RU2768365C1 - Rolling rotor electromagnetic transmission - Google Patents

Rolling rotor electromagnetic transmission Download PDF

Info

Publication number
RU2768365C1
RU2768365C1 RU2021130443A RU2021130443A RU2768365C1 RU 2768365 C1 RU2768365 C1 RU 2768365C1 RU 2021130443 A RU2021130443 A RU 2021130443A RU 2021130443 A RU2021130443 A RU 2021130443A RU 2768365 C1 RU2768365 C1 RU 2768365C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
stator
outer rotor
pairs
axis
Prior art date
Application number
RU2021130443A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Николаевич Молоканов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
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 "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority to RU2021130443A priority Critical patent/RU2768365C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2768365C1 publication Critical patent/RU2768365C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H49/00—Other gearings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/06—Rolling motors, i.e. motors having the rotor axis parallel to the stator axis and following a circular path as the rotor rolls around the inside or outside of the stator ; Nutating motors, i.e. having the rotor axis parallel to the stator axis inclined with respect to the stator axis and performing a nutational movement as the rotor rolls on the stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/10—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the permanent-magnet type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Linear Motors (AREA)

Abstract

FIELD: electromechanics.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electromechanics. The electromagnetic transmission consists of a stator with a main axis O1 with a winding with a number of pole pairs ps, an inner rotor concentric to the stator, and an outer rotor located eccentrically relative to the main axis between the stator and the inner rotor. Permanent magnets with the number of pairs of poles pi are installed on the inner rotor. On the outer surface of the outer rotor permanent magnets are fixed with the number of pole pairs poo, and on the inner surface - with the number of pole pairs poi. The low-speed shaft is rigidly attached to the inner rotor, while the high-speed shaft is attached to the outer one. The outer rotor rotates around the main axis O1 and around its own axis of symmetry O2. The distance between the axes O1O2 is chosen by the expression O1O2=rsi - roo - agmin.o,, where rsi is the inner radius of the stator, roo is the outer radius of the outer rotor, agmin.o is the minimum value of the air gap between the stator and the outer rotor. The outer radius of the inner rotor satisfies the expression rio=roi - O1O2 - agmin.i,, where roi is the inner radius of the outer rotor, agmin.i is the minimum value of the air gap between the outer rotor and the inner rotor, the number of pairs of stator poles, the inner and outer rotors are selected from conditions
Figure 00000017
where n and k are any non-negative integers.
EFFECT: improvement in performance.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электромеханики, в частности, к электрическим машинам с двумя роторами, магнитным передачам и делителям мощности и может быть использовано в электромеханических системах для бесступенчатого изменения передаточного отношения и стабилизации скорости вращения.The invention relates to the field of electromechanics, in particular to electric machines with two rotors, magnetic transmissions and power dividers, and can be used in electromechanical systems for stepless change in gear ratio and stabilization of rotation speed.

Известна циклоидальная магнитная передача (патент US №10715025, публ. 14.07.2020, МПК H02K 49/10, F16H 1/32), содержащая статор в виде полого цилиндрического магнитопровода, на внутренней поверхности которого расположены постоянные магниты. Эксцентрично статору расположен ротор, состоящий из цилиндрического магнитопровода, на внешней поверхности которого закреплены постоянные магниты, но с меньшим относительно статора числом пар полюсов. Ротор имеет возможность обкатываться по внутреннему диаметру статора, не соприкасаясь с ним, совершая сложное вращательное движение - одновременно вокруг оси симметрии статора и вокруг собственной оси симметрии.Known cycloidal magnetic transmission (patent US No. 10715025, publ. 07/14/2020, IPC H02K 49/10, F16H 1/32), containing a stator in the form of a hollow cylindrical magnetic circuit, on the inner surface of which permanent magnets are located. A rotor is located eccentrically to the stator, consisting of a cylindrical magnetic circuit, on the outer surface of which permanent magnets are fixed, but with a smaller number of pole pairs relative to the stator. The rotor has the ability to roll around the inner diameter of the stator without touching it, making a complex rotational movement - simultaneously around the stator axis of symmetry and around its own axis of symmetry.

Недостатком данного технического решения является низкая надежность, а также малые функциональные возможности.The disadvantage of this technical solution is low reliability and low functionality.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является электромагнитная передача (патент GB №2558660, публ. 18.07.2018, МПК H02K 16/02), содержащая статор, состоящий из полого цилиндрического магнитопровода статора, в котором выполнены пазы для укладки обмотки, создающие магнитное поле с ps парами полюсов. Концентрично статору расположен внутренний ротор, состоящий из полого цилиндрического магнитопровода внутреннего ротора, на внешней поверхности которого закреплены постоянные магниты внутреннего ротора, создающие магнитное поле с pi парами полюсов. Концентрично статору и в пространстве между статором и внутренним ротором расположен внешний ротор-модулятор, состоящий из разделенных между собой немагнитными промежутками сегментов из магнитомягкого материала, число которых равно Npp. К внешнему и внутреннему ротору жестко прикреплены быстроходный и тихоходный валы. Естественное передаточное отношение (при неподвижном магнитном поле статора) устройства определяется какThe closest in technical essence to the proposed invention is an electromagnetic transmission (GB patent No. 2558660, publ. 07/18/2018, IPC H02K 16/02), containing a stator consisting of a hollow cylindrical stator magnetic circuit, in which grooves are made for laying the winding, creating a magnetic field with p s pairs of poles. Concentric to the stator is the inner rotor, consisting of a hollow cylindrical magnetic circuit of the inner rotor, on the outer surface of which permanent magnets of the inner rotor are fixed, creating a magnetic field with p i pairs of poles. Concentric to the stator and in the space between the stator and the inner rotor, there is an external rotor-modulator, consisting of segments of soft magnetic material separated by non-magnetic gaps, the number of which is N pp . High-speed and low-speed shafts are rigidly attached to the outer and inner rotors. The natural gear ratio (with a fixed stator magnetic field) of the device is defined as

Figure 00000001
Figure 00000001

Для регулирования передаточного отношения магнитное поле статора приводят во вращение, при этом соотношение скоростей между элементами магнитной системы удовлетворяет выражениюTo control the gear ratio, the stator magnetic field is brought into rotation, while the ratio of speeds between the elements of the magnetic system satisfies the expression

Figure 00000002
Figure 00000002

где ωi, ωs, ωo - угловые скорости вращения внутреннего ротора, поля статора и внешнего ротора-модулятора соответственно.where ω i , ω s , ω o are the angular speeds of rotation of the inner rotor, the stator field and the outer rotor-modulator, respectively.

Недостатком данного технического решения является наличие внешнего ротора-модулятора, который имеет сложную и нестандартную для электротехнической промышленности конструкцию, а также является причиной повышения уровня магнитных потоков рассеяния в зазорах магнитной передачи, что играет ключевую роль в снижении силовых показателей устройства при увеличении естественного передаточного отношения, что определяет относительно невысокие естественное передаточное отношение, технологичность изготовления и прочность конструкции.The disadvantage of this technical solution is the presence of an external rotor-modulator, which has a complex and non-standard design for the electrical industry, and also causes an increase in the level of stray magnetic fluxes in the gaps of the magnetic transmission, which plays a key role in reducing the power performance of the device with an increase in the natural gear ratio, which determines the relatively low natural gear ratio, manufacturability and structural strength.

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение естественного передаточного отношения, улучшение технологичности и прочности конструкции электромагнитной передачи.The technical objective of the invention is to increase the natural gear ratio, improve manufacturability and structural strength of the electromagnetic transmission.

Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных показателей редукторных приводных систем.The technical result is to improve the performance of the gear drive systems.

Это достигается тем, что известная электромагнитная передача с катящимся ротором, содержащая статор с осью симметрии O1, являющейся основной осью, состоящий из магнитопровода статора в виде полого цилиндра с пазами на внутренней поверхности, в которые уложена обмотка с числом пар полюсов ps, внутренний ротор, расположенный концентрично статору и состоящий из магнитопровода внутреннего ротора, постоянных магнитов внутреннего ротора с числом пар полюсов pi, тихоходный вал, жестко прикрепленный к внутреннему ротору, внешний ротор, расположенный в пространстве между статором и внутренним ротором и содержащий магнитопровод внешнего ротора, быстроходный вал, жестко прикрепленный к внешнему ротору, при этом внутренний ротор выполнен с возможностью вращения вокруг основной оси O1, снабжена подшипниковой опорой, внешний ротор установлен эксцентрично относительно основной оси O1 и имеет собственную ось симметрии O2, при этом он выполнен с возможностью вращения вокруг основной оси O1 и собственной оси симметрии O2, магнитопровод внешнего ротора выполнен в виде полого цилиндра, на внешней поверхности которого закреплены наружные постоянные магниты внешнего ротора с числом пар полюсов poo, а на внутренней поверхности - внутренние постоянные магниты внешнего ротора с числом пар полюсов poi, быстроходный вал выполнен ступенчатой формы и его прикрепление к внешнему ротору выполнено подшипниковой опорой, радиальное расстояние между осями О1О2 выбрано из геометрических соображений согласно выражению O1O2=rsi - roo - agmin.o, где rsi - внутренний радиус статора, roo - внешний радиус внешнего ротора, agmin.o - минимальное значение воздушного зазора между статором и внешним ротором, причем внешний радиус внутреннего ротора удовлетворяет выражению rio=roi - O1O2 - agmin.i, где roi - внутренний радиус внешнего ротора, agmin.i - минимальное значение воздушного зазора между внешним ротором и внутренним ротором, числа пар полюсов статора, внутреннего и внешнего роторов выбраны из условийThis is achieved by the fact that the known electromagnetic transmission with a rolling rotor, containing a stator with an axis of symmetry O 1 , which is the main axis, consisting of a stator magnetic circuit in the form of a hollow cylinder with grooves on the inner surface, in which the winding with the number of pairs of poles p s is laid, the inner a rotor located concentrically to the stator and consisting of a magnetic circuit of the inner rotor, permanent magnets of the inner rotor with the number of pairs of poles p i , a low-speed shaft rigidly attached to the inner rotor, an outer rotor located in the space between the stator and the inner rotor and containing the magnetic circuit of the outer rotor, high-speed a shaft rigidly attached to the outer rotor, while the inner rotor is rotatable around the main axis O 1 , provided with a bearing support, the outer rotor is mounted eccentrically relative to the main axis O 1 and has its own axis of symmetry O 2 , while it is rotatable around the main axis O 1 and its own axis of symmetry O 2 , the magnetic circuit of the outer rotor is made in the form of a hollow cylinder, on the outer surface of which the outer permanent magnets of the outer rotor with the number of pairs of poles p oo are fixed, and on the inner surface - the internal permanent magnets of the outer rotor with the number of pairs of poles p oi , the high-speed shaft is made of a stepped shape and its attachment to the outer rotor is made by a bearing support, the radial distance between the axes O 1 O 2 is selected from geometric considerations according to the expression O 1 O 2 \u003d r si - r oo - ag min.o , where r si - internal stator radius, r oo - outer radius of the outer rotor, ag min.o - minimum value of the air gap between the stator and the outer rotor, and the outer radius of the inner rotor satisfies the expression r io =r oi - O 1 O 2 - ag min.i , where r oi - inner radius of the outer rotor, ag min.i - minimum value of the air gap between the outer rotor and the inner rotor, the number of pairs of stator poles, internal and outer rotors are selected from the conditions

Figure 00000003
Figure 00000003

где n и k - любые целые неотрицательные числа.where n and k are any non-negative integers.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемой электромагнитной передачи с катящимся ротором, на фиг. 2 изображен общий вид трехмерной модели электромагнитной передачи с катящимся ротором согласно изобретению.The essence of the invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a schematic diagram of the proposed electromagnetic transmission with a rolling rotor, Fig. 2 shows a general view of a three-dimensional model of a rolling rotor electromagnetic transmission according to the invention.

Электромагнитная передача с катящимся ротором содержит статор 1 с осью симметрии O1 (основная ось), состоящий из магнитопровода статора 2 в виде полого цилиндра с пазами на внутренней поверхности, в которые уложена обмотка 3 с числом пар полюсов ps. Концентрично статору 1 расположен внутренний ротор 4, состоящий из магнитопровода внутреннего ротора 5, постоянных магнитов внутреннего ротора 6 с числом пар полюсов pi. К внутреннему ротору 4 жестко прикреплен тихоходный вал 7. В пространстве между статором 1 и внутренним ротором 4 эксцентрично относительно основной оси O1 расположен внешний ротор 8 с осью симметрии O2. Внешний ротор 8 содержит магнитопровод внешнего ротора 9, выполненный в виде полого цилиндра, на внешней поверхности которого закреплены наружные постоянные магниты внешнего ротора 10 с числом пар полюсов poo, а на внутренней поверхности - внутренние постоянные магниты внешнего ротора 11 с числом пар полюсов poi. К внешнему ротору 8 жестко прикреплен быстроходный вал 12 ступенчатой формы в виде водила при помощи подшипниковой опоры 13.An electromagnetic transmission with a rolling rotor contains a stator 1 with an axis of symmetry O 1 (main axis), consisting of a stator magnetic circuit 2 in the form of a hollow cylinder with grooves on the inner surface, in which the winding 3 with the number of pole pairs p s is laid. Concentric to the stator 1 is the inner rotor 4, consisting of the magnetic circuit of the inner rotor 5, permanent magnets of the inner rotor 6 with the number of pole pairs p i . A low-speed shaft 7 is rigidly attached to the inner rotor 4. In the space between the stator 1 and the inner rotor 4, the outer rotor 8 with the axis of symmetry O 2 is located eccentrically relative to the main axis O 1 . The outer rotor 8 contains the magnetic circuit of the outer rotor 9, made in the form of a hollow cylinder, on the outer surface of which the outer permanent magnets of the outer rotor 10 with the number of pairs of poles p oo are fixed, and on the inner surface - the internal permanent magnets of the outer rotor 11 with the number of pairs of poles p oi . A high-speed shaft 12 of a stepped shape in the form of a carrier is rigidly attached to the outer rotor 8 by means of a bearing support 13.

Радиальное расстояние между осями O1O2 (эксцентриситет) выбрано из геометрических соображений согласно выражениюThe radial distance between the axes O 1 O 2 (eccentricity) is selected from geometric considerations according to the expression

Figure 00000004
Figure 00000004

где rsi - внутренний радиус статора 1, roo - внешний радиус внешнего ротора 8, agmin.o - минимальное значение внешнего воздушного зазора (между статором 1 и внешним ротором 8).where r si is the inner radius of the stator 1, r oo is the outer radius of the outer rotor 8, ag min.o is the minimum value of the outer air gap (between the stator 1 and the outer rotor 8).

При этом внешний радиус внутреннего ротора 4 удовлетворяет выражениюIn this case, the outer radius of the inner rotor 4 satisfies the expression

Figure 00000005
Figure 00000005

где roi - внутренний радиус внешнего ротора 8, agmin.i - минимальное значение внутреннего воздушного зазора (между внешним ротором 8 и внутренним ротором 4).where r oi is the inner radius of the outer rotor 8, ag min.i is the minimum value of the internal air gap (between the outer rotor 8 and the inner rotor 4).

При этом числа пар полюсов статора 1, внутреннего 4 и внешнего 8 роторов выбраны из условийIn this case, the number of pairs of poles of the stator 1, internal 4 and external 8 rotors are selected from the conditions

Figure 00000006
Figure 00000006

где n и k - любые целые неотрицательные числа.where n and k are any non-negative integers.

Внутренний ротор 4 выполнен с возможностью вращения только вокруг основной оси O1, а внешний ротор 8 - вокруг основной оси O1 и собственной оси симметрии O2.The inner rotor 4 is designed to rotate only around the main axis O 1 and the outer rotor 8 - around the main axis O 1 and its own axis of symmetry O 2 .

Электромагнитная передача с катящимся ротором работает следующим образом.Electromagnetic transmission with a rolling rotor works as follows.

Если предположить, что приводной двигатель вращает внешний ротор 8 относительно основной оси O1 с заданным направлением и скоростью, то он в результате силового взаимодействия между магнитным полем обмотки 3 и наружных постоянных магнитов внешнего ротора 10 начнет также вращаться относительно своей собственной оси O2 в направлении и со скоростью согласно выражениюIf we assume that the drive motor rotates the outer rotor 8 relative to the main axis O 1 with a given direction and speed, then as a result of the force interaction between the magnetic field of the winding 3 and the outer permanent magnets of the outer rotor 10, it will also begin to rotate relative to its own axis O 2 in the direction and with the speed according to the expression

Figure 00000007
Figure 00000007

где ωs - угловая скорость магнитного поля статора 1, рад/сwhere ω s is the angular velocity of the magnetic field of the stator 1, rad/s

ωо - угловая скорость внешнего ротора 8 относительно основной оси O1, рад/с.ω about - the angular velocity of the outer rotor 8 relative to the main axis O 1 , rad/s.

Вследствие силового взаимодействия между внутренними постоянными магнитами внешнего ротора 11 и постоянными магнитами внутреннего ротора 6, последний приходит во вращение относительно основной оси O1 в направлении и скоростью согласно выражениюDue to the force interaction between the internal permanent magnets of the outer rotor 11 and the permanent magnets of the inner rotor 6, the latter comes into rotation about the main axis O 1 in the direction and speed according to the expression

Figure 00000008
Figure 00000008

где ii - естественное передаточное число, равное отношению скоростей вращения внешнего ротора 8 и внутреннего ротора 4 относительно основной оси O1 при неподвижном магнитном поле статора 1where i i - natural gear ratio equal to the ratio of the speeds of rotation of the outer rotor 8 and the inner rotor 4 relative to the main axis O 1 with a stationary magnetic field of the stator 1

Figure 00000009
Figure 00000009

В естественном режиме, то есть при неподвижном магнитном поле статора 1 (ωs=0) внутренний ротор 4 - быстроходный, вращение внешнего ротора 8 вокруг его собственной оси O2 - тихоходное, а вращение внешнего ротора 8 вокруг основной оси O1 - быстроходное. Однако, в общем случае при изменении частоты вращения магнитного поля обмотки 3 возможны любые другие комбинации вплоть до прямо противоположных, когда тихоходный ротор внешний 8, а быстроходный внутренний 4, что, впрочем, нежелательно с точки зрения эффективности устройства. По этой причине для определенности понятия быстроходный вал и тихоходный вал вводятся для естественного режима.In natural mode, that is, with a stationary magnetic field of the stator 1 (ω s \u003d 0), the inner rotor 4 is high-speed, the rotation of the outer rotor 8 around its own axis O 2 is low-speed, and the rotation of the outer rotor 8 around the main axis O 1 is high-speed. However, in the general case, when the frequency of rotation of the magnetic field of the winding 3 changes, any other combinations are possible up to the exact opposite, when the low-speed rotor is external 8, and the high-speed internal 4, which, however, is undesirable from the point of view of device efficiency. For this reason, for definiteness, the concepts of a high-speed shaft and a low-speed shaft are introduced for the natural regime.

В общем случае между скоростями вращения внешнего ротора 8 ωo, внутреннего ротора 4 ωi, и магнитного поля статора 1 ns выполняется следующее соотношениеIn the general case, between the speeds of rotation of the outer rotor 8 ω o , the inner rotor 4 ω i , and the stator magnetic field 1 n s the following relation is fulfilled

Figure 00000010
Figure 00000010

что дает передаточное отношение при ведущем внутреннем роторе 4 (естественный режим мультипликатора)which gives the gear ratio with the leading inner rotor 4 (natural multiplier mode)

Figure 00000011
Figure 00000011

При ведущем внешнем роторе 8 (естественный режим редуктора)With 8 outer rotor driving (natural gear mode)

Figure 00000012
Figure 00000012

Таким образом, при заданной частоте вращения одного из роторов передаточное отношение устройства регулируется при помощи изменения частоты и направления вращения магнитного поля статора 1. Электрическая мощность, подводимая к обмотке 3 статора 1, определяется требуемым диапазоном регулирования. Например, для регулирования передаточного отношения в диапазоне ±50% от естественного ii, мощность, подводимая к обмотке 3 статора 1, должна составлять не менее 50% от суммарной проходной мощности. То есть в крайних точках диапазона регулирования половина мощности передается напрямую между внутренним 4 и внешним 8 роторами, а половина за счет обмотки 3 статора 1. На практике это позволяет значительно понизить установленную мощность силового электронного преобразователя, традиционно применяемого в электромеханических системах с переменной частотой вращения, при сохранении или некотором снижении массогабаритных показателей электромеханической системы в целом.Thus, at a given speed of rotation of one of the rotors, the gear ratio of the device is controlled by changing the frequency and direction of rotation of the magnetic field of the stator 1. The electric power supplied to the winding 3 of the stator 1 is determined by the required control range. For example, to regulate the gear ratio in the range of ±50% of the natural i i , the power supplied to the winding 3 of the stator 1 must be at least 50% of the total throughput power. That is, at the extreme points of the control range, half of the power is transferred directly between the inner 4 and outer 8 rotors, and half due to the winding 3 of the stator 1. In practice, this can significantly reduce the installed power of the power electronic converter, traditionally used in electromechanical systems with variable speed, while maintaining or slightly reducing the weight and size parameters of the electromechanical system as a whole.

Если рассмотреть случай, когда приводной двигатель подключается к быстроходному валу 12 и вращает его относительно основной оси O1, то он за счет своей ступенчатой формы приводит в движение внешний ротор 8 как вокруг основной оси О1, так и вокруг оси O2. Тихоходный вал 7, жестко скрепленный с внутренним ротором 4 - так же, как и быстроходный вал 12 совершает простое вращательное движение относительно основной оси O1. Таким образом, несмотря на сложное движение внешнего ротора 8, быстроходный 12 и тихоходный 7 валы будут расположены на одной оси O1 и совершать вокруг нее простое вращательное движение. Вращение внешнего ротора 8, совершаемое вокруг оси его симметрии O2 обеспечивает взаимодействие между магнитными системами внутреннего 4 и внешнего 8 роторов с разными числами пар полюсов, выполняя роль модулятора, но принципиально другого относительно прототипа принципа действия. Другими словами, внешний ротор 8 имеет возможность свободно вращаться относительно собственной оси симметрии O2 за счет подшипниковой опоры 13. Скорость этого вращения определяется числами пар полюсов элементов магнитной системы и скоростью вращения магнитного поля статора 1. Относительно оси O2 ко внешнему ротору 8 не приложен внешний момент, поэтому сумма моментов, действующих на него относительно этой оси, определяется только силами магнитного взаимодействия между элементами магнитной системы передачи и равна нулю в установившемся режиме работы. Предлагаемое техническое решение функционирует подобно планетарному механизму, так как ось вращения O2 вращается вокруг оси вращения O1.If we consider the case when the drive motor is connected to the high-speed shaft 12 and rotates it relative to the main axis O 1 , then due to its stepped shape it drives the outer rotor 8 both around the main axis O 1 and around the axis O 2 . The low-speed shaft 7, rigidly fastened to the inner rotor 4, just like the high-speed shaft 12, performs a simple rotational movement relative to the main axis O 1 . Thus, despite the complex movement of the outer rotor 8, the high-speed 12 and low-speed 7 shafts will be located on the same axis O 1 and perform a simple rotational movement around it. The rotation of the outer rotor 8, performed around its axis of symmetry O 2 provides interaction between the magnetic systems of the inner 4 and outer 8 rotors with different numbers of pole pairs, acting as a modulator, but fundamentally different from the prototype of the operating principle. In other words, the outer rotor 8 has the ability to freely rotate about its own axis of symmetry O 2 due to the bearing support 13. The speed of this rotation is determined by the number of pairs of poles of the elements of the magnetic system and the speed of rotation of the magnetic field of the stator 1. Relative to the axis O 2 to the outer rotor 8 is not applied external moment, therefore, the sum of the moments acting on it relative to this axis is determined only by the forces of magnetic interaction between the elements of the magnetic transmission system and is equal to zero in the steady state of operation. The proposed technical solution functions like a planetary mechanism, since the axis of rotation O 2 rotates around the axis of rotation O 1 .

За счет того, что сложная конструкция внешнего ротора-модулятора прототипа заменена в предлагаемом изобретении на полый цилиндрический магнитопровод 9 с постоянными магнитами на внешней и внутренней поверхностях 10, 11, улучшается технологичность, упрощается процесс изготовления устройства при обеспечении надлежащей механической прочности внешнего ротора 8. За счет отсутствия магнитомягких сегментов в промежутке между статором 1 и внутренним ротором 4 уменьшаются потоки рассеяния, что позволяет увеличить естественное передаточное отношение вплоть до 50-60 в одной ступени, что в 2-3 раза больше, чем в прототипе.Due to the fact that the complex design of the outer rotor-modulator of the prototype is replaced in the present invention with a hollow cylindrical magnetic core 9 with permanent magnets on the outer and inner surfaces 10, 11, the manufacturability is improved, the manufacturing process of the device is simplified while ensuring the proper mechanical strength of the outer rotor 8. For due to the absence of magnetically soft segments in the gap between the stator 1 and the inner rotor 4, the leakage fluxes are reduced, which makes it possible to increase the natural gear ratio up to 50-60 in one stage, which is 2-3 times more than in the prototype.

Использование изобретения позволяет увеличить передаточное отношение, улучшить технологичность и прочность конструкции, что положительно скажется на эксплуатационных показателях редукторных электромеханических систем.The use of the invention makes it possible to increase the gear ratio, improve manufacturability and structural strength, which will positively affect the performance of gear electromechanical systems.

Claims (3)

Электромагнитная передача с катящимся ротором, содержащая статор с осью симметрии O1, являющейся основной осью, состоящий из магнитопровода статора в виде полого цилиндра с пазами на внутренней поверхности, в которые уложена обмотка с числом пар полюсов ps, внутренний ротор, расположенный концентрично статору и состоящий из магнитопровода внутреннего ротора, постоянных магнитов внутреннего ротора с числом пар полюсов pi, тихоходный вал, жестко прикрепленный к внутреннему ротору, внешний ротор, расположенный в пространстве между статором и внутренним ротором и содержащий магнитопровод внешнего ротора, быстроходный вал, жестко прикрепленный к внешнему ротору, при этом внутренний ротор выполнен с возможностью вращения вокруг основной оси O1, отличающаяся тем, что она снабжена подшипниковой опорой, внешний ротор установлен эксцентрично относительно основной оси O1 и имеет собственную ось симметрии O2, при этом он выполнен с возможностью вращения вокруг основной оси O1 и собственной оси симметрии O2, магнитопровод внешнего ротора выполнен в виде полого цилиндра, на внешней поверхности которого закреплены наружные постоянные магниты внешнего ротора с числом пар полюсов poo, а на внутренней поверхности - внутренние постоянные магниты внешнего ротора с числом пар полюсов poi, быстроходный вал выполнен ступенчатой формы и его прикрепление к внешнему ротору выполнено подшипниковой опорой, радиальное расстояние между осями O1O2 выбрано из геометрических соображений согласно выражению O1O2=rsi - roo - agmin.o, где rsi - внутренний радиус статора, roo - внешний радиус внешнего ротора, agmin.o - минимальное значение воздушного зазора между статором и внешним ротором, причем внешний радиус внутреннего ротора удовлетворяет выражению rio=roi - O1O2 - agmin.i, где roi - внутренний радиус внешнего ротора, agmin.i - минимальное значение воздушного зазора между внешним ротором и внутренним ротором, числа пар полюсов статора, внутреннего и внешнего роторов выбраны из условийAn electromagnetic transmission with a rolling rotor, containing a stator with an axis of symmetry O 1 , which is the main axis, consisting of a stator magnetic circuit in the form of a hollow cylinder with grooves on the inner surface, in which a winding with a number of pole pairs p s is laid, an inner rotor located concentrically to the stator and consisting of the magnetic circuit of the inner rotor, permanent magnets of the inner rotor with the number of pole pairs p i , low-speed shaft rigidly attached to the inner rotor, outer rotor located in the space between the stator and the inner rotor and containing the magnetic circuit of the outer rotor, high-speed shaft rigidly attached to the outer rotor, while the inner rotor is made rotatable around the main axis O 1 , characterized in that it is equipped with a bearing support, the outer rotor is mounted eccentrically relative to the main axis O 1 and has its own axis of symmetry O 2 , while it is made rotatable around main axis O 1 and property given axis of symmetry O 2 , the magnetic circuit of the outer rotor is made in the form of a hollow cylinder, on the outer surface of which the outer permanent magnets of the outer rotor with the number of pairs of poles p oo are fixed, and on the inner surface - the internal permanent magnets of the outer rotor with the number of pairs of poles p oi , high-speed the shaft is made of a stepped shape and its attachment to the outer rotor is made by a bearing support, the radial distance between the axes O 1 O 2 is selected from geometric considerations according to the expression O 1 O 2 =r si - r oo - ag min.o , where r si is the inner radius stator, r oo is the outer radius of the outer rotor, ag min.o is the minimum value of the air gap between the stator and the outer rotor, and the outer radius of the inner rotor satisfies the expression r io =r oi - O 1 O 2 - ag min.i , where r oi - inner radius of the outer rotor, ag min.i - minimum value of the air gap between the outer rotor and the inner rotor, the number of pairs of stator poles, internal and external th rotors are selected from the conditions
Figure 00000013
Figure 00000013
 где n и k - любые целые неотрицательные числа.where n and k are any non-negative integers.
RU2021130443A 2021-10-19 2021-10-19 Rolling rotor electromagnetic transmission RU2768365C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021130443A RU2768365C1 (en) 2021-10-19 2021-10-19 Rolling rotor electromagnetic transmission

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021130443A RU2768365C1 (en) 2021-10-19 2021-10-19 Rolling rotor electromagnetic transmission

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2768365C1 true RU2768365C1 (en) 2022-03-24

Family

ID=80819783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021130443A RU2768365C1 (en) 2021-10-19 2021-10-19 Rolling rotor electromagnetic transmission

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2768365C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU122461U1 (en) * 2012-06-21 2012-11-27 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ") MAGNETIC TRANSMISSION
RU2654656C1 (en) * 2017-01-10 2018-05-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" Stator magnetic gearbox of uzyakov with inside gearing
GB2558660A (en) * 2017-01-16 2018-07-18 Magnomatics Ltd An electrical machine and a method of operating an electrical machine
RU2699238C1 (en) * 2018-12-29 2019-09-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Planetary magnetic reducer
US10715025B2 (en) * 2015-10-01 2020-07-14 National Oilwell Varco, L.P. Radial magnetic cycloid gear assemblies, and related systems and methods

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU122461U1 (en) * 2012-06-21 2012-11-27 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ") MAGNETIC TRANSMISSION
US10715025B2 (en) * 2015-10-01 2020-07-14 National Oilwell Varco, L.P. Radial magnetic cycloid gear assemblies, and related systems and methods
RU2654656C1 (en) * 2017-01-10 2018-05-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" Stator magnetic gearbox of uzyakov with inside gearing
GB2558660A (en) * 2017-01-16 2018-07-18 Magnomatics Ltd An electrical machine and a method of operating an electrical machine
RU2699238C1 (en) * 2018-12-29 2019-09-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Planetary magnetic reducer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1806827B1 (en) Electric motor and method of driving the same
KR102099979B1 (en) A generator using two rotors which can use a rotary shaft or a fixed shaft
US20120146445A1 (en) Axial Flux Permanent Magnet Brushless Machine
EP3598617A2 (en) High torque density electrical machine
CN106374702B (en) Disc type iron core-free Flux modulation motor
CN106026576B (en) A kind of smooth self-running line-start permanent magnetic synchronous motor of energy
JP2009126404A (en) Hybrid vehicle
CN110336451B (en) Combined eccentric magnetic force harmonic gear transmission device
CN101499710A (en) Magnetic gear transmission
KR20020026566A (en) Continuously variable electromagnetic transmission
CN110299815B (en) Coaxial dual-rotor variable-speed electromagnetic driver
RU2594018C1 (en) Magnetic reducing gear
RU2768365C1 (en) Rolling rotor electromagnetic transmission
JP4189250B2 (en) Windmill
CN111884455A (en) Magnetic field modulation type magnetic coupling and industrial equipment
CN102299610B (en) Magnetic resistance permanent magnetic gear with outer rotor
CN208046416U (en) A kind of magneto
RU2545166C1 (en) Magnetic reducing gear
US1595550A (en) Variable-speed induction motor
WO2013056458A1 (en) Electric motor
JP2015082921A (en) Dynamo-electric machine
CN202524256U (en) Double-layer permanent magnet gear transmission
CN110098717B (en) Speed change mechanism and electric product comprising same
RU2630482C1 (en) Electromagnetic gearbox
CN219477826U (en) Composite magnetic gear structure with constant rotation speed transmission ratio