RU2703704C1 - Motor-wheel for aircraft - Google Patents

Motor-wheel for aircraft Download PDF

Info

Publication number
RU2703704C1
RU2703704C1 RU2018142718A RU2018142718A RU2703704C1 RU 2703704 C1 RU2703704 C1 RU 2703704C1 RU 2018142718 A RU2018142718 A RU 2018142718A RU 2018142718 A RU2018142718 A RU 2018142718A RU 2703704 C1 RU2703704 C1 RU 2703704C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
stator
disks
magnetic
wheel
Prior art date
Application number
RU2018142718A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Юрьевич Афанасьев
Артур Рафаэлевич Каримов
Евгения Евгеньевна Студнева
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 RU2018142718A priority Critical patent/RU2703704C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2703704C1 publication Critical patent/RU2703704C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K7/00—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel
    • B60K7/0007—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor being electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T1/00—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles
    • B60T1/02—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T17/00—Component parts, details, or accessories of power brake systems not covered by groups B60T8/00, B60T13/00 or B60T15/00, or presenting other characteristic features
    • B60T17/06—Applications or arrangements of reservoirs
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

FIELD: aviation.SUBSTANCE: invention relates to aircraft chassis. Motor-wheel for aircraft comprises tire, rim and wheel disks, motor consisting of rotor and stator. Rotor and stator consist of ferromagnetic and nonmagnetic elements in the form of sectors. In addition, two pneumatic tanks and two brake discs, sets of elastic rings of stator and rotor are introduced. Rings of magnetic conductors, stator and rotor discs are installed as movable in axial direction and their nonmagnetic sectors are made of carbon and have thickness exceeding thickness of ferromagnetic elements. Coils shifted by an angle π/2 electronic radians are connected in series and according, and the coils shifted by an angle π electronic radians are connected in series to each other and form three phases of stator winding.EFFECT: higher power characteristics of motor-wheel.1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к авиационной технике, а конкретно к колесам для шасси самолета со встроенными электродвигателями, и может быть использовано в качестве колеса самолета с прямым приводом и торможением.The invention relates to aircraft, and in particular to wheels for an airplane landing gear with built-in electric motors, and can be used as an airplane wheel with direct drive and braking.

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 В60K 7/00, опубл. 2008.09.27, Бюл. №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, published 2008.09.27, Bull. No. 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 H02K 23/00, B60K 7/00, опубл. 1995.05.10, Бюл. №13) [2].It is known that a motor wheel contains a rim, a shaft, an electric drive with an electric motor and an adjustable voltage source, 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 H02K 23/00, B60K 7/0 0, publ. 1995.05.10, bull. No. 13) [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, два магнитопровода статора с зубцами и с многофазными обмотками, ротор быстрого вращения с постоянными магнитами, 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, магнитопроводы статора выполнены в виде колец из ленты электротехнической стали путем навивки, расположенных по торцам электродвигателя, накладные зубцы с катушками и коронками установлены на торцевых поверхностях колец магнитопроводов статора, причем количества ферромагнитных элементов на диске статора zc и на диске ротора zp связаны равенством zp=zc±2р, где р - число пар полюсов обмотки статора, а угловые размеры ферро-магнитных элементов дисков статора и ротора медленного вращения различны, подшипник ротора быстрого вращения установлен посередине на валу ротора медленного вращения, а толщина постоянных магнитов hм на роторе быстрого вращения связана с толщиной и количеством рабочих зазоров соотношением hм = 2 mδ, где δ - зазор между дисками, m - число дисков ротора медленного вращения, на торцевых поверхностях коронок зубцов выполнены выступы, положение которых совпадает с ферромагнитными элементами дисков статора. (Афанасьев А.Ю., Макаров А.В., Березов Н.А. Синхронный электродвигатель с магнитной редукцией. Патент РФ №2668817, МПК Н02K 51/00, Н02K 21/24, Н02K 19/06, Н02K 16/00, опубл. 2018.10.08, Бюл. №28) [3].Known synchronous electric motor with magnetic reduction, comprising a housing, two stator magnetic circuits with teeth and with multiphase windings, a fast rotation rotor with permanent magnets, 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 of sectors, permanent magnets have the form of sectors and are magnetized axially with alternating polarity, the stator magnetic cores are made in the form of rings of electrical steel tape by winding, placed conjugated at the ends of the motor, false tine coils and crowns fitted on the end surfaces of the rings of the stator cores, the number of ferromagnetic elements on the drive stator z c and z p rotor disk related by z p = z c ± 2p, where p - the number of pairs of poles stator windings, and the angular dimensions of the ferro-magnetic elements of the stator disks and the slow rotation rotor are different, the fast rotation rotor bearing is installed in the middle on the slow rotation rotor shaft, and the thickness of the permanent magnets h m on the fast rotor rotation is related to the thickness and number of working gaps by the relation h m = 2 mδ, where δ is the gap between the disks, m is the number of slow rotor disks, protrusions are made on the end surfaces of the tooth crowns, the position of which coincides with the ferromagnetic elements of the stator disks. (Afanasyev A.Yu., Makarov A.V., Berezov N.A. Synchronous electric motor with magnetic reduction. RF patent №2668817, IPC Н02K 51/00, Н02K 21/24, Н02K 19/06, Н02K 16/00, publ. 2018.10.08, Bull. No. 28) [3].

Этот электродвигатель трудно встроить в колесо шасси самолета.This electric motor is difficult to integrate into the aircraft landing gear wheel.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по конструкции и достигаемому эффекту, принятым за прототип, является 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 полой оси, и датчик положения ротора, чередующиеся диски ротора и статора, состоящие из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов, магнитопроводы 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 zc и на диске ротора zp связаны равенством zp=zc±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 hм=2mδ, где δ - зазор между дисками, m - число дисков ротора, на полой оси 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. (Афанасьев А.Ю. и др. Мотор-колесо. Заявка №2017144340, решение о выдаче патента от 18.09.2018) [4].Closest to the claimed technical solution for the design and the achieved effect adopted for the prototype is a motor wheel containing a tire, rim and wheel disks, a hollow axis mounted on the axle 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, alternating rotor and stator disks consisting of ferromagnetic and non-magnetic total elements in the form of sectors, the magnetic cores 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 cores, on the end surfaces of the crowns there are wedge-shaped protrusions, which together with ferromagnetic elements of the disks of the stator, as well as ferromagnetic elements of the disks of the rotor have their same angular sizes and positions, and the number of ferromagnetic elements on the disk ora z c and z p rotor disk related by z p = z c ± 2p, where p - the number of pairs of stator poles, the rapid rotation of the rotor in the form 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 axis in the middle between the magnetic cores, the magnet thickness h m = 2mδ, where δ is the gap between the disks, m is the number of rotor disks, the stator flange with conical holes is fixed on the hollow axis, the number of which coincides with the number of conical rods of the car hub mounted on drive axle threaded bolt for fastening the motor wheel with a screw and washer. (Afanasyev A.Yu. et al. Motor wheel. Application No. 2017144340, decision on the grant of a patent dated 09/18/2018) [4].

Известное мотор-колесо имеет низкие энергетические показатели в связи с наличием четных пространственных гармоник магнитодвижущей силы и не имеет функции механического торможения.The known motor wheel has low energy performance due to the presence of even spatial harmonics of the magnetomotive force and does not have a mechanical braking function.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении энергетических характеристик и получении функции механического торможения при посадке самолета, а также в использовании его кинетической энергии для подзарядки аккумулятора.The technical result, to which the claimed invention is directed, is to increase energy performance and obtain the function of mechanical braking during landing, as well as to use its kinetic energy to recharge the battery.

Технический результат достигается тем, что в мотор-колесо, содержащее шину, обод и диски колеса, полую ось, запрессованную в стойку шасси, 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 полой оси, и датчик положения ротора, чередующиеся диски ротора и статора, состоящие из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов, магнитопроводы 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 ферро-магнитные элементы дисков ротора имеют свои одинаковые угловые размеры и положения, причем количества ферромагнитных элементов на диске статора zc и на диске ротора zp связаны равенством zp=zc±2р, где р - число пар полюсов статора, ротор-индуктор 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 hм=2mδ, где δ - зазор между дисками, m - число дисков ротора, введены две пневматические емкости и два диска тормоза, наборы упругих колец статора и ротора, причем кольца магнитопроводов, диски статора и ротора установлены подвижными в осевом направлении, а их немагнитные сектора выполнены из карбона и имеют толщину, превышающую толщину ферромагнитных элементов, количество зубцов на кольце магнитопровода z=6p, а катушки намотаны вокруг двух зубцов, катушки, смещенные на угол π/2 эл.рад, соединены последовательно и согласно, а катушки, смещенные на угол π эл.рад, соединены последовательно встречно и образуют три фазы обмотки статора.The technical result is achieved by the fact that in the motor wheel containing the tire, rim and wheel disks, a hollow axis, pressed into the chassis rack, 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 the rotor position sensor, alternating rotor and stator disks, consisting of ferromagnetic and non-magnetic elements in the form of sectors, the magnetic cores are made in the form of two rings from nts of electrical 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 ferro-magnetic elements of the rotor disks have their identical 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 of pairs of poles ator, a rotor-inductor in the form of a disk with 2p permanent magnets in the form of sectors magnetized axially with alternating polarity, mounted with a bearing on the hollow axis in the middle between the cores, the magnet thickness h m = 2mδ, where δ is the gap between the disks, m is the number rotor disks, two pneumatic containers and two brake disks, sets of elastic rings of the stator and rotor are introduced, and the rings of magnetic circuits, the disks of the stator and rotor are mounted axially movable, and their non-magnetic sectors are made of carbon fiber and have a thickness of the growing thickness of the ferromagnetic elements, the number of teeth on the ring of the magnetic circuit z = 6p, and the coils are wound around two teeth, the coils offset by an angle π / 2 el.rad are connected in series and in accordance, and the coils offset by an angle π el.rad are connected sequentially counter and form three phases of the stator winding.

Сущность технического решения поясняется на фиг. 1 - фиг. 7, где:The essence of the technical solution is illustrated in FIG. 1 - FIG. 7, where:

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

фиг. 2 - ротор-индуктор с постоянными магнитами;FIG. 2 - a rotor inductor with permanent magnets;

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

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

фиг. 5 - зубцы с коронками и катушками;FIG. 5 - teeth with crowns and coils;

фиг. 6 -закон распределения МДС обмотки прототипа;FIG. 6 - distribution law of the MDS winding of the prototype;

фиг. 7 - закон распределения МДС обмотки электродвигателя заявки.FIG. 7 - the distribution law of the MDS winding of the electric motor of the application.

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 продольное сечение мотор-колеса, гдеIn FIG. 1 shows a longitudinal section of a motor wheel, where

1 - стойка шасси; 2 - полая ось; 3, 4 - опоры; 5, 6 - подшипники колеса; 7, 8 - диски колеса; 9 - обод колеса; 10 - шина; 11, 12 - магнитопроводы; 13-16 - кольца магнитопроводов; 17, 18 - зубцы; 19, 20 - катушки; 21, 22 - диски статора; 23, 24 - диски ротора; 25, 26 - упругие кольца статора; 27, 28 - упругие кольца ротора; 29 - постоянный магнит; 30 - подшипник; 31, 32 - кольца статора; 33-35 - кольца ротора; 36 - трубопровод; 37 - жгут; 38, 39 - пневматические емкости; 40, 41 - диски тормоза; 42 - ферромагнитный элемент датчика положения ротора.1 - a rack of the chassis; 2 - hollow axis; 3, 4 - supports; 5, 6 - wheel bearings; 7, 8 - wheel disks; 9 - wheel rim; 10 - tire; 11, 12 - magnetic cores; 13-16 - magnetic rings; 17, 18 - teeth; 19, 20 - coils; 21, 22 - stator disks; 23, 24 - rotor discs; 25, 26 - elastic rings of the stator; 27, 28 - elastic rings of the rotor; 29 - a permanent magnet; 30 - bearing; 31, 32 - stator rings; 33-35 - rotor rings; 36 - pipeline; 37 - harness; 38, 39 - pneumatic containers; 40, 41 - brake discs; 42 - ferromagnetic element of the rotor position sensor.

Заявленная конструкция собрана следующим образом. В стойку шасси 1 запрессована полая ось 2. На ней установлены опоры 3, 4, на которые установлены подшипники 5, 6 колеса. На них опираются диски 7, 8 колеса, жестко связанные с ободом 9 колеса, на котором установлена шина 10.The claimed design is assembled as follows. A hollow axle 2 is pressed into the chassis rack 1. Supports 3, 4 are mounted on it, on which bearings 5, 6 of the wheel are mounted. 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 опоры 3, 4 установлены подвижно кольца 11, 12, магнитопровода, ограниченные кольцами 13-16. На кольце 11 установлено двенадцать зубцов 17 с коронками и с катушками 19. На кольце 12 установлено двенадцать зубцов 18 с коронками и с катушками 20.On the supports 3, 4 movably mounted rings 11, 12, the magnetic circuit, limited by rings 13-16. On the ring 11 there are twelve teeth 17 with crowns and with coils 19. On the ring 12 there are twelve teeth 18 with crowns and with coils 20.

На полой оси 2 установлены подвижно в осевом направлении (кроме внутренних) диски 21, 22 статора и подшипник 30, на который опирается ротор-индуктор с четырьмя постоянными магнитами 29. Также установлены подвижно в осевом направлении упругие кольца 25, 26 статора и кольца 31, 32 статора.On the hollow axis 2, the stator disks 21, 22 and the bearing 30 are mounted movably in the axial direction (except for the internal ones) and the bearing 30, on which the rotor inductor with four permanent magnets 29 is supported. The elastic rings 25, 26 of the stator and the rings 31 are also movably mounted in the axial direction 32 stators.

На ободе 9 колеса установлены подвижно в осевом направлении диски 23, 24 ротора, упругие кольца 27, 28 ротора и неподвижно кольца 33-35 ротора. Диски 21, 22 статора и диски 23, 24 ротора чередуются в пространстве. Ротор-индуктор размещен симметрично относительно колец 11, 12.On the rim 9 of the wheel axially mounted rotor disks 23, 24, elastic rings 27, 28 of the rotor and stationary rings 33-35 of the rotor. The stator disks 21, 22 and rotor disks 23, 24 alternate in space. The rotor inductor is placed symmetrically relative to the rings 11, 12.

На опоры 3, 4 установлены диски 40, 41 тормоза. Между ними и кольцами 11, 12 установлены пневматические емкости 38, 39 соответственно. К ним подведен трубопровод 36. К катушкам 19, 20 подведен жгут 37. На диске 8 колеса установлен ферромагнитный элемент датчика положения ротора.On the supports 3, 4, discs 40, 41 brakes are installed. Between them and the rings 11, 12 are installed pneumatic containers 38, 39, respectively. The pipeline 36 is connected to them. A tourniquet 37 is connected to the coils 19, 20. A ferromagnetic element of the rotor position sensor is installed on the disk 8 of the wheel.

Подшипник 30 имеет большую ширину и является радиально-упорным для обеспечения требуемого положения ротора-индуктора. Ротор-индуктор 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.Bearing 30 has a large width and is angular contact to provide the desired position of the rotor inductor. The rotor inductor 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 21, 22 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. Диски 23, 24 ротора имеют чередующиеся секторы из магнитомягкого материала (на фиг. 4 показаны темными) и немагнитного материала (на фиг. 4 светлые).The stator disks 21, 22 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. The rotor disks 23, 24 have alternating sectors of soft magnetic material (shown in Fig. 4 dark) and non-magnetic material (Fig. 4 light).

Немагнитный материал дисков 21-24 - карбон, имеющий хорошие фрикционные свойства. Толщина ферромагнитных секторов на 0,1 мм меньше толщины немагнитных секторов.Non-magnetic material of disks 21-24 is carbon having good frictional properties. The thickness of ferromagnetic sectors is 0.1 mm less than the thickness of non-magnetic sectors.

Количества ферромагнитных элементов дисков статора zc и ферромагнитных элементов дисков ротора zp, приходящихся на одно полюсное деление, отличаются на единицу. На фиг. 3, 4 показан случай, когда число пар полюсов p=2, zc=20, zp=24.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 = 20, z p = 24.

Ферромагнитные элементы дисков статора и ротора выполнены из электротехнической стали шихтованными для уменьшения потерь в стали на вихревые токи, поскольку в процессе работы магнитная индукция в секторах изменяется.The ferromagnetic elements of the disks of the stator and rotor 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.

На фиг. 5 показаны зубцы с катушками. Зубцы 17, 18 имеют вид секторов. Катушки 19, 20 намотаны вокруг двух зубцов. Катушки А и -А смещены на угол π/2 и соединены последовательно и согласно. Аналогично размещены и соединены соответственно катушки В, -В и С, -С. Катушки, расположенные диаметрально, соединены последовательно встречно и образуют три фазы обмотки статора: А, В и С. Серым цветом выделены катушки фазы В.In FIG. 5 shows teeth with coils. The teeth 17, 18 have the form of sectors. Coils 19, 20 are wound around two teeth. Coils A and -A are offset by an angle π / 2 and connected in series and in accordance. Coils B, -B and C, -C are respectively placed and connected respectively. The diametrically arranged coils are connected in series in the opposite direction and form three phases of the stator winding: A, B and C. The coils of phase B are highlighted in gray.

Магнитопроводы 11, 12 и зубцы 17, 18 выполнены лентой из электротехнической стали путем навивки. На торцевых поверхностях коронок зубцов 17, 18 имеются клиновидные выступы. Их угловое положение и количество соответствуют ферромагнитным элементам дисков 21, 22 статора. Промежутки между выступами заполнены карбоном.Magnetic cores 11, 12 and prongs 17, 18 are made of electrical steel tape by winding. On the end surfaces of the crowns of the teeth 17, 18 there are wedge-shaped protrusions. Their angular position and number correspond to the ferromagnetic elements of the disks 21, 22 of the stator. The gaps between the protrusions are filled with carbon.

Мотор-колесо работает следующим образом. При отсутствии избыточного давления в пневматических емкостях 38, 39 упругие кольца 25-28 раздвигают диски статора и ротора, обеспечивая между ними зазоры в 0,1-0,2 мм. По сигналам датчика положения ротора бортовой преобразователь частоты вырабатывает трехфазную систему напряжений.The motor wheel operates as follows. In the absence of excess pressure in the pneumatic containers 38, 39, the elastic rings 25-28 move the stator and rotor disks apart, providing 0.1-0.2 mm gaps between them. According to the signals of the rotor position sensor, the on-board frequency converter generates a three-phase voltage system.

При подаче на катушки 19, 20 обмотки статора по жгуту 37 трехфазной системы напряжений возникает вращающееся магнитное поле с четырьмя полюсами. Оно увлекает за собой ротор-индуктор. Вместе с ним вращаются области большой магнитной индукции в дисках статора и ротора. В результате ротор поворачивается так, что места совпадения положений ферромагнитных элементов дисков статора и соответствующих ферромагнитных элементов дисков ротора находятся в зонах максимума модуля магнитной индукции.When applying to the coils 19, 20 of the stator winding through a bundle 37 of a three-phase voltage system, a rotating magnetic field with four poles arises. It carries with it a rotor inductor. Together with it, the areas of large magnetic induction rotate in the disks of the stator and rotor. As a result, the 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 rotor disks are in the areas of maximum magnetic induction module.

За половину периода напряжения питания T/2=π/ω ротор-индуктор 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/zp. Следовательно, магнитный редуктор имеет передаточное отношение zp/4. Поэтому скорость вращения ротора будет ωм=2ω/zp. Здесь ω - угловая частота напряжения питания. Момент на валу ротора Мм=zpMб/2.For half the period of the supply voltage T / 2 = π / ω, the rotor-inductor 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 z p / 4. Therefore, the rotor speed will be ω m = 2ω / z p. Here ω is the angular frequency of the supply voltage. The moment on the rotor shaft 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.

Мотор-колесо может использоваться на этапе рулежки самолета по аэродрому, а также для раскрутки колеса перед приземлением для предотвращения износа или разрушения колеса во время касания взлетно-посадочной полосы.The motor wheel can be used at the stage of taxiing the aircraft to the aerodrome, as well as for spinning the wheel before landing to prevent wear or destruction of the wheel while touching the runway.

При подаче сжатого воздуха по трубопроводу 36 в пневматические емкости 38, 39 на магнитопроводы 11, 12 действуют силы, перемещающие их к середине на 1-2 мм. При этом зубцы 17, 18 и диски 21-24 входят в соприкосновение, и происходит механическое торможение.When compressed air is supplied through the pipeline 36 to the pneumatic containers 38, 39, the forces 11, 12 act on the magnetic circuits 11, 12, moving them to the middle by 1-2 mm. In this case, the teeth 17, 18 and the disks 21-24 come into contact, and mechanical braking occurs.

Одновременно электродвигатель переводится в режим генератора, преобразующего кинетическую энергию движущегося самолета в электрическую энергию. Трехфазная система напряжений генератора выпрямляется и обеспечивает подзарядку бортового аккумулятора.At the same time, the electric motor is put into generator mode, which converts the kinetic energy of a moving airplane into electrical energy. The three-phase voltage system of the generator is rectified and provides recharging of the on-board battery.

Передача момента от ротора-индуктора к ротору является упругой - через магнитное поле. При увеличении момента нагрузки на валу ротора он отстает на некоторый угол от положения, соответствующего холостому ходу.The moment transfer from the rotor-inductor to the rotor is elastic - through a magnetic field. With an increase in the load moment on the rotor shaft, 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 ротором-индуктором и ротором 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 rotor-inductor and the rotor 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. Это равенство обеспечивает высокие энергетические показатели и выполняется, если толщина магнита равна сумме длин зазоров между дисками, т.е. при выполнении равенстваWith 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 provides high energy performance and is satisfied 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.where δ is the gap between the disks, m is the number of rotor disks.

Установка подшипника 30 ротора-индуктора на полую ось 2 упрощает конструкцию. Ротор-индуктор усиливает поле, созданное обмоткой двигателя. Благодаря его размещению посередине и размещению зубцов с катушками на обоих кольцах получается симметричная магнитная система и полностью снимается осевое усилие, действующее на вал. Подшипники 5, 6 нагружены лишь радиальными усилиями, что снижает напряжение трогания электродвигателя и повышает его надежность.The installation of the bearing 30 of the rotor-inductor on the hollow axis 2 simplifies the design. The rotor inductor amplifies the field created by the motor winding. Thanks to its placement in the middle and the placement of teeth with coils on both rings, a symmetrical magnetic system is obtained and the axial force acting on the shaft is completely removed. Bearings 5, 6 are loaded only with radial forces, which reduces the starting voltage of the electric motor and increases its reliability.

Центральное размещение ротора-индуктора с постоянными магнитами снижает магнитный поток рассеяния в магнитном редукторе приблизительно в четыре раза по сравнению с несимметричным размещением. Это увеличивает полезный магнитный поток, проходящий через диски статора и ротора, что увеличивает максимальный вращающий момент электродвигателя.The central arrangement of the rotor-inductor with permanent magnets reduces the magnetic flux of scattering in the magnetic gearbox by approximately four times in comparison with the asymmetric arrangement. This increases the useful magnetic flux passing through the disks of the stator and rotor, which increases the maximum torque of the electric motor.

На фиг. 6 показано распределение магнитодвижущей силы (МДС) F(x) прототипа в момент времени, когда ток в фазе А максимален. Показаны первая F1(x) и вторая F2(x) гармоники. МДС одной катушки при максимальном значении тока принята равной 20 А.In FIG. 6 shows the distribution of the magnetomotive force (MDS) F (x) of the prototype at the time when the current in phase A is maximum. The first F 1 (x) and second F 2 (x) harmonics are shown. The MDS of one coil at the maximum current value is taken equal to 20 A.

На фиг. 7 показано распределение МДС F(х) в момент времени, когда ток в фазе А максимален. Показаны первая F1(x) и пятая F5(x) гармоники. МДС одной катушки при максимальном значении тока принята равной 10 А - в два раза меньше, чем в обмотке прототипа. В таблице приведены амплитуды пространственных гармоник для обмотки прототипа с шестью катушками и заявляемой обмотки с двенадцатью катушками.In FIG. 7 shows the distribution of the MDF F (x) at a time when the current in phase A is maximum. The first F 1 (x) and fifth F 5 (x) harmonics are shown. The MDS of one coil at a maximum current value is taken equal to 10 A - two times less than in the prototype winding. The table shows the amplitudes of spatial harmonics for the winding of the prototype with six coils and the claimed winding with twelve coils.

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Видно, что пространственные гармоники МДС, кратные трем, отсутствуют в обеих обмотках. В обмотке заявляемого мотор-колеса отсутствуют четные гармоники. Нечетные гармоники, не кратные трем, в обеих обмотках совпадают.It is seen that the spatial harmonics of the MDS, multiples of three, are absent in both windings. In the winding of the inventive motor wheel there are no even harmonics. Odd harmonics, not multiple of three, in both windings coincide.

Среднеквадратическое значение высших пространственных гармоник МДС прототипа и обмотки заявляемого мотор-колеса имеют значенияThe rms value of the higher spatial harmonics of the MDS prototype and the windings of the inventive motor wheel are important

Figure 00000004
Figure 00000005
Figure 00000004
Figure 00000005

Видно, что у обмотки заявляемого мотор-колеса действующее значение высших гармоник МДС меньше на 54,28%.It can be seen that the winding of the inventive motor wheel, the effective value of the higher harmonics of the MDS is less by 54.28%.

Высшие пространственные гармоники МДС создают аналогичные гармоники магнитной индукции и вызывают дополнительные магнитные потери в стали статора и ротора. Поэтому предлагаемая обмотка имеет значительные преимущества по экономичности.The higher spatial harmonics of the MDS create similar harmonics of magnetic induction and cause additional magnetic losses in the steel of the stator and rotor. Therefore, the proposed winding has significant advantages in terms of efficiency.

Таким образом, благодаря введению двух пневматических емкостей и двух дисков тормоза, набора упругих колец статора и ротора, и установки колец магнитопровода, дисков статора и ротора с немагнитными секторами из карбона подвижными в осевом направлении, а также выполнению катушек обмотки вокруг двух зубцов расширены функциональные возможности мотор-колеса и повышены его энергетические характеристики.Thus, thanks to the introduction of two pneumatic containers and two brake disks, a set of elastic rings of the stator and rotor, and the installation of rings of the magnetic circuit, disks of the stator and rotor with non-magnetic carbon sectors in the axial direction, as well as the implementation of winding coils around two teeth, the functionality is expanded motor-wheels and its energy characteristics are increased.

Claims (1)

Мотор-колесо для самолета, содержащее шину, обод и диски колеса, полую ось, запрессованную в стойку шасси, 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 полой оси, и датчик положения ротора, чередующиеся диски ротора и статора, состоящие из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов, магнитопроводы 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 zc и на диске ротора zp связаны равенством zp=zc±2р, где p - число пар полюсов статора, ротор-индуктор в виде диска с 2p постоянными магнитами в виде секторов, намагниченными аксиально с чередующейся полярностью, установлен с подшипником на полой оси посередине между магнитопроводами, причем толщина магнита hм=2mδ, где δ - зазор между дисками, m - число дисков ротора, отличающееся тем, что введены две пневматические емкости и два диска тормоза, наборы упругих колец статора и ротора, причем кольца магнитопроводов, диски статора и ротора установлены подвижными в осевом направлении, а их немагнитные сектора выполнены из карбона и имеют толщину, превышающую толщину ферромагнитных элементов, количество зубцов на кольце магнитопровода z=6p, а катушки намотаны вокруг двух зубцов, катушки, смещенные на угол π/2 электронных радиан, соединены последовательно и согласно, а катушки, смещенные на угол π электронных радиан, соединены последовательно встречно и образуют три фазы обмотки статора.A motor wheel for an airplane comprising a tire, a rim and wheel disks, a hollow axis, pressed into the landing gear, 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 fixed on bearings on the hollow axis, and a rotor position sensor, alternating rotor and stator disks, consisting of ferromagnetic and non-magnetic elements in the form of sectors, magnetic cores are made in the form of two rings of electrical steel tape PU those windings located at the ends of the motor wheel, false 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 same angular dimensions and the position, 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, the rotor-inductor in a disc 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, characterized in that the introduced two pneumatic containers and two brake discs, sets of elastic rings of the stator and rotor, and the rings of magnetic circuits, the disks of the stator and rotor are mounted axially movable, and their non-magnetic sectors are made of carbon fiber and have a thickness exceeding the thickness of the ferromagnetic elements, the number of teeth on the ring of the magnetic circuit z = 6p, and the coils are wound around two teeth, the coils offset by an angle π / 2 of electronic radians are connected in series and in accordance, and the coils offset by an angle π of electronic radians are connected in series and form three phases of the stator winding.
RU2018142718A 2018-12-03 2018-12-03 Motor-wheel for aircraft RU2703704C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018142718A RU2703704C1 (en) 2018-12-03 2018-12-03 Motor-wheel for aircraft

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018142718A RU2703704C1 (en) 2018-12-03 2018-12-03 Motor-wheel for aircraft

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2703704C1 true RU2703704C1 (en) 2019-10-21

Family

ID=68318156

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018142718A RU2703704C1 (en) 2018-12-03 2018-12-03 Motor-wheel for aircraft

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2703704C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2784743C1 (en) * 2022-02-01 2022-11-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреджение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Motor-in-wheel for an aircraft

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2156191C2 (en) * 1998-12-04 2000-09-20 Волегов Виктор Евгеньевич Motorized wheel
US6508324B1 (en) * 2001-07-26 2003-01-21 Albert Conley, Jr. Regenerative pneumatic propulsion apparatus
RU2334626C2 (en) * 2006-03-15 2008-09-27 Юрий Васильевич Макаров Motorwheel
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
RU2673587C1 (en) * 2017-12-18 2018-11-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Motor-wheel

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2156191C2 (en) * 1998-12-04 2000-09-20 Волегов Виктор Евгеньевич Motorized wheel
US6508324B1 (en) * 2001-07-26 2003-01-21 Albert Conley, Jr. Regenerative pneumatic propulsion apparatus
RU2334626C2 (en) * 2006-03-15 2008-09-27 Юрий Васильевич Макаров Motorwheel
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
RU2673587C1 (en) * 2017-12-18 2018-11-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Motor-wheel

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2784743C1 (en) * 2022-02-01 2022-11-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреджение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Motor-in-wheel for an aircraft

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109660097B (en) Magnetism-adjusting axial magnetic flux switching Halbach motor
US20170323713A1 (en) Electrical Machines With SMC Cores
KR20200039811A (en) Permanent magnet motor with manually controlled variable rotor / stator alignment
RU2604058C1 (en) Synchronous motor with magnetic reduction
RU2544835C1 (en) Synchronous motor with magnet gear reduction
CN107846092B (en) A kind of wheel hub electric motor of electric vehicle of integrated caliper
CN102904405A (en) Birotor synchronous generator
CN102510192A (en) Sine wave disk type permanent magnet generator with novel magnetic pole structure
CN202856578U (en) Disk-type three-phase magnetism-gathering type transverse magnetic field permanent magnetism motor for electric vehicles
Dück et al. Design and analysis of axial-flux permanent magnet synchronous machines as traction drives for electric vehicles
CN105529848B (en) Wheel hub electric motor of electric vehicle and Electricmotor car wheel
RU2703704C1 (en) Motor-wheel for aircraft
JPWO2003094329A1 (en) Power generator and torque multiplier
WO2019125347A1 (en) Contra-rotating synchronous electro-mechanical converter
RU2668817C1 (en) Synchronous motor with magnetic reduction
RU2588599C1 (en) Synchronous motor with magnetic reduction
RU2549883C1 (en) Electrical machine
RU2673587C1 (en) Motor-wheel
RU2655098C1 (en) Motor-wheel
RU2545166C1 (en) Magnetic reducing gear
RU2545167C1 (en) Synchronous electric motor
RU2653725C1 (en) Motor wheel
RU2784743C1 (en) Motor-in-wheel for an aircraft
Shah et al. Comparative analysis of surface mounted and flux focusing type axial flux permanent magnet motor
CN110971069B (en) Disc type dragging and power generation integrated pulse power supply system