PL168820B1

PL168820B1 - Electric motor in particular for propelling vehicles

Info

Publication number: PL168820B1
Application number: PL29463992A
Authority: PL
Inventors: Adam Kolak
Original assignee: Adam Kolak
Priority date: 1992-05-20
Filing date: 1992-05-20
Publication date: 1996-04-30
Also published as: PL294639A1

Abstract

1. Silnik elektryczny prądu stałego 57 z magnetycznym rdzeniem wirnika, zwłaszcza do napędu pojazdów, znamienny tym, że posiada rdzeń wirnika wykonany z segmentów (13) złożonych z pakietu blach elektrotechnicznych posiadających stopkę (5) do utwierdzania w piaście (2) i oparcia boczne (7) do klinowania uzwojenia (9) wirnika za pomocą płytek izolacyjnych (6), przy czym segmenty (13) rozstawione symetrycznie w pewnych odstępach na obwodzie piasty (2) i zespolone z nią trwale tworzą szczeliny, które są odpowiednikami żłobków, w które układa się boki uzwojenia (9) wirnika, a segmenty (13) wraz z piastą (2) stanowią wirnik, który osadzony na wale (1) pracuje pomiędzy magnesami (3) stojana obustronnie.1. DC electric motor 57 with a magnetic rotor core, especially for vehicle propulsion, characterized by that it has a rotor core made of segments (13) consisting of a package of sheets electrical equipment with a foot (5) for locking in the hub (2) and in the backrest side (7) for wedging the winding (9) rotor with insulating plates (6), the segments (13) symmetrically spaced at intervals around the circumference hubs (2) and permanently joined to it form slots that are equivalent to nurseries, in which the sides of the winding are placed (9) rotor, and the segments (13) with the hub (2) are the rotor mounted on the shaft (1) works between the stator magnets (3) mutually.

Description

Wytwarzane dotychczas silniki elektryczne z magnetycznym rdzeniem wirnika posiadają ciężkie wirniki wykonane z pakietu blach elektrotechnicznych, na obwodzie wirnika wykrojone są żłobki, w które wkłada się uzwojenie i cały pakiet wprasowany jest na wał silnika.Electric motors with a magnetic rotor core produced so far have heavy rotors made of a package of electrical sheets, on the circumference of the rotor there are slots into which the winding is inserted and the whole package is pressed onto the motor shaft.

Konstrukcja takiego wirnika odznacza się wyjątkowo dużą masą, która decyduje o właściwościach dynamicznych, sprawności i wskaźniku masowym silnika. Problem ten zaznacza się szczególnie ostro w przypadku stosowania silnika do napędu urządzeń, w których występują częste rozruchy i zatrzymania tych urządzeń, tracona jest energia i rosną straty cieplne. W przypadku stosowania silnika do napędu pojazdów zasilanych z baterii akumulatorów, obniża się dynamika i zasięg takiego pojazdu.The design of such a rotor is characterized by an exceptionally large mass, which determines the dynamic properties, efficiency and mass index of the engine. This problem is particularly acute when the motor is used to drive devices in which there are frequent starts and stops of these devices, energy is lost and heat losses increase. When the engine is used to propel vehicles powered by batteries, the dynamics and range of such a vehicle is reduced.

Znane są konstrukcje silników elektrycznych, w których wirniki nie mają w ogóle rdzenia magnetycznego, do nich zalicza się konstrukcje typu disk mające wirniki tarczowe z naniesionym uzwojeniem drukowanym i konstrukcje pancak, w którym uzwojenie wirnika zatopione jest w żywicy. Obie te konstrukcje cechuje bardzo mały wskaźnik masowy i mały moment bezwładności nie osiągalny w żadnych innych konstrukcjach, lecz z powodów zjawisk cieplnych budowane są tylko na niewielkie moce.Electric motor designs in which the rotors have no magnetic core at all are known, including disk designs having disc rotors with printed windings applied to them, and pancak designs in which the rotor winding is embedded in resin. Both of these structures are characterized by a very small mass index and a small moment of inertia, not achievable in any other structures, but due to thermal phenomena they are built only for low powers.

Znane są też silniki zbliżone konstrukcyjnie do rozwiązania będącego przedmiotem zgłoszenia, a objętych dokumentami patentowymi jak: DE nr 3217283 i DE 3510228.There are also known engines that are structurally similar to the solution that is the subject of the application, and covered by patent documents such as: DE No. 3217283 and DE 3510228.

W rozwiązaniu DE nr 3217283 stanowiącym silnik tarczowy prądu stałego, wirnik wykonany jest w postaci tarczy nośnej z wytłoczeniami na uzwojenia w formie krążków, takieIn the DE 3217283 solution, which is a DC disk motor, the rotor is made in the form of a support disk with embossings for the windings in the form of discs, such

168 820 rozwiązanie cechuje znikome wykorzystanie powierzchni wirnika i niekorzystny wskaźnik mocy. Prostota tego rozwiązania pozwala na budowę silnika o niewielkiej mocy.The 168 820 solution is characterized by a negligible use of the rotor surface and an unfavorable power ratio. The simplicity of this solution allows for the construction of a low-power engine.

W rozwiązaniu DE nr 3510228 stanowiącym silnik synchroniczny prądu zmiennego, wirnik wykonany jest w formie pełnej tarczy nośnej, w którą wkomponowane są elementy z magnesów trwałych, dla których tarcza wirnika jest konstrukcją nośną. Rozwiązanie według projektu nie posiada tej cechy.In the solution DE No. 3510228, which is an alternating current synchronous motor, the rotor is made in the form of a full support disc, in which elements made of permanent magnets are incorporated, for which the rotor disc is a support structure. The solution by design does not have this feature.

Celem wynalazku było opracowanie silnika prądu stałego odznaczającego sie małym momentem bezwładności wirnika i zdolnego do trwałych przeciążeń.The aim of the invention was to develop a DC motor with a low rotor moment of inertia and capable of permanent overloads.

Istotą wynalazku jest rdzeń magnetyczny wirnika wykonany w postaci segmentów z zachowaniem charakteru konstrukcji nośnej rdzenia dla uzwojeń wirnika. Rdzeń magnetyczny wirnika wykonany z segmentów, złożonych z pakietu blach elektrotechnicznych posiadających stopkę do utwierdzania w piaście i oparcia boczne do klinowania uzwojeń wirnika przy pomocy płytek, segmenty rozstawione symetrycznie w pewnych odstępach na obwodzie piasty i zespolone z nią trwale tworzą szczeliny, które są odpowiednikami żłobków, w szczeliny te układa się boki uzwojenia wirnika, segmenty wraz z piastą tworzą wirnik, który osadzony na wale pracuje pomiędzy magnesami stojana obustronnie.The essence of the invention is the rotor magnetic core made in the form of segments, maintaining the nature of the core supporting structure for the rotor windings. The rotor's magnetic core is made of segments, consisting of a package of electrical sheets with a foot for fixing in the hub and side supports for wedging the rotor windings with plates, segments symmetrically spaced at certain intervals on the circumference of the hub and permanently joined to it form gaps that are equivalent to grooves , the sides of the rotor winding are arranged in these gaps, the segments together with the hub form a rotor which, seated on the shaft, works between the stator magnets on both sides.

Taka konstrukcja wirnika charakteryzuje się małym momentem bezwładności, korzystnym wskaźnikiem masowym, odpornością na przeciążenia, zwartą budową i dobrą sprawnością. Silnik można wykonać w kilku podstawowych typach jako: szeregowy, bocznikowy, szeregowo-bocznikowy i z magnesami trwałymi oraz różniący się wykonaniem konstrukcyjnym wirnika jako: silnik tarczowy, kubkowy i bębnowy. Silniki w wykonaniu tarczowym i kubkowym odznaczają się małymi wymiarami wzdłużnymi i stosowane są tam gdzie długość silnika odgrywa znaczącą rolę. Silnik w wykonaniu bębnowym wykazuje duży moment obrotowy i korzystniejszy od poprzednich wskaźnik masowy. Uzwojenie elektryczne silnika wyznacza się i wykonuje znanym sposobem z łatwym dostępem do wszystkich segmentów wirnika.This rotor design is characterized by a low moment of inertia, favorable mass index, overload resistance, compact structure and good efficiency. The motor can be made in several basic types as: series, shunt, series-shunt and with permanent magnets, and with different rotor design as: disc, cup and drum motors. The disc and cup motors are characterized by small longitudinal dimensions and are used where the length of the motor plays a significant role. The engine in the drum design shows high torque and a more favorable mass index than the previous ones. The electric winding of the motor is defined and made in a known manner with easy access to all rotor segments.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na przykładach wykonania przedstawionych na rysunkach, gdzie fig. 1 przedstawia przekrój podłużny silnika w wykonaniu tarczowym, a fig. 2 segment rdzenia magnetycznego tego silnika; fig. 3 przedstawia przekrój podłużny silnika w wykonaniu kubkowym, a fig. 4 - segment rdzenia magnetycznego tego silnika; fig. 5 przedstawia przekrój podłużny silnika w wykonaniu bębnowym, a fig. 6 - segment rdzenia magnetycznego tego silnika.The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments shown in the drawings, where Fig. 1 shows a longitudinal section of a disk-type motor, and Fig. 2 shows a segment of the magnetic core of this motor; Fig. 3 shows a longitudinal section of a cup-shaped motor, and Fig. 4 shows a segment of the magnetic core of this motor; Fig. 5 shows a longitudinal section of a drum-type motor, and Fig. 6 shows a segment of the magnetic core of this motor.

Przykład I. Bazę konstrukcyjną silnika stanowi podzielona na dwie części jego obudowa 4, wewnątrz której umieszczone są współosiowo do wału 1 dwa pierścienie magnetyczne jarzma 8 przylegające trwale jedną stroną do każdej z połówek obudowy 4. Na jarzmie 8 rozmieszczone są do wewnątrz i na przeciw siebie bieguny 3 stojana silnika, oś podłużna biegunów 3 skierowana jest prostopadle do osi wału 1, w utworzonej przestrzeni pomiędzy biegunami 3 mieści się wirnik silnika osadzony na ułożyskowanym wale 1. Wirnik zestawiony jest konstrukcyjnie z piasty 2 i rozmieszczonych symetrycznie na obwodzie piasty 2 segmentami 13, których oś podłużna skierowana jest prostopadle do osi wału 1 silnika tworząc charakterystyczny kształt tarczy. Odstępy pomiędzy rozstawionymi na obwodzie piasty 2 segmentami 13 stanowią odpowiedniki żłobków, w których umieszcza się boki zezwojów uzwojenia 9 wirnika, zabezpieczone przed wysunięciem się poza obrys segmentu 13 płytkami klinującymi 6 utrzymującymi się w miejscu przy pomocy oparcia 7 i zagięcia 15. Na każdym segmencie wykonane są wycięcia 17 do zakotwienia w piaście, wgłębienia czołowe 14 i boczne 16 mieszczące czoła uzwojenia 9, oparcia boczne 7 i zagięcia 15 do ustalania płytek klinujących 6. W dolnej części piasty 2 osadzony jest komutator 10, po którym ślizgają się szczotki 12 osadzone w trzymadłach 11 umiejscowionych na obudowie 4 silnika.Example I. The structural base of the engine consists of its housing 4 divided into two parts, inside which two magnetic rings of the yoke 8 are placed coaxially to the shaft 1, firmly attached with one side to each of the housing halves 4. On the yoke 8 they are arranged inwards and opposite to each other. poles 3 of the stator of the motor, the longitudinal axis of the poles 3 is directed perpendicularly to the axis of the shaft 1, in the space created between the poles 3 there is a motor rotor mounted on the bearing of the shaft 1. The rotor is structurally composed of the hub 2 and arranged symmetrically on the circumference of the hub with 2 segments 13, the longitudinal axis of which is directed perpendicularly to the axis of the motor shaft 1, creating the characteristic shape of the disc. The spaces between 2 segments 13 spaced on the circumference of the hub are equivalent to the grooves in which the sides of the turns 9 of the rotor are placed, secured against slipping beyond the outline of the segment 13 by wedging plates 6 held in place by the support 7 and bends 15. On each segment, there are cutouts 17 for anchoring in the hub, front 14 and side 16 recesses for the winding faces 9, side rests 7 and bends 15 for fixing wedge plates 6. In the lower part of the hub 2 there is a commutator 10 on which brushes 12 embedded in holders slide 11 located on the housing 4 of the engine.

Przykład II. Przedmiot wynalazku przedstawiony na fig. 3 stanowi silnik kubkowy. Bazę konstrukcyjną silnika jest zewnętrzne jarzmo magnetyczne 18, o które opierają się ustalane kołnierzami pokrywy boczne 4, w pewnej odległości od osi wału 1 na pokrywie bocznej 4 umieszczone jest trwale wewnętrzne jarzmo 19 mające postać pierścienia, którego oś podłużna równoległa jest do osi wału 1 silnika. Po wewnętrznej stronie jarzma 18 i zewnętrznej stronie jarzma 19 rozstawione są na przeciw siebie bieguny 3 magnesów stojana.Example II. The subject of the invention shown in Fig. 3 is a cup motor. The structural base of the engine is the external magnetic yoke 18, on which the side covers 4 fixed with flanges rest, at a distance from the axis of the shaft 1 on the side cover 4 there is permanently an internal yoke 19 in the form of a ring, the longitudinal axis of which is parallel to the axis of the shaft 1 of the engine . On the inside of the yoke 18 and on the outside of the yoke 19, the poles 3 of the stator magnets are disposed opposite each other.

168 820168 820

Pomiędzy magnesami 3 rozstawionymi na górnym jarzmie 18 i dolnym jarzmie 19 występuje przestrzeń, w której mieszczą się segmenty 13 wirnika. Na ułożyskowanym wale 1 osadzony jest wirnik, zestawiony konstrukcyjnie z piasty 2 i rozstawionymi symetrycznie w pewnych odstępach na jej obwodzie segmentami 13, których osie podłużne skierowane są równoległe do osi wału 1, odstępy między segmentami 13 są odpowiednikami żłobków, w których mieszczą się boki zezwojów uzwojenia 9 wirnika.Between the magnets 3 arranged on the upper yoke 18 and the lower yoke 19 there is a space in which the rotor segments 13 are located. A rotor is mounted on the bearing shaft 1, structurally composed of the hub 2 and symmetrically spaced at certain intervals on its circumference with segments 13, whose longitudinal axes are directed parallel to the axis of the shaft 1, the distances between the segments 13 correspond to grooves in which the sides of the turns are located. winding 9 of the rotor.

Segmenty 13 posiadają stopkę 5 do utwierdzania w piaście 2, wycięcia boczne 16 i czołowe 14 mieszczące czoła uzwojenia 9, oparcia boczne 7 do klinowania uzwojenia za pomocą płytek 6 i zagięcia 15 do ustalania płytek 6 przed wysunięciem się poza długość segmentu 13. Piasta 2 razem z utwierdzonymi w niej segmentami 13 tworzy wirnik silnika o charakterystycznym kształcie kubka. W dolnej części piasty 2 osadzony jest na trwale komutator 10, po którym ślizgają się szczotki 12 ustalone w trzymadłach 11 na obudowie 4 silnika.The segments 13 have a foot 5 for locking in the hub 2, side 16 and front cutouts 14 for housing the winding 9 faces, side abutments 7 for wedging the winding with the plates 6 and bends 15 for fixing the plates 6 before extending beyond the length of the segment 13. Hub 2 together with the segments 13 fixed therein, it forms a motor rotor with a characteristic cup shape. In the lower part of the hub 2, a commutator 10 is permanently mounted on which the brushes 12 fixed in the holders 11 on the motor housing 4 slide.

Przykład III. Przedmiot wynalazku przedstawiony na fig. 5 stanowi silnik bębnowy. Bazą konstrukcyjną silnika jest zewnętrzne jarzmo magnetyczne 18, o które opierają się kołnierzami centrującymi pokrywy boczne 4. W pewnej odległości od środka osi, na pokrywach bocznych 4 umieszczone są trwale wewnętrzne jarzma 19 w postaci pierścieni skierowanych do wnętrza silnika, oś podłużna pierścieni równoległa jest do osi wału 1 silnika. Na wewnętrznej stronie jarzma 18 i na zewnętrznej stronie dolnych jarzm 19 rozstawione są na przeciw siebie bieguny 3 stojana silnika, pomiędzy biegunami 3 rozstawionymi na jarzmach 18 i 19 w kierunku wzdłuż promienia i na jarzmach 19 w kierunku osiowym występuje wolna przestrzeń, w której obracają się segmenty 13 rdzenia wirnika Osadzony na wale 1 wirnik zestawiony jest konstrukcyjnie z piasty 2 i rozstawionymi symetrycznie w pewnych odstępach na obwodzie piasty 2 segmentami 13, których osie podłużne skierowane są równolegle do osi wału 1, mają stopy 5 do utwierdzania w piaście 2 w połowie długości segmentu 13 i skierowane w stronę czoła piasty 2. Odstępy pomiędzy segmentami 13 stanowią odpowiedniki żłobków, w których umieszcza się boki zezwojów uzwojenia 9 wirnika zabezpieczonych przed wysunięciem się poza obrys segmentu 13 płytkami 6 ustalanymi w miejscu za pomocą oparcia 7 i zagięcia 15. Na segmentach 13 rdzenia wykonane są dwa wgłębienia czołowe 14, w których mieszczą się czoła uzwojenia 9, oparcia boczne 7, zagięcia 15 do ustalania płytek 6 i wycięcia 17 w stopce 5 kotwiące segment 13 w piaście 2. Wirnik tego silnika ma charakterystyczny kształt bębna.Example III. The subject matter of the invention shown in Fig. 5 is a drum motor. The structural basis of the engine is the outer magnetic yoke 18, on which the side covers 4 rest on centering flanges. At a certain distance from the center of the axis, on the side covers 4 there are permanently placed inner yokes 19 in the form of rings facing the inside of the engine, the longitudinal axis of the rings is parallel to shaft axis 1 of the motor. On the inner side of the yoke 18 and on the outer side of the lower yokes 19, the poles 3 of the stator of the motor are spaced opposite each other, between the poles 3 spaced on the yokes 18 and 19 along the radius and on the yokes 19 in the axial direction there is a free space in which they rotate segments 13 of the rotor core Built on the shaft 1, the rotor is structurally set up from the hub 2 and symmetrically spaced at certain intervals on the circumference of the hub with 2 segments 13, whose longitudinal axes are directed parallel to the shaft 1 axis, have feet 5 for fastening in the hub 2 halfway along its length of the segment 13 and directed towards the front of the hub 2. The gaps between the segments 13 are equivalent to the slots in which the sides of the winding 9 of the rotor are placed, secured against slipping beyond the outline of the segment 13 by plates 6 fixed in place by the support 7 and bend 15. On the segments 13 of the core, two face recesses 14 are provided into which the toes u warps 9, side rests 7, folds 15 for retaining plates 6 and notches 17 in foot 5 anchoring the segment 13 in the hub 2. The rotor of this motor has the characteristic shape of a drum.

W dolnej części piasty 2 osadzony jest trwale komutator 10, po którym ślizgają się szczotki 12 osadzone w trzymadłach 11 mieszczących się na obudowie 4 silnika.In the lower part of the hub 2, a commutator 10 is permanently mounted, on which the brushes 12 mounted in holders 11 located on the motor housing 4 slide.

Claims

1. A DC electric motor with a magnetic rotor core, especially for vehicle propulsion, characterized in that it has a rotor core made of segments (13) composed of a package of electrical sheets having a foot (5) for fixing in the hub (2) and side rests ( 7) for wedging the rotor winding (9) by means of insulating plates (6), with the segments (13) spaced symmetrically at certain intervals on the circumference of the hub (2) and permanently joined to it, creating slots that are equivalent to slots in which it places the sides of the rotor winding (9), and the segments (13) together with the hub (2) constitute the rotor, which, mounted on the shaft (1), works between the stator magnets (3) on both sides.

2. The electric motor according to claim 1 The rotor as claimed in claim 1, characterized in that the segments (13) of the rotor magnetic core are arranged on the circumference of the hub (2) in such a way that the longitudinal axis of the segment (13) and the foot (5) are perpendicular to the axis of the motor shaft (1) and form a characteristic shape of the dial.

3. The electric motor according to claim 1 The rotor as claimed in claim 1, characterized in that the segments (13) of the rotor's magnetic core are arranged on the circumference of the hub (2) in such a way that the longitudinal axis of the segment (13) is directed parallel to the shaft axis (1), and the feet (5) securing the segments ( 13) in the hub (2) are directed towards the lateral upper part of the hub (2) and form a characteristic cup shape.

4. The electric motor according to claim 1 The rotor as claimed in claim 1, characterized in that the magnetic core segments (13) of the rotor are arranged on the circumference of the hub (2) in such a way that they are directed towards the longitudinal axis of the segment (13) parallel to the shaft axis (1), have feet (5) for mounting in the hubs (2) in the middle of the segment (13) length directed perpendicular to the shaft axis (1) create the characteristic shape of the drum.