PL166532B1

PL166532B1 - Electric motor

Info

Publication number: PL166532B1
Application number: PL91297163A
Authority: PL
Inventors: Peter M Nahirney
Original assignee: Peter M Nahirney
Priority date: 1990-06-11
Filing date: 1991-06-11
Publication date: 1995-05-31
Also published as: PL297163A1

Abstract

Silnik elektryczny, który zawiera stojan, wirnik <—7. obracający się względem stojana wokół osi, pierwszy zestaw elektromagnesów zamontowanych na stojanie w równokątnie oddalonych położeniach wokół osi oraz pierwszy zestaw magnesów trwałych zamontowanych na wirniku w równokątnie oddalonych położeniach wokół osi, przy czym podczas obrotu wirnika każdy magnes trwały z pierwszego'zestawu przechodzikolejno do położeń współpracy z każdym z kolejnych elektromagnesówz pierwszego zestawu, ponadto zawiera zespół wytwarzający 1 doprowadzający impulsy napięciowe do elektromagnesów oddziałujących na magnesy trwałe powodując obrotywirnikawokół osi, znamienny tym, że drugi zestaw elektromagnesów (9) zamontowanyjest na stojanie (5) w równokątnie oddalonych położeniach wokół osi, natomiast drugi zestaw magnesów trwałych (10) zamontowany jest na wirniku (1) w równokątnie oddalonych położeniach wokół osi, a podczas obrotów wirnika (1) każdy magnes trwały (10) drugiego zestawu znajduje się kolejno w położeniach współpracy z każdym kolejnym elektromagnesem(9) drugiego zestawu, przy czym pierwsze zestawy elektromagnesów(3) 1 magnesów trwałych (7) są oddalone od drugich zestawów elektromagnesów (9) 1 magnesów trwałych (10), a liczba magnesów trwałych (7) albo (10) w każdym zestawie jest taka sama, ale różni się o liczbę nieparzystą od liczby elektromagnesów (3) albo (9) w każdym zestawie, a ponadto zespół wytwarzający 1 doprowadzający impulsy napięciowe (15) dołączonyjest do elektromagnesów(9) drugiego zestawu swym wyjściem impulsów o przeciwnejElectric motor that includes a stator, rotor <—7. rotating about the stator about the axis, first set of solenoids mounted on the stator w equilateral positions around the axis and the first set of permanent magnets mounted on rotor at equilateral positions around axis, with each magnet during rotation of the rotor durable from the first set moves sequentially to the positions cooperation with each of the following electromagnets of the first set, further comprising a generating unit 1 for voltage pulses to the electromagnets affecting permanent magnets causing rotor rotation around the axis, characterized in that the second set solenoids (9) are mounted on the stator (5) in equilateral positions around the axis, while second set of permanent magnets (10) fitted is on the rotor (1) at equilateral distances positions around the axis, and during rotation of the rotor (1) each permanent magnet (10) of the second set is included consecutively in positions of cooperation with each subsequent one the electromagnet (9) of the second set, the first set sets of electromagnets (3) 1 permanent magnets (7) are remote from the second sets of solenoids (9) 1 permanent magnets (10) and the number of magnets permanent (7) or (10) in each set is the same, but it differs by an odd number from the number of electromagnets (3) or (9) in each set, and further an assembly generating 1 supplying voltage pulses (15) is attached to the solenoids (9) of the second set with their output of impulses of the opposite

Description

Przedmiotem wynalazku jest silnik elektryczny, który zawiera wiele trwałych magnesów zamontowanych na wirniku i wiele elektromagnesów zamontowanych na stojanie. W znanym, silniku tego rodzaju obrót wirnika powoduje przejście magnesów stałych do współpracy kolejno z każdym- z elektromagnesów. Ponadto silnik zawiera środki doprowadzające kolejno zsynchronizowane impulsy napięciowe do elektromagnesów, a współpraca pomiędzy magnesami trwałymi i elektromagnesami zapewnia w rezultacie siły powodujące ruch obrotowy wirnika.The present invention relates to an electric motor that includes a plurality of permanent magnets mounted on a rotor and a plurality of electromagnets mounted on a stator. In a known motor, such rotation of the rotor causes the permanent magnets to move to cooperate with each of the electromagnets in turn. Moreover, the motor comprises means for supplying sequentially synchronized voltage pulses to the electromagnets, and the cooperation between the permanent magnets and the electromagnets results in the forces causing the rotation of the rotor.

Konwencjonalne silniki prądu stałego tego typu mają tę wadę, że nie wykorzystują siły przeciwelektromotorycznej generowanej podczas komutacji przez zanikające pole magnetyczne przy każdym uzwojeniu, po zaniku impulsu napięciowego. W rezultacie powoduje to zmniejszenie sprawności, ponieważ energia pochodząca od siły przeciwelektromotorycznej zostaje po prostu rozproszona.Conventional direct current motors of this type have the disadvantage that they do not use the back EMF generated during commutation by the decaying magnetic field at each winding after the voltage pulse has disappeared. As a result, this results in a reduction in efficiency as the energy from the back EMF is simply dissipated.

W opisie patentowym US-A 3 488 566 przedstawiono na przykład silnik elektryczny, w którym wirnik ma pojedynczy magnes trwały, a stojan ma trzy elektromagnesy przesunięte o 180° wokół osi wirnika.US-A 3 488 566 describes, for example, an electric motor in which the rotor has a single permanent magnet and the stator has three electromagnets that are 180 ° offset about the rotor axis.

W opisie patentowym GB-A-2025 168 przedstawiono natomiast silnik elektryczny z wirnikiem klatkowym i trzema elektromagnesami przesuniętymi o 180° wokół osi wirnika. Każdy z elektromagnesów zawiera uzwojenie stojana i uzwojenie demagnesujące. Podczas wyłączania prądu płynącego przez jedno z uzwojeń stojana napięcie indukowane w odpowiednim uzwojeniu demagnesującym jest wykorzystywane do wywołania przepływu prądu przez następne uzwojenie stojana.The patent specification GB-A-2025 168 shows an electric motor with a squirrel-cage rotor and three electromagnets moved 180 ° around the rotor axis. Each of the electromagnets includes a stator winding and a demagnetizing winding. When switching off the current flowing through one of the stator windings, the voltage induced in the corresponding demagnetizing winding is used to cause the current to flow through the next stator winding.

Celem wynalazku jest opracowanie ulepszonego silnika elektrycznego przedstawionego rodzaju, który będzie wykorzystywać siłę przeciwelektromotoryczną.The object of the invention is to provide an improved electric motor of the type shown which will use the back EMF.

Zgodnie z wynalazkiem, silnik elektryczny zawiera stojan, wirnik obracający się względem stojana wokół osi, pierwszy zestaw elektromagnesów umieszczonych na stojanie w położeniach rozmieszczonych równokątnie wokół osi, pierwszy zestaw elektromagnesów trwałych zamontowanych na wirniku w położeniach równokątnie rozmieszczonych wokół osi i ustawionych tak, że przy, obrocie wirnika każdy z magnesów rrwałych z peerwszego zestawu przechodzi k^clkejno do położenia współpracy z każdym z kolejnych elektromagnesów z pierwszego zestawu. Ponadto, urządzenie zawiera zespół wytwarzający i doprowadzający impulsy napięciowe do elektromagnesów wytwarzających siły działające na magnesy trwałe powodujące obrót wirnika wokół osi. Silnik ten charakteryzuje się tym, że drugi zestaw elektromagnesów umieszczony jest na wirniku w położeniach rozmieszczonych równokątnie wokół , osi, natomiast drugi zestaw magnesów trwałych jest zamontowany na wirniku w położeniach rozmieszczonych równokątnie wokół osi. Podczas obrotów wirnika każdy z magnesów trwałych drugiego zestawu przechodzi kolejno do położenia współpracy z każdym kolejnym elektromagnesem z drugiego zestawu. Pierwsze zestawy elektromagnesów i magnesów trwałych oddalone są od drugich zestawów elektromagnesów i magnesów trwałych i magnesy trwałe każdego zestawu współpracują tylko z elektromagnesami z odpowiedniego zestawu. Liczba magnesów trwałych w każdym zestawie jest taka sama, ale różni się o liczbę nieparzystą od liczby elektromagnesów w każdym zestawie. Ponadto, urządzenie charakteryzuje się tym, że zespół wytwarzający i doprowadzający impulsy napięciowe dołączony jest do elektromagnesów drugiego zestawu swym wyjściem impulsów o przeciwnej polaryzacji względem impulsów napięciowych doprowadzanych do elektromagnesów pierwszego zestawu. Bieguny magnesów trwałych są odwrócone względem biegunów magnesów trwałych drugiego zestawu zapewniając w ten sposób obroty w tym samym kierunku. Ponadto, elektromagnesy pierwszego zestawu sąAccording to the invention, the electric motor comprises a stator, a rotor rotating with respect to the stator about an axis, a first set of electromagnets placed on the stator at positions equilibrated about the axis, a first set of permanent electromagnets mounted on the rotor at positions equilibrated about the axis and arranged such that when rotating the rotor, each of the permanent magnets of the first set moves to a position of cooperation with each of the successive electromagnets of the first set. Furthermore, the device comprises a device for generating and supplying voltage pulses to the electromagnets which generate forces acting on the permanent magnets causing the rotor to rotate about the axis. The motor is characterized in that the second set of electromagnets are mounted on the rotor at positions equiangularly about the axis, while the second set of permanent magnets are mounted on the rotor at positions equiangularly about the axis. During the rotation of the rotor, each of the permanent magnets of the second set moves successively to a position of cooperation with each successive electromagnet from the second set. The first sets of electromagnets and permanent magnets are spaced apart from the second sets of electromagnets and permanent magnets, and the permanent magnets of each set mate only with the electromagnets of the respective set. The number of permanent magnets in each set is the same but differs by an odd number from the number of electromagnets in each set. Moreover, the device is characterized in that the device for generating and supplying voltage pulses is connected to the electromagnets of the second set by its output of pulses of opposite polarity to the voltage pulses supplied to the electromagnets of the first set. The poles of the permanent magnets are reversed with respect to the poles of the permanent magnets of the second set, thus ensuring rotation in the same direction. Moreover, the electromagnets of the first set are

166 532 równokątnie przesunięte względem elektromagnesów drugiego zestawu. Każde uzwojenie elektromagnesu pierwszego i drugiego zestawu elektromagnesów dołączone jest do zespołu wytwarzającego i doprowadzającego impulsy napięciowe, który zawiera środki przełączające, doprowadzające prąd generowany przez zanikające pole każdego z elektromagnesów z każdego z zestawów, do odpowiedniego elektromagnesu z drugich zestawów dla wymuszenia generowania napięcia impulsowego we wspomnianym odpowiednim elektromagnesie drugiego zestawu.166,532 equilibrated to the electromagnets of the second set. Each electromagnet winding of the first and second sets of electromagnets is connected to a generator for generating and supplying voltage pulses, which includes switching means for applying the current generated by the decaying field of each of the electromagnets of each set to the corresponding electromagnet of the second sets to force the generation of a pulsed voltage in said set. the corresponding electromagnet of the second set.

W korzystnym rozwiązaniu silnika według wynalazku liczba magnesów trwałych każdego zestawu jest mniejsza od liczby elektromagnesów każdego zestawu o jeden. Pierwsze i drugie zestawy są rozmieszczone osiowo.In a preferred embodiment of the engine according to the invention, the number of permanent magnets of each set is smaller than the number of electromagnets of each set by one. The first and second sets are axially arranged.

Zespół wytwarzający i doprowadzający impulsy napięciowe zawiera mikroprocesor połączony ze środkami przełączającymi, sterującymi impulsami napięciowymi oraz przesyłaniem prądu. Ś rodki przełączające są urządzeniami półprzewodnikowymi.The unit for generating and supplying voltage pulses includes a microprocessor connected to switching means controlling the voltage pulses and transmitting the current. The switching means are semiconductor devices.

Pierwszy zestaw elektromagnesów jest dołączony do źródła napięcia stałego, a drugi zestaw elektromagnesów jest dołączony do źródła napięcia stałego o tej samej wartości ale przeciwnej polaryzacji.The first set of solenoids is connected to the DC voltage source and the second set of solenoids is connected to a DC voltage source of the same rating but in opposite polarity.

Każdy elektromagnes jednego zestawu jest poprzez środki przełączające połączony z elektromagnesem drugiego zestawu, który jest do niego przyległy w kierunku kątowym.Each electromagnet of one set is connected by switching means to the electromagnet of the other set which is angularly adjacent to it.

Korzystnie mikroprocesor zawiera środki regulujące czas trwania impulsów napięciowych.Preferably, the microprocessor includes means for regulating the duration of the voltage pulses.

Zespół wytwarzający i doprowadzający impulsy napięciowe zawiera czujniki ustalające wzajemne położenie między magnesami trwałymi i elektromagnesami dla synchronizowania impulsów napięciowych. Czujniki ustalające położenie zawierają urządzenie z efektem Halla. W odmiennym korzystnym rozwiązaniu czujniki ustalające położenie zawierają fotokomórkę. Zespół wytwarzający i doprowadzający impulsy napięciowe zawiera środki kształtujące impulsy napięciowe.The unit for generating and supplying voltage pulses includes sensors locating the mutual position between the permanent magnets and the electromagnets to synchronize the voltage pulses. The positioning sensors include a Hall effect device. In another preferred embodiment, the positioning sensors comprise a photocell. The means for generating and supplying voltage pulses comprises voltage pulse shaping means.

Silnik elektryczny według wynalazku wykorzystuje specjalną konstrukcję wirnika, wydajną konstrukcję uzwojenia elektromagnetycznego wraz z magnesami trwałymi wysokiej mocy, materiał uzwojenia elektromagnetycznego o bardzo małej stratności i skojarzone półprzewodnikowe przełączniki stanu oraz regulatory umożliwiające wydajną konstrukcję silnika impulsowego, który odzyskuje część, albo całą siłę przeciwelektromotoryczną.The electric motor according to the invention uses a special rotor design, an efficient electromagnetic winding design with high-power permanent magnets, a very low-loss electromagnetic winding material and associated semiconductor state switches and regulators that enable an efficient construction of the impulse motor that recovers some or all of the back EMF.

Silnik według wynalazku ma następujące zalety:The engine according to the invention has the following advantages:

Siła przeciwelektromotoryczną pochodząca od elektromagnesu, który został odłączony od napięcia, jest wykorzystana maksymalnie. Występuje tylko mały spadek napięcia na stałym przełączniku stanu, który jest wysterowany do nasycenia przez samopolaryzujący się obwód i zużywa tylko niewielki procent mocy.The back-electromotive force from an electromagnet that has been de-energized is used to the maximum. There is only a small voltage drop across the fixed state switch, which is driven to saturation by the self-polarizing circuit and consumes only a small percentage of power.

Zbieranie siły przeciwelektromotorycznej jest najwydajniejsze ponieważ zanikające pole magnetyczne wykorzystuje te same uzwojenia i inny zestaw stałych obwodów stanu do kierowania energii pochodzącej od zanikającego pola do następnego elektromagnesu (o odwróconej biegunowości). Inne przykłady wykonania według wynalazku wykorzystują oddzielne uzwojenia, ale taki układ powoduje zmniejszenie wydajności obwodu magnetycznego.Harvesting the back EMF is most efficient because the decaying magnetic field uses the same windings and a different set of constant state circuits to direct energy from the decaying field to the next (reversed polarity) electromagnet. Other embodiments of the invention use separate windings, but such an arrangement reduces the efficiency of the magnetic circuit.

Zainstalowanie magnesów trwałych na wirniku eliminuje potrzebę użycia komutatora, czyli zapobiega stratom tarcia oraz stratom nagrzewania w przewodach wirnika.Installing permanent magnets on the rotor eliminates the need for a commutator, thus preventing friction and heating losses in the rotor conductors.

Wszystkie elektromagnesy pracują w tym samym kierunku napędzania, a siła przeciwelektromotoryczna zostaje przełączona do odwrotnie spolaryzowanego elektromagnesu, którego namagnesowanie resztkowe ma pożądaną polaryzację. Dzięki temu energia nie jest tracona na zmianę biegunów materiału magnetycznego w rdzeniu uzwojenia elektromagnesu.All the electromagnets work in the same driving direction and the back EM force is switched to a reverse polarity electromagnet whose residual magnetization has the desired polarity. As a result, energy is not lost to changing the poles of the magnetic material in the core of the electromagnet winding.

Awaria jednego albo więcej wzbudzanych uzwojeń, albo stałych obwodów stanu nie spowoduje awarii silnika, tylko ograniczy jego moc wyjściową.Failure of one or more excited windings or permanent state circuits will not cause the motor to fail, it will only limit its power output.

Przemienna kolejność przyległych elektrycznych obwodów napędowych elektromagnesów pozwala na wykorzystanie bardzo krótkich przewodów, przez co minimalizuje się zryw magnetyczny i straty cieplne powodowane przepływem prądu w przewodniku.The alternating sequence of adjacent electric driving circuits of the solenoids allows the use of very short wires, thereby minimizing the magnetic break and heat loss caused by the current flow in the conductor.

Silnik może być sterowany w trybie przyciągania albo odpychania, przez co jest dwukierunkowy.The motor can be steered in either pull or repulsion mode, which makes it bidirectional.

Może być przewidziany .obwód, który umożliwi hamowanie dynamiczne przy wysterowaniu silnika do pracy generatorowej i ładowaniu baterii albo kierowaniu energii do obciążenia rezystancyj nego.A circuit may be provided which enables dynamic braking when driving the motor for regenerative operation and charging the battery or directing energy to a resistive load.

166 532166 532

Konstrukcja silnika może być w prosty sposób zmieniona dla spełnienia wymagań w szerokim zakresie zastosowań. Regulowane parametry obejmują: średnicę wirnika, wymiary magnesów trwałych i elektromagnesów, orientację magnesów trwałych i elektromagnesów oraz liczbę zespołów wirnika/stojana -na jednym wale.The design of the motor can be easily changed to meet the requirements of a wide range of applications. Adjustable parameters include: rotor diameter, dimensions of permanent magnets and electromagnets, orientation of permanent magnets and electromagnets, and the number of rotor / stator assemblies on one shaft.

Regulacja prędkości odbywa się przez regulację długości impulsu napędowego.The speed is regulated by adjusting the length of the drive pulse.

Dwukierunkowe źródła napięcia o tej samej wartości eliminują potrzebę dopasowania stałych urządzeń stanu, takich jak tranzystory NPN i PNP, zatem można wszędzie wykorzystać identyczne urządzenia.Bidirectional voltage sources of the same value eliminate the need to match fixed state devices such as NPN and PNP transistors, so identical devices can be used everywhere.

Silnik zapewnia wysoki wyjściowy moment obrotowy, stosownie do korzystnego kąta wzajemnego oddziaływania między polami magnetycznymi elektromagnesu i magnesu trwałego.The motor provides a high output torque according to the favorable interaction angle between the magnetic fields of the electromagnet and the permanent magnet.

Zwykle problemy związane z wysokimi wartościami szczytowymi napięć odwróconych, które są generowane przez zanikające pole magnetyczne są zminimalizowane dzięki zastosowaniu samopolaryzujących się stałych urządzeń przełączających stan tak, że impedancja wejściowa, którą napotyka siła przeciwelektromotoryczna jest taka sama jak impedancja wyjściowa dla elektromagnesu, w którym zanika pole magnetyczne. Wszystkie elektromagnesy wykonane są w ten sam sposób.Typically, the problems associated with the high peak reverse voltages that are generated by the decaying magnetic field are minimized by the use of self-polarizing fixed state switching devices so that the input impedance faced by the back EMF is the same as the output impedance for the dissapearing solenoid. magnetic. All electromagnets are made the same way.

Ponadto, występuje maksymalne przenoszenie energii siły przeciwelektromotorycznej, ponieważ impedancja wyjściowa jest równa impedancji wejściowej.Moreover, there is a maximum energy transfer of the back EMF because the output impedance is equal to the input impedance.

Rozwiązanie według wynalazku objaśnione zostanie w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie widok w przekroju silnika według wynalazku, fig. 2 - rzut pionowy boczny stojana silnika z fig. 1, fig. 3 - schematyczny rzut pionowy boczny wirnika silnika z fig. 1, fig. 4-schemat obwodu sterującego -stanowiącego część zespołu wytwarzającego i doprowadzającego impulsy napięciowe do uzwojeń silnika z fig. 1, a fig. 5 przedstawia kształty impulsów generowanych w czasie działania silnika z fig. 1.The solution according to the invention will be explained in an embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows a schematic sectional view of the engine according to the invention, fig. 2 - side elevation view of the stator of the motor in fig. 1, fig. 3 - schematic side elevation view of a rotor of the motor Fig. 1, Fig. 4 is a schematic diagram of a control circuit - being part of the unit for generating and applying voltage pulses to the windings of the motor of Fig. 1, and Fig. 5 shows the shapes of the pulses generated during operation of the motor of Fig.

Silnik przedstawiony na fig. 1 zawiera wirnik 1 z wałem 2 zamontowanym w podporach 4 na stojanie5. Wirniki obejmuje tarczę podporową 1A, na której zamontowany jest zewnętrzny korpus cylindryczny 1B zawierający dwie cylindryczne części wystające osiowo z tarczy 1A w kierunkach przeciwnych, określając dwie osiowo umieszczone części wirnika.The motor shown in Fig. 1 comprises a rotor 1 with a shaft 2 mounted in supports 4 on the stator 5. The rotors include a support disk 1A on which is mounted an outer cylindrical body 1B including two cylindrical portions extending axially from the disk 1A in opposite directions to define two axially disposed rotor portions.

W jednej z części zamontowany jest pierwszy zestaw trwałych magnesów 7, a w drugiej części zamontowany jest drugi zestaw trwałych magnesów 10. Bieguny magnesów 10 drugiego zestawu są ustawione odwrotnie względem biegunów magnesów 7 pierwszego zestawu.The first set of permanent magnets 7 is mounted in one part and the second set of permanent magnets 10 is mounted in the other part. The magnet poles 10 of the second set are opposed to the poles of the magnets 7 of the first set.

Stojan 5 podtrzyrnuje na montażowych wspornikach 6 dwa zestawy elektromagnesów oznaczone odpowiednio przez 3i9, po stronie AiB wirnika. Pierwszy zestaw elektromagnesów3 jest przedstawiony na fig. 2. Elektromagnesy 3 pierwszego zestawu są rozmieszczone w równokątnie oddalonych położeniach wokół osi. Elektromagnesy 9 drugiego zestawu są podobnie równokątnie rozmieszczone wokół osi, ale są przesunięte względem elektromagnesów 3 pierwszego zestawu o kąt równy połowie kąta pomiędzy elektromagnesami. Ta sama liczba elektromagnesów 3 występuje w pierwszym zestawie jak i w drugim zestawie. Liczba magnesów trwałych 7 w pierwszym zestawie jest równa liczbie, która różni się od liczby elektromagnesów 3 w tym zestawie o liczbę nieparzystą, a korzystnie znajduje się o jeden mniej magnesów trwałych 7 niż wynosi liczba elektromagnesów 3 'pie-rwszego zestawu.The stator 5 trims, on the mounting brackets 6, two sets of electromagnets marked with 3 and 9, respectively, on the A and B side of the rotor. The first set of electromagnets 3 is shown in Fig. 2. The electromagnets 3 of the first set are arranged in equiangularly spaced positions about the axis. The electromagnets 9 of the second set are similarly equiangularly spaced about the axis, but are offset with respect to the electromagnets 3 of the first set by an angle equal to half the angle between the electromagnets. The same number of electromagnets 3 are present in the first set and in the second set. The number of the permanent magnets 7 in the first set is equal to a number that differs from the number of the electromagnets 3 in this set by an odd number, and preferably there is one fewer permanent magnets 7 than the number of the electromagnets 3 'of the first set.

Elektromagnesy 3 i 9 zasilane są impulsami napięciowymi tak, aby uzyskać zjawisko obrotu wirnika, stosownie do współpracy pomiędzy magnesami trwałymi 7, 10 i elektromagnesami 3,9, stosownie do niezrównoważenia spowodowanego różnicą w liczbie magnesów trwałych i elektromagnesów. Napięcie jest doprowadzone do elektromagnesów 3 pierwszego zestawu przez szynę 13 i odpowiednio przez szynę 12 do elektromagnesów 9 drugiego zestawu. Szyny 12 i 13 razem z szyną zerową 14 zamontowane są na cylindrycznej ścianie 13A tworzącej część stojana 5 i otaczającej wirnik 1.The electromagnets 3 and 9 are energized with voltage pulses so as to obtain the phenomenon of rotation of the rotor according to the cooperation between the permanent magnets 7, 10 and the electromagnets 3.9, according to the imbalance caused by the difference in the number of the permanent magnets and the electromagnets. Voltage is applied to the electromagnets 3 of the first set through the rail 13 and respectively through the rail 12 to the electromagnets 9 of the second set. The rails 12 and 13 together with the neutral rail 14 are mounted on a cylindrical wall 13A forming part of the stator 5 and surrounding the rotor 1.

Każdy elektromagnes jest połączony z odpowiadającą mu z wielu płytek zespołu 15 wytwarzającego i doprowadzającego impulsy napięciowe, a schemat obwodu na płytce jest przedstawiony na fig. 4.Each electromagnet is connected to a corresponding plurality of plates of a voltage pulse generator and a circuit diagram, and a circuit diagram on the board is shown in Figure 4.

Każda z płytek zespołu 15 zawiera czujnik ustalający położenie. Jeden z czujników jest oznaczony przez 16 i odpowiada uzwojeniu elektromagnesu 9 na fig. 1, a drugi czujnik 17 odpowiada uzwojeniu elektromagnesu 3 na fig. 1. Każdy z tych czujników 16 albo 17, ustalającychEach of the plates of assembly 15 includes a locating sensor. One of the sensors is designated 16 and corresponds to the winding of the electromagnet 9 in Fig. 1, and the other sensor 17 corresponds to the winding of the electromagnet 3 in Fig. 1. Each of these sensors 16 or 17 for locating

166 532 położenie, jest położony dla lokalizacji magnesu trwałego 10 albo 7 tak, że może się odbywać regulacja w czasie impulsów doprowadzanych do uzwojenia odpowiedniego elektromagnesu 9 albo 3, co zostanie wyjaśnione niżej.The position is positioned for the location of the permanent magnet 10 or 7 such that timing of the pulses fed to the winding of the respective electromagnet 9 or 3 can take place, as will be explained below.

Figura 1 przedstawia rozmieszczenie wzajemne głównych elementów składowych silnika według wynalazku. Dla zilustrowania efektów takiej konstrukcji, jeden elektromagnes 3 pierwszego zestawu i jeden elektromagnes 9 drugiego zestawu są przedstawione w tej samej płaszczyźnie. Jednak w rzeczywistości te elektromagnesy znajdują się jeden za drugim z rozstawieniem kątowym przy liczbie stopni równej ogólnej liczbie wszystkich elektromagnesów rozdzielonych na 360 stopni. Powyższa uwaga odnosi się również do trwałych magnesów 7 albo 10 w wirniku, przy czym jeden magnes trwały jest umieszczony z przodu lub z tyłu drugiego z rozstawieniem kątowym przy liczbie stopni o dwa mniejszej niż wynosi ogólna liczba elektromagnesów rozdzielonych na 360 stopni.Figure 1 shows the mutual arrangement of the main components of an engine according to the invention. To illustrate the effects of such a structure, one electromagnet 3 of the first set and one electromagnet 9 of the second set are shown in the same plane. However, in reality these electromagnets are positioned one after the other with an angular spacing with a number of degrees equal to the total number of all electromagnets separated by 360 degrees. The above remark also applies to the permanent magnets 7 or 10 in the rotor, one permanent magnet being placed in front of or behind the other with an angular spacing of two degrees less than the total number of electromagnets separated by 360 degrees.

W korzystnym przykładzie wykonania silnik ma ogółem 40 elektromagnesów i 38 trwałych magnesów, a określono go jako silnik 40/38. Jednakże silnik może zawierać dowolną liczbę elektromagnesów i proporcjonalną liczbę magnesów trwałych. Różne kształty, rozmiary i orientacja zamocowania elektromagnesów, różne kształty, różne grubości i rozmiary oraz orientacja magnesów trwałych, inny kształt wirnika i rozmiary oraz jak wspomniano różne liczby części składowych wirnika/stojana, mogą być stosowane dla skonstruowania silnika do różnych zastosowań.In a preferred embodiment, the motor has a total of 40 electromagnets and 38 permanent magnets and is designated a 40/38 motor. However, the motor may contain any number of electromagnets and a proportional number of permanent magnets. Different shapes, sizes and orientation of the electromagnets mounting, different shapes, different thicknesses and sizes and the orientation of the permanent magnets, different rotor shape and sizes, and as mentioned different numbers of rotor / stator components, can be used to construct a motor for different applications.

Elektromagnesy stojana są równomiernie rozmieszczone wokół wirnika 1 i przymocowane do ramy stojana 5. Elektromagnesy silnika 40/38 są rozmieszczone w równokątnie oddalonych położeniach w obrębie kąta pełnego 360 stopni podzielonego przez 40, a więc 9 stopni. Dwadzieścia elektromagnesów jest zamontowanych po każdej stronieAiB tworząc szczelinę uzwojeniową otaczającą część cylindrycznego korpusu 1B wirnik, który podtrzymuje trwałe magnesy przez szczeliny elektromagnesów.The stator electromagnets are evenly spaced around the rotor 1 and attached to the stator frame 5. The electromagnets of the motor 40/38 are arranged at equilateral positions within a full angle of 360 degrees divided by 40, i.e. 9 degrees. Twenty electromagnets are mounted on each side of the A and B to form a winding gap surrounding a portion of the cylindrical rotor body 1B that supports the permanent magnets through the solenoid slots.

Dwadzieścia elektromagnesów 3 rozstawiono równomiernie (co 18 stopni) na jednej stronie stojana (strona A), a drugie dwadzieścia elektromagnesów 9 rozstawiono równomiernie na drugiej stronie stojana (strona B), ale są one wzajemnie względem siebie przesunięte kątowo tak, że leżą w połowie drogi pomiędzy elektromagnesami 3 po stronie A. Nawiązując do .fig.2 rysunku, dla rzeczywistych stopni kąta odpowiadającego położeniu uzwojenia, elektromagnesy oznaczone są dalej w stopniach odpowiednio do położenia w jakim występują. Jeśli stojan przedstawiony na fig. 1 jest widziany z lewej strony, wówczas wszystkie elektromagnesy po stronie A powinny być równomiernie ponumerowane, to jest 0,18,36,54,72,90,108,162,180,198,216,234,252,270,288, 306, 324 i 342. Oznaczenie 19 z fig. 2 odpowiada orbitalnej drodze wszystkich magnesów trwałych przez szczeliny elektromagnesów. Tylko linia środkowa elektromagnesów dla strony B jest przedstawiona na rysunku dla odróżnienia elektromagnesów strony A i strony B. Elektromagnesy strony B są oznaczone jako 9, 27, 45, 63, 81, 99, 117, 135, 153, 171, 189, 207, 225, 243, 261, 279,315,333,351.Twenty 3 electromagnets are spaced evenly (18 degrees) on one side of the stator (A side) and the other twenty 9 electromagnets are evenly spaced on the other side of the stator (B side), but are angularly offset from each other so that they lie halfway between the solenoids 3 on the A side. Referring to fig.2 of the figure, for the actual degrees of the angle corresponding to the winding position, the electromagnets are hereinafter indicated in degrees according to their position. If the stator shown in Fig. 1 is viewed from the left, then all the A-side electromagnets should be uniformly numbered, i.e., 0.18, 36, 54, 72, 90, 108, 162, 180, 98, 216, 234, 252, 270, 288, 306, 324 and 342. Reference 19 in Fig. 2 corresponds to the orbital path of all permanent magnets through the gaps of the electromagnets. Only the centerline of the B side solenoids is shown in the figure to distinguish A side and B side solenoids. B side electromagnets are labeled 9, 27, 45, 63, 81, 99, 117, 135, 153, 171, 189, 207, 225, 243, 261, 279,315,333,351.

Przyjmując, że silnik działa w trybie przyciągania, elektromagnesy 3 po stronie A pobudzane są dodatnim napięciem i połączone są tak, że strony zewnętrzne elektromagnesów mają biegunowość odpowiadającą biegunowi północnemu na zewnątrz szczeliny, podczas gdy wszystkie dziewiętnaście magnesów trwałych 7 na stronie A silnika ma biegunowość odpowiadającą biegunowi południowemu, który jest odwrócony od środka wirnika. Rozstawienie wszystkich magnesów trwałych wynika z podziału 360 stopni przez 38. Elektromagnesy po stronie B wirnika pobudzane są ujemnym napięciem i połączone są tak, że elektromagnesy mają biegunowość odpowiadającą biegunowi południowemu na zewnątrz szczeliny, podczas gdy wszystkie dziewiętnaście magnesów trwałych po stronie B silnika ma biegunowość odpowiadającą biegunowi północnemu, który jest odwrócony od środka wirnika. Wirnik jest bezszczotkowy.Assuming that the motor is in pull mode, the A-side electromagnets 3 are energized with positive voltage and are connected so that the outer sides of the electromagnets have polarity corresponding to the north pole outside the gap, while all nineteen permanent magnets 7 on the A side of the motor have polarity corresponding to the south pole, which is away from the rotor center. The spacing of all permanent magnets results from a division of 360 degrees by 38. The B side of the rotor magnets are energized with negative voltage and are connected so that the electromagnets have a polarity that corresponds to the south pole outside the gap, while all nineteen permanent magnets on the B side of the motor have polarity corresponding to the North Pole, which is away from the center of the rotor. The rotor is brushless.

Na figurze 3 przedstawiono wszystkie magnesy trwałe strony A zamocowane do wirnika. Rozmieszczenie magnesów trwałych strony B wskazane jest tylko przez umieszczenie linii środkowych.Figure 3 shows all the A side permanent magnets attached to the rotor. The positioning of the B side permanent magnets is only indicated by placing the center lines.

Nawiązując do fig. 4 lewostronny zestaw elektromagnesów oznaczonych przez 3 na fig. 1 ma uzwojenia oznaczone z lewej strony fig. 4 (strony A) jako uzwojenia 0, 18 itd. aż do uzwojenia 342. Elektromagnesy z prawej strony (strony B), mają uzwojenia oznaczone jako 9, 27, aż do uzwoję166 532 nia 351. Są one równoważne zestawowi elektromagnesów z prawej strony fig. 1 oznaczonych przezReferring to Fig. 4, the left hand set of solenoids denoted by 3 in Fig. 1 have windings denoted on the left side of Fig. 4 (A sides) as windings 0, 18, etc. up to winding 342. The solenoids on the right side (B sides) have windings 9, 27 up to windings 166 532 and 351. These are equivalent to the set of electromagnets on the right side of Fig.

9. Każde z uzwojeń z lewej strony jest dołączone do szyny 13 i do zerowego przewodu powrotnego 14, a każde z uzwojeń z prawej strony jest dołączone do szyny 12 i do zerowego przewodu powrotnego 14. Doprowadzanie impulsów napięciowych z odpowiedniej szyny jest sterowane przez przełącznik. Uzwojeniu 0 odpowiada przełącznik SW1, a uzwojeniu 18 - przełącznik SW5, uzwojeniu 342 - przełącznik SW9, uzwojeniu 9 - przełącznik SW4, uzwojeniu 27 - przełącznik SW8, a uzwojeniu 351 - przełącznik SW12. Każdy z przełączników jest kluczowany pod kontrolą mikroprocesora M, który wysyła sygnał sterujący w zależności jak wymaga tego odpowiedni jeden z przełączników SWl,SW5,SW9,SW4,SW8iSW12itd. MikroprocesorM otrzymuje wejściowe sygnały z każdego z czujników ustalających położenie 16 i 17, oznaczone jako sygnał położenia I/P. Ponadto, do wejścia mikroprocesora M doprowadzony jest sygnał kontrolny I/F dla ręcznej kontroli prędkości silnika lub niezależnego uruchamiania.9. The left hand windings are each connected to a rail 13 and to the neutral return conductor 14, and each of the right hand windings is connected to the rail 12 and to the neutral return 14. The input of voltage pulses from the respective bus is controlled by a switch. To winding 0, switch SW1 corresponds, and winding 18 - switch SW5, winding 342 - switch SW9, winding 9 - switch SW4, winding 27 - switch SW8, and winding 351 - switch SW12. Each switch is keyed under the control of the microprocessor M, which sends a control signal depending on the appropriate one of the switches SW1, SW5, SW9, SW4, SW8 and SW12 etc., as required. The microprocessorM receives input signals from each of the positioning sensors 16 and 17, designated as position I / P signal. Moreover, an I / F control signal is provided to the input of microprocessor M for manual motor speed control or independent starting.

Jeśli silnik działa w trybie przyciągania, wirnik będzie się obracał w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, zgodnie z fig. 2. Mikroprocesor umieszczony jest dla sterowania przełączników tak, że impuls napięciowy powstaje co każde 9 stopni kąta obrotu dla każdego uzwojenia elektromagnesu. Tak więc detektor ustalający położenie dla uzwojenia 0 umożliwia kluczowanie przełącznika SW1 przez mikroprocesor M. Kluczowanie umożliwia, że czas musi być krótszy niż czas konieczny dla obrotu wirnika o 9 stopni dla danej prędkości. Okres czasu pobudzania przełącznika SW1 jest określony przez wymaganą prędkość.If the motor is in pull mode, the rotor will rotate clockwise as shown in Figure 2. The microprocessor is arranged to control the switches so that a voltage pulse is generated every 9 degrees of rotation angle for each winding of the electromagnet. Thus, the positioning detector for winding 0 allows the switch SW1 to be keyed by the microprocessor M. The keying allows that the time must be less than the time required to turn the rotor 9 degrees for a given speed. The time period for activating switch SW1 is determined by the required speed.

Na figurze 5 rysunku przedstawiono kształty impulsów dla jednego cyklu uzwojenia 0 i uzwojenia 9. Przedstawiono tu sygnał pochodzący z detektora ustalającego położenie dla uzwojenia 0 i z detektora ustalającego położenie dla uzwojenia 9. Tak więc mikroprocesor M steruje przełączniki SW1 i SW4 dla wytworzenia impulsu napięciowego, który jest doprowadzony odpowiednio do uzwojenia 0 i do uzwojenia 9.Figure 5 of the drawing shows the pulse shapes for one cycle of winding 0 and winding 9. This shows the signal from the positioning detector for winding 0 and the positioning detector for winding 9. Thus, the microprocessor M controls the switches SW1 and SW4 to produce a voltage pulse that is it is fed to winding 0 and winding 9, respectively.

Jeśli przełącznik SW 1 jest wyłączony, to pole magnetyczne w uzwojeniu 0 zanika, co powoduje wytworzenie siły elektromotorycznej lub impulsu ujemnego. Zaznaczone to zostało jako siła przeciwelektromotoryczna uzwojenia 0 na fig. 5. Przełącznik SW2 zostaje wówczas pobudzony przez mikroprocesor, który wykrywa siłę przeciwelek tromotoryczną i w wyniku ujemnego impulsu napięciowego następuje przepływ prądu przez przełącznik SW2, przez uzwojenie 9. Jeśli uzwojenie 9 wymaga ujemnego impulsu napięcia, to napięcie ujemne zostaje dodane do impulsu z szyny 12 sterowanej przez przełącznik SW4, czemu odpowiada prąd przełącznika SW4 i impuls ten jest następnie doprowadzony do uzwojenia 9 dla wytworzenia w nim wymaganego ujemnego impulsu.If SW 1 is off, the magnetic field in winding 0 is lost, creating an electromotive force or a negative pulse. This is marked as the back EMF of winding 0 in Fig. 5. Switch SW2 is then excited by a microprocessor which detects the back electromotive force and as a result of a negative voltage pulse, current flows through switch SW2 through winding 9. If winding 9 requires a negative voltage pulse, this negative voltage is added to the pulse from bus 12 controlled by switch SW4, corresponding to the current of switch SW4, and this pulse is then applied to winding 9 to produce the required negative pulse therein.

Podobnie jak przedstawiono w górnej części fig. 5, siła przeciwelektromotoryczna z uzwojenia 351 zostaje doprowadzona przez przełącznik 11 do uzwojenia 0, oprócz impulsu wytworzonego przez przełącznik SW1.As shown at the top of Fig. 5, the back EM force from winding 351 is applied through switch 11 to winding 0, in addition to the pulse generated by switch SW1.

Podobnie, uzwojenie 18 współpracuje z przełącznikiem SW6, uzwojenie 342 współpracuje z przełącznikiem SW10, a uzwojenie 27 współpracuje z przełącznikiem SW7 dla doprowadzenia impulsu napięciowego siły przeciwelektromotorycznej do następnego, sąsiedniego uzwojenia.Similarly, winding 18 cooperates with switch SW6, winding 342 cooperates with switch SW10, and winding 27 cooperates with switch SW7 to apply a voltage pulse of the back EMF to the next, adjacent winding.

Przełączniki przedstawione na fig. 4 są dostępnymi w handlu półprzewodnikowymi urządzeniami przełączającymi wysokiej mocy jak na przykład tyrystory, triaki, tranzystory itp. Obwód zawierający przełączniki może zawierać kondensator i/lub układy indukcyjne umieszczone w sprzężeniu z obwodami przełączników w zespole 15 na płytce obwodu sterującego aby zapewnić kształtowanie impulsów energii uzyskanych dodatkowo, oprócz impulsu z następnego sąsiedniego uzwojenia i impulsu z szyny, dla zapewnienia wymaganych charakterystyk roboczych silnika.The switches shown in Fig. 4 are commercially available high power semiconductor switching devices such as thyristors, triacs, transistors, etc. The circuit containing the switches may include a capacitor and / or inductors coupled to the switch circuits in assembly 15 on a control circuit board to provide the shaping of the energy pulses obtained in addition to the impulse from the next adjacent winding and the impulse from the rail, to provide the required operating characteristics of the motor.

Prędkość silnika sterowana jest przez zmiany kształtu i długości impulsów, pod kontrolą mikroprocesora.The speed of the motor is controlled by changes in the shape and length of the pulses, under the control of a microprocessor.

Polaryzacja impulsów może być zmieniona przez odwrócenie kierunku przewodów w układzie, dzięki czemu silnik może pracować w trybie przyciągania albo w trybie odpychania, w których to trybach elektromagnesy mogą być odwrócone i współpracować z magnesami trwałymi w trybie przyciągania albo odpychania.The polarity of the pulses can be changed by reversing the direction of the conductors in the system so that the motor can operate in either the attract mode or the repulsion mode, in which modes the electromagnets can be inverted and cooperate with the permanent magnets in either the attract or repulsion mode.

Układ może zostać tak zmodyfikowany, by hamowanie dynamiczne wiązało się z ładowaniem baterii zasilającej albo przesyłaniem wygenerowanej energii elektrycznej do obciążenia rezystancyjnego. Sterowanie mikroprocesorowe zapewnia generowanie impulsów napięciowych wymaganych dla hamowania dynamicznego.The system can be modified so that dynamic braking involves charging the supply battery or transmitting the generated electricity to a resistive load. The microprocessor control ensures the generation of voltage pulses required for dynamic braking.

166 532166 532

Przedstawiony silnik może być sterowany przy wykorzystaniu znormalizowanego przemysłowego napięcia przemiennego, przy założeniu, że dostępny jest drugi transformator z odczepami środkowymi o odpowiednim napięciu wyjściowym.The illustrated motor can be controlled using industry standard AC voltage, assuming that a second center tapped transformer is available with the appropriate output voltage.

Elementy wirnika/stojana mogą być zamontowane na pojedynczym wspólnym wale. Układ może być również podzielony, przez zastosowanie oddzielnych wałów tak, by powstała dodatkowa przestrzeń na montowanie uzwojeń elektromagnesów, co umożliwi wytwarzanie silników o mniejszych wymiarach. Dodatkowe zestawy uzwojeń i magnesów trwałych mogą być zastosowane dla dostarczania dodatkowej mocy przy podobnym układzie doprowadzania impulsów napięciowych z pierwotnego źródła i od siły przeciwelektromotorycznej.The rotor / stator components can be mounted on a single common shaft. The system can also be split by using separate shafts so that there is additional space for mounting the electromagnet windings, which will allow smaller size motors to be manufactured. Additional sets of windings and permanent magnets may be used to provide additional power with a similar arrangement for applying voltage pulses from the primary source and the back EMF.

ΟΟ

FIG. 2FIG. 2

FIG. 3FIG. 3

166 532166 532

FIG. 4FIG. 4

DETEKTOR POŁOŻENIA DlA UZW. OLOCATION DETECTOR FOR UZW. ABOUT

MIKROPROCESOR O/P OO BRAMKI SW 1MICROPROCESSOR O / POO GATE SW 1

ZWROTNA SEM 7 UZW. 40RETURN SEM 7 ECM 40

PRĄD W SW 1CURRENT IN SW 1

DETEKTOR POŁOŻENIA OLA UZW. 9LOCATION DETECTOR OLA UZW. 9

MIKROPROCESOR DO BRAMKI SW 4SW 4 GATE MICROPROCESSOR

ZWROTNA SEM Z UZW. OSEM RETURN FROM OCC. ABOUT

PRĄD W SW 4CURRENT IN SW 4

F!&. 5F! &. 5

166 532166 532

FIG. IFIG. AND

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies

Cena 1,100 zł.Price PLN 1,100.

Claims

Patent claims

1. An electric motor, which comprises a stator, a rotor that rotates with respect to the stator about an axis, a first set of electromagnets mounted on the stator at equilateral positions around the axis, and a first set of permanent magnets mounted on the rotor at equilateral positions around the axis, each of which during rotation of the rotor the permanent magnet from the first set passes successively to the positions of cooperation with each of the successive electromagnets from the first set, moreover it comprises a unit for generating and supplying voltage pulses to the electromagnets acting on permanent magnets causing rotation of the rotor about the axis, characterized in that the second set of electromagnets (9) is mounted is on the stator (5) in equilateral positions around the axis, while the second set of permanent magnets (10) is mounted on the rotor (1) in equilateral positions around the axis, and during the rotation of the rotor (1) each permanent magnet (10) of the second set is located successively in p co-operation with each successive electromagnet (9) of the second set, the first sets of electromagnets (3) and permanent magnets (7) being spaced from the second sets of electromagnets (9) and permanent magnets (10), and the number of permanent magnets (7) either (10) in each set is the same but differs by an odd number from the number of electromagnets (3) or (9) in each set, and moreover, the unit for generating and supplying voltage pulses (15) is connected to the electromagnets (9) of the second set by their output of pulses of opposite polarity to the pulses fed to the electromagnets (3) of the first set, the poles of the permanent magnets (7) of the first set are reversed with respect to the poles of the permanent magnets (10) of the second set to cause rotation in the same direction, and the electromagnets (3) of the first set are equiangularly shifted in relation to the electromagnets (9) of the second set, moreover, each winding of the electromagnet (3), (9) it and the second set of electromagnets is connected to a voltage pulse generator and supply unit (15) which includes switching means (SW2, SW3, SW6, SW7, SW10, SW11) for supplying the current generated by the decaying field of each of the solenoids (3) or (9). ) of each set to the corresponding solenoids (9) or (3) of the other sets of solenoids.

2. The engine according to claim The method of claim 1, characterized in that the number of permanent magnets (7) or (10) of each set is smaller than the number of electromagnets (3) or (9) of each set by one.

3. The engine according to claim The method of claim 2, wherein the first and second sets are axially disposed.

4. The engine according to claim A device according to claim 1, characterized in that the voltage pulse generator and supply unit (15) comprises a microprocessor (M) connected to switching means controlling the voltage pulses and transmitting the current.

5. The engine according to claim A process as claimed in claim 4, characterized in that the switching means are semiconductor devices,

6. The engine according to claim The method of claim 3, characterized in that the first set of electromagnets (3) is connected to the DC voltage source and the second set of electromagnets (9) are connected to the DC voltage source of the same value but opposite polarity.

7. The engine according to claim 3. The method of claim 1, characterized in that each electromagnet (3) or (9) of one set is connected via switching means (SW2, SW3, SW6, SW7, SW10, SW11) to the electromagnet (9) or (3) of the second set, which is adjacent angularly to each solenoid (3) or (9).

8. The engine according to claim 4. The process of claim 4, characterized in that the microprocessor (M) comprises means for regulating the duration of the voltage pulses.

9. The engine according to p. The device as claimed in claim 1, characterized in that the unit for generating and supplying voltage pulses (15) comprises sensors (16, 17) locating the mutual position between the permanent magnets (10, 7) and the electromagnets (9, 3) for synchronizing the voltage pulses.

166 532 3

10. The engine according to claim The method of claim 9, characterized in that the positioning sensors (16, 17) comprise a "Hall effect device."

11. The engine according to claim The position of claim 9, characterized in that the positioning sensors (16, 17) comprise a photocell.

12. The engine according to p. The method of claim 9, characterized in that the voltage pulse generator and supply unit (15) comprises voltage pulse shaping means.