RU2668817C1 - Synchronous motor with magnetic reduction - Google Patents

Synchronous motor with magnetic reduction Download PDF

Info

Publication number
RU2668817C1
RU2668817C1 RU2017145235A RU2017145235A RU2668817C1 RU 2668817 C1 RU2668817 C1 RU 2668817C1 RU 2017145235 A RU2017145235 A RU 2017145235A RU 2017145235 A RU2017145235 A RU 2017145235A RU 2668817 C1 RU2668817 C1 RU 2668817C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stator
rotor
magnetic
rotation
teeth
Prior art date
Application number
RU2017145235A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Юрьевич Афанасьев
Валерий Геннадьевич Макаров
Николай Алексеевич Березов
Ильдар Фависович Газизов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority to RU2017145235A priority Critical patent/RU2668817C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2668817C1 publication Critical patent/RU2668817C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/02—Synchronous motors
    • H02K19/04—Synchronous motors for single-phase current
    • H02K19/06—Motors having windings on the stator and a variable-reluctance soft-iron rotor without windings, e.g. inductor motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K51/00—Dynamo-electric gears, i.e. dynamo-electric means for transmitting mechanical power from a driving shaft to a driven shaft and comprising structurally interrelated motor and generator parts

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular to electric machines with magnetic reduction. Synchronous motor with magnetic reduction comprises rings of the magnetic conductor stator, a high-rotation rotor with permanent magnets and a low-rotating rotor. Low-rotation stator rotor disks have ferromagnetic and non-magnetic elements in the form of sectors. High-rotation rotor relies on the bearing mounted on the slow-rotation rotor shaft. Quantities of ferromagnetic elements on stator disk zand on rotor disk zare connected by equality z=z±2p, wherein p is a number of pairs of poles of stator winding. Plated teeth with coils and crowns installed on the end surface of the second ring of the stator magnetic conductor and having the same angular positions with teeth, coils and crowns on the first ring of the stator magnetic conductor are additionally placed. On the end surfaces of the crowns of the teeth, there are protrusions, the position of which coincides with the ferromagnetic elements of the stator disks. High-rotation rotor is located in the middle of the motor.EFFECT: improved energy characteristics, increased reliability.1 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим машинам, а конкретно к синхронным двигателям с возбуждением от постоянных магнитов, и может быть использовано в качестве компактного агрегата "двигатель-редуктор" в механических системах с большим ресурсом работы при ударных нагрузках, для применения, например, в качестве мотор-колеса экологически чистых автомобилей.The invention relates to electric machines, and in particular to synchronous motors with excitation from permanent magnets, and can be used as a compact unit "motor-reducer" in mechanical systems with a long service life under shock loads, for use, for example, as a motor wheels of environmentally friendly cars.

Известно техническое решение по патенту РФ №2375806. Сущность заключается в том, что синхронный электродвигатель имеет корпус, пакет статора с зубцами и с многофазной обмоткой, вал, чередующиеся коаксиальные полые цилиндры ротора и статора, состоящие из ферромагнитных и немагнитных элементов, расположенных вдоль оси вращения, причем цилиндры ротора механически связаны с ротором, а цилиндры статора - с корпусом, при этом зубцы и ферромагнитные элементы цилиндров статора, а также зубцы магнитопровода и ферромагнитные элементы цилиндров ротора имеют свои одинаковые угловые положения. Введены второй пакет статора в виде полого цилиндра с зубцами на его внутренней поверхности, расположенный снаружи от полых цилиндров, вал с ротором быстрого вращения, содержащим высококоэрцитивные постоянные магниты в виде прямоугольных параллелепипедов, расположенные радиально, намагниченные тангенциально и встречно, клинообразные полюсные наконечники, расположенные между полыми цилиндрами и пакетом статора с многофазной обмоткой, имеющим обращенную конструкцию.A technical solution according to the patent of the Russian Federation No. 2375806 is known. The essence is that the synchronous electric motor has a housing, a stator package with teeth and with a multiphase winding, a shaft, alternating coaxial hollow cylinders of the rotor and stator, consisting of ferromagnetic and non-magnetic elements located along the axis of rotation, and the rotor cylinders are mechanically connected to the rotor, and the stator cylinders - with a housing, while the teeth and ferromagnetic elements of the stator cylinders, as well as the teeth of the magnetic circuit and the ferromagnetic elements of the rotor cylinders have their same angular positions. A second stator package was introduced in the form of a hollow cylinder with teeth on its inner surface, located outside of the hollow cylinders, a shaft with a fast rotation rotor containing highly coercive permanent magnets in the form of rectangular parallelepipeds located radially, tangentially and counter magnetized, wedge-shaped pole tips located between hollow cylinders and a stator package with a multiphase winding having a reversed design.

Недостатком является сложность конструкции и ограниченная скорость вращения из-за консольного расположения полых цилиндров, а также низкая надежность работы на подвижном основании.The disadvantage is the design complexity and limited rotation speed due to the cantilever arrangement of the hollow cylinders, as well as the low reliability of work on a moving base.

Известно техническое решение по патенту РФ №2544835. Сущность заключается в том, что синхронный электродвигатель с магнитной редукцией содержит корпус, пакет статора с зубцами и с многофазной обмоткой, ротор быстрого вращения с постоянными магнитами на валу с подшипниками и многослойный ротор медленного вращения на валу с подшипниками. Ротор медленного вращения и статор имеют чередующиеся диски, состоящие из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов, постоянные магниты имеют вид секторов и намагничены аксиально с чередующейся полярностью, пакет статора выполнен в виде двух колец из ленты электротехнической стали путем навивки, расположенных по торцам электродвигателя, накладные зубцы с катушками и коронками установлены на торцевой поверхности кольца пакета статора, на поверхности другого кольца имеются клиновидные выступы, имеющие свои одинаковые угловые размеры и положения с ферромагнитными элементами дисков статора, причем количества ферромагнитных элементов на диске статора zc и на диске ротора zp связаны равенством zp=zc±2p, а угловые размеры ферромагнитных элементов дисков статора и ротора медленного вращения различны.A technical solution according to the patent of the Russian Federation No. 2544835 is known. The essence is that the synchronous motor with magnetic reduction contains a housing, a stator package with teeth and with a multiphase winding, a fast rotation rotor with permanent magnets on a shaft with bearings and a multi-layer slow rotation rotor on a shaft with bearings. The slow rotation rotor and the stator have alternating disks consisting of ferromagnetic and non-magnetic elements in the form of sectors, permanent magnets have the form of sectors and are magnetically axially magnetized with alternating polarity, the stator package is made in the form of two rings of electrical steel tape by winding located at the ends of the electric motor, false teeth with coils and crowns are installed on the end surface of the ring of the stator package, on the surface of the other ring there are wedge-shaped protrusions having their same angles stems dimensions and position with the ferromagnetic elements of the stator disk, wherein the number of ferromagnetic elements on the stator disk and z c z p rotor disk related by z p z c = 2p ±, while the angular dimensions of the ferromagnetic elements of the stator and rotor disks slow rotation are different.

Недостатком является наличие двух валов, что усложняет конструкцию, а также отсутствие оптимального соотношения между толщиной постоянных магнитов и толщиной и количеством рабочих зазоров, что снижает энергетические показатели.The disadvantage is the presence of two shafts, which complicates the design, as well as the lack of an optimal ratio between the thickness of the permanent magnets and the thickness and number of working gaps, which reduces energy performance.

Наиболее близким техническим решением к заявленному техническому решению по наибольшему количеству совпадающих признаков и достигаемому техническому результату, выбранному заявителем в качестве прототипа, является изобретение по патенту РФ №2604058. Сущность заключается в том, что синхронный электродвигатель с магнитной редукцией содержит корпус, магнитопровод статора с зубцами и с многофазной обмоткой, ротор быстрого вращения с постоянными магнитами и с подшипником, ротор медленного вращения на валу с подшипниками и статор имеют чередующиеся диски, диски статора и ротора медленного вращения состоят из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов, постоянные магниты имеют вид секторов и намагничены аксиально с чередующейся полярностью, магнитопровод статора выполнен в виде двух колец из ленты электротехнической стали путем навивки, расположенных по торцам электродвигателя, накладные зубцы с катушками и коронками установлены на торцевой поверхности первого кольца магнитопровода статора, причем количества ферромагнитных элементов на диске статора zc и на диске ротора zp связаны равенством zp=zc±2р, где p - число пар полюсов обмотки статора, а угловые размеры ферромагнитных элементов дисков статора и ротора медленного вращения различны, подшипник ротора быстрого вращения установлен на валу ротора медленного вращения, а толщина постоянных магнитов hм на роторе быстрого вращения связана с толщиной и количеством рабочих зазоров соотношением hм=2mδ, где δ - зазор между дисками, m - число дисков ротора медленного вращения,The closest technical solution to the claimed technical solution for the largest number of matching features and the achieved technical result, selected by the applicant as a prototype, is the invention according to RF patent No. 2604058. The essence is that the synchronous electric motor with magnetic reduction contains a housing, a stator magnetic circuit with teeth and a multiphase winding, a fast rotation rotor with permanent magnets and a bearing, a slow rotation rotor on a shaft with bearings and a stator have alternating disks, stator and rotor disks slow rotation consist of ferromagnetic and non-magnetic elements in the form of sectors, permanent magnets have the form of sectors and are magnetized axially with alternating polarity, the stator magnetic circuit is made in in the form of two rings of electrical steel tape by winding, located at the ends of the electric motor, false teeth with coils and crowns are installed on the end surface of the first ring of the stator magnetic circuit, and the number of ferromagnetic elements on the stator disk z c and on the rotor disk z p are connected by the equality z p = z c ± 2p, where p - the number of pairs of stator poles and the angular size of the ferromagnetic elements of the stator and rotor disks are different slow rotation, speed of rotation of the rotor bearing is mounted on the rotor shaft sLOW by the rotation, and the thickness h m of the permanent magnets on the rapid rotation of the rotor is related to the thickness and number of transmission gaps ratio h m = 2mδ, where δ - the gap between the discs, m - the number of rotor discs slow rotation,

Недостатком является наличие осевого усилия на вал медленного вращения из-за несимметрии магнитной системы, большой поток рассеяния из-за большой МДС постоянного магнита и большого количества путей, а также трудность охлаждения из-за расположения обмотки с одного торца электродвигателя, что снижает энергетические показатели и надежность электродвигателя.The disadvantage is the presence of axial force on the shaft of slow rotation due to the asymmetry of the magnetic system, a large scattering flux due to the large MDS of the permanent magnet and a large number of paths, as well as the difficulty of cooling due to the location of the winding from one end of the electric motor, which reduces energy performance and reliability of the electric motor.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в улучшении энергетических показателей и повышении надежности.The technical result to which the claimed invention is directed is to improve energy performance and increase reliability.

Технический результат достигается тем, что в синхронный электродвигатель с магнитной редукцией, содержащий корпус, магнитопровод статора с зубцами и с многофазной обмоткой, ротор быстрого вращения с постоянными магнитами и с подшипником, ротор медленного вращения на валу с подшипниками и статор имеют чередующиеся диски, диски статора и ротора медленного вращения состоят из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов, постоянные магниты имеют вид секторов и намагничены аксиально с чередующейся полярностью, магниропровод статора выполнен в виде двух колец из ленты электротехнической стали путем навивки, расположенных по торцам электродвигателя, накладные зубцы с катушками и коронками установлены на торцевой поверхности первого кольца магнитопровода статора, причем количества ферромагнитных элементов на диске статора zc и на диске ротора zp связаны равенством zp=zc±2p, где p - число пар полюсов обмотки статора, а угловые размеры ферромагнитных элементов дисков статора и ротора медленного вращения различны, подшипник ротора быстрого вращения установлен на валу ротора медленного вращения а толщина постоянных магнитов hм на роторе быстрого вращения связана с толщиной и количеством рабочих зазоров соотношением hм=2mδ, где δ - зазор между дисками, m - число дисков ротора медленного вращения, введены накладные зубцы с катушками и коронками, установленные на торцевой поверхности второго кольца магнитопровода статора и имеющие одинаковые угловые положения с зубцами, катушками и коронками на первом кольце магнитопровода статора, на торцевых поверхностях коронок зубцов выполнены выступы, положение которых совпадает с ферромагнитными элементами дисков статора, а ротор быстрого вращения расположен посередине электродвигателя.The technical result is achieved by the fact that the synchronous motor with magnetic reduction, comprising a housing, a stator magnetic circuit with teeth and a multiphase winding, a fast rotation rotor with permanent magnets and a bearing, a slow rotation rotor on a shaft with bearings and a stator have alternating disks, stator disks and slow rotation rotors consist of ferromagnetic and non-magnetic elements in the form of sectors, permanent magnets have the form of sectors and are magnetized axially with alternating polarity, a torus made up of two rings of tape electrical steel by winding disposed at the ends of the motor, false tine coils and crowns fitted on the end face of the first ring of the magnetic circuit of the stator, wherein the number of ferromagnetic elements on the drive stator z c and on the rotor disc z p are related by z p = z c ± 2p, where p is the number of pairs of poles of the stator winding, and the angular sizes of the ferromagnetic elements of the disks of the stator and the rotor of slow rotation are different, the bearing of the fast rotation rotor is mounted on of the rotor of slow rotation and the thickness of the permanent magnets h m on the rotor of fast rotation is related to the thickness and number of working gaps by the relation h m = 2mδ, where δ is the gap between the disks, m is the number of disks of the slow rotation rotor, false teeth with coils and crowns are introduced, mounted on the end surface of the second ring of the stator magnetic circuit and having the same angular position with teeth, coils and crowns on the first ring of the stator magnetic circuit, protrusions are made on the end surfaces of the tooth crowns, position otorrhea coincides with ferromagnetic elements of the stator discs and the rapid rotation of the rotor is located in the middle of the motor.

Заявленное техническое решение поясняется чертежами (Фиг. 1 - Фиг. 7):The claimed technical solution is illustrated by drawings (Fig. 1 - Fig. 7):

- на Фиг. 1 - показано продольное сечение синхронного электродвигателя с магнитной редукцией;- in FIG. 1 - shows a longitudinal section of a synchronous electric motor with magnetic reduction;

- на Фиг. 2 - показан ротор быстрого вращения;- in FIG. 2 - shows a fast rotation rotor;

- на Фиг. 3 - показан диск статора;- in FIG. 3 - shows the stator disk;

- на Фиг. 4 - показан диск ротора медленного вращения;- in FIG. 4 - shows the rotor disk of a slow rotation;

- на Фиг. 5 - показан вид зубцов с катушками;- in FIG. 5 - shows a view of teeth with coils;

- на Фиг. 6 - показана форма листов шихтованного сектора (статора);- in FIG. 6 - shows the shape of the sheets of the laminated sector (stator);

- на Фиг. 7 - показана схема замещения магнитной системы прототипа;- in FIG. 7 - shows the equivalent circuit of the magnetic system of the prototype;

- на Фиг. 8 - показана схема замещения магнитной системы предлагаемого электродвигателя.- in FIG. 8 - shows the equivalent circuit of the magnetic system of the proposed motor.

Далее детально представлены конструктивные особенности признаков, приведенных на указанных фигурах.The following are presented in detail the design features of the features shown in these figures.

На Фиг. 1 представлен синхронный электродвигатель, где;In FIG. 1 shows a synchronous electric motor, where;

1 - корпус; 2, 3 - подшипниковые щиты;1 - housing; 2, 3 - bearing shields;

4, 5 - кольца пакета статора;4, 5 - stator pack rings;

6, 7 - зубцы;6, 7 - teeth;

8, 9 - катушки;8, 9 - coils;

10 - постоянный магнит;10 - permanent magnet;

11 - втулка ротора быстрого вращения;11 - sleeve rotor fast rotation;

12,13 - втулки статора;12.13 - stator bushings;

14, 15 - диски статора;14, 15 - stator disks;

16, 17 - втулки ротора медленного вращения;16, 17 - sleeve rotor slow rotation;

18, 19 - диски ротора медленного вращения;18, 19 - discs of the rotor of slow rotation;

20 - вал;20 - shaft;

21, 22 - подшипники ротора медленного вращения;21, 22 - slow rotor bearings;

23 - подшипник ротора быстрого вращения.23 - bearing of the rotor of rapid rotation.

Заявленная конструкция собрана следующим образом. Корпус 1 жестко связан с подшипниковыми щитами 2, 3. На них установлены кольца 4, 5 магнитопровода статора. На кольце 4 имеются шесть зубцов 6 с катушками 8. На кольце 5 имеются шесть зубцов 7 с катушками 9.The claimed design is assembled as follows. The housing 1 is rigidly connected with the bearing shields 2, 3. They are installed rings 4, 5 of the stator magnetic circuit. On ring 4 there are six teeth 6 with coils 8. On ring 5 there are six teeth 7 with coils 9.

Четыре постоянных магнита 10 установлены на втулке 11 ротора быстрого вращения. Диски 14, 15 статора закреплены на втулках 12, 13 статора, установленных на корпусе 1. Диски 18, 19 ротора медленного вращения установлены на втулках 16, 17 ротора медленного вращения, установленных на валу 20. Вал 20 опирается на подшипники 21, 22, установленные в подшипниковых щитах 2, 3. Ротор быстрого вращения установлен на подшипнике 23, установленном на валу 20. Подшипник 23 имеет большую ширину и является радиально-упорным для обеспечения требуемого положения ротора быстрого вращения.Four permanent magnets 10 are mounted on the sleeve 11 of the fast rotation rotor. The stator disks 14, 15 are mounted on the stator bushings 12, 13 mounted on the housing 1. The slow rotation rotor disks 18, 19 are mounted on the slow rotation rotor bushings 16, 17 mounted on the shaft 20. The shaft 20 is supported by bearings 21, 22 mounted in the bearing shields 2, 3. The fast rotation rotor is mounted on a bearing 23 mounted on the shaft 20. The bearing 23 is wide and angularly resistant to provide the required position of the fast rotation rotor.

Кольца 4, 5 магнитопровода статора и зубцы 6, 7 выполнены лентой из электротехнической стали путем навивки. Зубцы 6, 7 с коронками имеют вид секторов. Они установлены на кольцах 4, 5 магнитопровода статора. Катушки, расположенные диаметрально, соединены последовательно встречно и образуют три фазы обмотки статора: А, В и С.The rings 4, 5 of the stator magnetic circuit and the teeth 6, 7 are made of electrical steel tape by winding. The teeth 6, 7 with crowns look like sectors. They are installed on the rings 4, 5 of the stator magnetic circuit. Coils arranged diametrically are connected in series in the opposite direction and form three phases of the stator winding: A, B and C.

Ротор быстрого вращения имеет четыре постоянных магнита 10 из высококоэрцитивного магнитотвердого материала, имеющие вид секторов (на фиг. 2 показаны закрашенными), и немагнитные сектора (на фиг. 2 не закрашены). Сектора намагничены по оси вращения и образуют на торцевых поверхностях чередующиеся полюса.The fast rotation rotor has four permanent magnets 10 made of highly coercive hard magnetic material having the form of sectors (shown in shaded in FIG. 2) and non-magnetic sectors (not shaded in FIG. 2). Sectors are magnetized along the axis of rotation and form alternating poles on the end surfaces.

На торцевых поверхностях коронок зубцов 6, 7 имеются клиновидные выступы (фиг. 3). Диски 14, 15 статора имеют чередующиеся секторы из магнитомягкого материала (на фиг. 3 показаны темными) и немагнитного материала (на фиг. 3 светлые). Магнитные элементы выполнены шихтованными из электротехнической стали.On the end surfaces of the crowns of the teeth 6, 7 there are wedge-shaped protrusions (Fig. 3). The stator disks 14, 15 have alternating sectors of soft magnetic material (shown in Fig. 3 as dark) and non-magnetic material (in Fig. 3 light). Magnetic elements are made of electrical steel.

Диски 18, 19 ротора медленного вращения имеют чередующиеся секторы из магнитомягкого материала (на фиг. 4 показаны темными) и немагнитного материала (на фиг. 4 светлые). Магнитные элементы выполнены шихтованными из электротехнической стали.The disks 18, 19 of the slow rotation rotor have alternating sectors of soft magnetic material (shown in Fig. 4 dark) and non-magnetic material (in Fig. 4 light). Magnetic elements are made of electrical steel.

Количество ферромагнитных элементов дисков статора zc и ферромагнитных элементов дисков ротора медленного вращения zp, приходящихся на одно полюсное деление, отличаются на единицу. На фиг. 3, 4 показан случай, когда число пар полюсов p=2, zc=18, zp=22.The number of ferromagnetic elements of the stator disks z c and ferromagnetic elements of the disks of the slow rotation rotor z p per one pole division differ by one. In FIG. 3, 4, the case is shown when the number of pole pairs is p = 2, z c = 18, z p = 22.

Синхронный электродвигатель с магнитной редукцией работает следующим образом. При подаче на обмотку статора трехфазной системы напряжений возникает вращающееся магнитное поле с четырьмя полюсами. Оно увлекает за собой ротор быстрого вращения. Вместе с ним вращаются области большой магнитной индукции в дисках статора и ротора медленного вращения. В результате ротор медленного вращения поворачиваются так, что места совпадения положений ферромагнитных элементов дисков статора и соответствующих ферромагнитных элементов дисков ротора медленного вращения находятся в зонах максимума модуля магнитной индукции.Synchronous motor with magnetic reduction operates as follows. When a three-phase voltage system is applied to the stator winding, a rotating magnetic field with four poles arises. It carries with it a rotor of rapid rotation. Together with it, areas of large magnetic induction rotate in the disks of the stator and rotor of slow rotation. As a result, the slow rotation rotor is rotated so that the positions of coincidence of the positions of the ferromagnetic elements of the stator disks and the corresponding ferromagnetic elements of the disks of the slow rotation rotor are in the areas of maximum magnetic induction module.

За половину периода напряжения питания Т/2=π/ω ротор быстрого вращения повернется на угол π/2, а места максимума модуля магнитной индукции повторятся. При этом ротор медленного вращения должен повернуться на один сектор, т.е. на угол 2π/zp.Следовательно, магнитный редуктор имеет передаточное отношение zp/4. Поэтому скорость вращения ротора медленного вращения будет ωм=2ω/zp.Здесь ω - угловая частота напряжения питания. Момент на валу медленного вращения Мм=zpMб/2.For half the period of the supply voltage T / 2 = π / ω, the fast rotor will rotate by an angle π / 2, and the places of the maximum magnetic induction module will be repeated. In this case, the rotor of slow rotation should turn by one sector, i.e. at an angle of 2π / z p. Therefore, the magnetic gearbox has a gear ratio z p / 4. Therefore, the rotational speed of the rotor of slow rotation will be ω m = 2ω / z p. Here ω is the angular frequency of the supply voltage. The moment on the shaft of slow rotation M m = z p M b / 2.

Наличие нескольких дисков статора и ротора вызывает многократную деформацию магнитного поля в зоне дисков, что увеличивает развиваемый момент и позволяет улучшить массогабаритные показатели.The presence of several disks of the stator and rotor causes multiple deformation of the magnetic field in the zone of the disks, which increases the developed moment and allows to improve the overall dimensions.

На торцевых поверхностях коронок зубцов 6, 7, обращенных к активной зоне, имеются клиновидные выступы в виде секторов, повторяющие по форме и количеству ферромагнитные элементы дисков статора, что увеличивает развиваемый момент.On the end surfaces of the teeth crowns 6, 7, facing the active zone, there are wedge-shaped protrusions in the form of sectors, repeating in shape and quantity the ferromagnetic elements of the stator disks, which increases the developed moment.

На фиг. 5 показаны зубцы с обмотками. На каждом зубце имеется три выступа, показанные темным цветом. Общее число выступов - 18 и совпадает с числом ферромагнитных элементов дисков статора.In FIG. 5 shows teeth with windings. On each tooth there are three protrusions shown in dark color. The total number of protrusions is 18 and coincides with the number of ferromagnetic elements of the stator disks.

Ферромагнитные элементы дисков статора и ротора медленного вращения выполнены из электротехнической стали шихтованными для уменьшения потерь в стали на вихревые токи, поскольку в процессе работы магнитная индукция в секторах изменяется (Фиг. 6).The ferromagnetic elements of the disks of the stator and the rotor of slow rotation are made of electrical steel lined to reduce losses in the steel due to eddy currents, since during operation the magnetic induction in the sectors changes (Fig. 6).

Передача момента от ротора быстрого вращения к ротору медленного вращения является упругой - через магнитное поле. При увеличении момента нагрузки на валу медленного вращения он отстает на некоторый угол от положения, соответствующего холостому ходу.The moment transfer from the rotor of fast rotation to the rotor of slow rotation is elastic - through a magnetic field. With an increase in the load moment on the shaft of slow rotation, it lags by a certain angle from the position corresponding to idling.

Электродвигатель не имеет механических контактов между подвижными активными частями, бесшумен в работе, имеет большой срок службы, определяемый подшипниками, допускает ударные нагрузки, так как связь между роторами осуществляется через магнитное поле.The electric motor does not have mechanical contacts between the moving active parts, is silent in operation, has a long service life, determined by bearings, allows shock loads, since the connection between the rotors is through a magnetic field.

Удельная энергия магнитного поля определяется выражениемThe specific energy of the magnetic field is determined by the expression

Figure 00000001
.
Figure 00000001
.

При линейной кривой размагничивания максимальная энергия постоянного магнита достигается при условии равенства магнитных сопротивлений постоянного магнита и нагрузки, которой являются зазоры между дисками статора и ротора медленного вращения. Это равенство выполняется, если толщина магнита равна сумме длин зазоров между дисками, т.е. при выполнении равенстваWith a linear demagnetization curve, the maximum energy of the permanent magnet is achieved provided that the magnetic resistances of the permanent magnet are equal to the load, which is the gaps between the disks of the stator and the slow rotor rotor. This equality holds if the thickness of the magnet is equal to the sum of the lengths of the gaps between the disks, i.e. when fulfilling equality

hм=2mδ,h m = 2mδ,

где δ - зазор между дисками, m - число дисков ротора медленного вращения. За счет этого заявленный электродвигатель имеет повышенные энергетические показатели.where δ is the gap between the disks, m is the number of disks of the rotor of slow rotation. Due to this, the claimed electric motor has increased energy performance.

Благодаря установке подшипника 23 ротора быстрого вращения на вал 20 увеличивается база для вала и упрощается конструкция, т.к. вал быстрого вращения отсутствует. Ротор быстрого вращения усиливает поле, созданное обмоткой двигателя, и передает момент транзитом от статора к магнитному редуктору.Thanks to the installation of the bearing 23 of the rotor of rapid rotation on the shaft 20 increases the base for the shaft and simplifies the design, because rapid rotation shaft is missing. The rapid rotation rotor amplifies the field created by the motor winding and transmits the moment in transit from the stator to the magnetic gearbox.

Благодаря размещению ротора быстрого вращения посередине и размещении зубцов с катушками на втором магнитопроводе получается симметричная магнитная система и полностью снимается осевое усилие, действующее на вал. Подшипники 21, 22 нагружены лишь радиальными усилиями, что снижает напряжение трогания электродвигателя, а также повышает его надежность.By placing the rotor of rapid rotation in the middle and placing the teeth with coils on the second magnetic circuit, a symmetrical magnetic system is obtained and the axial force acting on the shaft is completely removed. Bearings 21, 22 are loaded only with radial forces, which reduces the starting voltage of the electric motor, and also increases its reliability.

Центральное размещение ротора быстрого вращения с постоянными магнитами снижает магнитный поток рассеяния в магнитном редукторе приблизительно в четыре раза.The central location of the rotor of fast rotation with permanent magnets reduces the magnetic flux scattering in the magnetic gearbox by about four times.

На фиг. 7 показана схема замещения магнитной системы прототипа. Здесь Fм - магнитодвижущая сила (МДС) постоянного магнита; Rм - магнитное сопротивление постоянного магнита; R0 - магнитное сопротивление участка магнитной цепи; Rσ - магнитное сопротивление потока рассеяния. Магнитное напряжение постоянного магнита зависит от его магнитного потока:In FIG. 7 shows the equivalent circuit of the magnetic system of the prototype. Here F m - magnetomotive force (MDS) of a permanent magnet; R m - magnetic resistance of a permanent magnet; R 0 is the magnetic resistance of the magnetic circuit; R σ is the magnetic resistance of the scattering flux. The magnetic voltage of a permanent magnet depends on its magnetic flux:

Uм=Fм-RмФм.U m = F m -R m F m

Магнитный поток определяется суммой полезного магнитного потока, имеющего осевое направление, и потоков рассеяния.The magnetic flux is determined by the sum of the useful magnetic flux having an axial direction and the scattering fluxes.

Фм=Ф0+Фσ.Ф m = Ф 0 + Ф σ .

Здесь поток рассеяния

Figure 00000002
определяется полной МДС постоянного магнита и шестью сопротивлениями рассеяния, включенными параллельно.Here is the scattering flux
Figure 00000002
is determined by the total MDS of the permanent magnet and six scattering resistances connected in parallel.

На фиг. 8 показана схема замещения магнитной системы предлагаемого электродвигателя.In FIG. 8 shows the equivalent circuit of the magnetic system of the proposed motor.

Середина постоянного магнита имеет нулевой магнитный потенциал. Поэтому и МДС, и магнитное сопротивление, приходящиеся на одну сторону схемы замещения, в два раза меньше. Магнитный поток рассеяния, входящий в поток постоянного магнита, проходит с каждой стороны по трем магнитным сопротивлениям Rσ. В результате поток рассеяния приближенно в четыре раза меньше. В результате магнитное напряжение на постоянном магните больше, чем у прототипа. Это увеличивает полезный магнитный поток, проходящий через диски статора и ротора медленного вращения, что увеличивает максимальный вращающий момент электродвигателя.The middle of the permanent magnet has zero magnetic potential. Therefore, both the MDS and the magnetic resistance on one side of the equivalent circuit are half as much. The magnetic flux of scattering entering the flux of a permanent magnet passes on each side along three magnetic resistances R σ . As a result, the scattering flux is approximately four times smaller. As a result, the permanent magnet magnetic voltage is greater than that of the prototype. This increases the useful magnetic flux passing through the stator and slow rotor disks, which increases the maximum torque of the electric motor.

Мощность потерь в обмотках, приходящаяся на один торец электродвигателя, в два раза меньше, чем у прототипа. Это облегчает охлаждение электродвигателя и снижает температуру обмоток, что повышает его надежность.The power loss in the windings per one end of the electric motor is two times less than that of the prototype. This facilitates cooling of the electric motor and reduces the temperature of the windings, which increases its reliability.

Таким образом, в результате симметричного расположения ротора быстрого вращения с постоянными магнитами, расположения на втором магнитопроводе статора шести зубцов с катушками получен синхронный электродвигатель с магнитной редукцией, имеющий повышенные энергетические характеристики и повышенную надежность.Thus, as a result of the symmetrical arrangement of the fast rotation rotor with permanent magnets, the location of six teeth with coils on the second stator magnetic circuit, a synchronous motor with magnetic reduction is obtained, which has improved energy characteristics and increased reliability.

Claims (1)

Синхронный электродвигатель с магнитной редукцией, содержащий корпус, магнитопровод статора с зубцами и многофазной обмоткой, ротор быстрого вращения с постоянными магнитами и подшипником, ротор медленного вращения на валу с подшипниками и статор имеют чередующиеся диски, диски статора и ротора медленного вращения состоят из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов, постоянные магниты имеют вид секторов и намагничены аксиально с чередующейся полярностью, магниропровод статора выполнен в виде двух колец из ленты электротехнической стали путем навивки, расположенных по торцам электродвигателя, накладные зубцы с катушками и коронками установлены на торцевой поверхности первого кольца магнитопровода статора, причем количества ферромагнитных элементов на диске статора zc и на диске ротора zp связаны равенством zp=zc±2p, где р - число пар полюсов обмотки статора, а угловые размеры ферромагнитных элементов дисков статора и ротора медленного вращения различны, подшипник ротора быстрого вращения установлен на валу ротора медленного вращения, а толщина постоянных магнитов hм на роторе быстрого вращения связана с толщиной и количеством рабочих зазоров соотношением hм=2mδ, где δ - зазор между дисками, m - число дисков ротора медленного вращения, отличающийся тем, что введены накладные зубцы с катушками и коронками, установленные на торцевой поверхности второго кольца магнитопровода статора и имеющие одинаковые угловые положения с зубцами, катушками и коронками на первом кольце магнитопровода статора, на торцевых поверхностях коронок зубцов выполнены выступы, положение которых совпадает с ферромагнитными элементами дисков статора, а ротор быстрого вращения расположен посередине электродвигателя.Magnetic reduction synchronous electric motor, comprising a housing, a stator magnetic circuit with teeth and a multiphase winding, a fast rotation rotor with permanent magnets and a bearing, a slow rotation rotor on a shaft with bearings and a stator have alternating disks, the stator and slow rotation rotor disks consist of ferromagnetic and non-magnetic elements in the form of sectors, permanent magnets have the form of sectors and are magnetized axially with alternating polarity, the stator magnet wire is made in the form of two rings of electrical tape technical steel by winding, located at the ends of the electric motor, false teeth with coils and crowns are installed on the end surface of the first ring of the stator magnetic circuit, and the number of ferromagnetic elements on the stator disk z c and on the rotor disk z p are connected by the equality z p = z c ± 2p, where p is the number of pairs of poles of the stator winding, and the angular dimensions of the ferromagnetic elements of the stator disks and the slow rotation rotor are different, the fast rotation rotor bearing is mounted on the shaft of the slow rotation rotor, and the thickness is constant GOVERNMENTAL magnets h m rotor rapid rotation is related to the thickness and number of transmission gaps ratio h m = 2mδ, where δ - the gap between the discs, m - the number of rotor discs slow rotation, characterized in that the introduced overhead tine coils and bits mounted on the end surface of the second ring of the stator magnetic circuit and having the same angular position with teeth, coils and crowns on the first ring of the stator magnetic circuit, protrusions are made on the end surfaces of the tooth crowns, the position of which coincides with ferro agnitnymi elements of the stator disc and the rapid rotation of the rotor is located in the middle of the motor.
RU2017145235A 2017-12-21 2017-12-21 Synchronous motor with magnetic reduction RU2668817C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017145235A RU2668817C1 (en) 2017-12-21 2017-12-21 Synchronous motor with magnetic reduction

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017145235A RU2668817C1 (en) 2017-12-21 2017-12-21 Synchronous motor with magnetic reduction

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2668817C1 true RU2668817C1 (en) 2018-10-08

Family

ID=63798496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017145235A RU2668817C1 (en) 2017-12-21 2017-12-21 Synchronous motor with magnetic reduction

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2668817C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2704491C1 (en) * 2018-11-30 2019-10-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Synchronous electric motor with magnetic reduction
RU2708382C1 (en) * 2019-02-13 2019-12-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Synchronous electric motor for helicopter screw

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2375806C1 (en) * 2008-10-07 2009-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева Synchronous motor with magnetic reduction
EP2133982A2 (en) * 2008-06-13 2009-12-16 Siemens Aktiengesellschaft An electrical machine with integrated magnetic gears
RU118136U1 (en) * 2012-02-02 2012-07-10 Николай Владимирович Давыдов MAGNETIC REDUCER-MULTIPLICATOR
RU2544835C1 (en) * 2013-08-23 2015-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" Synchronous motor with magnet gear reduction
US8987963B2 (en) * 2012-01-30 2015-03-24 Denso Corporation Double drive shaft motor of magnetic flux modulation type
US20160087517A1 (en) * 2010-05-17 2016-03-24 Magnomatics Limited Large magnetically geared machines
RU2604058C1 (en) * 2015-11-09 2016-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Synchronous motor with magnetic reduction

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2133982A2 (en) * 2008-06-13 2009-12-16 Siemens Aktiengesellschaft An electrical machine with integrated magnetic gears
RU2375806C1 (en) * 2008-10-07 2009-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева Synchronous motor with magnetic reduction
US20160087517A1 (en) * 2010-05-17 2016-03-24 Magnomatics Limited Large magnetically geared machines
US8987963B2 (en) * 2012-01-30 2015-03-24 Denso Corporation Double drive shaft motor of magnetic flux modulation type
RU118136U1 (en) * 2012-02-02 2012-07-10 Николай Владимирович Давыдов MAGNETIC REDUCER-MULTIPLICATOR
RU2544835C1 (en) * 2013-08-23 2015-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" Synchronous motor with magnet gear reduction
RU2604058C1 (en) * 2015-11-09 2016-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Synchronous motor with magnetic reduction

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2704491C1 (en) * 2018-11-30 2019-10-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Synchronous electric motor with magnetic reduction
RU2708382C1 (en) * 2019-02-13 2019-12-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Synchronous electric motor for helicopter screw

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2604058C1 (en) Synchronous motor with magnetic reduction
US4237396A (en) Electromagnetic machines with permanent magnet excitation
US4725750A (en) Permanent magnet rotary machine
US4488075A (en) Alternator with rotor axial flux excitation
US3999092A (en) Permanent magnet synchronous dynamoelectric machine
JP5318758B2 (en) Ring coil motor
RU2544835C1 (en) Synchronous motor with magnet gear reduction
US4308479A (en) Magnet arrangement for axial flux focussing for two-pole permanent magnet A.C. machines
RU118136U1 (en) MAGNETIC REDUCER-MULTIPLICATOR
US3746900A (en) Synchronous motor with improved starting characteristics
RU2668817C1 (en) Synchronous motor with magnetic reduction
RU2594018C1 (en) Magnetic reducing gear
RU2375806C1 (en) Synchronous motor with magnetic reduction
RU2588599C1 (en) Synchronous motor with magnetic reduction
RU2474033C1 (en) Magnetic gear
US20020067102A1 (en) Machine with cup-shaped armature and air gap
RU2545166C1 (en) Magnetic reducing gear
RU111367U1 (en) MAGNET REDUCER
RU2704491C1 (en) Synchronous electric motor with magnetic reduction
US3855490A (en) Synchronous motor with flux conductor
RU2708382C1 (en) Synchronous electric motor for helicopter screw
GB936694A (en) Electromagnetic machinery
RU2545167C1 (en) Synchronous electric motor
RU2673587C1 (en) Motor-wheel
RU2705219C1 (en) Magnetic gearbox

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201222