RU2673587C1

RU2673587C1 - Motor-wheel

Info

Publication number: RU2673587C1
Application number: RU2017144340A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Юрьевич Афанасьев; Алексей Витальевич Макаров; Николай Алексеевич Березов; Ильдар Фависович Газизов
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2018-11-28

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to a motor wheel. Motor wheel contains: a tire, a rim, a disk, an electric motor, a stator flange and a rotor position sensor. Electric motor consists of a stator with winding coils, a rotor connected to the rim of the wheel, a rotor of fast rotation, a hollow shaft mounted on the semiaxis of the car, and magnetic circuits located along the ends of the motor-wheel. Stator is fixed to the hollow axis. Coils of the stator winding are located with a fixed angular distance. Rotor is fixed to the bearings on the hollow axis. Alternating rotor and stator disks consist of ferromagnetic and nonmagnetic elements in the form of sectors. Magnetic cores are made by winding in the form of two rings of electrotechnical steel tape. Rotor of fast rotation is made in the form of a disk with 2p permanent magnets in the form of sectors, magnetized axially with alternating polarity. Rotor with the bearing is mounted on a hollow axis between the magnetic circuits. On the hollow axle, a stator flange with tapered holes is fixed, the number of which coincides with the number of conical rods of the hub of the car. Semiaxis of the car in the center has a thread for fixing the motor-wheel with a screw and washer.

EFFECT: creation of a motor wheel with improved energy performance is achieved.

1 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к автомобильной технике, а конкретно к колесам со встроенными электродвигателями и редукторами, и может быть использовано в качестве колеса автомобиля с прямым приводом без трансмиссии.The invention relates to automotive technology, and in particular to wheels with built-in electric motors and gears, and can be used as a wheel of a car with direct drive without transmission.

Известно мотор-колесо, содержащее встроенную в колесо асинхронную электрическую машину, при этом статор с магнитопроводом неподвижно закреплен на оси колеса, на магнитопроводе статора размещены магнитные элементы, ротор установлен подвижно на оси колеса и имеет магнитопровод с короткозамкнутыми обмотками (Макаров Ю.В., Черепанов В.Д. Мотор-колесо. Патент России 2334626, МПК В60К 7/00, 2008.09.27) [1].It is known that a motor wheel contains an asynchronous electric machine built into the wheel, while a stator with a magnetic circuit is fixedly mounted on the axis of the wheel, magnetic elements are placed on the magnetic circuit of the stator, the rotor is mounted movably on the axis of the wheel and has a magnetic circuit with short-circuited windings (Makarov Yu.V., Cherepanov VD Motor Wheel, Russian Patent 2334626, IPC B60K 7/00, 2008.09.27) [1].

Известное мотор-колесо имеет недостаточный пусковой момент, сложную систему управления и низкий КПД.The known motor wheel has insufficient starting torque, a complex control system and low efficiency.

Известно мотор-колесо, содержащее обод, вал, электропривод с электродвигателем и источником регулируемого напряжения, статор электродвигателя жестко закреплен на полом валу, на статоре размещены катушки обмоток, ротор соединен с ободом колеса и подвижно закреплен на подшипниках и на валу, имеет магнитопровод с постоянными магнитами, размещенными равномерно с чередующейся полярностью магнитов, две группы коллекторов, электрически подключенных к источнику питания (Шкондин В.В., Молчанов К.В. Мотор-колесо. Патент России 2035114, МПК Н02К 23/00, В60К 7/00, БИ 13, 1995.05.10) [2].It is known that a motor wheel contains a rim, a shaft, an electric drive with an electric motor and a source of adjustable voltage, the stator of the electric motor is rigidly fixed to the hollow shaft, winding coils are placed on the stator, the rotor is connected to the wheel rim and movably mounted on bearings and on the shaft, has a magnetic circuit with constant magnets placed uniformly with alternating polarity of the magnets, two groups of collectors electrically connected to a power source (Shkondin V.V., Molchanov K.V. Motor wheel. Russian Patent 2035114, IPC Н02К 23/00, В60К 7/00, BI 13, 1995.05.10) [2].

Известное мотор-колесо имеет сложную конструкцию, низкий КПД и значительные нагрузки на подшипники вала.The well-known motor wheel has a complex structure, low efficiency and significant loads on the shaft bearings.

Известен синхронный электродвигатель с магнитной редукцией, содержащий корпус, пакет 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, 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 z_c и на диске ротора медленного вращения z_p связаны равенством z_p-z_c±2р, где р - число пар полюсов обмотки статора, а угловые размеры ферромагнитных элементов дисков статора и ротора медленного вращения различны, отличающийся тем, что подшипник ротора быстрого вращения установлен на валу ротора медленного вращения, а толщина постоянных магнитов h_M на роторе быстрого вращения определяется соотношением h_M=2mδ, где δ - зазор между дисками, m - число дисков ротора медленного вращения. (Афанасьев Анатолий Юрьевич, Макаров Алексей Витальевич, Березов Николай Алексеевич. Синхронный электродвигатель с магнитной редукцией. Патент РФ №2604058, МПК Н02К 16/02, Н02К 19/24, Н02К 19/06 опубл. 2016.12.10, Бюл. №34) - [3].Known synchronous electric motor with magnetic reduction, comprising a housing, a stator package with teeth and with 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 consisting of ferromagnetic and non-magnetic elements in the form sectors, permanent magnets have the form of sectors and are magnetized axially with alternating polarity, the stator package is made in the form of two rings of electrical steel tape by winding, located x 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 angular sizes and positions with the ferromagnetic elements of the stator disks, and the number of ferromagnetic elements on the stator disk z _c and z _p at the slow rotation of the rotor disk are related by 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 slow bp scheniya different, characterized in that the rapid rotation of the rotor bearing is mounted on the rotor slow rotation shaft, and the thickness of the permanent magnets h _M on the rotor rapid rotation defined by the relation h _M = 2mδ, where δ - the gap between the discs, m - the number of rotor discs slow rotation. (Afanasyev Anatoly Yuryevich, Makarov Aleksey Vitalievich, Berezov Nikolay Alekseevich. Synchronous electric motor with magnetic reduction. RF patent №2604058, IPC Н02К 16/02, Н02К 19/24, Н02К 19/06 publ. 2016.12.10, Bull. No. 34) - [3].

Этот электродвигатель трудно встроить в автомобильное колесо.This electric motor is difficult to integrate into a car wheel.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по конструкции и достигаемому эффекту является мотор-колесо, содержащее шину, обод, полую ось, электропривод с источником регулируемого напряжения и электродвигателем, состоящим из закрепленного на полой оси статора с катушками обмоток, размещенных группами с фиксированным угловым расстоянием между катушками, ротор, соединенный с ободом колеса и подвижно закрепленный на подшипниках на оси, имеющий магнитопровод с основными, с чередующейся полярностью, постоянными магнитами, размещенными равномерно на магнитопроводе, коллектор, который подключен к выходам источника регулируемого напряжения, электродвигатель снабжен датчиками положения ротора, дополнительными магнитами, размещенными между основными магнитами, а статор снабжен расположенными в пространстве между магнитами рядами электрических блоков, каждый из которых содержит диэлектрическое кольцо с контактами и радиатор, в пазах которого установлены секции катушек с обмотками и датчики положения ротора, выводы которых присоединены к контактам диэлектрического кольца и объединены в фазовые секции, при этом все магниты установлены в обоймах, соединены между собой и с ободом колеса, с образованием зазоров, в пространстве которых размещены электрические блоки, причем чередующиеся магнитные поля магнитов направлены навстречу друг другу, а коллектор выполнен в виде блока переключения фазовых секций и блока управления направлением и скоростью вращения двигателя, при этом выводы датчиков положения ротора подключены к контактам колец и через отверстия колец и полой оси подключены к управляющим входам блока управления, а фазовые секции катушек подключены к контактам диэлектрических колец, а в рядах электрических блоков соединены последовательно или параллельно или последовательно-параллельно и через отверстия колец полой оси присоединены к блоку переключения фазовых секций, выходы которого подключены к блоку управления направлением и скоростью вращения колеса (Волегов В.Е. Мотор-колесо. Патент РФ №2156191, МПК В60К 7/00, опубл. 2000.09.20) [4].Closest to the claimed technical solution in design and the achieved effect is a motor wheel containing a tire, rim, hollow axis, an electric drive with an adjustable voltage source and an electric motor consisting of a stator fixed to the hollow axis with winding coils placed in groups with a fixed angular distance between coils, a rotor connected to the wheel rim and movably mounted on bearings on an axis, having a magnetic circuit with main, alternating polarity, permanent magnets, uniformly on the magnetic circuit, the collector, which is connected to the outputs of the adjustable voltage source, the electric motor is equipped with rotor position sensors, additional magnets located between the main magnets, and the stator is equipped with rows of electrical units located in the space between the magnets, each of which contains a dielectric ring with contacts and a radiator in the slots of which sections of coils with windings and rotor position sensors are installed, the terminals of which are connected to the dielectric contacts th rings and combined into phase sections, while all the magnets are mounted in cages, interconnected and with the wheel rim, with the formation of gaps in the space of which are placed the electrical blocks, and the alternating magnetic fields of the magnets are directed towards each other, and the collector is made in the form a phase section switching unit and a control unit for the direction and speed of the engine, while the terminals of the rotor position sensors are connected to the contacts of the rings and are connected to the control inputs through the holes of the rings and the hollow axis odes of the control unit, and the phase sections of the coils are connected to the contacts of the dielectric rings, and in the rows of electrical blocks are connected in series or in parallel or in series-parallel and through the holes of the rings of the hollow axis are connected to the phase section switching unit, the outputs of which are connected to the direction and rotation speed control unit wheels (Volegov V.E. Motor wheel. RF patent No. 2156191, IPC B60K 7/00, publ. 2000.09.20) [4].

Известное мотор-колесо имеет сложную конструкцию и малый вращающий момент, что требует введения механического редуктора и усложняет реализацию.The known motor wheel has a complex structure and low torque, which requires the introduction of a mechanical gearbox and complicates the implementation.

В современных мотор-колесах существуют проблемы обеспечения высокой надежности, упрощения конструкции, снижения неподрессоренной массы колеса, устранения механических контактов в редукторе.In modern motor wheels, there are problems of ensuring high reliability, simplifying the design, reducing the unsprung mass of the wheel, eliminating mechanical contacts in the gearbox.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в создании эффективного и надежного мотор-колеса со следующими свойствами: простая конструкция, улучшенные энергетические показатели, повышенный вращающий момент, бесконтактность редуктора, ускоренные операции монтажа и демонтажа колеса.The technical result to which the claimed invention is directed is to create an effective and reliable motor wheel with the following properties: simple design, improved energy performance, increased torque, contactless gearbox, accelerated wheel mounting and dismounting operations.

Технический результат достигается тем, что в мотор-колесо, содержащее шину, обод и диски колеса, полую ось, насаженную на полуось автомобиля, электродвигатель, состоящий из закрепленного на полой оси статора с катушками обмотки, размещенных с фиксированным угловым расстоянием, ротор, соединенный с ободом колеса и подвижно закрепленный на подшипниках на оси, и датчик положения ротора, введены чередующиеся диски ротора и статора, состоящие из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов, магнитопроводы статора выполнены в виде двух колец из ленты электротехнической стали путем навивки, расположенных по торцам мотор-колеса, накладные зубцы с коронками и с катушками установлены на торцевых поверхностях магнитопроводов, на торцевых поверхностях коронок имеются клиновидные выступы, которые совместно с ферромагнитными элементами дисков статора, а также ферромагнитные элементы дисков ротора имеют свои одинаковые угловые размеры и положения, причем количества ферромагнитных элементов на диске статора z_c и на диске ротора z_p связаны равенством z_p=z_c±2р, где р - число пар полюсов статора, ротор быстрого вращения в виде диска с 2р постоянными магнитами в виде секторов, намагниченными аксиально с чередующейся полярностью, установлен с подшипником на полой оси посередине между магнитопроводами, причем толщина магнита h_M=2mδ, где δ - зазор между дисками, т - число дисков ротора, на полой оси мотор-колеса закреплен фланец статора с коническими отверстиями, число которых совпадает с числом конических стержней ступицы автомобиля, насаженной на полуось автомобиля с резьбой для крепления мотор-колеса с помощью винта и шайбы.The technical result is achieved by the fact that in the motor wheel containing a tire, rim and wheel disks, a hollow axis mounted on the axle of the car, an electric motor consisting of a stator fixed to the hollow axis with winding coils placed with a fixed angular distance, a rotor connected to the wheel rim and movably mounted on bearings on the axis, and the rotor position sensor, alternating rotor and stator disks are introduced, consisting of ferromagnetic and non-magnetic elements in the form of sectors, the stator magnetic circuits are made in the form of two rings of electrical steel tape by winding, located at the ends of the motor wheel, false teeth with crowns and coils are installed on the end surfaces of the magnetic circuits, on the end surfaces of the crowns there are wedge-shaped protrusions, which together with the ferromagnetic elements of the stator disks, as well as the ferromagnetic elements of the disks rotors have their same angular sizes and positions, and the number of ferromagnetic elements on the stator disk z _c and on the rotor disk z _p are related by the equality z _p = z _c ± 2р, where p is the number n ar stator poles, a fast rotation rotor in the form of a disk with 2p permanent magnets in the form of sectors magnetized axially with alternating polarity, is installed with a bearing on the hollow axis in the middle between the magnetic cores, with the magnet thickness h _M = 2mδ, where δ is the gap between the disks, t - the number of rotor disks, a stator flange with conical holes is fixed on the hollow axis of the motor wheel, the number of which coincides with the number of conical rods of the car hub mounted on the car axle with thread for mounting the motor wheel using wines that and the pucks.

Сущность заявленного изобретения поясняется на Фиг. 1-Фиг. 9, где:The essence of the claimed invention is illustrated in FIG. 1 to FIG. 9, where:

Фиг. 1 - продольное сечение мотор-колеса;FIG. 1 is a longitudinal section of a motor wheel;

Фиг. 2 - ротор быстрого вращения с постоянными магнитами;FIG. 2 - rotor fast rotation with permanent magnets;

Фиг. 3 - диск статора;FIG. 3 - stator disk;

Фиг. 4 - диск ротора;FIG. 4 - rotor disk;

Фиг. 5 - зубцы с выступами и катушками;FIG. 5 - teeth with protrusions and coils;

Фиг. 6 - форма листов шихтованного ферромагнитного элемента;FIG. 6 - the shape of the sheets of the charged ferromagnetic element;

Фиг. 7 - схема замещения магнитной системы с одной обмоткой и несимметричным положением ротора с постоянными магнитами;FIG. 7 is an equivalent circuit of a magnetic system with one winding and an asymmetric position of the rotor with permanent magnets;

Фиг. 8 - схема замещения магнитной системы с двумя обмотками и симметричным положением ротора с постоянными магнитами.FIG. 8 is an equivalent circuit of a magnetic system with two windings and a symmetrical position of the rotor with permanent magnets.

Фиг. 9 - ступица автомобиля при снятом колесе.FIG. 9 - the hub of the car with the wheel removed.

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 представлено мотор-колесо, гдеIn FIG. 1 presents a motor wheel, where

1 - полуось автомобиля;1 - the semi-axis of the car;

2 - полая ось;2 - hollow axis;

3, 4 - опоры;3, 4 - supports;

5, 6 - подшипники дисков колеса;5, 6 - wheel disc bearings;

7, 8 - диски колеса;7, 8 - wheel disks;

9 - обод колеса;9 - wheel rim;

10 - шина;10 - tire;

11, 12 - магнитопроводы;11, 12 - magnetic cores;

13-16 - кольца;13-16 - rings;

17, 18 - зубцы;17, 18 - teeth;

19, 20 - катушки;19, 20 - coils;

21, 22 - втулки статора;21, 22 - stator bushings;

23, 24 - диски статора;23, 24 - stator disks;

25, 26 - втулки ротора;25, 26 - rotor bushings;

27, 28 - диски ротора;27, 28 - rotor disks;

29 - постоянный магнит;29 - a permanent magnet;

30 - подшипник ротора быстрого вращения;30 - bearing of the rotor of rapid rotation;

31 - винт;31 - screw;

32 - шайба;32 - washer;

33 - фланец статора;33 - stator flange;

34 - стержень;34 - rod;

35 - ступица автомобиля;35 - a nave of the car;

36 - жгут;36 - harness;

37 - тормозной барабан;37 - brake drum;

38 - ферромагнитный элемент датчика положения ротора.38 - ferromagnetic element of the rotor position sensor.

Заявленная конструкция собрана следующим образом. На полой оси 2 установлены опоры 3, 4. На них опираются магнитопроводы 11, 12, ограниченные кольцами 13-16. На магнитопроводе 11 установлено шесть зубцов 17 с коронками и с катушками 19. На магнитопроводе 12 установлено шесть зубцов 18 с коронками и с катушками 20.The claimed design is assembled as follows. Supports 3, 4 are mounted on the hollow axis 2. Magnetic cores 11, 12, limited by rings 13-16, are supported on them. On the magnetic circuit 11 there are six teeth 17 with crowns and with coils 19. On the magnetic circuit 12 there are six teeth 18 with crowns and with coils 20.

На полуоси 2 установлены втулки статора 21, 22, на которых имеются диски статора 23, 24 соответственно. На полуоси 2 установлен подшипник 30, на который опирается ротор быстрого вращения с четырьмя постоянными магнитами 29.On the semiaxis 2, the stator bushings 21, 22 are installed, on which there are stator disks 23, 24, respectively. A bearing 30 is mounted on the axle shaft 2, on which a fast rotation rotor with four permanent magnets 29 is supported.

На опоры 3, 4 установлены подшипники 5, 6 дисков колеса. На них опираются диски 7, 8 колеса, жестко связанные с ободом 9 колеса, на котором установлена шина 10.Bearings 5, 6 of wheel disks are mounted on bearings 3, 4. They are based on disks 7, 8 wheels, rigidly connected with the rim 9 of the wheel on which the tire 10 is mounted.

На ободе 9 колеса установлены втулки 25, 26 ротора, связанные с дисками 27, 28 ротора соответственно. Диски 23, 24 статора и диски 27, 28 ротора чередуются в пространстве. Ротор быстрого вращения размещен симметрично относительно магнитопроводов 11, 12.On the rim 9 of the wheel mounted rotor sleeve 25, 26, associated with the discs 27, 28 of the rotor, respectively. Disks 23, 24 of the stator and disks 27, 28 of the rotor alternate in space. The rotor of rapid rotation is placed symmetrically relative to the magnetic cores 11, 12.

Магнитопроводы 11, 12 и зубцы 17, 18 выполнены лентой из электротехнической стали путем навивки. Зубцы 17, 18 имеют вид секторов. Катушки 19, 20, расположенные диаметрально, соединены последовательно встречно и образуют три фазы обмотки статора: А, В и С.Magnetic cores 11, 12 and prongs 17, 18 are made of electrical steel tape by winding. The teeth 17, 18 have the form of sectors. The coils 19, 20, located diametrically, are connected in series in the opposite direction and form three phases of the stator winding: A, B and C.

Подшипник 30 имеет большую ширину и является радиально-упорным для обеспечения требуемого положения ротора быстрого вращения.Bearing 30 has a large width and is angular contact to provide the required position of the rotor of rapid rotation.

Ротор быстрого вращения имеет четыре постоянных магнита 29 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 29 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.

Диски 23, 24 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.The stator disks 23, 24 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 27, 28 ротора 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 rotor disks 27, 28 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.

Количества ферромагнитных элементов дисков статора z_c и ферромагнитных элементов дисков ротора z_p, приходящихся на одно полюсное деление, отличаются на единицу. На фиг. 3, 4 показан случай, когда число пар полюсов p=2, z_c=24, z_p=20.The amounts of ferromagnetic elements of the stator disks z _c and ferromagnetic elements of the rotor disks 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 = 24, z _p = 20.

На торцевых поверхностях коронок зубцов 17, 18 имеются клиновидные выступы (на фиг. 5 показаны темным цветом). Их угловое положение и количество соответствуют ферромагнитным элементам дисков 23, 24 статора.On the end surfaces of the crowns of the teeth 17, 18 there are wedge-shaped protrusions (in Fig. 5 are shown in dark color). Their angular position and number correspond to the ferromagnetic elements of the disks 23, 24 of the stator.

Мотор-колесо 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 с постоянными магнитами. Вместе с ним вращаются области большой магнитной индукции в дисках статора и ротора. В результате ротор вместе с ободом поворачиваются так, что места совпадения положений ферромагнитных элементов дисков статора и соответствующих ферромагнитных элементов дисков ротора находятся в зонах максимума модуля магнитной индукции.The motor wheel 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 with permanent magnets. Together with it, the areas of large magnetic induction rotate in the disks of the stator and rotor. As a result, the rotor together with the rim rotate so that the positions of coincidence of the positions of the ferromagnetic elements of the stator disks and the corresponding ferromagnetic elements of the rotor disks are in the zones of the maximum magnetic induction module.

За половину периода напряжения питания T/2=π/ω ротор быстрого вращения повернется на угол π/2, а места максимума модуля магнитной индукции повторятся. При этом ротор должен повернуться на один сектор, т.е. на угол 2π/z_p.Следовательно, магнитный редуктор имеет передаточное отношение Zp/4. Поэтому скорость вращения ротора будет ω_м=2ω/z_p.Здесь ω -угловая частота напряжения питания. Момент ротора, действующий на обод колеса, М_o=z_pМ_б/2, М_б - момент ротора быстрого вращения.For half the period of the supply voltage T / 2 = π / ω, the fast rotation 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 should turn by one sector, i.e. at an angle of 2π / z _p. Therefore, the magnetic gearbox has a gear ratio of Zp / 4. Therefore, the rotor speed will be ω _m = 2ω / z _p. Here, ω is the angle frequency of the supply voltage. The moment of the rotor acting on the rim of the wheel, M _o = z _p M _b / 2, M _b - the moment of the rotor of rapid rotation.

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

На торцевых поверхностях коронок зубцов 17, 18, 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 crowns of the teeth 17, 18, 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 и с выступами на коронках (показаны темным цветом).In FIG. Figure 5 shows the teeth with windings and with protrusions on the crowns (shown in dark color).

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 является упругой - через магнитное поле. При увеличении момента нагрузки на мотор-колесо оно отстает на некоторый угол от положения, соответствующего холостому ходу.The moment transfer from the rotor of fast rotation to the rotor is elastic - through a magnetic field. With an increase in the load moment on the motor wheel, it lags by a certain angle from the position corresponding to idling.

Мотор-колесо не имеет механических контактов между подвижными активными частями, бесшумно в работе, имеет большой срок службы, определяемый подшипниками, допускает ударные нагрузки, так как связь между роторами осуществляется через магнитное поле.The motor-wheel 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 carried out through a magnetic field.

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

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. Это равенство выполняется, если толщина магнита равна сумме длин зазоров между дисками, т.е. при выполнении равенства h_M=2mδ,With a linear demagnetization curve, the maximum energy of a permanent magnet is achieved provided that the magnetic resistances of the permanent magnet are equal to the load, which is the gaps between the stator and rotor disks. 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. under the equality h _M = 2mδ,

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

Благодаря установке подшипника 30 ротора быстрого вращения на полой оси 2 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 30 of the rotor of rapid rotation on the hollow axis 2 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 размещению зубцов с катушками на втором магнитопроводе получается симметричная магнитная система и полностью снимаются осевые усилия. Подшипники 5, 6, 30 нагружены лишь радиальными усилиями, что снижает напряжение трогания мотор-колеса, 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 forces are completely removed. Bearings 5, 6, 30 are loaded only with radial forces, which reduces the pulling voltage of the motor-wheel, 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 при одной обмотке и несимметричном расположении постоянных магнитов. Здесь F_M -магнитодвижущая сила (МДС) постоянного магнита; R_M - магнитное сопротивление постоянного магнита; R₀ - магнитное сопротивление участка магнитной цепи; R_σ - магнитное сопротивление потока рассеяния этого участка. Магнитное напряжение U_м постоянного магнита зависит от его магнитного потока Ф_м:In FIG. 7 shows the equivalent circuit of the magnetic system with a single winding and an asymmetric arrangement of permanent magnets. Here, F _{M is the} magnetomotive force (MDS) of the 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 of this section. The magnetic voltage U _{m of a} permanent magnet depends on its magnetic flux F _m :

U_м=F_м-R_мФ_м.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 scattering fluxes:

Ф_м=Ф₀+Ф_σ.Ф _m = Ф ₀ + Ф _σ .

Здесь поток рассеяния Ф_σ определяется полной МДС постоянного магнита и шестью сопротивлениями рассеяния, включенными параллельно.Here, the scattering flux Φ _σ is determined by the total MDF of the permanent magnet and six scattering resistances connected in parallel.

На фиг. 8 показана схема замещения магнитной системы предлагаемого мотор-колеса с симметричным расположением постоянных магнитов.In FIG. 8 shows an equivalent circuit of the magnetic system of the proposed motor wheel with a symmetrical arrangement of permanent magnets.

Середина постоянного магнита имеет нулевой магнитный потенциал. Поэтому и МДС F_м/2, и магнитное сопротивление R_м/2, приходящиеся на одну сторону схемы замещения, в два раза меньше. Магнитный поток рассеяния Ф_σ, входящий в поток постоянного магнита, проходит с каждой стороны по трем магнитным сопротивлениям R_σ. В результате поток рассеяния приближенно в четыре раза меньше, а магнитное напряжение на постоянном магните больше, чем при несимметричном положении постоянных магнитов. Это увеличивает полезный магнитный поток, проходящий через диски статора и ротора, что увеличивает максимальный вращающий момент мотор-колеса.The middle of the permanent magnet has zero magnetic potential. Therefore, both the MDF F _m / 2 and the magnetic resistance R _m / 2, located on one side of the equivalent circuit, are half as much. The magnetic flux of scattering Ф _σ 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, and the magnetic voltage on the permanent magnet is greater than with the asymmetrical position of the permanent magnets. This increases the useful magnetic flux passing through the disks of the stator and rotor, which increases the maximum torque of the motor-wheel.

Мощность потерь в обмотке, приходящаяся на один торец мотор-колеса, в два раза меньше, чем в случае одной обмотки. Это облегчает охлаждение и снижает температуру обмоток, что повышает их надежность.The power loss in the winding per one end of the motor-wheel is two times less than in the case of one winding. This facilitates cooling and reduces the temperature of the windings, which increases their reliability.

Таким образом, в результате симметричного расположения ротора быстрого вращения с постоянными магнитами, расположения на втором магнитопроводе шести зубцов с катушками получено мотор-колесо, имеющее 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 magnetic circuit, a motor wheel is obtained having improved energy characteristics and increased reliability.

На фиг. 9 показана ступица 35 с коническими стержнями 34, насаженная на полуось 1 автомобиля. В полуоси 1 автомобиля имеется резьба для крепления мотор-колеса с помощью винта 31 и шайбы 32.In FIG. 9 shows a hub 35 with conical rods 34 mounted on a shaft 1 of a vehicle. In the axle shaft 1 of the car there is a thread for mounting the motor wheel with the screw 31 and the washer 32.

Установка колеса проводится в следующем порядке. Полая ось 2 надевается на полуось 1 автомобиля, при этом отверстия на фланце 33 статора надеваются на выступающие из ступицы 35 стержни 34. Замыкается жгут 36 питания катушек 19, 20 обмотки якоря. Отверстие в оси 2 закрывается шайбой 32, вставляется винт 31 и заворачивается в резьбу в полуоси 1 автомобиля.Wheel installation is carried out in the following order. The hollow axis 2 is worn on the axle shaft 1 of the car, while the holes on the stator flange 33 are worn on the rods 34 protruding from the hub 35. The power supply 36 of the armature coil 19, 20 is closed. The hole in the axis 2 is closed by a washer 32, a screw 31 is inserted and screwed into the thread in the axle shaft 1 of the car.

Для снятия колеса достаточно отвернуть винт 31 и снять полую ось 2 с полуоси 1 автомобиля, разомкнув жгут 36 питания катушек 19, 20 обмоток.To remove the wheel, it is enough to unscrew the screw 31 and remove the hollow axis 2 from the axle shaft 1 of the vehicle by opening the harness 36 for feeding the coils 19, 20 of the windings.

Таким образом, в результате введения ротора быстрого вращения в виде диска с постоянными магнитами, чередующихся дисков ротора и статора, состоящих из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов, выполнения магнитопроводов в виде двух колец с накладными зубцами с катушками, выполнения на торцевых поверхностях коронок зубцов клиновидных выступов, которые совместно с ферромагнитными элементами дисков статора, а также ферромагнитные элементы дисков ротора имеют свои одинаковые угловые размеры и положения, получено мотор-колесо с повышенным вращающим моментом, с улучшенными энергетическими показателями, с простой технологичной конструкцией, допускающей большие скорости вращения и надежную работу.Thus, as a result of the introduction of the rotor of rapid rotation in the form of a disk with permanent magnets, alternating disks of the rotor and stator, consisting of ferromagnetic and non-magnetic elements in the form of sectors, the implementation of magnetic circuits in the form of two rings with false teeth with coils, execution on the end surfaces of the tooth crowns wedge-shaped protrusions, which, together with the ferromagnetic elements of the stator disks, as well as the ferromagnetic elements of the rotor disks, have their identical angular sizes and positions, a motor-ring is obtained about with increased torque with improved energy performance, with a simple technological design, allowing greater speeds and reliable performance.

В результате введения фланца статора с отверстиями, совпадающими с коническими стержнями на ступице автомобиля, ускоряется процесс монтажа и демонтажа мотор-колеса с помощью винта и шайбы.As a result of the introduction of the stator flange with holes matching the tapered rods on the vehicle’s hub, the mounting and dismounting of the motor wheel with the screw and washer is accelerated.

Claims

A motor wheel comprising a tire, wheel rim and wheel disks, a hollow axis mounted on the axle shaft of the vehicle, an electric motor consisting of a stator fixed to the hollow axis with winding coils placed with a fixed angular distance, a rotor connected to the wheel rim and movably mounted on bearings on the hollow axis, and a rotor position sensor, characterized in that the alternating rotor and stator disks are introduced, consisting of ferromagnetic and non-magnetic elements in the form of sectors, the magnetic cores are made in the form of two rings of electrical tape technical steel by winding, located at the ends of the motor wheel, patch teeth with crowns and coils are installed on the end surfaces of the magnetic cores, on the end surfaces of the crowns there are wedge-shaped protrusions, which together with the ferromagnetic elements of the stator disks, as well as the ferromagnetic elements of the rotor disks, have their identical sizes and angular positions, wherein the number of ferromagnetic elements on the stator disk and z _c z _p rotor disk related by z _p z _c = ± 2p, where p - the number of pairs of stator poles, roto Fast rotation of a disk with 2p permanent magnets in the form of sectors magnetized axially with alternating polarity, is mounted with a bearing on the hollow axle midway between the magnetic cores, and a magnet thickness h _m = 2mδ, where δ - the gap between the discs, m - the number of rotor discs, a stator flange with conical holes is fixed on the hollow axis, the number of which coincides with the number of conical rods of the vehicle’s hub mounted on the vehicle’s axle with a thread for mounting the motor wheel with a screw and washer.