RU216039U1 - Electric Axial Flow Machine - Google Patents

Electric Axial Flow Machine Download PDF

Info

Publication number
RU216039U1
RU216039U1 RU2022113901U RU2022113901U RU216039U1 RU 216039 U1 RU216039 U1 RU 216039U1 RU 2022113901 U RU2022113901 U RU 2022113901U RU 2022113901 U RU2022113901 U RU 2022113901U RU 216039 U1 RU216039 U1 RU 216039U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coil
radius
winding
stator winding
axial flow
Prior art date
Application number
RU2022113901U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Максимович Филиппов
Александр Александрович Шуйский
Original Assignee
Александр Александрович Шуйский
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Александрович Шуйский filed Critical Александр Александрович Шуйский
Application granted granted Critical
Publication of RU216039U1 publication Critical patent/RU216039U1/en

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники. Технический результат - повышение коэффициента заполнения обмотки статора обмоточным проводом. Магнитная система синхронной электрической машины осевого потока состоит из двухслойной статорной обмотки и ротора, состоящего из двух соосных дисков, расположенных по обе стороны от статорной обмотки и содержащих постоянные магниты. Катушки обмотки имеют четко выраженные лобовые части, отогнутые относительно плоскости витка на угол, максимально близкий к 90 градусам, толщина секций катушек, формирующая немагнитный зазор, уменьшается при движении вдоль радиуса от оси магнитной системы к краю, сечение катушки плоскостью, поперечной обмоточному проводу, на любом участке катушки сохраняется неизменным, на роторе располагаются полюсные и межполюсные постоянные магниты, толщина которых увеличивается с радиусом. 9 ил.

Figure 00000006
The utility model relates to the field of electrical engineering. The technical result is an increase in the fill factor of the stator winding with a winding wire. The magnetic system of an axial flow synchronous electric machine consists of a two-layer stator winding and a rotor consisting of two coaxial disks located on both sides of the stator winding and containing permanent magnets. The winding coils have clearly defined frontal parts, bent relative to the plane of the turn at an angle as close as possible to 90 degrees, the thickness of the coil sections, forming a non-magnetic gap, decreases when moving along the radius from the axis of the magnetic system to the edge, the section of the coil by a plane transverse to the winding wire, by any section of the coil remains unchanged, on the rotor there are pole and interpole permanent magnets, the thickness of which increases with the radius. 9 ill.
Figure 00000006

Description

Предлагаемая полезная модель относится к электромеханическим преобразователям энергии, в частности применима в тяговых электрических двигателях, например, встроенных в колесо транспортного средства, в моментных двигателях, для приведения во вращательное движение различных исполнительных механизмов, в качестве альтернаторов в системах электроснабжения, в том числе в области распределенной и возобновляемой энергетики и других приложениях.The proposed utility model relates to electromechanical energy converters, in particular, it is applicable in traction electric motors, for example, built into a vehicle wheel, in torque motors, for driving various actuators, as alternators in power supply systems, including in the field distributed and renewable energy and other applications.

Известна полезная модель RU 152538 U1, в которой предложена конструкция электрической машины осевого потока с двухслойной распределенной обмоткой. Такая обмотка предполагает перекрытие плоскостей катушек, расположенных в разных слоях, поэтому для осуществления сборки катушек в полезной модели предложено, чтобы лобовые части каждой катушки были отогнуты на некоторый угол к плоскости витка. Из схемы, предлагаемой в полезной модели RU 152538 U1, статорной обмотки электрической машины осевого потока видно, что у основания катушек заполнение области обмотки проводом максимальное (секции соседних катушек плотно прилегают друг к другу), однако с увеличением радиуса появляется свободное от обмоточного провода пространство (пустоты), которое заполняется компаундом. Наличие данных пустот является недостатком предложенной схемы, и снижает эффективность электрической машины.Known utility model RU 152538 U1, which proposes the design of an axial flow electric machine with a two-layer distributed winding. Such a winding involves the overlapping of the planes of the coils located in different layers, therefore, in order to assemble the coils in the utility model, it is proposed that the frontal parts of each coil be bent at a certain angle to the plane of the coil. From the diagram proposed in utility model RU 152538 U1 of the stator winding of an axial flow electric machine, it can be seen that at the base of the coils, the filling of the winding area with wire is maximum (sections of adjacent coils are tightly adjacent to each other), however, with an increase in the radius, a space free from the winding wire appears ( voids), which is filled with the compound. The presence of these voids is a disadvantage of the proposed scheme, and reduces the efficiency of the electric machine.

Известны патенты US 20130002066 A1, US 20160365755 A1, US 8823238, US 10141822, в которых также предлагается конструкция электрической машины осевого потока. Авторы патентов уделяют должное внимание вопросу повышения коэффициента заполнения статора таких машин. Предложенные в US 20130002066 A1, US 20160365755 A1, US 8823238, US 10141822 технические решения обеспечивают весьма высокий коэффициент заполнения статора обмоточным проводом, однако следует отметить два важных недостатка, которые упускают авторы соответствующих патентов:Known patents US 20130002066 A1, US 20160365755 A1, US 8823238, US 10141822, which also proposes the design of an axial flow electric machine. The authors of the patents pay due attention to the issue of increasing the stator fill factor of such machines. The technical solutions proposed in US 20130002066 A1, US 20160365755 A1, US 8823238, US 10141822 provide a very high fill factor of the stator with a winding wire, however, two important drawbacks should be noted that the authors of the corresponding patents miss:

1) высокий коэффициент заполнения фактически обеспечивается использованием большого количества катушек, что приводит к тому, что данные электрические машины являются принципиально многополюсными;1) a high fill factor is actually ensured by the use of a large number of coils, which leads to the fact that these electrical machines are fundamentally multi-pole;

2) предлагаемая геометрия катушек двухслойной обмотки такова, что секции каждой катушки располагаются в разных плоскостях (одна секция в верхнем слое двухслойной обмотки, вторая секция, соответственно - в нижнем слое), это приводит к тому, что немагнитный зазор определяется размером удвоенной толщины одной секции катушки, что снижает магнитное поле в рабочем зазоре машины.2) the proposed geometry of the coils of the two-layer winding is such that the sections of each coil are located in different planes (one section in the upper layer of the two-layer winding, the second section, respectively, in the lower layer), this leads to the fact that the non-magnetic gap is determined by the size of the double thickness of one section coils, which reduces the magnetic field in the working gap of the machine.

В настоящей заявке предлагается магнитная система синхронной электрической машины осевого потока, которая состоит из двухслойной статорной обмотки 1 и ротора, состоящего из двух соосных дисков 2, расположенных по обе стороны от статорной обмотки, и содержащих постоянные магниты 3. Данная магнитная система отличается тем, что катушки обмотки имеют четко выраженные лобовые части, отогнутые относительно плоскости витка на угол, максимально близкий к 90 градусам, при этом толщина секций катушек, формирующая немагнитный зазор, уменьшается при движении вдоль радиуса от оси магнитной системы к краю, сечение катушки плоскостью, поперечной средней линии катушки, на любом участке катушки сохраняется неизменным. Данная геометрия катушки позволяет добиться максимально возможного коэффициента заполнения обмотки статора обмоточным проводом и, как следствие, обеспечить геометрией обмотки неравномерный вдоль радиуса немагнитный зазор. Также на роторе располагаются полюсные и межполюсные постоянные магниты, толщина которых увеличивается с радиусом, обеспечивая тем самым неравномерный вдоль радиуса немагнитный зазор.This application proposes a magnetic system of an axial flow synchronous electric machine, which consists of a two-layer stator winding 1 and a rotor consisting of two coaxial discs 2 located on both sides of the stator winding and containing permanent magnets 3. This magnetic system is characterized in that winding coils have clearly defined frontal parts, bent relative to the plane of the coil at an angle as close as possible to 90 degrees, while the thickness of the coil sections, forming a non-magnetic gap, decreases when moving along the radius from the axis of the magnetic system to the edge, the section of the coil by a plane transverse to the center line coil, on any section of the coil is kept unchanged. This coil geometry makes it possible to achieve the maximum possible fill factor of the stator winding with winding wire and, as a result, to provide the winding geometry with a non-magnetic gap that is uneven along the radius. Also on the rotor are pole and interpole permanent magnets, the thickness of which increases with the radius, thereby providing a non-magnetic gap that is uneven along the radius.

На Фиг. 2 показан внешний вид двухслойной статорной обмотки электрической машины осевого потока с максимально возможным коэффициентом заполнения статорной обмотки обмоточным проводом. Данная статорная обмотка относится к электрической машине с четырьмя парами полюсов, и состоит из двенадцати катушек, по шесть катушек в каждом слое. Обмотка является трехфазной, на каждую фазу приходится по четыре катушки. Полезная модель предполагает, что количество пар полюсов может быть: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 и т.д. Соответственно катушек в обмотке может быть: 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36 и т.д.On FIG. 2 shows the appearance of a two-layer stator winding of an axial flow electric machine with the highest possible fill factor of the stator winding with a winding wire. This stator winding refers to an electric machine with four pairs of poles, and consists of twelve coils, six coils in each layer. The winding is three-phase, each phase has four coils. The utility model assumes that the number of pole pairs can be: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, etc. Accordingly, the coils in the winding can be: 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, etc.

На Фиг. 3 показан внешний вид катушки статорной обмотки. Толщина катушки уменьшается с радиусом. При этом геометрия катушки такова, что сечение плоскостью, перпендикулярной средней линии катушки, в любой точке остается неизменной.On FIG. 3 shows the appearance of the stator winding coil. Coil thickness decreases with radius. In this case, the geometry of the coil is such that the cross section by a plane perpendicular to the center line of the coil remains unchanged at any point.

На Фиг. 4 и 5 показаны сечения катушки различными плоскостями. Одинаковые по величине сечения обозначены символом S.On FIG. 4 and 5 show sections of the coil in different planes. Sections of the same size are marked with the symbol S.

На Фиг. 6 показан эскиз катушки. Геометрия катушки такова, что выполняется следующее равенство:On FIG. 6 shows a sketch of the coil. The geometry of the coil is such that the following equality holds:

Figure 00000001
Figure 00000001

На Фиг. 7 показан диск ротора электрической машины осевого потока с установленными на нем постоянными магнитами для случая, когда число пар полюсов равно четырем. Ротор состоит из двух одинаковых дисков, расположенных соосно по обе стороны относительно статора. Ротор содержит полюсные и межполюсные постоянные магниты. Так для восьми полюсного ротора число полюсных магнитов (намагниченных параллельно оси вращения ротора) равно восьми, число межполюсных магнитов также равно восьми. На Фиг. 7 показаны направления намагниченности магнитов на диске стрелками.On FIG. 7 shows the rotor disk of an axial flow electric machine with permanent magnets mounted on it for the case when the number of pole pairs is four. The rotor consists of two identical discs located coaxially on both sides of the stator. The rotor contains pole and interpole permanent magnets. So for an eight-pole rotor, the number of pole magnets (magnetized parallel to the axis of rotation of the rotor) is eight, the number of interpole magnets is also eight. On FIG. 7 shows the directions of the magnetization of the magnets on the disk with arrows.

На Фиг. 8 показан эскиз магнитной системы электрической машины осевого потока. Видно, что постоянные магниты имеют переменную толщину. Таким образом, зазор между магнитами является не равномерным вдоль радиуса. Если нижнее основание сечения магнита обозначить

Figure 00000002
, верхнее основание -
Figure 00000003
, зазор между магнитами на расстоянии от оси ротора равном внутреннему радиусу магнитов через
Figure 00000004
, тогда зазор на расстоянии от оси ротора, равном наружному радиусу магнитов будет равен
Figure 00000005
.On FIG. 8 shows a sketch of the magnetic system of an axial flow electric machine. It can be seen that the permanent magnets have a variable thickness. Thus, the gap between the magnets is not uniform along the radius. If the lower base of the magnet section is denoted
Figure 00000002
, upper base -
Figure 00000003
, the gap between the magnets at a distance from the rotor axis equal to the inner radius of the magnets through
Figure 00000004
, then the gap at a distance from the rotor axis equal to the outer radius of the magnets will be equal to
Figure 00000005
.

К существенным признакам заявляемой полезной модели относится магнитная система электрической машины осевого потока, которая состоит из трехфазной статорной обмотки и ротора в виде соосных дисков с постоянными магнитами, геометрия которых такова, что немагнитный зазор уменьшается с радиусом, а коэффициент заполнения статорной обмотки обмоточным проводом максимален для провода круглого сечения.The essential features of the claimed utility model include the magnetic system of an axial flow electric machine, which consists of a three-phase stator winding and a rotor in the form of coaxial disks with permanent magnets, the geometry of which is such that the non-magnetic gap decreases with radius, and the fill factor of the stator winding with winding wire is maximum for round wires.

Как показано на Фиг. 9, магнитное поле в рабочем зазоре электрической машины осевого потока в случае неравномерного зазора возрастает практически на всем протяжении рабочего зазора и становится более равномерным. Особенно сильно поле возрастает в области наружного радиуса постоянных магнитов.As shown in FIG. 9, the magnetic field in the working gap of the axial flow electric machine in the case of an uneven gap increases almost throughout the working gap and becomes more uniform. The field increases especially strongly in the region of the outer radius of the permanent magnets.

Claims (1)

Магнитная система синхронной электрической машины осевого потока, включающая в себя статорную двухслойную обмотку, состоящую из катушек, геометрия которых такова, что их лобовые части отогнуты относительно плоскости витка на угол, максимально близкий к 90 градусам, толщина секций катушек, формирующая немагнитный зазор, уменьшается при движении вдоль радиуса от оси магнитной системы к краю, сечение катушки плоскостью, поперечной средней линии катушки, на любом участке катушки сохраняется неизменным и ротор, состоящий из двух соосных дисков, расположенных по обе стороны относительно статорной обмотки и содержащих полюсные и межполюсные постоянные магниты с увеличивающейся с радиусом толщиной, формирующие уменьшающийся с радиусом немагнитный зазор.The magnetic system of an axial flow synchronous electric machine, which includes a two-layer stator winding, consisting of coils, the geometry of which is such that their frontal parts are bent relative to the coil plane at an angle as close as possible to 90 degrees, the thickness of the coil sections, forming a non-magnetic gap, decreases with moving along the radius from the axis of the magnetic system to the edge, the section of the coil by a plane transverse to the middle line of the coil, in any section of the coil remains unchanged and the rotor, consisting of two coaxial disks located on both sides of the stator winding and containing pole and interpole permanent magnets with increasing with a radius of thickness, forming a non-magnetic gap decreasing with the radius.
RU2022113901U 2022-05-24 Electric Axial Flow Machine RU216039U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU216039U1 true RU216039U1 (en) 2023-01-16

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2494520C2 (en) * 2011-12-26 2013-09-27 Сергей Михайлович Есаков Electromagnetic generator
US8823238B2 (en) * 2007-04-03 2014-09-02 Hybridauto Pty Ltd Winding arrangement for an electrical machine
RU152538U1 (en) * 2014-10-27 2015-06-10 Сергей Михайлович Есаков MAGNETO-ELECTRIC GENERATOR
US20160365755A1 (en) * 2010-04-28 2016-12-15 Launchpoint Technologies, Inc. Lightweight and efficient electrical machine and method of manufacture
US10141822B2 (en) * 2015-05-04 2018-11-27 Launchpoint Technologies, Inc. Axial flux brushless permanent magnet electrical machine rotor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8823238B2 (en) * 2007-04-03 2014-09-02 Hybridauto Pty Ltd Winding arrangement for an electrical machine
US20160365755A1 (en) * 2010-04-28 2016-12-15 Launchpoint Technologies, Inc. Lightweight and efficient electrical machine and method of manufacture
RU2494520C2 (en) * 2011-12-26 2013-09-27 Сергей Михайлович Есаков Electromagnetic generator
RU152538U1 (en) * 2014-10-27 2015-06-10 Сергей Михайлович Есаков MAGNETO-ELECTRIC GENERATOR
US10141822B2 (en) * 2015-05-04 2018-11-27 Launchpoint Technologies, Inc. Axial flux brushless permanent magnet electrical machine rotor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101783567B (en) DC motor and cooling fan module using same
WO2015079732A1 (en) Armature of electric machine
JP2015133787A (en) Axial gap type motor
JPH114555A (en) Permanent magnet rotating machine
CN109194076B (en) High-reliability driving motor of electric automobile
CN106787306A (en) The modular switch magnetic flow disc type electric machine of one kind radial segments
JP5708750B2 (en) Double stator type motor
CN111211657B (en) Axial disc type five-degree-of-freedom suspension bearingless switched reluctance motor
CN103647421A (en) High slot-fill factor high-performance permanent magnet motor with open slots and straight teeth
CN111463939A (en) Stator and rotor double-permanent-magnet double-armature winding magnetic field modulation permanent magnet motor structure
CN104160600A (en) Electromagnetic generator
CN216751486U (en) Magnetic steel array of permanent magnet double-rotor motor
CN111478470A (en) Permanent magnet synchronous motor with double-armature radial magnetic circuit structure
CN105743309A (en) Permanent magnet excitation electric generator
CN112865465B (en) Magnetic flux switching permanent magnet motor structure for inhibiting torque pulsation
CN203617868U (en) Open slot straight tooth permanent magnet motor with high slot full rate and high performance
CN110417215B (en) Axial flux permanent magnet synchronous motor matched with multi-pole slots
RU216039U1 (en) Electric Axial Flow Machine
CN102005836B (en) Magnetic flow switching dual-salient pole motor with reinforced outer rotor magnetic field
CN111969819A (en) Three-phase magnetic-gathering H-shaped stator transverse flux permanent magnet motor
CN103904796B (en) Disc type electric machine
CN211958893U (en) Stator and rotor double-permanent-magnet double-armature winding magnetic field modulation permanent magnet motor structure
CN212033854U (en) Permanent magnet synchronous motor with double-armature radial magnetic circuit structure
CN110391723B (en) 24-slot 10-pole axial flux motor and electric vehicle
WO2023229499A1 (en) Axial-flux electrical machine