RU2394340C1 - Disk electric machine - Google Patents
Disk electric machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2394340C1 RU2394340C1 RU2009116432/09A RU2009116432A RU2394340C1 RU 2394340 C1 RU2394340 C1 RU 2394340C1 RU 2009116432/09 A RU2009116432/09 A RU 2009116432/09A RU 2009116432 A RU2009116432 A RU 2009116432A RU 2394340 C1 RU2394340 C1 RU 2394340C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- disks
- magnetic
- electric machine
- inductor
- magnetic elements
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электрическим машинам с осевым расположением основного магнитного потока в немагнитном зазоре.The invention relates to electric machines with an axial arrangement of the main magnetic flux in a non-magnetic gap.
Известна конструкция электрической машины (RU 2340068), имеющая индуктор, выполненный в виде диска из немагнитного материала, на котором размещены магнитные элементы, создающие магнитный поток индуктора и выполненные из постоянных магнитов, и якорь, расположенный с двух сторон диска индуктора и имеющий магнитные элементы, создающие магнитный поток якоря, причем магнитные элементы якоря выполнены в виде отдельных электромагнитов, а направления магнитных потоков, созданных постоянными магнитами, чередуются по направлению вращения диска индуктора. Такое решение обладает малой удельной мощностью и низкой надежностью, так как в рабочих режимах создается опасность размагничивания постоянных магнитов магнитным полем якоря.A known design of an electric machine (RU 2340068), having an inductor made in the form of a disk of non-magnetic material, on which magnetic elements are placed, creating a magnetic flux of the inductor and made of permanent magnets, and an armature located on both sides of the inductor disk and having magnetic elements, creating magnetic flux of the armature, and the magnetic elements of the armature are made in the form of separate electromagnets, and the directions of the magnetic flux created by the permanent magnets alternate in the direction of rotation of the disk ctor. This solution has a low specific power and low reliability, since in operating conditions there is a danger of demagnetization of permanent magnets by the magnetic field of the armature.
Более близким решением является изобретение, описанное в RU 2127939 и RU 2213408, где электрическая машина выполнена в виде набора дисков якоря и индуктора, размещенных на общей оси в чередующемся порядке, состоящих из немагнитного материала с высоким электрическим сопротивлением и содержащих некоторое одинаковое четное число магнитных элементов, выполненных в виде электрических катушек с сердечниками из магнитомягкого материала. Магнитные оси их параллельны оси вращения. Причем торцевые диски якоря снаружи закрыты замыкателями магнитного потока, выполненными в виде сплошных колец из того же материала, что и сердечники электрических катушек, при этом катушки как якоря, так и индуктора намотаны так, что их магнитные полюса в плоскости дисков чередуются. Такое решение имеет более высокую надежность, так как не имеет в конструкции постоянных магнитов, но обладает низкой удельной мощностью, виду того что магнитное поле, которое создают электромагниты слабее чем магнитное поле, создаваемое современными постоянными магнитами на основе NdFeB. К тому же, при высоких частотах тока в обмотках в магнитомягком материале появляются большие тепловые потери из-за гистерезиса, что ограничивает удельную мощность машины.A closer solution is the invention described in RU 2127939 and RU 2213408, where the electric machine is made in the form of a set of disks of the armature and inductor, placed on a common axis in alternating order, consisting of non-magnetic material with high electrical resistance and containing some same even number of magnetic elements made in the form of electric coils with cores of soft magnetic material. Their magnetic axes are parallel to the axis of rotation. Moreover, the end disks of the armature are closed externally by magnetic flux closures made in the form of continuous rings of the same material as the cores of electric coils, while the coils of both the armature and the inductor are wound so that their magnetic poles alternate in the plane of the disks. This solution has higher reliability, since it does not have permanent magnets in its design, but has a low specific power, since the magnetic field created by the electromagnets is weaker than the magnetic field created by modern permanent magnets based on NdFeB. In addition, at high current frequencies in the windings in soft magnetic material, large heat losses occur due to hysteresis, which limits the specific power of the machine.
В основу изобретения положена задача создания такой конструкции электрической машины, которая имела бы более высокие показатели удельной мощности и обладала бы хорошей надежностью.The basis of the invention is the creation of such an electric machine design, which would have higher specific power and would have good reliability.
Поставленная задача решается тем, что в электрической машине, содержащей индуктор и якорь с возможностью рабочего движения относительно друг друга, каждый из которых содержит набор дисков, которые образуют общий набор дисков электрической машины и которые расположены так, что оси вращения дисков совпадают с осью вращения электрической машины, а диски индуктора и якоря через немагнитные рабочие зазоры чередуются между собой по направлению оси вращения электрической машины, причем диски якоря выполнены из немагнитного диэлектрического материала и содержат магнитные элементы, создающие магнитный поток якоря, а диски индуктора выполнены из немагнитного материала и содержат магнитные элементы, создающие магнитный поток индуктора, при этом магнитные элементы расположены в каждом диске радиально под одинаковым углом α друг к другу так, что ось вращения электрической машины параллельна вектору намагниченности каждого магнитного элемента и направления вектора намагниченности двух ближних магнитных элементов, расположенных на одном диске, противоположны, при этом число магнитных элементов в каждом диске одинаково и четно, а также электрическая машина содержит замыкатели магнитного потока, которые выполнены в виде сплошных дисков из магнитомягкого материала и расположены по бокам общего набора дисков, согласно изобретению:The problem is solved in that in an electric machine containing an inductor and an armature with the possibility of working motion relative to each other, each of which contains a set of disks that form a common set of disks of an electric machine and which are located so that the axis of rotation of the disks coincide with the axis of rotation of the electric machines, and the disks of the inductor and the armature through non-magnetic working gaps alternate with each other in the direction of the axis of rotation of the electric machine, and the armature discs are made of non-magnetic dielectric material and contain magnetic elements that create the magnetic flux of the armature, and the disks of the inductor are made of non-magnetic material and contain magnetic elements that create the magnetic flux of the inductor, while the magnetic elements are located in each disk radially at the same angle α to each other so that the axis of rotation of the electric machines parallel to the magnetization vector of each magnetic element and the directions of the magnetization vector of two nearby magnetic elements located on the same disk are opposite, while the number m of the magnetic elements in each disk equally and evenly, and the electric machine contains magnetic flux contactors, which are made in the form of solid disks of soft magnetic material and are located on the sides of a common set of disks, according to the invention:
- магнитные элементы индуктора выполнены из постоянных магнитов;- the magnetic elements of the inductor are made of permanent magnets;
- магнитные элементы диска якоря выполнены в виде волновой обмотки с рабочими участками, расположенными преимущественно радиально в зоне расположения магнитных элементов индуктора и замкнутыми между собой лобовыми участками, причем суммарная длина рабочих участков превышает суммарную длину лобовых участков, а угол между рабочими участками обмотки равен углу α;- the magnetic elements of the armature disk are made in the form of a wave winding with working sections located mainly radially in the area of the magnetic elements of the inductor and closed between the frontal sections, and the total length of the working sections exceeds the total length of the frontal sections, and the angle between the working sections of the winding is equal to the angle α ;
- диски каждой фазы якоря распределены в общем наборе дисков равномерно вдоль оси вращения электрической машины, чередуясь с дисками других фаз;- disks of each phase of the armature are distributed in a common set of disks evenly along the axis of rotation of the electric machine, alternating with disks of other phases;
- замыкатели магнитного потока расположены на индукторе и вплотную прилегают к боковым дискам индуктора.- magnetic flux contactors are located on the inductor and are adjacent to the side disks of the inductor.
Дополнительно к этому, в электрической машине суммарная длина рабочих участков обмотки превышает суммарную длину лобовых участков, расстояние по оси вращения между двух ближайших дисков индуктора меньше расстояния между центрами масс двух ближайших магнитных элементов одного диска, радиальная длина рабочих участков обмотки больше расстояния между центрами масс двух ближайших магнитных элементов одного диска, рабочие участки обмотки имеют прямоугольное сечение поперек направления движения электрического тока, угол α меньше 30 градусов, а поперечное сечение лобных участков обмотки больше чем поперечное сечение рабочих участков, так что плотность тока в них меньше чем в рабочих участках.In addition, in an electric machine, the total length of the working sections of the winding exceeds the total length of the frontal sections, the distance along the axis of rotation between the two closest inductor disks is less than the distance between the centers of mass of the two closest magnetic elements of one disk, the radial length of the working sections of the winding is greater than the distance between the centers of mass of two the closest magnetic elements of one disk, the working sections of the winding have a rectangular cross-section across the direction of electric current, the angle α is less than 30 degrees s, and the cross section of the frontal sections of the winding is larger than the cross section of the working sections, so that the current density in them is less than in the working sections.
В дальнейшем изобретение подробно раскрыто в описании со ссылкой на прилагаемые чертежи.The invention is further described in detail in the description with reference to the accompanying drawings.
Фиг.1 изображает вид электрической машины сбоку (без корпуса).Figure 1 depicts a side view of an electric machine (without housing).
Фиг.2 изображает сектор диска индуктора с постоянными магнитами.Figure 2 depicts a sector of the disc of the inductor with permanent magnets.
Фиг.3 изображает сектор диска якоря с обмоткой.Figure 3 depicts a sector of the disk armature with a winding.
Предлагаемая конструкция дисковой электрической машины содержит индуктор 1 (фиг.1) и якорь 2, каждый из которых содержит набор дисков 3. Эти диски 3 образуют общий набор дисков электрической машины, и они расположены так, что оси вращения дисков совпадают с осью 4 вращения электрической машины, причем диски индуктора 1 и якоря 2 через немагнитные рабочие зазоры чередуются между собой по направлению оси вращения электрической машины. Магнитные элементы 5 (фиг.2), создающие магнитный поток индуктора 1, расположены на дисках 3 индуктора 1. Магнитные элементы 6 (фиг.3), создающие магнитный поток якоря, расположены на дисках 3 якоря 2. Причем магнитные элементы 5, 6 расположены в каждом диске радиально под одинаковым углом α (на фиг. обозначен буквой «а») друг к другу. Ось 4 вращения электрической машины параллельна вектору намагниченности каждого магнитного элемента. При этом направления вектора намагниченности двух ближних магнитных элементов, расположенных на одном диске, противоположны, так что на каждой плоской стороне диска образуются магнитные полюса с чередующейся полярностью (на фиг.2 и 3 обозначены буквами «N» и «S») по направлению вращения диска. Число магнитных элементов в каждом диске одинаково и четно. Магнитные элементы 5 индуктора 1 выполнены из постоянных магнитов, а магнитные элементы 6 диска 3 якоря 2 выполнены в виде волновой обмотки 7 с рабочими участками 8 (фиг.3), которые создают рабочий момент электрической машины и которые расположены преимущественно радиально в зоне 9 (ограничена пунктирной линией) расположения магнитных элементов 5 индуктора 1 и замкнуты между собой лобовыми участками 10. В проекции вдоль оси 4 зона 9 и магнитные элементы индуктора и якоря совпадают. Причем суммарная длина рабочих участков 8 превышает суммарную длину лобовых участков 10, а угол между рабочими участками 8 обмотки 7 равен углу α. Таким образом, каждый виток волновой обмотки 7 образует два магнитных элемента 6 (на фиг.3 совпадает с зоной 9) якоря 2, магнитные потоки которых направлены встречно, так как ток в рабочих участках 8 одного витка обмотки 7 направлен встречно. Замыкатели 11 магнитного потока расположены на индукторе и вплотную прилегают к боковым дискам 3 индуктора 1, в результате чего количество дисков индуктора больше на 1 количества дисков якоря. Зона 9 расположения постоянных магнитов на индукторе 1 ограничена наружным и внутренним диаметром расположения постоянных магнитов.The proposed design of a disk electric machine contains an inductor 1 (Fig. 1) and an
Электрическая машина работает обычным образом: когда в обмотках одной фазы якоря течет ток, якорь стремится повернуться так, чтобы магнитные потоки, созданные его магнитными элементами, совпали с магнитными потоками, наведенными магнитными элементами индуктора.An electric machine operates in the usual way: when current flows in the windings of one phase of the armature, the armature tends to turn so that the magnetic flux created by its magnetic elements coincides with the magnetic flux induced by the magnetic elements of the inductor.
Применение постоянных магнитов в предлагаемом выше решении для создания магнитного потока индуктора дает преимущество перед прототипом по удельной мощности, так как их размеры намного меньше, чем магнитные элементы на базе электромагнитов. Выполнение магнитных элементов диска якоря в виде волновой обмотки позволяет также повысить удельную мощность за счет увеличения частоты вращения, так как нет ограничения по частоте питающего их тока. Одновременно это решение повышает надежность, так как магнитный поток якоря, создаваемый такими обмотками, меньше в несколько раз магнитного потока, создаваемого постоянными магнитами индуктора, что приводит к невозможности их размагничивания и повышает их срок службы. Расположение магнитных замыкателей на индукторе позволяет избежать наведения в них вихревых токов при вращении индуктора, что увеличивает КПД и надежность машины.The use of permanent magnets in the solution proposed above for creating a magnetic flux of an inductor gives an advantage over the prototype in specific power, since their dimensions are much smaller than magnetic elements based on electromagnets. The implementation of the magnetic elements of the armature disk in the form of a wave winding can also increase the specific power by increasing the speed, since there is no limit on the frequency of the current supplying them. At the same time, this solution increases reliability, since the magnetic flux of the armature created by such windings is several times smaller than the magnetic flux generated by the permanent magnets of the inductor, which makes them impossible to demagnetize and increases their service life. The location of the magnetic contactors on the inductor avoids the induction of eddy currents during rotation of the inductor, which increases the efficiency and reliability of the machine.
При превышении суммарной длины рабочих участков 8 над суммарной длиной лобных участков 10 создается одновременно условие, что радиальная длина рабочих участков больше, чем расстояние между центрами масс двух магнитных элементов одного диска индуктора, что увеличивает рабочий момент машины и увеличивает ее удельную мощность.When the total length of the working sections 8 exceeds the total length of the frontal sections 10, a condition is created simultaneously that the radial length of the working sections is greater than the distance between the centers of mass of two magnetic elements of one inductor disk, which increases the working moment of the machine and increases its specific power.
Так как постоянные магниты стремятся замкнуть магнитный поток вокруг себя по кратчайшему пути (локально), предпочтительно, чтобы расстояние между двумя ближайшими дисками индуктора было меньше расстояния между центрами масс двух магнитных элементов одного диска индуктора. Это обеспечит более полное замыкание магнитного потока через все рабочие немагнитные зазоры и уменьшит локальное замыкание, что увеличивает удельную мощность машины. Наилучший результат достигается при значениях 0.3-0.5 от указанного шага.Since permanent magnets tend to close the magnetic flux around themselves along the shortest path (locally), it is preferable that the distance between the two nearest disks of the inductor be less than the distance between the centers of mass of two magnetic elements of one disk of the inductor. This will ensure a more complete closure of the magnetic flux through all working non-magnetic gaps and reduce local closure, which increases the specific power of the machine. The best result is achieved at values of 0.3-0.5 from the indicated step.
Решение ограничить угол α до 30 градусов улучшает удельную мощность, так как повышается момент на валу.The decision to limit the angle α to 30 degrees improves the power density, as the moment on the shaft increases.
Для электрических машин, имеющих несколько фаз якоря, каждая фаза которого имеет более 2-х дисков, решение равномерного расположения дисков одной фазы якоря вдоль оси вращения, чередуясь с дисками других фаз, улучшает надежность машины, так как рабочая нагрузка равномерно распределяется по валу и корпусу машины.For electric machines with several phases of the armature, each phase of which has more than 2 disks, the solution of the uniform arrangement of the disks of one phase of the armature along the axis of rotation, alternating with the disks of other phases, improves the reliability of the machine, since the work load is evenly distributed across the shaft and body cars.
Для повышения удельной мощности необходимо, чтобы рабочие участки обмотки имели прямоугольное сечение поперек направления движения электрического тока, что будет обеспечивать меньшее электрическое сопротивление и снизит выделение тепла на обмотке. Эту же задачу выполняет решение, что поперечное сечение лобных участков обмотки должно быть больше, чем поперечное сечение рабочих участков, так что бы плотность тока в лобовых участках была меньше, чем в рабочих участках, тогда потери в обмотке будут минимизированы.To increase the specific power, it is necessary that the working sections of the winding have a rectangular cross section transverse to the direction of electric current, which will provide less electrical resistance and reduce heat generation on the winding. The same task is fulfilled by the decision that the cross section of the frontal sections of the winding should be larger than the cross section of the working sections, so that the current density in the frontal sections is less than in the working sections, then the losses in the winding will be minimized.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009116432/09A RU2394340C1 (en) | 2009-04-30 | 2009-04-30 | Disk electric machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009116432/09A RU2394340C1 (en) | 2009-04-30 | 2009-04-30 | Disk electric machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2394340C1 true RU2394340C1 (en) | 2010-07-10 |
Family
ID=42684772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009116432/09A RU2394340C1 (en) | 2009-04-30 | 2009-04-30 | Disk electric machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2394340C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2635391C2 (en) * | 2012-09-17 | 2017-11-13 | Херон Энерджи Пте. Лимитед | Electromagnetic turbine |
| WO2020074947A1 (en) * | 2018-10-13 | 2020-04-16 | Сергей Сергеевич ЛАГУТИН | Method for converting magnetic and electrostatic field energy into mechanical energy |
-
2009
- 2009-04-30 RU RU2009116432/09A patent/RU2394340C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2635391C2 (en) * | 2012-09-17 | 2017-11-13 | Херон Энерджи Пте. Лимитед | Electromagnetic turbine |
| WO2020074947A1 (en) * | 2018-10-13 | 2020-04-16 | Сергей Сергеевич ЛАГУТИН | Method for converting magnetic and electrostatic field energy into mechanical energy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10476362B2 (en) | Multi-tunnel electric motor/generator segment | |
| JP5318758B2 (en) | Ring coil motor | |
| EP2394351B1 (en) | Electrical machine | |
| KR20140142295A (en) | An improved dc electric motor/generator with enhanced permanent magnet flux densities | |
| US11218067B2 (en) | Method and apparatus for power generation | |
| JP2021182865A (en) | Electric motor | |
| US20160218606A1 (en) | Transverse flux machine | |
| US11056957B2 (en) | Rotary electric machine equipped with magnetic flux variable mechanism | |
| JP2010172046A (en) | Magnetic flux amount variable rotating electric machine system excited by magnet | |
| CN106374707A (en) | Motor | |
| WO2011124232A1 (en) | Electrical machine | |
| RU2394340C1 (en) | Disk electric machine | |
| CN109038991A (en) | A kind of 36/4 structure high-speed magneto | |
| WO2013158059A1 (en) | Permanent magnet electric machine | |
| JP7277068B2 (en) | Motor with rotational force output device and rotational starting force assist | |
| JP2007202292A (en) | Exciter | |
| US20150084467A1 (en) | Reduced Reaction Rotary Alternating Current Generator | |
| JP5802487B2 (en) | Permanent magnet rotating electric machine | |
| US20200304000A1 (en) | Generator with reduced magnetic resistance | |
| US20160301290A1 (en) | Electric generator | |
| JP5740250B2 (en) | Permanent magnet rotating electric machine | |
| JP3172205U (en) | High efficiency and powerful motor integrated with generator | |
| JP2010093929A (en) | Axial gap-type motor | |
| CN111740515A (en) | Rotor modular hybrid excitation switched reluctance motor | |
| JP2008017579A (en) | Eddy current decelerating apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110501 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20121110 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130501 |