PL233250B1

PL233250B1 - BLCLDC SH Brushless Commutatorless Direct Current Motor

Info

Publication number: PL233250B1
Application number: PL422805A
Authority: PL
Inventors: Joanna Paulina Sobolewska; Natalia Julia Sobolewska; Marek Juliusz Sobolewski; Michał Amadeusz Sobolewski; Dariusz Stanisław Sobolewski
Original assignee: Joanna Paulina Sobolewska; Natalia Julia Sobolewska; Sobolewski Dariusz Stanislaw; Marek Juliusz Sobolewski; Sobolewski Michal Amadeusz
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2019-09-30
Also published as: PL422805A1

Abstract

Bezkomutatorowy silnik elektryczny prądu stałego BLCLDC SH zbudowany z wału (O1) mocowanego za pomocą łożysk (R1) i (R2) do elementów stojana (St1) i (St7), które mocowane są do korpusu stojana (St2), (St6) wykonanego z ferromagnetyka miękkiego połączeniem mechanicznym, charakteryzuje się tym, że do osadzonego na wale (O1) pierścienia wykonanego z ferromagnetyka miękkiego przymocowano serie magnesów trwałych namagnesowanych promieniowo, natomiast korpus stojana (St2) połączono mechanicznie z pierścieniem (St3) wykonanym z materiałów nieferromagnetycznych posiadającym otwory w ścianach bocznych, a korpus stojana (St6) połączono mechanicznie z pierścieniem (St5) wykonanym z materiałów nieferromagnetycznych posiadającym otwory w ścianach bocznych, do których to pierścieni (St3) i (St5) mocuje się mechanicznie korpus stojana (St4) wykonany z materiałów ferromagnetycznie miękkich, do którego mocuje się mechanicznie elementy stojana wykonane z materiałów nieferromagnetycznych, w których żłobkach osadzono odizolowane od siebie elektrycznie i od elementów stojana płaskowniki wykonane z materiałów ferromagnetycznie miękkich poprzekładane płaskownikami wykonanymi z miedzi pokrytej izolacją elektryczną, które to płaskowniki połączone są z magnesami trwałymi namagnesowanymi promieniowo za pośrednictwem podkładek nieferromagnetycznych będących izolatorami elektrycznymi, a które to magnesy osadzone są na wewnętrznej powierzchni elementu stojana (St4), przy czym zwroty namagnesowania dla serii magnesów są przeciwne do zwrotu namagnesowania dla serii magnesów, a które to płaskowniki wraz z płaskownikami mocowane są do pierścieni stojana (St3) i (St5) za pośrednictwem połączonych z nimi mechanicznie pierścieni (P2) i (P3) wykonanych z materiałów nieferromagnetycznych odizolowanych elektrycznie od płaskowników, a który to korpus stojana (St4) jest połączony mechanicznie bez szczeliny powietrznej z elementami stojana (St2) i (St6) naprzemiennie za pośrednictwem prętów, które wykonane są z materiałów ferromagnetycznie miękkich, na których nawinięto uzwojenia przewodem miedzianym w izolacji.Non-commutator BLCLDC SH electric motor made of a shaft (O1) mounted with bearings (R1) and (R2) to the stator elements (St1) and (St7), which are mounted to the stator body (St2), (St6) made of The mechanical connection of soft ferromagnetic material is characterized by the fact that a series of radially magnetized permanent magnets are attached to the ring (O1) mounted on the shaft (O1), while the stator body (St2) is mechanically connected to the ring (St3) made of non-ferromagnetic materials with holes in the walls and the stator body (St6) is mechanically connected to the ring (St5) made of non-ferromagnetic materials with openings in the side walls, to which rings (St3) and (St5) the stator body (St4) made of soft ferromagnetic materials is mechanically fastened, to which stator elements made of non-ferromagnetic materials are mechanically fastened, in whose grooves flat bars made of ferromagnetic soft materials, electrically isolated from each other and from stator elements, are embedded, interspersed with flat bars made of copper covered with electrical insulation, which flat bars are connected to permanent magnets radially magnetized by through non-ferromagnetic washers which are electrical insulators, and which magnets are mounted on the inner surface of the stator element (St4), where the magnetization directions for a series of magnets are opposite to the magnetization directions for a series of magnets, and which flat bars together with flat bars are attached to the stator rings (St3) and (St5) through rings (P2) and (P3) mechanically connected to them, made of non-ferromagnetic materials, electrically insulated from flat bars, and which stator body (St4) is mechanically connected without an air gap with stator elements (St2) and (St6) alternately through rods made of soft ferromagnetic materials, on which windings are wound with an insulated copper wire.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest maszyna elektryczna prądu stałego.The subject of the invention is a DC electric machine.

Obecny stan techniki, to zgłoszenie patentowe pt. „Bezkomutatorowy silnik elektryczny prądu stałego” zarejestrowane w Urzędzie Patentowym RP pod numerem P.420537, którego autorami są autorzy niniejszego zgłoszenia patentowego.The current state of the art is a patent application entitled "Commutatorless DC electric motor" registered in the Patent Office of the Republic of Poland under the number P.420537, the authors of which are the authors of this patent application.

Zgłoszenie patentowe P.420537 ujawnia konstrukcję bezkomutatorowych silników elektrycznych prądu stałego charakteryzujących się tym, że nie wymagają stosowania komutatorów elektronicznych i falowników. Silniki tego typu można skalować poprzez zmianę grubości płytek Fei, będących jednocześnie elementami obwodów magnetycznych i elektrycznych.Patent application P.420537 discloses the design of commutatorless DC electric motors characterized in that they do not require the use of electronic commutators and inverters. Motors of this type can be scaled by changing the thickness of Fei plates, which are also elements of magnetic and electric circuits.

Bezkomutatorowy silnik elektryczny prądu stałego według wynalazku, charakteryzuje się tym, że zbudowany jest z wału mocowanego za pomocą łożysk do elementów stojana, które mocowane są do korpusu stojana wykonanego z ferromagnetyka miękkiego połączeniem mechanicznym, a do osadzonego na wale pierścienia wykonanego z ferromagnetyka miękkiego są przymocowane serie magnesów trwałych namagnesowanych promieniowo, natomiast korpus stojana połączono mechanicznie z pierścieniem wykonanym z materiałów nieferromagnetycznych posiadającym otwory w ścianach bocznych, a korpus stojana połączono mechanicznie z pierścieniem wykonanym z materiałów nieferromagnetycznych posiadającym otwory w ścianach bocznych, do których to pierścieni mocuje się mechanicznie korpus stojana wykonany z materiałów ferromagnetycznie miękkich, do którego mocuje się mechanicznie elementy stojana wykonane z materiałów nieferromagnetycznych, w których żłobkach są osadzone odizolowane od siebie elektrycznie i od elementów stojana płaskowniki wykonane z materiałów ferromagnetycznie miękkich poprzekładane płaskownikami wykonanymi z miedzi pokrytej izolacją elektryczną, które to płaskowniki połączone są z magnesami trwałymi namagnesowanymi promieniowo za pośrednictwem podkładek nieferromagnetycznych będących izolatorami elektrycznymi, a które to magnesy są osadzone na wewnętrznej powierzchni elementu stojana, przy czym zwroty namagnesowania dla serii magnesów mocowanych do stojana są przeciwne do zwrotu namagnesowania dla serii magnesów mocowanych do wirnika, a które to płaskowniki wykonane z materiałów ferromagnetycznie miękkich wraz z płaskownikami wykonanymi z miedzi mocowane są do pierścieni stojana za pośrednictwem połączonych z nimi mechanicznie pierścieni wykonanych z materiałów nieferromagnetycznych odizolowanych elektrycznie od płaskowników wykonanych z materiałów ferromagnetycznie miękkich, a który to korpus stojana jest połączony mechanicznie bez szczeliny powietrznej z elementami stojana naprzemiennie za pośrednictwem prętów, które wykonane są z materiałów ferromagnetycznie miękkich, na których nawinięto uzwojenia przewodem miedzianym w izolacji.The commutatorless DC electric motor according to the invention is characterized by the fact that it is made of a shaft mounted with bearings to the stator elements, which are attached to the stator body made of soft ferromagnetic with a mechanical connection, and to a ring made of soft ferromagnetic mounted on the shaft a series of radially magnetized permanent magnets, while the stator body is mechanically connected to a ring made of non-ferromagnetic materials with holes in the side walls, and the stator body is mechanically connected to a ring made of non-ferromagnetic materials with holes in the side walls, to which the stator body is mechanically attached made of ferromagnetic soft materials, to which mechanically fastened stator elements made of non-ferromagnetic materials, in which slots are embedded electrically insulated from each other and from the stator elements flat bars made of ferromagnetic soft materials interspersed with flat bars made of copper covered with electrical insulation, which flat bars are connected with radially magnetized permanent magnets via non-ferromagnetic washers being electrical insulators, and which magnets are embedded on the inner surface of the stator element, the magnetization returns for the series of magnets mounted to the stator are opposite to the magnetization of the series of magnets mounted to the rotor, and which flat bars made of ferromagnetic soft materials together with flat bars made of copper are attached to the stator rings through mechanically connected rings made of electrically insulated non-ferromagnetic materials from flat bars made of ferromagnetic soft materials, and which stator body is mechanically connected with the stator elements alternately without an air gap by means of rods made of ferromagnetic soft materials, on which the windings are wound with an insulated copper wire.

Bezkomutatorowy silnik elektryczny prądu stałego według wynalazku, charakteryzuje się tym, że wszystkie elementy mocowane na wale silnika są wykonane z materiałów ferromagnetycznie miękkich.The commutatorless DC electric motor according to the invention is characterized in that all elements mounted on the motor shaft are made of ferromagnetic soft materials.

Bezkomutatorowy silnik elektryczny prądu stałego według wynalazku, charakteryzuje się tym, że płaskowniki wykonane z miedzi łączone są szeregowo z uzwojeniami, które są nawinięte przewodem miedzianym w izolacji na prętach wykonanych z materiałów ferromagnetycznie miękkich łączących elementy stojana, poprzez podłączone do płaskowników przewody miedziane w izolacji.The commutatorless DC electric motor according to the invention is characterized by the fact that copper flat bars are connected in series with the windings, which are wound with a copper wire in insulation on rods made of ferromagnetic soft materials connecting the stator elements, through copper insulated wires connected to the flat bars.

Bezkomutatorowy silnik elektryczny prądu stałego według wynalazku, charakteryzuje się tym, że płaskowniki wykonane z materiałów ferromagnetycznie miękkich oraz płaskowniki wykonane z miedzi chłodzone są cieczą przepływającą przez wężyk teflonowy nawinięty na nie osiowo.The commutatorless DC electric motor according to the invention is characterized by the fact that flat bars made of ferromagnetic soft materials and flat bars made of copper are cooled by a liquid flowing through a Teflon tube wound on them axially.

Rozwiązanie ma na celu optymalizację silników, poprzez zwiększenie momentu siły działającego na wirnik oraz wyeliminowanie połączeń elektrycznych ferromagnetyka miękkiego z miedzią elektrolityczną.The solution aims to optimize the motors by increasing the torque acting on the rotor and eliminating the electrical connections between soft ferromagnetic and electrolytic copper.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest uwidoczniony na rysunkach, na których przedstawiamy:The subject of the invention in the exemplary embodiments is shown in the drawings, in which we present:

Fig. 1-3 Rzuty bezkomutatorowego silnika elektrycznego,Fig. 1-3 Views of the commutatorless electric motor,

Fig. 4-6 Rzuty wirnika bezkomutatorowego silnika elektrycznego,Fig. 4-6 Views of the rotor of a commutatorless electric motor,

Fig. 7-9 Rzuty elementów Mi1, ..., Mi18, Fe1, ..., Fe54, Sh1, ..., Sh36, O1, P1 i St4 bezkomutatorowego silnika elektrycznego,Fig. 7-9 Views of the elements Mi1, ..., Mi18, Fe1, ..., Fe54, Sh1, ..., Sh36, O1, P1 and St4 of the commutatorless electric motor,

Fig. 10-12 Rzuty elementów stojana Sti1, ..., Sti18 elementów stojana silnika,Fig. 10-12 Views of the stator elements Sti1, ..., Sti18 of the stator elements of the motor,

Fig. 13-15 Rzuty pierścienia P3 mocującego z jednej strony płaskowniki Fel, ..., Fe54 i Sh1, ..., Sh36 do elementu korpusu stojana St5,Fig. 13-15 Views of the P3 ring fastening the flat bars Fel, ..., Fe54 and Sh1, ..., Sh36 to the stator body element St5 on one side,

Fig. 16 Schemat elektryczny zasilania szeregowego silnika,Fig. 16 Electrical diagram of the series power supply of the motor,

Fig. 17 Przekrój stosu jednej z sekcji płaskowników Fel, ..., Fe54 i Sh1, ..., Sh36.Fig. 17 A cross-section of a stack of one of the sections of flat bars Fel, ..., Fe54 and Sh1, ..., Sh36.

PL 233 250 B1PL 233 250 B1

Na rysunkach fig. 1-3 przedstawiono rzuty bezkomutatorowego silnika prądu stałego, na którym uwidoczniono korpus stojana zbudowany z elementów St2, St3, St3, St4, St5 i St6, które są połączone ze sobą mechanicznie za pomocą na przykład połączeń wielowpustowych i skręcane śrubami, co nie zostało pokazane na rysunkach.Figures 1-3 show projections of a commutatorless DC motor showing the stator body made of St2, St3, St3, St4, St5 and St6, which are mechanically connected to each other by means of, for example, spline connections and screwed together, which is not shown in the figures.

Elementy korpusu stojana St2 i St6 mają kształt pierścieni i wykonane są z ferromagnetyka miękkiego - fig. 13. Elementy St2 i St6 mogą być wykonane z odizolowanych od siebie elektrycznie i sprasowanych ze sobą blach elektrotechnicznych.The elements of the stator body St2 and St6 have the shape of rings and are made of soft ferromagnetic - Fig. 13. The elements St2 and St6 can be made of electrically insulated and pressed together electrical sheets.

Do elementów korpusu stojana St2 i St6 połączone są mechanicznie za pomocą na przykład śrub pierścienie odpowiednio St1 i St7 wykonane z materiałów nieferromagnetycznych np. z aluminium fig. 1-3. W otworach pierścieni St1 i St7 są osadzone łożyska R1 i R2, które mocują do stojana wał silnika O1 wykonany z materiałów ferromagnetycznych bądź nieferromagnetycznych np. ze stali konstrukcyjnej - fig. 1-3.To the elements of the stator body St2 and St6, rings St1 and St7, respectively, made of non-ferromagnetic materials, e.g. aluminum, Figs. 1-3, are mechanically connected by means of e.g. screws. In the holes of the rings St1 and St7 there are mounted bearings R1 and R2, which fix the motor shaft O1 to the stator, made of ferromagnetic or non-ferromagnetic materials, e.g. structural steel - fig. 1-3.

Pierścienie St3 i St5 wykonane są z materiałów nieferromagnetycznych np. z aluminium - fig. 1-3. W ścianach bocznych pierścieni St3 i St5 nawiercono otwory, przez które wyprowadza się przewody elektryczne w izolacji (nie zaznaczono ich na rysunkach tylko na schemacie fig. 16) wykonane z miedzi łączące płaskowniki Sh1, ..., Sh36 wykonane również z miedzi z uzwojeniami Cul, ..., Cu36 nawiniętymi przewodem miedzianym w izolacji na prętach FeP1, ..., FeP18 wykonanymi z ferromagnetyka miękkiegoThe rings St3 and St5 are made of non-ferromagnetic materials, e.g. aluminum - fig. 1-3. In the side walls of the St3 and St5 rings, holes are drilled through which electric wires in insulation are led (they are not marked in the drawings, only in Fig. 16) made of copper, connecting flat bars Sh1, ..., Sh36 also made of copper with Cul windings , ..., Cu36, wound with copper wire in insulation on FeP1, ..., FeP18 rods made of soft ferromagnetic

- fig. 1-3 i fig. 10-12.- figures 1-3 and figures 10-12.

Przewody miedziane w izolacji wyprowadzane przez otwory w pierścieniach St3 i St5 powinny być ekranowane magnetycznie w obszarze przejścia przez pierścień (fig. 1-3) poprzez umieszczenie na nich pierścieni wykonanych z ferromagnetyka miękkiego, co nie zostało pokazane na rysunkach.Insulated copper conductors led through the holes in the rings St3 and St5 should be magnetically shielded in the area of the passage through the ring (Fig. 1-3) by placing on them rings made of soft ferromagnetic, which is not shown in the figures.

Element korpusu stojana St4 jest wykonany z ferromagnetyka miękkiego np. z czystego żelaza bądź ze sprasowanych i odizolowanych od siebie blach elektrotechnicznych - fig. 1-3, fig. 7-9.The stator casing element St4 is made of soft ferromagnetic, e.g. pure iron, or from pressed and insulated electrical sheets - fig. 1-3, fig. 7-9.

We wnętrzu korpusu stojana St4 są osadzone elementy stojana Sti1, ..., Sti18, które są połączone mechanicznie (połączenie mechaniczne nie zostało pokazane na rysunkach, ponieważ jest to powszechnie znane rozwiązanie) z elementem St4 na przykład za pomocą połączenia wielowpustowegoInside the stator body St4, the stator elements Sti1, ..., Sti18 are mounted, which are mechanically connected (the mechanical connection has not been shown in the drawings as it is a commonly known solution) with the element St4, for example by means of a spline connection

- fig. 1-3 i fig. 10-12.- figures 1-3 and figures 10-12.

Elementy stojana Sti1, ..., Sti18 są wykonane z materiałów nieferromagnetycznych np. z tworzywa sztucznego - fig. 10-12.The stator elements Sti1, ..., Sti18 are made of non-ferromagnetic materials, e.g. plastic - fig. 10-12.

W żłobkach powstałych po osadzeniu elementów Sti1, ..., Sti18 w korpusie stojana St4 osadza się magnesy trwałe Mi1, ..., Mi18 namagnesowane promieniowo - fig. 1-3, fig. 7-9. Zwrot wektora magnetyzacji magnesów trwałych jest zaznaczony na rysunku fig. 7-9 dla trzech kolejnych magnesów Mi15, ..., Mi17 strzałkami oznaczonymi Md15, ..., Md17. Pozostałe magnesy Mi1, ..., Mi18 namagnesowane są w ten sam sposób - zwrot wektora magnetyzacji do środka.Permanent magnets Mi1, ..., Mi18 radially magnetized - Figs. 1-3, Figs. 7-9 are mounted in the slots formed after embedding the elements Sti1, ..., Sti18 in the stator body St4. The sense of the magnetization vector of permanent magnets is indicated in Figs. 7-9 for three consecutive magnets Mi15, ..., Mi17 by arrows labeled Md15, ..., Md17. The other magnets Mi1, ..., Mi18 are magnetized in the same way - the turning of the magnetization vector inwards.

Pierścień P4 jest uformowany z wycinków pierścieniowych magnesów trwałych namagnesowanych promieniowo o zwrocie wektora magnetyzacji do środka pierścienia - przeciwnie do magnesów Mfi i Mbi. W innym przykładzie realizacji pierścień P4 jest wykonany z ferromagnetyka miękkiego i mocowany mechanicznie za pomocą połączeń wpustowych z pierścieniem P1 bądź sam pierścień P1 zwiększa swoją średnicę w obszarze pierścienia P4 zwiększając swoją średnicę zewnętrzną do średnicy zewnętrznej pierścienia P4 - fig. 4-6.The ring P4 is formed of slices of ring permanent magnets radially magnetized with the magnetization vector oriented towards the center of the ring - opposite to the magnets Mfi and Mbi. In another embodiment, the P4 ring is made of a soft ferromagnetic and is mechanically fastened with key connections to the P1 ring, or the P1 ring itself increases its diameter in the area of the P4 ring by increasing its outer diameter to the outer diameter of the P4 ring - fig. 4-6.

W powstałych żłobkach po osadzeniu elementów Sti1, ..., Sti18 w korpusie stojana St4 osadza się również odizolowane od siebie elektrycznie płaskowniki Fe1, ..., Fe54 wykonane z materiału ferromagnetycznie miękkiego poprzekładane odizolowanymi od siebie płaskownikami Sh1, ..., Sh36 wykonanymi z miedzi elektrolitycznej. Izolatorami oddzielającymi płaskowniki może być np. cienka folia teflonowa - fig. 1-3, fig. 7-9 i fig. 10-12.In the resulting slots, after embedding the elements Sti1, ..., Sti18 in the stator body St4, also electrically insulated flat bars Fe1, ..., Fe54 made of a ferromagnetic soft material, interspersed with insulated flat bars Sh1, ..., Sh36 made of made of electrolytic copper. The insulators separating the flat bars can be, for example, a thin Teflon foil - Figs. 1-3, Figs. 7-9 and Figs. 10-12.

Przekrój jednej z sekcji poprzekładanych i elektrycznie odizolowanych od siebie płaskowników Fe1, ..., Fe54 i Sh1, ..., Sh36 pokazano na rysunku Fig. 17.A cross-section of one of the sections of the transverse and electrically insulated flat bars Fe1, ..., Fe54 and Sh1, ..., Sh36 is shown in Fig. 17.

Płaskowniki Fe1, ..., Fe54 łączone są z magnesami trwałymi Mi1, ..., Mi18 za pośrednictwem cienkiego izolatora elektrycznego wykonanego z materiałów nieferromagnetycznych (np. teflonu), które łączone są bez szczeliny powietrznej z korpusem stojana St4 wykonanym z materiałów ferromagnetycznie miękkich np. z blachy elektrotechnicznej.Flat bars Fe1, ..., Fe54 are connected with permanent magnets Mi1, ..., Mi18 through a thin electrical insulator made of non-ferromagnetic materials (e.g. Teflon), which are connected without an air gap with the stator body St4 made of ferromagnetic soft materials e.g. made of electrical sheet metal.

Grubość izolatora elektrycznego oddzielającego magnesy trwałe od piaskowników musi być dobrana dla każdego silnika i jest zależna od jego mocy znamionowej oraz szczeliny powietrznej pomiędzy stojanem a wirnikiem silnika.The thickness of the electrical insulator separating permanent magnets from sand traps must be selected for each motor and depends on its rated power and the air gap between the stator and the motor rotor.

W elementach stojana Sti1, ..., Sti18 wykonanych z tworzywa sztucznego o właściwościach termoizolacyjnych mogą być wyfrezowane osiowo otwory (nie zostało to pokazane na rysunkach) od stronyIn the stator elements Sti1, ..., Sti18 made of thermally insulating plastic, holes can be axially milled (not shown in the drawings) from the side of

PL 233 250 B1 płaskowników Fel, Fe54, w których to otworach można osadzić wężyki teflonowe z przepływającą przez nie cieczą chłodzącą zapewniając w ten sposób chłodzenie silnika i wykorzystanie odzyskanej w ten sposób energii cieplnej - fig. 1-3 i fig. 10-12.Pl 233 250 B1 of flat bars Fel, Fe54, in which holes can be embedded Teflon hoses with a cooling liquid flowing through them, thus cooling the engine and using the heat energy recovered in this way - Figs. 1-3 and Figs. 10-12.

Płaskowniki Fel, ..., Fe54 mogą być ze sobą skręcone za pomocą śrub przed umieszczeniem w żłobkach elementu korpusu St4 i elementów Sti1, ..., Sti18.The Fel, ..., Fe54 flat bars can be screwed together by means of screws before inserting the body element St4 and the Sti1, ..., Sti18 elements into the slots.

Każdy z płaskowników Fel, ..., Fe54 posiada na swoich końcach wcięcia umożliwiające ich mocowanie za pomocą pierścieni P2 i P3 do stojana silnika - fig. 1-3 i fig. 13-15.Each of the flat bars Fel, ..., Fe54 has indentations at their ends that enable their fastening by means of rings P2 and P3 to the stator of the motor - fig. 1-3 and fig. 13-15.

Pierścienie P2 i P3 wykonane są z materiałów nieferromagnetycznych np. z aluminium i są połączone mechanicznie za pomocą np. połączeń wielowpustowych do odpowiednio elementów korpusu stojana St3 i St5 - fig. 1-3, fig. 13-15.Rings P2 and P3 are made of non-ferromagnetic materials, e.g. aluminum, and are mechanically connected by means of e.g. splined connections to the stator body elements St3 and St5, respectively - Figs. 1-3, Figs. 13-15.

Do korpusu stojana St4 mocowane są bez szczeliny powietrznej pręty FeP1, ..., FeP18 za pomocą kołnierzy wykonanych z ferromagnetyka miękkiego (np. z czystego żelaza), które przykręca się śrubami do elementu St4 - fig. 1-3 (Na rysunkach nie zaznaczono kołnierzy mocujących).To the stator body St4, the bars FeP1, ..., FeP18 are attached without an air gap by means of flanges made of soft ferromagnetic (e.g. pure iron), which are screwed to the St4 element - fig. 1-3 (The figures do not mark mounting flanges).

Pręty FeP1, ..., FeP18 wykonane z ferromagnetyka miękkiego np. z czystego żelaza bądź z odizolowanych od siebie elektrycznie i sprasowanych ze sobą blach elektrotechnicznych - fig. 1-3.FeP1, ..., FeP18 rods made of soft ferromagnetic, e.g. pure iron or electrically insulated and pressed together electrical sheets - fig. 1-3.

Na prętach FeP1, ..., FeP18 nawinięte są uzwojenia Cu1, ..., Cu54 przewodem miedzianym w izolacji, które łączone są z odpowiednimi końcówkami płaskowników Sh1, ..., Sh36, co przedstawiono na schemacie elektrycznym - fig. 16.On the FeP1, ..., FeP18 bars, the Cu1, ..., Cu54 windings are wound with a copper wire in insulation, which are connected with the appropriate ends of the flat bars Sh1, ..., Sh36, as shown in the electrical diagram - Fig. 16.

Drugie końce prętów FeP1, ..., FeP18 łączone są bez szczeliny powietrznej naprzemiennie z elementami korpusu stojana St2 i St6 za pomocą kołnierzy wykonanych z ferromagnetyka miękkiego (kołnierze nie są przedstawione na rysunkach) - fig. 1-3.The other ends of the FeP1, ..., FeP18 rods are connected alternately with the elements of the stator body St2 and St6 without an air gap by means of flanges made of soft ferromagnetic (the flanges are not shown in the figures) - fig. 1-3.

Na rysunku fig. 4-6 przedstawiono rzuty wirnika silnika, który zbudowany jest z wału O1 mocowanego do stojana silnika za pomocą łożysk R1 i R2.Figures 4-6 show the views of the rotor of the motor, which is made of the shaft O1 fixed to the stator of the motor by the bearings R1 and R2.

Na wale silnika O1 jest osadzony za pomocą połączenia mechanicznego (np. połączenie wpustowe) pierścień P1 wykonany z ferromagnetyka miękkiego np. z czystego żelaza bądź ze sprasowanych i odizolowanych od siebie elektrycznie blach elektrotechnicznych - fig. 4-6.On the motor shaft O1, a ring P1 is mounted by means of a mechanical connection (e.g. key joint), made of soft ferromagnetic, e.g. pure iron, or electrically pressed and electrically insulated sheets - fig. 4-6.

Na pierścieniu P1 wirnika są osadzone magnesy trwałe Mf1, ..., Mf12 i Mb1, ..., Mb12 namagnesowane promieniowo w dwóch oddzielnych od siebie sekcjach - fig. 4-6.Permanent magnets Mf1, ..., Mf12 and Mb1, ..., Mb12 are mounted on the rotor ring P1, radially magnetized in two separate sections - fig. 4-6.

Sekcje magnesów trwałych Mf1, ..., Mf12 i Mb1, ..., Mb12 posiadają ten sam zwrot wektora magnetyzacji, co przedstawiono na rysunku fig. 2 tylko dla dwóch sąsiadujących ze sobą magnesów, ponieważ pozostałe wektory wyglądają podobnie - kierunek wektora pokrywa się z promieniem P1 a zwrot jest na zewnątrz wirnika silnika.The sections of permanent magnets Mf1, ..., Mf12 and Mb1, ..., Mb12 have the same sense of the magnetization vector, as shown in Fig. 2, only for two adjacent magnets, because the other vectors look similar - the vector direction coincides radius P1 and the turn is outside the rotor of the motor.

Należy podkreślić, że zwroty wektorów magnetyzacji magnesów trwałych Mi1, ..., Mi18 mocowanych do korpusu stojana St4 są przeciwne do zwrotów wektorów magnetyzacji sekcji magnesów trwałych Mf1, ..., Mf12 i Mb1, ..., Mb12, co przedstawiono na rysunkach fig. 4-6 i fig. 7-9.It should be emphasized that the returns of the magnetization vectors of the permanent magnets Mi1, ..., Mi18 attached to the stator body St4 are opposite to the returns of the magnetization vectors of the permanent magnet sections Mf1, ..., Mf12 and Mb1, ..., Mb12, as shown in the figures Figures 4-6 and Figures 7-9.

Pierścień P4 utworzony jest z wycinków pierścieniowych magnesów trwałych namagnesowanych promieniowo, których zwroty wektorów magnetyzacji magnesów trwałych pokrywają się ze zwrotami wektorów magnetyzacji magnesów trwałych Mi1, ..., Mi18. W innym przykładzie realizacji pierścień P4 wykonany jest z ferromagnetyka miękkiego i jest mocowany mechanicznie do pierścienia P1 bądź pierścień P1 zwiększa swoją średnicę zewnętrzną w obszarze pierścienia P4 do średnicy zewnętrznej pierścienia P4 - fig. 4-6.The ring P4 is made of radially magnetized ring slices of permanent magnets, whose magnetization vector directions of permanent magnets coincide with the directions of the magnetization vectors of permanent magnets Mi1, ..., Mi18. In another embodiment, the P4 ring is made of soft ferromagnetic and is mechanically fastened to the P1 ring, or the P1 ring increases its outer diameter in the area of the P4 ring to the outer diameter of the P4 ring - fig. 4-6.

Magnesy trwałe Mf1, ..., Mf12 i Mb1, ..., Mb1 mocuje się do pierścienia P1 za pomocą np. klejów epoksydowych - fig. 4-6. Podobnie mocuje się magnesy tworzące pierścień P4 - fig. 4-6.Permanent magnets Mf1, ..., Mf12 and Mb1, ..., Mb1 are attached to the ring P1 with e.g. epoxy adhesives - fig. 4-6. The magnets forming the P4 ring are attached in a similar way - fig. 4-6.

Na rysunku fig. 7-9 przedstawiono rzuty magnesów trwałych Mi1, ..., Mi18 mocowanych do korpusu stojana St4, płaskowników Fe1, ..., Fe54, wału O1, pierścienia P1 wykonanego z materiałów ferromagnetycznych i korpusu stojana St4. Rysunek fig. 7-9 ujawnia nowe rozwiązanie fragmentu obwodu magnetycznego zastosowanego w silniku, które znacząco zwiększa moment siły działający na wirnik silnika.Figures 7-9 show the views of the permanent magnets Mi1, ..., Mi18 attached to the stator body St4, flat bars Fe1, ..., Fe54, shaft O1, ring P1 made of ferromagnetic materials and the stator body St4. Figure 7-9 discloses a novel solution of a part of the magnetic circuit used in the motor, which significantly increases the torque acting on the rotor of the motor.

Magnesy trwałe Mi1, ..., Mi18 mocowane są do korpusu stojana St4 bez szczeliny powietrznej za pomocą np. klejów epoksydowych. Magnesy trwałe Mi1, ..., Mi18 są połączone z płaskownikami Fe1, ..., Fe54 wykonanymi z ferromagnetyków miękkich. Wszystkie te elementy są odizolowane od siebie elektrycznie za pomocą np. cienkiej folii teflonowej - fig. 7-9.Permanent magnets Mi1, ..., Mi18 are attached to the stator body St4 without an air gap using e.g. epoxy adhesives. Permanent magnets Mi1, ..., Mi18 are connected with flat bars Fe1, ..., Fe54 made of soft ferromagnets. All these elements are electrically insulated from each other by, for example, a thin Teflon foil - fig. 7-9.

Na rysunkach fig. 13-15 przedstawiono rzuty pierścienia P3 (wygląda tak samo jak pierścień P2), na których uwidoczniono szczeliny technologiczne zwiększające przekrój poprzeczny wyciętych otworów w kształcie prostokątów. Pierścienie P2 i P3 wykonane są z materiałów nieferromagnetycznych.Figures 13-15 show the projections of the P3 ring (it looks the same as the P2 ring), showing the technological gaps increasing the cross-section of the cut rectangular openings. Rings P2 and P3 are made of non-ferromagnetic materials.

PL 233 250 B1PL 233 250 B1

Szczeliny te służą do przeciągnięcia wężyka teflonowego z cieczą chłodzącą oplatającego osiowo płaskowniki Fel, Fe54 (wężyka nie przedstawiono na rysunkach) bądź do chłodzenia tych elementów powietrzem.These slots are used to pull the Teflon hose with the cooling liquid around the Fel, Fe54 flat bars axially (the hose is not shown in the drawings) or to cool these elements with air.

Na rysunku fig. 16 przedstawiono schemat elektryczny silnika, na którym szeregowo połączone elementy Sh1, Cul, Sh2, Cu2, Sh36, Cu36 łączone są z regulatorem przepływającego prądu w obwodzie Re, przełącznikiem i źródłem zasilania prądu stałego Src.Fig. 16 shows the electric diagram of the motor, in which the series connected elements Sh1, Cul, Sh2, Cu2, Sh36, Cu36 are connected with the regulator of the flowing current in the circuit Re, the switch and the direct current power source Src.

Regulator przepływającego prądu Re może być regulatorem impulsowym, co wyeliminuje straty związane ze spadkiem napięcia na tym elemencie. Regulator może być zbudowany przy wykorzystaniu triaków bądź tranzystorów MOSFET, co jest powszechnie znanym rozwiązaniem.The regulator of the flowing current Re can be a pulse regulator, which will eliminate the losses related to the voltage drop on this element. The regulator can be built using triacs or MOSFET transistors, which is a commonly known solution.

Regulator Re jest połączony z czujnikiem prędkości obrotowej silnika Cz i umożliwia płynną regulację prędkości obrotowej silnika.The controller Re is connected with the engine speed sensor Cz and enables smooth adjustment of the engine speed.

W bezkomutatorowym silniku prądu stałego tworzą się zamknięte obwody magnetyczne zbudowane z płaskowników Fel, Fe54 wykonanych z ferromagnetyka miękkiego, podkładki nieferromagnetycznej będącej izolatorem elektrycznym, magnesów trwałych Mil, Mi18, elementu korpusu stojana St4 wykonanego z ferromagnetyka miękkiego, prętów FeP1, FeP18 wykonanych z ferromagnetyka miękkiego, elementów korpusu stojana St2 i St6 wykonanych z ferromagnetyka miękkiego, szczelin powietrznych pomiędzy odpowiednio elementem St2 a warstwą magnesów stałych Mf1, ..., Mf12 oraz elementem St6 a warstwą magnesów stałych Mb1, ., Mb12, warstw magnesów stałych Mf1, ..., Mf12 i Mb1, ..., Mb12 namagnesowanych promieniowo, pierścienia P1 wykonanego z ferromagnetyka miękkiego, pierścienia P4, szczeliny powietrznej pomiędzy pierścieniem P4 a płaskownikami Fe1, ., Fe54.In a commutatorless DC motor, closed magnetic circuits are formed, made of Fel, Fe54 flat bars made of soft ferromagnetic, non-ferromagnetic washer being an electrical insulator, permanent magnets Mil, Mi18, stator body element St4 made of soft ferromagnetic, FeP1, FeP18 rods made of soft ferromagnetic , elements of the stator body St2 and St6 made of soft ferromagnetic, air gaps between, respectively, the element St2 and the layer of permanent magnets Mf1, ..., Mf12 and the element St6 and the layer of permanent magnets Mb1,., Mb12, layers of permanent magnets Mf1, ... , Mf12 and Mb1, ..., Mb12 radially magnetized, P1 ring made of soft ferromagnetic, P4 ring, air gap between P4 ring and Fe1 flat bars, Fe54.

Obwód magnetyczny silnika, w którym znajdują się magnesy trwałe, wymusza przepływ strumienia pola magnetycznego zorientowanego promieniowo przez płaskowniki Fe1, ., Fe54, w których szczelinach (żłobkach) umieszczone są płaskowniki Sh1, ..., Sh36, przez które płynie prąd stały w kierunku osiowym. W wyniku przepływu prądu przez elementy stojana Sh1, ..., Sh36 znajdujące się w polu magnetycznym działa na nie siła Lorentza. Momenty sił działające na poszczególne płaskowniki Sh1, ..., Sh54 mają tę samą wartość i są tego samego znaku.The magnetic circuit of the motor, in which the permanent magnets are located, forces the flow of the radially oriented magnetic field through the flat bars Fe1,., Fe54, in which slots (slots) there are flat bars Sh1, ..., Sh36, through which the direct current flows in the direction of axial. As a result of the current flow through the stator elements Sh1, ..., Sh36 located in the magnetic field, the Lorentz force acts on them. The moments of forces acting on individual flat bars Sh1, ..., Sh54 have the same value and are of the same sign.

Bezpośrednio z zastosowania trzeciej zasady dynamiki wynika, że na wirnik działa moment siły o tej samej wartości lecz przeciwnie skierowany.Directly from the application of the third law of dynamics, it follows that the rotor is subjected to a moment of force of the same value but opposite to it.

Zasilanie elementów Sh1, Sh36 wykonanych z miedzi elektrolitycznej jest pokazane na rysunku fig. 6. Przedstawione połączenie szeregowe płaskowników Sh1, ..., Sh36 wymaga wyprowadzenia przewodów miedzianych poza korpus silnika i doprowadzenie ich do przeciwnych końcówek płaskowników Sh1, ..., Sh36, dlatego w celu minimalizacji strat stosuje się uzwojenia Cu1, ..., Cu36 nawinięte na prętach FeP1, ..., FeP18 w ten sposób aby wzmocnić przepływający strumień pola magnetycznego w przedstawionych powyżej obwodach magnetycznych (mamy możliwość nawinięcia zgodnie ze wskazówkami ruchu zegara bądź przeciwnie, dlatego zawsze możemy doprowadzić do sytuacji, w której wzmacniamy przepływający strumień pola magnetycznego) - dodatkowe siły magnetomotoryczne w obwodach magnetycznych.The power supply of the elements Sh1, Sh36 made of electrolytic copper is shown in Fig. 6. The presented series connection of the flat bars Sh1, ..., Sh36 requires that the copper conductors are led outside the motor body and led to the opposite ends of the flat bars Sh1, ..., Sh36, therefore, in order to minimize losses, the Cu1, ..., Cu36 windings are wound on FeP1, ..., FeP18 rods in such a way as to strengthen the flowing magnetic field flux in the magnetic circuits presented above (we can wind it clockwise or counterclockwise) therefore we can always lead to a situation in which we amplify the flowing magnetic field flux) - additional magnetomotive forces in magnetic circuits.

Dzięki zastosowaniu szeregowego łączenia płaskowników Sh1, ..., Sh36 z uzwojeniami Cu1, ..., Cu36 można płynnie regulować napięcie i prąd znamionowy nowego typu silników elektrycznych typu.Thanks to the serial connection of Sh1, ..., Sh36 flat bars with Cu1, ..., Cu36 windings, it is possible to smoothly adjust the voltage and rated current of a new type of electric motors.

Konstrukcja silnika umożliwia zwiększenie liczby płaskowników Sh1, ..., Sh36, uzwojeń Cu1, ..., Cu36 i płaskowników Fe1, ., Fe54 nie zmieniając przy tym gabarytów silnika (zmiana przekrojów poprzecznych), co pozwala na konstrukcję silnika o zadanym napięciu i prądzie znamionowym.The design of the motor allows to increase the number of flat bars Sh1, ..., Sh36, windings Cu1, ..., Cu36 and flat bars Fe1,., Fe54 without changing the dimensions of the motor (change of cross-sections), which allows the design of the motor with a given voltage and rated current.

Możliwość bezpośredniego chłodzenia cieczą elementów grzejnych silnika Sh1, ..., Sh36 oraz Fe1, ..., Fe54 umożliwia odzyskanie wydzielanej energii cieplnej.The possibility of direct liquid cooling of the engine heating elements Sh1, ..., Sh36 and Fe1, ..., Fe54 enables the recovery of the heat energy released.

Bezkomutatorowy silnik elektryczny znajdzie zastosowanie w konstrukcjach mobilnych zasilanych bateriami akumulatorów bądź ogniwami paliwowymi jak również w kolejnictwie jako silnik trakcyjny. Silnik jest również wskazany do zastosowań w przemyśle obronnym RP z uwagi na jego odporność na silne impulsy elektromagnetyczne (brak falownika), cenę, bezawaryjność i większą gęstość mocy od obecnie znanych rozwiązań.The commutatorless electric motor will be used in mobile structures powered by batteries or fuel cells, as well as in railways as a traction motor. The motor is also recommended for use in the Polish defense industry due to its resistance to strong electromagnetic pulses (no inverter), price, failure-free operation and higher power density than currently known solutions.

Claims

Patent claims

1. Commutatorless DC electric motor made of a shaft (O1) fixed by bearings (R1) and (R2) to the stator elements (St1) and (St7), which are attached to the stator body (St2), (St6) made of soft ferromagnetic with a mechanical connection on which the shaft (O1) is mounted a ring (P1) made of soft ferromagnetic, on which ring (P1) are fixed series of permanent magnets (Mf1), (Mf12) and (Mb1), (Mb12) and (P4) radially magnetized, while the stator body (St2) is mechanically connected to a ring (St3) made of non-ferromagnetic materials having holes in the side walls, and the stator body (St6) is mechanically connected to a ring (St5) made of non-ferromagnetic materials having holes in the side walls to which the stator body (St4) made of ferromagnetic soft materials is mechanically fastened to the rings (St3) and (St5), and the stator body (St4) is mechanically connected without from the air gap with the stator elements (St2) and (St6) alternately via rods (FeP1), ..., (FeP18), which are made of ferromagnetic soft materials, on which the windings (Cu1), ..., ( Cu36) with an insulated copper wire, characterized in that the stator body (St4) is mechanically fastened to stator elements (Sti1), ..., (Sti18) made of non-ferromagnetic materials, in which slots are electrically insulated and insulated from stator (Sti1), ..., (Sti18) flat bars (Fe1), ..., (Fe54) made of ferromagnetic soft materials interspersed with flat bars (Sh1), ..., (Sh36) made of copper covered with electrical insulation, which are flat bars (Fe1), ..., (Fe54) are connected with permanent magnets (Mi1), ..., (Mi18) radially magnetized with non-ferromagnetic washers being electrical insulators, and which are the magnets (Mi1), ... , (Mi18) are mounted on the inner surface of the stator element ( St4), the magnetization terms for the series of magnets (Mi1), ..., (Mi18) are opposite to the magnetization terms for the series of magnets (Mf1), ..., (Mf12) and (Mb1), ..., ( Mb12), and which flat bars (Fe1), ..., (Fe54) with flat bars (Sh1), ..., (Sh36) are attached to the stator rings (St3) and (St5) by means of mechanically connected to them rings (P2) and (P3) made of non-ferromagnetic materials electrically insulated from flat bars (Fe1), ..., (Fe72).

2. A commutatorless DC electric motor according to claim 1. 1, characterized in that the ring (P4) is made of soft ferromagnetic.

3. A commutatorless DC electric motor according to claim 1. 2, characterized in that the ring (P4) is a unitary part of the ring (P1) which is made of ferromagnetically soft materials.

4. A commutatorless DC electric motor according to claim 1. 1, characterized in that the elements (Mf1), ..., (Mf12) are unitary parts of the ring which is made of soft ferromagnetic and the elements (Mb1), ..., (Mb12) are unitary parts of the ring which is made of soft ferromagnetic.

5. A commutatorless DC electric motor according to claim 1. 4, characterized in that the elements (Mf1), ..., (Mf12) and (Mb1), ..., (Mb12) are unitary parts of the ring (P1), which is made of a soft ferromagnetic.

6. A commutatorless DC electric motor according to claim 1. 1, characterized in that the flat bars (Sh1), ..., (Sh36) are connected in series with the windings (Cu1), ..., (Cu36) through connected to the flat bars (Sh1), ..., (Sh36) insulated copper wires.

7. A commutatorless DC electric motor according to claim 7. 1, characterized in that the elements (Fe1),., (Fe54) and (Sh1),., (Sh36) are cooled by a liquid flowing through a Teflon tube wound on them axially.