RU2248657C1

RU2248657C1 - Electric motor

Info

Publication number: RU2248657C1
Application number: RU2003126931/09A
Authority: RU
Inventors: В.В. Шкондин (RU); В.В. Шкондин
Original assignee: Ультра Мотор Компани Лимитед
Priority date: 2003-09-04
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2005-03-20
Also published as: RU2003126931A

Abstract

FIELD: electrical engineering; gearless drives primarily used for vehicles.

SUBSTANCE: proposed motor has circular stator core with permanent magnets symmetrically disposed on its outer and inner surfaces over its circumference in alternating polarity and through core thickness in opposing polarity; it also has double-section rotor one of whose sections encloses stator and functions as external section while other section is disposed inside stator and functions as internal section. In addition motor has commutator-type current distributor and current collector both mounted for contacting commutator-type distributor segments and are connected to area of electromagnets of mentioned rotor sections.

EFFECT: enhanced motor torque.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электродвигателям преимущественно транспортных средств в виде мотор-колес и предназначено для использования в электрически приводимых велосипедах, инвалидных колясках, внутрицеховых машинах, электромобилях и других транспортных и иных средствах.The invention relates to electric motors of mainly vehicles in the form of motor wheels and is intended for use in electrically driven bicycles, wheelchairs, workshop machines, electric vehicles and other vehicles and other means.

Безредукторные, коллекторные мотор-колеса, у которых вращение колеса вызывается непосредственным электромагнитным взаимодействием магнитных систем статора и ротора, известны (SU 628008 А, 15.10.1978; SU 910480 А, 07.03.1982; SU 1725780 A3, 07.04.1992; US 5164623 B1, US 6492756 В1, 10.12.2002).Gearless, collector motor wheels, in which the rotation of the wheel is caused by direct electromagnetic interaction of the magnetic systems of the stator and rotor, are known (SU 628008 A, 10/15/1978; SU 910480 A, 03/03/1982; SU 1725780 A3, 04/07/1992; US 5164623 B1 US 6,492,756 B1, 12/10/2002).

Одной из основных задач, стоящих перед разработчиками электродвигателей этого типа, является повышение крутящего момента без существенного увеличения мощности (в частности, напряжения) источников питания.One of the main tasks facing the developers of electric motors of this type is to increase the torque without significantly increasing the power (in particular, voltage) of the power sources.

Одним из возможных направлений решения этой задачи является мультипликация, умножение числа элементов электродвигателя (постоянных магнитов, электромагнитов). Такой прием был использован автором изобретения в принадлежащем ему патенте Российской Федерации №2129965. У электродвигателя по указанному патенту постоянные магниты закреплены на кольцеобразном магнитопроводе статора в два параллельных ряда с продольным (в одном ряду магнитов) и с поперечным (смежные магниты разных рядов имеют противоположную полярность) чередованием полярности. Каждому из 2-х рядов постоянных магнитов соответствует секция ротора с электромагнитами, обращенными к постоянным магнитам статора "своего" ряда. Условно можно сказать, что электродвигатель имеет два статора с общим магнитопроводом и два ротора (также с общим магнитопроводом).One of the possible directions for solving this problem is animation, multiplication of the number of electric motor elements (permanent magnets, electromagnets). This technique was used by the author of the invention in his patent of the Russian Federation No. 2129965. For an electric motor according to the said patent, permanent magnets are fixed on the ring-shaped stator magnetic circuit in two parallel rows with longitudinal (in the same row of magnets) and transverse (adjacent magnets of different rows have opposite polarity) alternating polarity. Each of the 2 rows of permanent magnets corresponds to a section of the rotor with electromagnets facing the permanent magnets of the stator of its own row. We can conditionally say that the electric motor has two stators with a common magnetic circuit and two rotors (also with a common magnetic circuit).

Настоящее изобретение реализует этот же принцип, но иным компоновочным решением, которое обеспечивает дополнительные преимущества электродвигателю и в отношении его потребительских характеристик (дальнейшее увеличение крутящего момента из-за уменьшения магнитного сопротивления) и, кроме того, из-за уменьшения продольных габаритов двигателя, что особенно важно для двигателей типа "мотор-колесо".The present invention implements the same principle, but with a different layout solution, which provides additional advantages for the electric motor with respect to its consumer characteristics (further increase in torque due to a decrease in magnetic resistance) and, in addition, due to a decrease in the longitudinal dimensions of the motor, which is especially important for motor-wheel engines.

Это достигается тем, что в отличие от указанного патента в электродвигателе в соответствии с настоящим изобретением оба ряда постоянных магнитов статора размещены не с одной, а с противоположных сторон кольцевого магнитопровода, напротив друг друга, причем смежные магниты, расположенные напротив друг друга, имеют противоположную полярность.This is achieved by the fact that, unlike the said patent, in the electric motor in accordance with the present invention, both rows of permanent stator magnets are placed not on one, but on opposite sides of the annular magnetic core, opposite each other, and adjacent magnets located opposite each other have opposite polarity .

Иначе размещены и 2 секции ротора: одна из них - внешняя, охватывает статор (кольцевой магнитопровод с постоянными магнитами), а вторая секция - внутренняя размещена внутри статора. Статор и обе секции ротора имеют общую геометрическую ось. Обе секции имеют равное число электромагнитов, симметрично размещенных по окружности, причем электромагниты внешней секции ротора размещены напротив соответствующих электромагнитов внутренней секции (то есть оси каждой пары электромагнитов обеих секций лежат в одной диаметральной плоскости). Катушки электромагнитов внешней и внутренней секций ротора попарно подсоединены к токосъемникам, при этом должно соблюдаться условие равенства токопроводящих пластин распределительного коллектора и числа пар постоянных магнитов статора, а коллектор должен быть установлен так, чтобы осевые линии диэлектрических промежутков между токопроводящими пластинами коллектора были сориентированы по осевым линиям постоянных магнитов статора.Otherwise, 2 rotor sections are also placed: one of them is external, covers the stator (ring magnetic core with permanent magnets), and the second section is internal, located inside the stator. The stator and both sections of the rotor have a common geometric axis. Both sections have an equal number of electromagnets symmetrically placed around the circumference, and the electromagnets of the outer rotor section are located opposite the corresponding electromagnets of the inner section (that is, the axes of each pair of electromagnets of both sections lie in the same diametrical plane). The coils of the electromagnets of the outer and inner sections of the rotor are connected in pairs to the current collectors, while the condition of equality of the conductive plates of the distribution manifold and the number of pairs of permanent stator magnets must be observed, and the collector must be installed so that the axial lines of the dielectric gaps between the conductive plates of the collector are oriented along the axial lines permanent stator magnets.

Далее изобретение описывается на примере его осуществления, иллюстрируемом чертежами, на которых изображены:The invention is further described by the example of its implementation, illustrated by the drawings, which depict:

на фиг.1 - частичный поперечный разрез электродвигателя иfigure 1 is a partial cross section of a motor and

на фиг.2 - частичный продольный разрез электродвигателя.figure 2 is a partial longitudinal section of an electric motor.

Электродвигатель состоит из статора 1, внешней 2 и внутренней 3 секций ротора и распределителя (коллектора) 4.The electric motor consists of a stator 1, external 2 and internal 3 sections of the rotor and distributor (collector) 4.

В свою очередь статор состоит из кольцеобразного магнитопровода 5 и размещенных на нем с разных сторон напротив друг другу постоянных магнитов 6. Магниты имеют чередующуюся полярность по отношению к смежным магнитам своего ряда (размещенным с одной стороны магнитопровода) и противоположную полярность магнитов, размещенных на разных сторонах магнитопровода напротив друг друга. Внешняя 2 и внутренняя 3 секции ротора несут на себе электромагниты соответственно 7 и 8. Указанные электромагниты обращены друг к другу и каждая обращенная друг к другу пара электромагнитов расположена соосно, в одной диаметральной плоскости. Смежные электромагниты секций ротора попарно подсоединены к токосъемникам 9. Последние имеют возможность смещения по окружности распределителя для возможной настройки электродвигателя.In turn, the stator consists of a ring-shaped magnetic circuit 5 and permanent magnets 6 placed on it from opposite sides opposite each other. The magnets have alternating polarity with respect to adjacent magnets of their row (placed on one side of the magnetic circuit) and the opposite polarity of magnets placed on different sides magnetic circuit opposite each other. The outer 2 and inner 3 sections of the rotor carry electromagnets 7 and 8, respectively. These electromagnets are facing each other and each pair of electromagnets facing each other is located coaxially in one diametrical plane. Adjacent electromagnets of the rotor sections are connected in pairs to current collectors 9. The latter have the ability to be displaced around the circumference of the distributor for possible adjustment of the electric motor.

Цилиндрический коллектор 4 имеет множество токопроводящих пластин 10, которые подсоединены с чередованием полярности шинами к источнику постоянного тока 11. Пластины отделены друг от друга диэлектрическими промежутками 12. Осевые линии диэлектрических промежутков 12 ориентированы по осевым линиям постоянных магнитов 6 статора, а общее количество токопроводящих пластин 10 равно числу пар этих магнитов.The cylindrical collector 4 has a plurality of conductive plates 10, which are connected alternating polarity of the busbars to a constant current source 11. The plates are separated from each other by dielectric gaps 12. The axial lines of the dielectric gaps 12 are oriented along the axial lines of the permanent magnets 6 of the stator, and the total number of conductive plates 10 equal to the number of pairs of these magnets.

Принцип работы двигателя не отличается от известных и не нуждается в пояснениях. При подключении двигателя к источнику питания ротор совершает вращение относительно оси 13, передача крутящего момента в варианте "мотор-колесо" может осуществляться, в частности, через сочленяющуюся с колесом обечайку 14.The principle of operation of the engine does not differ from the known ones and does not need explanation. When the motor is connected to the power source, the rotor rotates about axis 13, torque transmission in the “motor-wheel” variant can be carried out, in particular, through the casing 14 connected to the wheel.

Благодаря размещению магнитов статора и электромагнитов секции ротора согласно изобретению электромагнитный поток 15 замыкается не на узком промежутке магнитопровода статора, а проходит по условному тороидальному контуру, образованному сердечниками двух пар электромагнитов секции ротора, при этом прохождению магнитного потока при перекоммутациях электромагнитов способствует и размещение постоянных магнитов с противоположных сторон магнитопровода статора.Due to the placement of the stator magnets and the electromagnets of the rotor section according to the invention, the electromagnetic flux 15 is not closed on a narrow gap of the stator magnetic circuit, but passes along a conditional toroidal circuit formed by the cores of two pairs of electromagnets of the rotor section, while the passage of the magnetic flux during electromagnet switching is also facilitated by the placement of permanent magnets with opposite sides of the stator magnetic circuit.

Испытания показали, что электродвигатель, выполненный в соответствии с изобретением, при сравнительно малых мощностях (3-5 кВт) способен развивать крутящий момент от 300 до 800 Нм. Образец двигателя мощностью 5 кВт с диаметром 395 мм и весом 24 кг при напряжении 48 В развил крутящий момент около 600 Нм.Tests have shown that an electric motor made in accordance with the invention, at relatively low powers (3-5 kW), is capable of developing a torque of 300 to 800 Nm. A sample of a 5 kW engine with a diameter of 395 mm and a weight of 24 kg at a voltage of 48 V developed a torque of about 600 Nm.

Claims

1. The electric motor mainly for vehicles, including a stator with an annular magnetic circuit, on the outer and inner surfaces of which are mounted opposite each other and symmetrically around the circumference of the magnetic circuit, permanent magnets with alternating polarity around the circumference of the magnetic circuit and with opposite polarity in the direction through the thickness of the magnetic circuit; a rotor consisting of two sections, one of which, the external, covers the specified stator, and the second, internal, is located inside the stator, each of the sections carries the same number of electromagnets that are facing the permanent magnets of the stator, and both sections have a common geometric axis with the axis of the cylindrical stator magnetic circuit; a collector type current distributor having conductive plates arranged around a circumference, separated by dielectric gaps, connected to a direct current source with alternating polarity; and current collectors installed with the possibility of contacting with the plates of the collector distributor and connected to the windings of the electromagnets of the rotors.

2. The electric motor according to claim 1, characterized in that the electromagnets of the rotor sections are coaxially relative to each other, and their windings are connected in pairs with the corresponding current collectors, while the number of conductive plates of the distribution manifold is equal to the number of pairs of permanent stator magnets, and the axial lines of the dielectric gaps between these plates are oriented along the axial lines of the permanent stator magnets.

3. The electric motor according to claim 1, characterized in that the current collectors are mounted on the inner rotor with the possibility of displacement around the circumference relative to the current distributor.