното поле на статорната намотка при по-големи стойности на тока на статорната намотка, дължащо се на повишеното магнитно съпротивление по пътя на това магнитно поле чрез създадените празни немагнитни пространства между съседните части на роторния ярем и под средите на постоянните магнити. Същевременно, чрез извеждане на постоянните магнити непосредствено до въздушната междина, целият им магнитен поток е работен, даже и при повишен брой полюси. Намалени са и диференциалното разсейване на статорната намотка, и напречните полета в зоната на всеки полюс, създавани от статорната намотка. По този начин е намалена индуктивността и индуктивното съпротивление на статорната намотка. Чрез това, при дадена мощност и скорост на въртене са намалени токът на електрическата машина и електрическите загуби в статорната намотка, съчетано с повишена устойчивост W срещу размагнитване на магнитите. Намалена е и масата на яремите на ротора и статора, през който преминава магнитният поток. Намалена е и масата на вложените постоянни магнити.

ПОЯСНЕНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИ

Изобретението се пояснява с помощта на приложените чартежи, където:

Фигура 1 представлява напречен разрез на безчетковата електрическата машина

Фигура 2 представлява надлъжен разрез през средата на магнит на безчеткова електрическа машина

Г* ПРИМЕРИ НА ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

В примерното изпълнение на изобретението, показано на фиг.1 и фиг.2, безчетковата машина с постоянни магнити включва вал 1. Върху вала 1 е закрепен неподвижно роторен ярем 2. Върху ярема 2 са закрепени неподвижно и равномерно по периферията му постоянни магнити 3. Валът 1 е лагеруван чрез преден лагер 4 и заден лагер 5 / фиг.2 / в преден щит 6 и заден щит 7. Към вала 1 е свързан неподвижно ротор 8. Между предния щит 6 и задния щит 7 е затворен корпус 9. В корпуса 9 е закрепен неподвижно статор 10. По вътрешната повъхност на статора 10 са оформени множество канали 11, в които е положена трифазна намотка 12.

Роторният ярем 2 е разделен на множство еднакви части 13, чиито брой е равен на броя на постоянните магнити 3. Всяка една част 13 е закрепена неподвижно директно или чрез немагнитна втулка, непоказана на фигурите, върху един или повече немагнитни дискове 14.

Всеки немагнитен диск 14 е закрепен неподвижно към вала 1. Върху всеки два съседни краища 15 на частите 13 на роторния ярем 2, е оформена обща площадка 16, която е разположена в една равнина, която е перпендикулярна на радиуса, преминаващ през средата между съседните краища 15, оформящи общите площадки 16, и през средата на постоянните магнити 3, които са закрепени неподвижно върху общите площадки 16. Съседните краища 15 на частите 13 на роторния ярем 2 са изострени и между тях са оформени празни пространства 17 с трапецовидно напречно сечение с малка основа А1 близо до постоянните магнити 3 и с голяма основа А2, граничещи с немагнитните дискове 14. Отношението на голямата основа А1 към малката основа А2 е по-голямо от 10. Празните пространства 17 са зони с голямо магнитно съпротивление, през които преминават напречните магнитни полета Fa, създавани от трифазната статорна намотка 12. В извънмеждулагерното пространство 18, в зоната на задния щит 5, е монтиран управляващ датчик, непоказан на фигурите. Същевременно, магнитните полета, формиращи диференциалното разсейване на статорната намотка 12 преминават през постоянните магнити 3, които са зона с голямо магнитно съпротивление за тези полета.

ДЕЙСТВИЕ НА БЕЗЧЕТКОВАТА ЕЛЕКТРИЧЕСКА МАШИНА

При работата на безчетковата електрическа машина като двигател или генератор, целият магнитен поток, създаван от постоянните магнити 3, е работен. Многократно е намалена стойността на напречното магнитно поле Fa. Намалението е осъществено чрез създаването на голямо магнитно съпротивление на празните немагнитни пространства 17, през които преминава магнитният поток, създаван от напречното магнитно поле на статорната трифазна намотка 12. Намалени са и магнитните полета на диференциалното разсейване, създавани от трифазната намотка 12, в сравнение с известната електрическа машина, за която постоянните магнити 3, през които преминават са голямо магнитно съпротивление. Чрез намалението на тези полета е намалено индуктивното съпротивление и тока за реализиране на определена мощност и двигателен момент в сравнение с известната електрическа машина. Същевремено, чрез увеличения брой полюси е намалена и масата на електрическата машина в сравнение с известната електрическа машина.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИ РЕЗУЛТАТИ, ПОЛУЧЕНИ ПРИ РЕАЛИЗИРАНЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Сравнен е виртуален образец съгласно изобретението с такъв на известното решение /1/. Сравнението е извършено при следните условия:

- еднаква максимална мощност-80 квт.;

- еднакъв максимален момент;

- еднаква скорост на въртене;

- еднакво напрежение на батерията;

- еднакъв коефициент на полезно действие;

- еднакъв начин на охлаждане-с течност.

В образеца съгласно изобретението масата на активните части, включително и на постоянните магнити е намалена с около 40 %, дължащо се основно на пълното използване на магнитния поток създаван от постоянните магнити при повишен брой на полюсите. Същевременно, напречното магнитно поле на статорната намотка и неговото действие върху намаляване на магнитния поток и върху увеличаване на индуктивното съпротивление на статорната намотка е сведено до минимални стойности.

ЦИТИРАНА ЛИТЕРАТУРА

1.Electric Vehicle Motor /РМ BLDC / ,China Electic Motor Association,Guangdong M&C Electric Power за работа като електро CO Безчетковата машина с постоянни магнитиЬТО

Claims

ПРЕТЕНЦИИ

1. Безчеткова електрическа машина с постоянни магнити, включваща вал с неподвижно закрепен към него роторен ярем на магнитната система, върху който ярем са закрепени неподвижно постоянни магнити, а роторният ярем посредством вала е лагеруван чрез лагери в преден и заден щитове, между които е затворен корпус, в който е закрепен неподвижно статор с множество канали по вътрешната му повърхност, в които е положена трифазна намотка, характеризираща се с това, че роторният ярем /2/ е разделен на части /13/, които са закрепени неподвижно върху един или повече немагнитни дискове /14/, които са закрепени неподвижно върху вала /1/, като върху всеки два съседни края /15/ на частите /13/ на роторният ярем /2/ е оформена обща площадка /16/, която е разположена в една равнина, която е перпендикулярна на радиуса, преминаващ през средата между съседните краища /15/, оформящи общите площадки /16/ и през средата на постоянните магнити /3/, които са закрепени неподвижно върху общите площадки /16/, като съседните краища /15/ на частите /13/ на роторния ярем /2/ са изострени и между тях са оформени празни пространства /17/ с трапецовидно напречно сечение с малка основа А1 близо до постоянните магнити /3/ и с голяма основа А2 граничещи с немагнитните дискове /14/, а отношението на голямата основа А2 към малката основа А1 е по-голямо от 10.