RU2770789C1 - Electric machine - Google Patents
Electric machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2770789C1 RU2770789C1 RU2021127144A RU2021127144A RU2770789C1 RU 2770789 C1 RU2770789 C1 RU 2770789C1 RU 2021127144 A RU2021127144 A RU 2021127144A RU 2021127144 A RU2021127144 A RU 2021127144A RU 2770789 C1 RU2770789 C1 RU 2770789C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnets
- coils
- magnetization
- rotor
- magnetic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании электрических машин с постоянными магнитами.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to create electrical machines with permanent magnets.
Известен обращенный вентильный двигатель (см. патент РФ 2467454 Н02K 29/00, 2011 г.), содержащий внутренний статор с м-фазной обмоткой и внешний ротор, включающий магнитную систему на основе цилиндра Халбаха, состоящую из двенадцати сегментов, причем соседние магниты намагничены взаимно перпендикулярно. Данная магнитная система выполняет функцию концентрации симметричного магнитного поля, что позволяет на ее основе проектировать электрические машины с внешним ротором и внутренним статором. Данное устройство имеет недостаточные функциональные возможности. В частности, рассмотрен только один вариант намагничивания магнитных сегментов, а также по одному варианту, как взаимного расположения ротора и статора, так и количества магнитов в цилиндре Халбаха.A reversible brushless motor is known (see RF patent 2467454
Известен электрический мотор (см. патент РФ 2695813 Н02К 16/02, 2018 г.), содержащий статор, выполненный без магнитопровода, с обмоткой, которая размещена в зазоре между цилиндрическими поверхностями внутреннего и внешнего ротора, при этом оба ротора содержат магнитные сборки Халбаха.An electric motor is known (see RF patent 2695813
Отсутствие магнитопровода в статоре уменьшает значения индуктивности в катушках обмотки, что требует увеличения количества их витков, а наличие двух роторов приводит к значительному усложнению конструкции устройства.The absence of a magnetic circuit in the stator reduces the inductance values in the winding coils, which requires an increase in the number of their turns, and the presence of two rotors leads to a significant complication of the device design.
Известна электромашина (см. патент РФ 2544002 Н02K 1/27, 2014 г.), содержащая внутренний статор с катушками обмотки статора и внешний ротор, включающий корпус и индуктор, выполненный из постоянных магнитов на основе цилиндра Халбаха. Намагниченность магнитных сегментов чередуется между радиальным и тангенциальным направлениями. Технический результат заключается в увеличении окружной скорости индуктора и упрощении конструкции. В данном устройстве рассмотрен только один вариант намагничивания постоянных магнитов и только один вариант взаимного расположения ротора и статора, а также отсутствует выбор оптимального соотношения между количеством магнитов в цилиндре Халбаха и количеством катушек обмотки статора. Известна электрическая машина (см. патент US 6858962 В2, 2005 г.), содержащая внешний ротор с постоянными магнитами на основе цилиндра Халбаха и магнитопровод, а также внутренний статор с катушками обмотки статора и соответствующий магнитопровод. Намагниченность магнитов чередуется между радиальным и тангенциальным направлениями. Ротор способен вращаться с переменной угловой скоростью. Устройство содержит также переменный зазор, разделяющий ротор и статор и средство для регулирования величины зазора в зависимости от угловой скорости для автоматического регулирования выходного напряжения или выходной механической мощности.An electric machine is known (see RF patent 2544002
Изменение величины рабочего зазора за счет изменения величины центробежной силы может привести к погрешности регулирования, а также может снизить механическую прочность устройства в целом.Changing the value of the working gap due to a change in the value of the centrifugal force can lead to a control error, and can also reduce the mechanical strength of the device as a whole.
Известен ротор электромашины (см. патент РФ 2580676 Н02K 1/27 2015 г.), включающий магнитный индуктор цилиндрической формы, при этом индуктор содержит планки, ориентированные вдоль продольной оси ротора и выполненные из постоянных магнитов, с образованием составной магнитной втулки. Планки намагничены так, что между магнитами, намагниченными в радиальном направлении, размещены магниты, намагниченные в тангенциальном направлении, с возможностью образования магнитной системы Халбаха. Технический результат выражается в увеличении магнитной индукции на поверхности полюса при минимальной массе индуктора.A rotor of an electric machine is known (see RF patent 2580676
В данном устройстве рассмотрен только один вариант намагничивания постоянных магнитов, а также не рассматривается выбор оптимального количества магнитных сегментов в цилиндре Халбаха. Это в совокупности может повлиять на технические характеристики данного устройства.In this device, only one option for the magnetization of permanent magnets is considered, and the choice of the optimal number of magnetic segments in the Halbach cylinder is not considered. Together, these may affect the performance of this device.
Известна электромашина (см. патент РФ 2549883 Н02K 21/22 2014 г.), содержащая статор, включающий группу катушек обмотки с магнитопроводом, а также ротор, включающий группу магнитов, образующих цилиндр Халбаха.Known electric machine (see RF patent 2549883
Электромашина может работать как синхронная вентильная в режимах генератора и двигателя. Машина возбуждается индуктором из постоянных магнитов.The electric machine can work as a synchronous valve in the generator and motor modes. The machine is excited by a permanent magnet inductor.
В режиме генератора ротор приводится в движение внешним двигателем, например, ветродвигателем. В режиме синхронного двигателя обмотку статора необходимо подключить через преобразователь частоты, при использовании датчика положения ротора двигатель работает как вентильный. Прототип.In generator mode, the rotor is driven by an external motor, such as a wind turbine. In the synchronous motor mode, the stator winding must be connected through a frequency converter; when using a rotor position sensor, the motor operates as a valve. Prototype.
В данном устройстве рассмотрен только один вариант намагничивания постоянных магнитов и только один вариант взаимного расположения ротора и статора, а также отсутствует выбор оптимального соотношения между количеством магнитов в цилиндре Халбаха и количеством катушек обмотки статора.In this device, only one option for magnetizing permanent magnets and only one option for the mutual arrangement of the rotor and stator is considered, and there is also no choice of the optimal ratio between the number of magnets in the Halbach cylinder and the number of stator winding coils.
Роторы рассмотренных электрических машин включают группу постоянных магнитов, образующих цилиндр Халбаха. Намагниченность магнитов может быть, как взаимно перпендикулярной, так и радиально тангенциальной. Количество магнитов в группе, направление их намагниченности, а также количество катушек обмотки статора в совокупности влияют на технические характеристики электрической машины. Поэтому для каждого конкретного варианта должны быть оптимальные соотношения между этими показателями. Это позволит получить максимальное значение момента вращения в режиме двигателя, или максимальную ЭДС в режиме генератора.The rotors of the considered electrical machines include a group of permanent magnets forming a Halbach cylinder. The magnetization of magnets can be either mutually perpendicular or radially tangential. The number of magnets in the group, the direction of their magnetization, as well as the number of stator winding coils together affect the technical characteristics of the electrical machine. Therefore, for each specific option, there should be optimal ratios between these indicators. This will allow you to get the maximum value of the torque in the engine mode, or the maximum EMF in the generator mode.
Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.
Единая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в улучшении технических характеристик электрической машины с постоянными магнитами.The single object to which the invention is directed is to improve the technical characteristics of an electric machine with permanent magnets.
Единый технический результат, который может быть получен при осуществлении данного изобретения, заключается в получении максимального момента вращения в режиме двигателя и в получении максимальной ЭДС в режиме генератора.A single technical result that can be obtained by implementing this invention is to obtain the maximum torque in the engine mode and to obtain the maximum EMF in the generator mode.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной электрической машине, содержащей статор, включающий группу катушек обмотки с магнитопроводом, а также ротор, включающий группу магнитных сегментов, расположенных по внутренней или внешней поверхности цилиндра, магнитные сегменты расположены по поверхности цилиндра с зазором между ними и с радиальной намагниченностью при их количестве в группе менее двадцати или двадцати четырех, в зависимости от количества катушек в группе, и образуют цилиндр Халбаха без зазоров между магнитами, если их количество более или равно указанным значениям и кратно четырем, а намагниченность магнитных сегментов или взаимно перпендикулярная, или радиально тангенциальная.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in a known electric machine containing a stator, including a group of winding coils with a magnetic circuit, as well as a rotor, including a group of magnetic segments located on the inner or outer surface of the cylinder, the magnetic segments are located on the surface of the cylinder with a gap between them and with radial magnetization if their number in a group is less than twenty or twenty four, depending on the number of coils in the group, and form a Halbach cylinder without gaps between the magnets, if their number is more than or equal to the indicated values and a multiple of four, and the magnetization of the magnetic segments or mutually perpendicular, or radially tangential.
В частном случае, в режиме двигателя, при радиально тангенциальной намагниченности магнитов в цилиндре Халбаха, значение отношения количества магнитов в группе к количеству катушек обмотки не равно двум, а для варианта расположения магнитов с зазором между ними, значение отношения количества магнитов в группе к количеству катушек обмотки не равно двум и не равно единице.In a particular case, in the engine mode, with radially tangential magnetization of the magnets in the Halbach cylinder, the value of the ratio of the number of magnets in the group to the number of winding coils is not equal to two, but for the arrangement of magnets with a gap between them, the value of the ratio of the number of magnets in the group to the number of coils windings is not equal to two and not equal to one.
В частном случае, при взаимно перпендикулярной намагниченности магнитных сегментов в цилиндре Халбаха, значение отношения количества магнитов в группе к количеству катушек обмотки не равно 1,8 с допуском в несколько процентов.In a particular case, with mutually perpendicular magnetization of the magnetic segments in the Halbach cylinder, the value of the ratio of the number of magnets in the group to the number of winding coils is not equal to 1.8 with a tolerance of several percent.
В частном случае, для цилиндра Халбаха значение центральных углов между соседними магнитами в группе и между соседними катушками обмотки, выраженными в градусах, является конечной десятичной дробью.In a particular case, for the Halbach cylinder, the value of the central angles between adjacent magnets in the group and between adjacent winding coils, expressed in degrees, is the final decimal fraction.
Применение указанных средств позволит улучшить технические характеристики электрической машины с постоянными магнитами, в частности, увеличить величину момента вращения в режиме двигателя, увеличить величину ЭДС в режиме генератора, расширить диапазон скорости вращения ротора.The use of these tools will improve the technical characteristics of an electric machine with permanent magnets, in particular, increase the value of the torque in the engine mode, increase the EMF value in the generator mode, and expand the range of rotor speed.
Заявленное изобретение соответствует требованию единства. Оно относится к одному техническому решению, включающему совокупность существенных признаков, которые необходимы для улучшения технических характеристик электрической машины.The claimed invention meets the requirement of unity. It refers to one technical solution, which includes a set of essential features that are necessary to improve the technical characteristics of an electrical machine.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно - техническим источникам информации, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию новизны.The analysis of the state of the art carried out by the applicant, including the search for patents and scientific and technical sources of information, made it possible to establish that the applicant did not find analogues characterized by features identical to all the essential features set forth in the claims. Therefore, the claimed invention meets the requirement of novelty.
Заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники. Поэтому оно соответствует условию «изобретательский уровень».The claimed invention does not follow for a specialist explicitly from the prior art. Therefore, it meets the condition of "inventive step".
Заявленное устройство поясняется чертежами.The claimed device is illustrated by drawings.
На фиг. 1 изображена магнитная система, состоящая из 16-ти отдельных магнитов с зазорами между ними и намагниченных радиально. Вид сверху.In FIG. 1 shows a magnetic system consisting of 16 separate magnets with gaps between them and magnetized radially. View from above.
На фиг. 2 изображена магнитная система на основе цилиндра Халбаха, состоящая из 12-ти сегментов с радиально тангенциальной намагниченностью. Внутреннее магнитное поле. Вид сверху.In FIG. 2 shows a magnetic system based on the Halbach cylinder, consisting of 12 segments with radially tangential magnetization. Internal magnetic field. View from above.
На фиг. 3 изображена магнитная система на основе цилиндра Халбаха, состоящая из 12-ти сегментов, намагниченных взаимно перпендикулярно. Внешнее магнитное поле. Вид сверху.In FIG. 3 shows a magnetic system based on the Halbach cylinder, consisting of 12 segments magnetized mutually perpendicular. external magnetic field. View from above.
На фиг. 4 изображена магнитная система на основе цилиндра Халбаха, состоящая из 16-ти сегментов с радиально тангенциальной намагниченностью. Внутреннее магнитное поле. Вид сверху.In FIG. 4 shows a magnetic system based on the Halbach cylinder, consisting of 16 segments with radially tangential magnetization. Internal magnetic field. View from above.
На фиг. 5 изображена магнитная система на основе цилиндра Халбаха, состоящая из 16-ти сегментов с радиально тангенциальной намагниченностью. Внешнее магнитное поле. Вид сверху.In FIG. 5 shows a magnetic system based on the Halbach cylinder, consisting of 16 segments with radially tangential magnetization. external magnetic field. View from above.
На фиг. 6 изображена магнитная система на основе цилиндра Халбаха, состоящая из 20-ти сегментов, намагниченных взаимно перпендикулярно. Внутреннее магнитное поле. Вид сверху.In FIG. 6 shows a magnetic system based on the Halbach cylinder, consisting of 20 segments magnetized mutually perpendicular. Internal magnetic field. View from above.
На фиг. 7 изображена магнитная система на основе цилиндра Халбаха, состоящая из 24-ех сегментов, намагниченных радиально тангенциально. Внешнее магнитное поле. Вид сверху.In FIG. 7 shows a magnetic system based on a Halbach cylinder, consisting of 24 segments magnetized radially tangentially. external magnetic field. View from above.
На фиг. 8 изображена магнитная система на основе цилиндра Халбаха, состоящая из 24-ех сегментов, намагниченных взаимно перпендикулярно. Внешнее магнитное поле. Вид сверху.In FIG. 8 shows a magnetic system based on the Halbach cylinder, consisting of 24 segments magnetized mutually perpendicular. external magnetic field. View from above.
На фиг. 9 изображена магнитная система на основе цилиндра Халбаха, состоящая из 28-ми сегментов, намагниченных взаимно перпендикулярно. Внутреннее магнитное поле. Вид сверху.In FIG. 9 shows a magnetic system based on the Halbach cylinder, consisting of 28 segments magnetized mutually perpendicular. Internal magnetic field. View from above.
На фиг. 10 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором на основе цилиндра Халбаха. Количество магнитов 16, количество катушек обмотки 20. Вид сверху.In FIG. 10 shows an embodiment of an electrical machine with an internal rotor based on a Halbach cylinder. The number of magnets is 16, the number of winding coils is 20. Top view.
На фиг. 11 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором, состоящим из отдельных магнитов с зазорами между ними. Количество магнитов 16, количество катушек обмотки равно 20. Вид сверху.In FIG. 11 shows an embodiment of an electric machine with an internal rotor consisting of separate magnets with gaps between them. The number of magnets is 16, the number of winding coils is 20. Top view.
На фиг. 12 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором на основе цилиндра Халбаха. Количество магнитов 20, количество катушек обмотки 10. Вид сверху.In FIG. 12 shows an embodiment of an electrical machine with an internal rotor based on a Halbach cylinder. The number of magnets is 20, the number of winding coils is 10. Top view.
На фиг. 13 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором, состоящим из отдельных магнитов с зазорами между ними. Количество магнитов 20, количество катушек обмотки 10. Вид сверху.In FIG. 13 shows an embodiment of an electric machine with an internal rotor consisting of separate magnets with gaps between them. The number of magnets is 20, the number of winding coils is 10. Top view.
На фиг. 14 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором на основе цилиндра Халбаха. Количество магнитов 20, количество катушек обмотки 16. Вид сверху.In FIG. 14 shows an embodiment of an electrical machine with an internal rotor based on a Halbach cylinder. The number of magnets is 20, the number of winding coils is 16. Top view.
На фиг. 15 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором, включающим отдельные магниты с зазорами между ними. Количество магнитов 20, количество катушек обмотки 16. Вид сверху.In FIG. 15 shows an embodiment of an electric machine with an internal rotor including separate magnets with gaps between them. The number of magnets is 20, the number of winding coils is 16. Top view.
На фиг. 16 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором на основе цилиндра Халбаха. Количество магнитов 20, количество катушек обмотки 24. Вид сверху.In FIG. 16 shows an embodiment of an electrical machine with an internal rotor based on a Halbach cylinder. The number of magnets is 20, the number of winding coils is 24. Top view.
На фиг. 17 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором, включающим отдельные магниты с зазорами между ними. Количество магнитов 20, количество катушек обмотки 24. Вид сверху.In FIG. 17 shows an embodiment of an electric machine with an internal rotor including separate magnets with gaps between them. The number of magnets is 20, the number of winding coils is 24. Top view.
На фиг. 18 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором на основе цилиндра Халбаха. Количество магнитов 24, количество катушек обмотки 16. Вид сверху.In FIG. 18 shows an embodiment of an electrical machine with an internal rotor based on a Halbach cylinder. The number of magnets is 24, the number of winding coils is 16. Top view.
На фиг. 19 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором, включающим отдельные магниты с зазорами между ними. Количество магнитов 24, количество катушек обмотки 16. Вид сверху.In FIG. 19 shows an embodiment of an electric machine with an internal rotor including separate magnets with gaps between them. The number of magnets is 24, the number of winding coils is 16. Top view.
На фиг. 20 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором на основе цилиндра Халбаха. Количество магнитов 24, количество катушек обмотки 20. Вид сверху.In FIG. 20 shows an embodiment of an electrical machine with an internal rotor based on a Halbach cylinder. The number of magnets is 24, the number of winding coils is 20. Top view.
На фиг. 21 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором, включающим отдельные магниты с зазорами между ними. Количество магнитов 24, количество катушек обмотки 20. Вид сверху.In FIG. 21 shows an embodiment of an electrical machine with an internal rotor including separate magnets with gaps between them. The number of magnets is 24, the number of winding coils is 20. Top view.
На фиг. 22 изображен вариант выполнения электрической машины с внешним ротором и с внутренним статором на основе цилиндра Халбаха. Количество магнитов 24, количество катушек обмотки 16.In FIG. 22 shows an embodiment of an electric machine with an external rotor and an internal stator based on a Halbach cylinder. The number of magnets is 24, the number of winding coils is 16.
На фиг. 23 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором на основе цилиндра Халбаха. Количество магнитов 24, количество катушек обмотки 24. Вид сверху.In FIG. 23 shows an embodiment of an electrical machine with an internal rotor based on a Halbach cylinder. The number of magnets is 24, the number of winding coils is 24. Top view.
На фиг. 24 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором, включающим отдельные магниты с зазорами между ними. Количество магнитов 24, количество катушек обмотки 24. Вид сверху.In FIG. 24 shows an embodiment of an electrical machine with an internal rotor including separate magnets with gaps between them. The number of magnets is 24, the number of winding coils is 24. Top view.
На фиг. 25 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором на основе цилиндра Халбаха. Количество магнитов 32, количество катушек обмотки 20. Вид сверху.In FIG. 25 shows an embodiment of an electrical machine with an internal rotor based on a Halbach cylinder. The number of magnets is 32, the number of winding coils is 20. Top view.
На фиг.26 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором, включающим отдельные магниты с зазорами между ними. Количество магнитов 32, количество катушек обмотки 20. Вид сверху.On Fig depicts an embodiment of an electric machine with an internal rotor, including individual magnets with gaps between them. The number of magnets is 32, the number of winding coils is 20. Top view.
На фиг. 27 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором на основе цилиндра Халбаха. Количество магнитов 36. Количество катушек обмотки 20. Вид сверху.In FIG. 27 shows an embodiment of an electrical machine with an internal rotor based on a Halbach cylinder. Number of
На фиг. 28 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором, включающим отдельные магниты с зазорами между ними. Количество магнитов 36. Количество катушек обмотки 20. Вид сверху.In FIG. 28 shows an embodiment of an electric machine with an internal rotor including separate magnets with gaps between them. Number of
На фиг. 29 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором на основе цилиндра Халбаха. Количество магнитов 36, количество катушек обмотки 24. Вид сверху.In FIG. 29 shows an embodiment of an electrical machine with an internal rotor based on a Halbach cylinder. The number of magnets is 36, the number of winding coils is 24. Top view.
На фиг. 30 изображен вариант выполнения электрической машины с внутренним ротором, включающим отдельные магниты с зазорами между ними. Количество магнитов 36, количество катушек обмотки 24. Вид сверху.In FIG. 30 shows an embodiment of an electrical machine with an internal rotor including separate magnets with gaps between them. The number of magnets is 36, the number of winding coils is 24. Top view.
На фиг. 31 изображена таблица переключений катушек статора в зависимости от угла поворота ротора на основе цилиндра Халбаха. Количество магнитов в сборке 16, количество катушек в группе 20. Намагниченность радиально тангенциальная. Значения моментов вращения здесь и далее заносятся в отдельные строки.In FIG. 31 shows a table of switching stator coils depending on the angle of rotation of the rotor based on the Halbach cylinder. The number of magnets in the assembly is 16, the number of coils in the group is 20. The magnetization is radially tangential. The values of the torques hereinafter are entered in separate lines.
На фиг. 32 изображена таблица переключений катушек обмотки статора в зависимости от угла поворота ротора на основе цилиндра Халбаха. Количество магнитов 16, количество катушек 20. Намагниченность взаимно перпендикулярная. Значения моментов вращения здесь и далее заносятся в отдельные строки.In FIG. 32 shows a table of switching the stator winding coils depending on the angle of rotation of the rotor based on the Halbach cylinder. The number of magnets is 16, the number of coils is 20. The magnetization is mutually perpendicular. The values of the torques hereinafter are entered in separate lines.
На фиг. 33 изображена таблица переключений катушек обмотки в зависимости от угла поворота ротора, включающего отдельные магниты с зазорами между ними. Количество магнитов 16, количество катушек 20. Намагниченность радиальная.In FIG. 33 shows a table of switching winding coils depending on the angle of rotation of the rotor, which includes individual magnets with gaps between them. The number of magnets is 16, the number of coils is 20. The magnetization is radial.
На фиг. 34 изображена таблица переключений катушек статора в зависимости от угла поворота ротора электрической машины. Количество магнитов в сборке 20, количество катушек в группе 10. Намагниченность радиально тангенциальная.In FIG. 34 shows a table of switching stator coils depending on the angle of rotation of the rotor of an electric machine. The number of magnets in the assembly is 20, the number of coils in the group is 10. The magnetization is radially tangential.
На фиг. 35 изображена таблица переключений катушек статора в зависимости от угла поворота ротора электрической машины. Количество магнитов в сборке 20, количество катушек 10. Намагниченность взаимно перпендикулярная.In FIG. 35 shows a table of switching stator coils depending on the angle of rotation of the rotor of an electric machine. The number of magnets in the assembly is 20, the number of coils is 10. The magnetization is mutually perpendicular.
На фиг. 36 изображена таблица переключений катушек обмотки статора в зависимости от угла поворота ротора, включающего отдельные магниты с зазорами между ними. Количество магнитов 20, количество катушек 10. Намагниченность радиальная.In FIG. 36 shows a table of switching coils of the stator winding depending on the angle of rotation of the rotor, which includes individual magnets with gaps between them. The number of magnets is 20, the number of coils is 10. The magnetization is radial.
На фиг. 37 изображена таблица переключений катушек обмотки статора в зависимости от угла поворота ротора. Количество магнитов 20, количество катушек 16. Намагниченность радиально тангенциальная.In FIG. 37 shows a table of switching coils of the stator winding depending on the angle of rotation of the rotor. The number of magnets is 20, the number of coils is 16. The magnetization is radially tangential.
На фиг. 38 изображена таблица переключений катушек обмотки статора в зависимости от угла поворота ротора. Количество магнитов 20, количество катушек 16. Намагниченность взаимно перпендикулярная.In FIG. 38 shows a table of switching coils of the stator winding depending on the angle of rotation of the rotor. The number of magnets is 20, the number of coils is 16. The magnetization is mutually perpendicular.
На фиг. 39 изображена таблица переключений катушек обмотки статора в зависимости от угла поворота ротора, включающего отдельные магниты с зазорами между ними. Количество магнитов 20, количество катушек 16. Намагниченность радиальная.In FIG. 39 shows a table of switching the stator winding coils depending on the angle of rotation of the rotor, which includes individual magnets with gaps between them. The number of magnets is 20, the number of coils is 16. The magnetization is radial.
На фиг. 40, 41 изображены таблицы переключений катушек обмотки статора. Количество магнитов 20, количество катушек 24. Намагниченность радиально тангенциальная.In FIG. 40, 41 shows the switching tables of the stator winding coils. The number of magnets is 20, the number of coils is 24. The magnetization is radially tangential.
На фиг. 42 изображена таблица переключений катушек обмотки статора. Количество магнитов 20, количество катушек 24. Намагниченность взаимно перпендикулярная.In FIG. 42 shows the switching table of the stator winding coils. The number of magnets is 20, the number of coils is 24. The magnetization is mutually perpendicular.
На фиг. 43 изображена таблица переключений катушек обмотки статора. Количество магнитов 20, количество катушек 24. Ротор включает отдельные магниты с зазорами между ними. Намагниченность радиальная.In FIG. 43 shows the switching table of the stator winding coils. The number of magnets is 20, the number of coils is 24. The rotor includes separate magnets with gaps between them. The magnetization is radial.
На фиг. 44 изображена таблица переключений катушек статора в зависимости от угла поворота ротора. Количество магнитов 24, количество катушек 16. Намагниченность радиально тангенциальная.In FIG. 44 shows a table of switching stator coils depending on the angle of rotation of the rotor. The number of magnets is 24, the number of coils is 16. The magnetization is radially tangential.
На фиг. 45 изображена таблица переключений катушек обмотки статора. Количество магнитов 24, количество катушек 16. Намагниченность взаимно перпендикулярная.In FIG. 45 shows the switching table of the stator winding coils. The number of magnets is 24, the number of coils is 16. The magnetization is mutually perpendicular.
На фиг.46 изображена таблица переключений катушек обмотки статора. Количество магнитов 24, количество катушек 16. Ротор включает отдельные магниты с зазорами между ними. Намагниченность радиальная.On Fig shows a table of switching coils of the stator winding. The number of magnets is 24, the number of coils is 16. The rotor includes individual magnets with gaps between them. The magnetization is radial.
На фиг. 47 изображена таблица переключений катушек обмотки статора. Количество магнитов 24, количество катушек 20. Намагниченность радиально тангенциальная.In FIG. 47 shows the switching table of the stator winding coils. The number of magnets is 24, the number of coils is 20. The magnetization is radially tangential.
На фиг. 48 изображена таблица переключений катушек обмотки статора. Количество магнитов 24, количество катушек 20. Намагниченность взаимно перпендикулярная.In FIG. 48 shows the switching table of the stator winding coils. The number of magnets is 24, the number of coils is 20. The magnetization is mutually perpendicular.
На фиг. 49 изображена таблица переключений катушек обмотки статора. Количество магнитов 24, количество катушек 20. Ротор включает отдельные магниты с зазорами между ними. Намагниченность радиальная.In FIG. 49 shows the switching table of the stator winding coils. The number of magnets is 24, the number of coils is 20. The rotor includes individual magnets with gaps between them. The magnetization is radial.
На фиг. 50 изображена таблица переключений катушек статора. Количество магнитов 24, количество катушек 24. Намагниченность радиально тангенциальная.In FIG. 50 shows the switching table of the stator coils. The number of magnets is 24, the number of coils is 24. The magnetization is radially tangential.
На фиг. 51 изображена таблица переключений катушек обмотки статора. Количество магнитов 24, количество катушек 24. Намагниченность взаимно перпендикулярная.In FIG. 51 shows the switching table of the stator winding coils. The number of magnets is 24, the number of coils is 24. The magnetization is mutually perpendicular.
На фиг. 52 изображена таблица переключений катушек обмотки статора. Количество магнитов 24, количество катушек 24. Ротор включает отдельные магниты с зазорами между ними. Намагниченность радиальнаяIn FIG. 52 shows the switching table of the stator winding coils. The number of magnets is 24, the number of coils is 24. The rotor includes separate magnets with gaps between them. Magnetization radial
На фиг. 53 изображена таблица переключений катушек статора в зависимости от угла поворота ротора электрической машины. Количество магнитов в цилиндре 32, количество катушек в статоре 20. Намагниченность радиально тангенциальная.In FIG. 53 shows a table of switching stator coils depending on the angle of rotation of the rotor of an electric machine. The number of magnets in the cylinder is 32, the number of coils in the stator is 20. The magnetization is radially tangential.
На фиг. 54 изображена таблица переключений катушек обмотки статора. Количество магнитов 32, количество катушек 20. Намагниченность взаимно перпендикулярная.In FIG. 54 shows the switching table of the stator winding coils. The number of magnets is 32, the number of coils is 20. The magnetization is mutually perpendicular.
На фиг. 55 изображена таблица переключений катушек обмотки статора. Количество магнитов 32, количество катушек 20. Ротор включает отдельные магниты с зазорами между ними. Намагниченность радиальная.In FIG. 55 shows the switching table of the stator winding coils. The number of magnets is 32, the number of coils is 20. The rotor includes individual magnets with gaps between them. The magnetization is radial.
На фиг. 56 изображена таблица переключений катушек обмотки статора в зависимости от угла поворота ротора. Количество магнитов в роторе 36, количество катушек в статоре 20. Намагниченность радиально тангенциальная.In FIG. 56 shows a table of switching coils of the stator winding depending on the angle of rotation of the rotor. The number of magnets in the rotor is 36, the number of coils in the stator is 20. The magnetization is radially tangential.
На фиг. 57 изображена таблица переключений катушек обмотки статора. Количество магнитов 36, количество катушек 20. Намагниченность взаимно перпендикулярная.In FIG. 57 shows the switching table of the stator winding coils. The number of magnets is 36, the number of coils is 20. The magnetization is mutually perpendicular.
На фиг. 58 изображена таблица переключений катушек статора. Количество магнитов 36, количество катушек 20. Ротор включает отдельные магниты с зазорами между ними. Намагниченность радиальная.In FIG. 58 shows the switching table of the stator coils. The number of magnets is 36, the number of coils is 20. The rotor includes separate magnets with gaps between them. The magnetization is radial.
На фиг. 59 изображена таблица переключений катушек обмотки статора. Количество магнитов 36, количество катушек 24. Намагниченность радиально тангенциальная.In FIG. 59 shows the switching table of the stator winding coils. The number of magnets is 36, the number of coils is 24. The magnetization is radially tangential.
На фиг. 60 изображена таблица переключений катушек обмотки в зависимости от угла поворота ротора, количество магнитов в роторе 36, количество катушек 24. Намагниченность взаимно перпендикулярная.In FIG. 60 shows a table of switching winding coils depending on the angle of rotation of the rotor, the number of magnets in the rotor is 36, the number of coils is 24. The magnetization is mutually perpendicular.
На фиг. 61 изображена таблица переключений катушек обмотки статора. Количество магнитов 36, количество катушек 24. Ротор включает отдельные магниты с зазорами между ними. Намагниченность радиальная.In FIG. 61 shows the switching table of the stator winding coils. The number of magnets is 36, the number of coils is 24. The rotor includes separate magnets with gaps between them. The magnetization is radial.
На фиг. 62 изображена сводная таблица средних значений моментов вращения и отклонений от среднего значения в процентах.In FIG. 62 shows a summary table of the average values of torques and deviations from the average in percent.
На фиг. 63 изображена таблица амплитуд переменного напряжения на катушках обмотки в режиме генератора.In FIG. 63 shows a table of alternating voltage amplitudes on the winding coils in generator mode.
На фиг. 64 изображена таблица значений моментов вращения в динамическом режиме.In FIG. 64 shows a table of torque values in dynamic mode.
На фиг. 65 изображена таблица значений моментов вращения в статическом режиме для вариантов с увеличенным количеством магнитных сегментов.In FIG. 65 shows a table of torque values in static mode for options with an increased number of magnetic segments.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявленного изобретения с получением указанного результата, заключаются в следующем.Information confirming the possibility of carrying out the claimed invention with obtaining the specified result is as follows.
Рассмотрим магнитную систему, изображенную на фиг. 1.Consider the magnetic system shown in Fig. one.
Данная система содержит шестнадцать отдельных магнитов 1 и 2, расположенных на цилиндрической поверхности с зазорами и имеющих радиальную намагниченность.This system contains sixteen
Стрелками указано направления векторов намагниченности.The arrows indicate the directions of the magnetization vectors.
С помощью компьютерного моделирования рассчитана конфигурация магнитного поля такой системы.Using computer simulation, the configuration of the magnetic field of such a system is calculated.
На фиг. 1 области максимального внешнего поля 3 и области максимального внутреннего поля 4 ограничены соответствующими полуокружностями. Области с малым значением магнитного поля не изображены, т.к. они не оказывают существенного влияния на данную магнитную систему.In FIG. 1 the area of maximum
Величина магнитной индукции внутри областей 3 и 4 примерно равна половине величины остаточной индукции магнитов 1 и 2. Вне этих областей значения магнитной индукции резко уменьшается и стремится с увеличением расстояния к нулю. Здесь необходимо отметить, что величина магнитной индукции в областях 3 и 4 практически не зависит от количества отдельных магнитов в такой магнитной системе, т.к. магнитное поле разделяется пополам между его внешней областью 3 и его внутренней областью 4.The value of the magnetic induction inside
Рассмотрим магнитную систему на основе цилиндра Халбаха, изображенную на фиг. 2. Данная магнитная система содержит двенадцать магнитных сегментов 1 с радиально тангенциальной намагниченностью, боковые поверхности которых в совокупности образуют боковые поверхности цилиндра, внутреннюю и внешнюю. Вид сверху на данный цилиндр дает представление о совместном расположении магнитных сегментов 1 по поверхности цилиндра. Стрелками указаны направления векторов намагничивания каждого сегмента.Consider the magnetic system based on the Halbach cylinder shown in Fig. 2. This magnetic system contains twelve
С помощью компьютерного моделирования рассчитана конфигурация магнитного поля такой системы.Using computer simulation, the configuration of the magnetic field of such a system is calculated.
Области максимального магнитного поля 4 расположены внутри цилиндра и ограничены соответствующими полуокружностями. Области с малым значением магнитного поля не изображены.Areas of maximum
Величина магнитной индукции внутри областей 4 примерно равна 0,5 - 0,55 значения остаточной индукции магнитных сегментов 1. Вне этих областей магнитная индукция резко уменьшается и с увеличением расстояния стремится к нулю.The value of the magnetic induction inside the
Магнитная система на основе цилиндра Халбаха, изображенная на фиг. 3 содержит двенадцать магнитных сегментов 1 намагниченных взаимно перпендикулярно.The magnetic system based on the Halbach cylinder shown in Fig. 3 contains twelve
Области максимального магнитного поля 3 расположены снаружи цилиндра. Величина магнитной индукции внутри областей 3 также примерно равна 0,5 - 0,55 значения остаточной индукции магнитных сегментов 1.Areas of maximum
На фиг. 4 изображена следующая магнитная система на основе цилиндра Халбаха.In FIG. 4 shows the following magnetic system based on the Halbach cylinder.
Данная магнитная система содержит шестнадцать магнитных сегментов (магнитов) 1 с радиально тангенциальной намагниченностью.This magnetic system contains sixteen magnetic segments (magnets) 1 with radially tangential magnetization.
Области максимального магнитного поля 4 при данной (конкретной) картине намагниченности находятся внутри цилиндра. Это зависит от взаимного расположения группы из трех векторов намагниченности, средний из которых имеет радиальное направление.The regions of maximum
На фиг. 4 имеется несколько таких группы. Если вектор центрального магнита в группе направлен из центра цилиндра, а соседние магниты намагничены в противоположные стороны, то магнитное поле сосредоточено внутри цилиндра. Аналогичная картина поля будет, если вектор центрального магнита направлен к центру цилиндра, а соседние с ним магниты намагничены навстречу друг другу.In FIG. 4 there are several such groups. If the vector of the central magnet in the group is directed from the center of the cylinder, and the neighboring magnets are magnetized in opposite directions, then the magnetic field is concentrated inside the cylinder. A similar picture of the field will be if the vector of the central magnet is directed towards the center of the cylinder, and the magnets adjacent to it are magnetized towards each other.
Величина магнитной индукции внутри областей 4 при количестве магнитов в цилиндре Халбаха равным шестнадцати становится больше и равна примерно 0,55 - 0,6 значения остаточной индукции магнитных сегментов 1.The value of the magnetic induction inside the
На фиг. 5 изображена магнитная система на основе цилиндра Халбаха, имеющая внешнее магнитное поле.In FIG. 5 shows a magnetic system based on a Halbach cylinder with an external magnetic field.
Данная магнитная система также содержит шестнадцать магнитов 1 с радиально тангенциальной намагниченностью.This magnetic system also contains sixteen
Области максимального магнитного поля 3 находятся снаружи цилиндра. Если векторы радиально намагниченных сегментов направлены к центру цилиндра, то соседние с ними векторы направлены в противоположные стороны.Areas of maximum
Аналогичная картина поля будет, если векторы центральных магнитов направлены от центра цилиндра, а соседние с ними магниты намагничены навстречу друг другу.A similar picture of the field will be if the vectors of the central magnets are directed from the center of the cylinder, and the magnets adjacent to them are magnetized towards each other.
Величина магнитной индукции внутри областей 3 также примерно равна 0,55 - 0,6 значения остаточной индукции магнитных сегментов 1.The value of the magnetic induction inside the
На фиг. 6 изображена магнитная система на основе цилиндра Халбаха, содержащая двадцать магнитных сегментов со взаимно перпендикулярной намагниченностью. С помощью компьютерного моделирования рассчитана конфигурация магнитного поля данной системы.In FIG. 6 shows a magnetic system based on a Halbach cylinder containing twenty magnetic segments with mutually perpendicular magnetization. Using computer simulation, the configuration of the magnetic field of this system is calculated.
Области максимального магнитного поля 4 находятся внутри цилиндра.Areas of maximum
У магнитов с радиальной намагниченностью от центра цилиндра соседние магниты намагничены в противоположные стороны. Все соседние магниты намагничены взаимно перпендикулярно друг другу. Магниты, расположенные через одного, намагничены в противоположные стороны.For magnets with radial magnetization from the center of the cylinder, neighboring magnets are magnetized in opposite directions. All adjacent magnets are magnetized mutually perpendicular to each other. Magnets located through one are magnetized in opposite directions.
Величина магнитной индукции внутри областей 4, при количестве магнитов в цилиндре Халбаха равным двадцати, становится больше и равна примерно 0,6 - 0,65 значения остаточной индукции магнитных сегментов 1.The value of the magnetic induction inside the
На фиг. 7 изображена магнитная система на основе цилиндра Халбаха, имеющая внешнее магнитное поле.In FIG. 7 shows a magnetic system based on a Halbach cylinder having an external magnetic field.
Данная магнитная система содержит двадцать четыре магнитных сегмента с радиально тангенциальной намагниченностью.This magnetic system contains twenty-four magnetic segments with radially tangential magnetization.
У магнитов с радиальной намагниченностью к центру цилиндра соседние магниты намагничены в противоположные стороны. У магнитов с радиальной намагниченностью от центра цилиндра соседние магниты намагничены навстречу друг другу.For magnets with radial magnetization towards the center of the cylinder, neighboring magnets are magnetized in opposite directions. For magnets with radial magnetization from the center of the cylinder, neighboring magnets are magnetized towards each other.
Величина магнитной индукции внутри областей 3 примерно равна 0,65 - 0,7 значения остаточной индукции магнитных сегментов 1.The value of the magnetic induction inside the
На фиг. 8 изображена магнитная система на основе цилиндра Халбаха, имеющая внешнее магнитное поле. Данная магнитная система содержит двадцать четыре магнитных сегмента со взаимно перпендикулярной намагниченностью. Величина магнитной индукции внутри областей 3 примерно равна 0,65 -0,7 значения остаточной индукции магнитных сегментов 1.In FIG. 8 shows a magnetic system based on a Halbach cylinder with an external magnetic field. This magnetic system contains twenty-four magnetic segments with mutually perpendicular magnetization. The value of the magnetic induction inside the
На фиг. 9 изображена магнитная система на основе цилиндра Хапбаха, имеющая внутреннее магнитное поле.In FIG. 9 shows a magnetic system based on a Hapbach cylinder having an internal magnetic field.
Данная магнитная система содержит двадцать восемь магнитов 1 со взаимно перпендикулярной намагниченностью. Величина магнитной индукции внутри областей 4 примерно равна 0,7 - 0,75 значения остаточной индукции магнитов 1.This magnetic system contains twenty-eight
Сравнив вышеприведенные данные, можно сделать следующие предварительные выводы.Comparing the above data, we can draw the following preliminary conclusions.
1. Магнитные системы на основе цилиндра Халбаха эффективнее магнитной системы, состоящей из отдельных магнитов с зазорами (фиг. 1), если количество магнитных сегментов не менее двадцати (двадцати четырех) и кратно четырем. В этом случае величина магнитной индукции в областях максимального поля существенно превышает половину значения остаточной магнитной индукции, а кратность четырем является необходимым условием построения цилиндра Халбаха.1. Magnetic systems based on the Halbach cylinder are more efficient than a magnetic system consisting of individual magnets with gaps (Fig. 1) if the number of magnetic segments is at least twenty (twenty four) and a multiple of four. In this case, the magnitude of the magnetic induction in the regions of maximum field significantly exceeds half the value of the residual magnetic induction, and the multiplicity of four is a necessary condition for constructing the Halbach cylinder.
2. Величина магнитной индукции в областях максимального магнитного поля растет с ростом количества магнитных сегментов в цилиндре Халбаха, стремясь в пределе к значению остаточной магнитной индукции.2. The magnitude of the magnetic induction in the regions of maximum magnetic field increases with an increase in the number of magnetic segments in the Halbach cylinder, tending in the limit to the value of the residual magnetic induction.
Для дальнейшего анализа рассмотрим отдельные варианты построения электрических машин.For further analysis, we will consider individual options for constructing electrical machines.
Варианты выполнения электрической машины, содержащей 16 магнитов ротора и 20 катушек обмотки статора, изображены на фиг. 10 (цилиндр Халбаха) и фиг. 11 (отдельные магниты с зазорами). Для сравнения их характеристик рассматриваются компьютерные модели с одинаковыми параметрами роторов и статоров. Выбраны следующие параметры.Variants of an electric machine containing 16 rotor magnets and 20 stator winding coils are shown in Fig. 10 (Halbach cylinder) and FIG. 11 (single magnets with gaps). To compare their characteristics, computer models with the same parameters of rotors and stators are considered. The following options are selected.
Внешний диаметр статора составляет 210 мм, диаметр ротора составляет 145 мм, высота ротора и статора равна 30 мм. Ширина магнитных сегментов составляет 15 мм, ширина рабочего зазора равна 1 мм. Все катушки имеют 1000 ампер - витков в статическом режиме. Материал магнитов SmCo.The outer diameter of the stator is 210 mm, the diameter of the rotor is 145 mm, the height of the rotor and stator is 30 mm. The width of the magnetic segments is 15 mm, the width of the working gap is 1 mm. All coils have 1000 amp turns in static mode. The material of the magnets is SmCo.
Таблицы переключений катушек обмотки в режиме двигателя изображены на фиг. 31, 32, 33. Отдельными строками в данные таблицы занесены значения рассчитанных моментов вращения для каждого указанного угла поворота роторов электрических машин. В верхней строке M1 указаны значения моментов вращения в момент переключения катушек обмотки. В строке М2 указаны максимальные значения моментов вращения между двумя соседними переключениями катушек обмотки (Ньютон-метр). В строке М3 указаны среднее значение момента вращения, среднее значение, деленное на количество катушек и отклонение от среднего значения в процентах.The tables for switching the winding coils in the motor mode are shown in Fig. 31, 32, 33. Separate lines in the data of the table contain the values of the calculated torques for each specified angle of rotation of the rotors of electrical machines. The upper line M1 shows the values of the torques at the moment of switching the winding coils. Line M2 indicates the maximum values of the torque between two adjacent switching of the winding coils (Newton meter). Line M3 shows the average value of the torque, the average value divided by the number of coils and the deviation from the average value in percent.
За положительный угол поворота ротора можно принять поворот в любую сторону. Знаком плюс в таблицах отмечается положительное (условное) направление тока через данную катушку, знаком минус отмечается отрицательное (противоположное) направление тока через данную катушку.For the positive angle of rotation of the rotor, you can take a turn in any direction. The plus sign in the tables marks the positive (conditional) direction of the current through the given coil, the minus sign marks the negative (opposite) direction of the current through the given coil.
Нумерация магнитов и катушек от крайних нижних и далее против часовой стрелки. Для радиально тангенциальной намагниченности (фиг. 31) нужно переключать по четыре катушки через каждые девять градусов угла поворота ротора.The numbering of magnets and coils from the lowest and then counterclockwise. For radially tangential magnetization (Fig. 31), four coils must be switched every nine degrees of the rotor rotation angle.
Для взаимно перпендикулярной намагниченности (фиг. 32) нужно переключать по десять катушек обмотки через каждые восемнадцать градусов угла поворота ротора.For mutually perpendicular magnetization (Fig. 32), ten winding coils must be switched every eighteen degrees of the rotor rotation angle.
Для варианта с отдельными магнитами и зазорами между ними (фиг. 33) нужно переключать по четыре катушки через каждые 4,5 градусов угла поворота ротора. Переключения катушек производится по командам микроконтроллера, в качестве которого можно применить, например, один из микроконтроллеров серии AVR. В качестве силовых ключей применяют МОП или IGBT транзисторы, способные работать с напряжением до 1000 В и мощностью до 5 кВт.For the option with individual magnets and gaps between them (Fig. 33), four coils must be switched every 4.5 degrees of the rotor rotation angle. The coils are switched by the commands of the microcontroller, which can be used, for example, one of the microcontrollers of the AVR series. MOS or IGBT transistors are used as power switches, capable of operating with voltages up to 1000 V and power up to 5 kW.
В результате имеем следующие данные компьютерного анализа в статическом режиме.As a result, we have the following computer analysis data in static mode.
Максимальный момент вращения у варианта с отдельными магнитами (Фиг. 33).Maximum torque for the version with individual magnets (Fig. 33).
Он находится в диапазоне 48,2 - 52,4 Нм.It is in the range of 48.2 - 52.4 Nm.
Среднее значение за полный угол поворота составляет примерно 50,3 Нм и 2,515 Нм на одну катушку. Отклонение от среднего значения примерно равно 4,17%.The average value for a full angle of rotation is approximately 50.3 Nm and 2.515 Nm per coil. The deviation from the average value is approximately equal to 4.17%.
Минимальный момент вращения у варианта с радиально тангенциальной намагниченностью (Фиг. 31). Соответственно 32,4-34,5 и 33,5 Нм, 1,675 Нм, 3,28%.The minimum torque for the variant with radially tangential magnetization (Fig. 31). Respectively 32.4-34.5 and 33.5 Nm, 1.675 Nm, 3.28%.
Вариант со взаимно перпендикулярной намагниченностью занимает промежуточное положение. Соответственно 34,4 - 45,8 и 40,2 Нм, 2,01 Нм, 14,4%.The variant with mutually perpendicular magnetization occupies an intermediate position. Accordingly, 34.4 - 45.8 and 40.2 Nm, 2.01 Nm, 14.4%.
Результаты вычислений строки М3 заносятся также в сводную таблицу фиг. 62. В первом столбце таблицы указывается количество магнитов и катушек электрической машины. Во втором столбце результаты для радиально тангенциальной намагниченности, в третьем столбце результаты для взаимно перпендикулярной намагниченности, в четвертом столбце результаты для варианта с отдельными магнитами.The calculation results of row M3 are also entered in the summary table of FIG. 62. The first column of the table indicates the number of magnets and coils of the electric machine. In the second column are the results for radially tangential magnetization, in the third column are the results for mutually perpendicular magnetization, in the fourth column are the results for the variant with separate magnets.
В динамических режимах размеры роторов и статоров сохраняются. Количество витков катушек обмотки выбирается равными 30. Скорость вращения ротора выбирается равной 5000 оборотов в минуту. Нагрузка на каждую катушку в режиме генератора составляет 2,5 кОм.In dynamic modes, the dimensions of the rotors and stators are preserved. The number of turns of the winding coils is chosen to be 30. The rotor speed is chosen to be 5000 rpm. The load on each coil in generator mode is 2.5 kOhm.
Результаты компьютерного анализа в режиме генератора заносятся в таблицу, представленную на фиг. 63. В первом столбце таблицы указано количество магнитов и катушек для рассматриваемого варианта выполнения электрической машины. Во втором столбце указывается диапазон амплитуд (В) двуполярного переменного напряжения на катушках (одной) для радиально тангенциальной намагниченности.The results of computer analysis in the generator mode are entered in the table shown in Fig. 63. The first column of the table indicates the number of magnets and coils for the considered embodiment of the electric machine. The second column indicates the amplitude range (V) of the bipolar alternating voltage on the coils (one) for radially tangential magnetization.
В третьем столбце указывается диапазон амплитуд двуполярного переменного напряжения на катушках (одной) для взаимно перпендикулярного намагничивания.The third column indicates the amplitude range of the bipolar alternating voltage on the coils (one) for mutually perpendicular magnetization.
В четвертом столбце указывается диапазон амплитуд двуполярного переменного напряжения на катушках (одной) для варианта с отдельными магнитами с зазорами.The fourth column indicates the amplitude range of the bipolar alternating voltage on the coils (one) for the option with separate magnets with gaps.
Таким образом, в первой строчке данной таблицы указаны значения ЭДС на одной катушке в режиме генератора для варианта 16 магнитов и 20 катушек. Максимальные значения находятся в четвертом столбце.Thus, the first line of this table shows the EMF values on one coil in the generator mode for the option of 16 magnets and 20 coils. The maximum values are in the fourth column.
Полученные результаты позволяют сделать вывод о преимуществе варианта с отдельными магнитами при количестве магнитов равным 16.The results obtained allow us to conclude that the option with individual magnets is superior when the number of magnets is 16.
Варианты с количеством магнитов равным 20 и количеством катушек равным 10 изображены на фиг. 12,13, а соответствующие таблицы переключений отображены на фиг. 34, 35, 36.Variants with the number of magnets equal to 20 and the number of coils equal to 10 are shown in Fig. 12,13, and the corresponding switching tables are displayed in Figs. 34, 35, 36.
При радиально тангенциальной намагниченности (фиг. 34) среднее значение момента вращения примерно равно 22,7 Нм и 2,27 Нм на одну катушку. Отклонение от среднего значения равно 100%. Такая нестабильность значения момента вращения указывает на нежелательность практического применения данного варианта в режиме двигателя.With radially tangential magnetization (Fig. 34), the average value of the torque is approximately equal to 22.7 Nm and 2.27 Nm per coil. The deviation from the mean value is 100%. Such instability of the value of the torque indicates the undesirability of the practical application of this option in the engine mode.
В режиме генератора значения ЭДС на одной катушке находятся в пределах 70,1 - 72,2 В. Такие значения пригодны для практического применения.In the generator mode, the EMF values on one coil are in the range of 70.1 - 72.2 V. Such values are suitable for practical use.
При взаимно перпендикулярной намагниченности (фиг. 35) необходимо переключать по две катушки через 9-2-7-9-2-7-9 градусов угла поворота ротора. Максимальное значение момента вращения примерно равно 32,2 Нм.With mutually perpendicular magnetization (Fig. 35), it is necessary to switch two coils through 9-2-7-9-2-7-9 degrees of the angle of rotation of the rotor. The maximum value of the torque is approximately 32.2 Nm.
Значения момента вращения в точках переключения меняется от 26,3 Нм до 32,2 Нм. Среднее значение примерно равно 29 Нм и 2,9 Нм на одну катушку (максимальный показатель). Отклонение от среднего значения равно 11%. В режиме генератора значения ЭДС на одной катушке находятся в пределах 75,0 - 76,2 В, что также является лучшим показателем.The torque value at the switching points varies from 26.3 Nm to 32.2 Nm. The average value is approximately 29 Nm and 2.9 Nm per coil (maximum). The deviation from the mean value is 11%. In generator mode, the EMF values on one coil are in the range of 75.0 - 76.2 V, which is also the best indicator.
Вариант с отдельными магнитами (фиг. 13, фиг. 36) непригоден для практического применения в обоих режимах. Значения моментов вращения для различных углов поворота и значения ЭДС примерно равны нулю.The option with separate magnets (Fig. 13, Fig. 36) is unsuitable for practical use in both modes. The values of the torques for various angles of rotation and the values of the EMF are approximately equal to zero.
Варианты с количеством магнитов равным 20 и количеством катушек равным 16 изображены на фиг. 14, 15, а соответствующие таблицы переключений в статическом режиме изображены на фиг. 37, 38, 39.Variants with the number of magnets equal to 20 and the number of coils equal to 16 are shown in Fig. 14, 15, and the corresponding switching tables in static mode are shown in Figs. 37, 38, 39.
При радиально тангенциальной намагниченности (фиг. 37) необходимо переключать по две катушки через 4,5 градусов угла поворота ротора электрической машины в режиме двигателя. Максимальное значение момента вращения примерно равно 42,5 Нм. Значения момента вращения в точках переключения 40,5 - 40,6 Нм. Среднее значение примерно равно 41,5 Нм и 2,59 Нм на одну катушку. Высокая стабильность момента вращения. Отклонение от среднего значения не более 2,4%.With radially tangential magnetization (Fig. 37), it is necessary to switch two coils through 4.5 degrees of the angle of rotation of the rotor of the electric machine in the engine mode. The maximum value of the torque is approximately 42.5 Nm. Torque values at switching points 40.5 - 40.6 Nm. The average value is approximately equal to 41.5 Nm and 2.59 Nm per coil. High torque stability. Deviation from the average value is not more than 2.4%.
При взаимно перпендикулярной намагниченности (фиг. 38) нужно переключать по четыре катушки через 9-9-4,5-9-9-4,5-9-9-4,5-9-9-4,5 градусов угла поворота ротора. Максимальное значение момента вращения примерно равно 51,6 Нм. Значения момента вращения в точках переключения 39,8 - 47,9 Нм. Среднее значение примерно равно 46,4 Нм и 2,9 Нм на одну катушку. Не высокая стабильность момента вращения. Отклонение от среднего значения не менее 12,1%.With mutually perpendicular magnetization (Fig. 38), four coils must be switched through 9-9-4.5-9-9-4.5-9-9-4.5-9-9-4.5 degrees of the rotor angle of rotation . The maximum value of the torque is approximately equal to 51.6 Nm. Torque values at switching points 39.8 - 47.9 Nm. The average value is approximately equal to 46.4 Nm and 2.9 Nm per coil. Not high torque stability. Deviation from the average value is not less than 12.1%.
Для варианта с отдельными магнитами (фиг. 39) нужно переключать по четыре катушки через 4,5 градусов угла поворота ротора. Максимальное значение момента вращения примерно равно 39 Нм. Значения момента вращения в точках переключения равны 37,1 - 37,2 Нм. Среднее значение примерно равно 38,1 Нм и 2,38 Нм на одну катушку. Высокая стабильность момента вращения. Отклонение от среднего значения 2,6%. В режиме генератора максимальная ЭДС у варианта со взаимно перпендикулярной намагниченностью, минимальная ЭДС у варианта с отдельными магнитами. Варианты с количеством магнитов равным 20 и количеством катушек равным 24 изображены на фиг. 16, 17, а соответствующие таблицы переключений в статическом режиме изображены на фиг. 40, 41,42, 43.For the option with individual magnets (Fig. 39), four coils must be switched through 4.5 degrees of the rotor rotation angle. The maximum value of the torque is approximately 39 Nm. The torque values at the switching points are 37.1 - 37.2 Nm. The average value is approximately equal to 38.1 Nm and 2.38 Nm per coil. High torque stability. Deviation from the average value of 2.6%. In the generator mode, the maximum EMF for the variant with mutually perpendicular magnetization, the minimum EMF for the variant with separate magnets. Variants with the number of magnets equal to 20 and the number of coils equal to 24 are shown in Fig. 16, 17, and the corresponding switching tables in static mode are shown in Figs. 40, 41.42, 43.
При радиально тангенциальной намагниченности (фиг. 40, 41) необходимо переключать по две катушки через 3 градуса угла поворота ротора электрической машины в режиме двигателя. Максимальное значение момента вращения равно 40,1 Нм. Значения момента вращения в точках переключения 39,7 Нм. Среднее значение примерно равно 39,85 Нм и 1,66 Нм на одну катушку. Высокая стабильность момента вращения. Отклонение от среднего значения 0,627%.With radially tangential magnetization (Fig. 40, 41) it is necessary to switch two coils after 3 degrees of the angle of rotation of the rotor of the electric machine in the engine mode. The maximum torque value is 40.1 Nm. Torque values at switching points 39.7 Nm. The average value is approximately equal to 39.85 Nm and 1.66 Nm per coil. High torque stability. The deviation from the average value is 0.627%.
При взаимно перпендикулярной намагниченности (фиг. 42) нужно переключать по 12 катушек через 15 градусов угла поворота ротора. Максимальное значение момента вращения примерно равно 51,9 Нм. Значения момента вращения в точках переключения 43,5 - 43.6 Нм. Среднее значение примерно равно 47,7 Нм и 1,99 Нм на одну катушку. Не высокая стабильность момента вращения. Отклонение от среднего значения не менее 8,8%. Для варианта с отдельными магнитами (фиг. 43) нужно переключать по четыре катушки через 3,5 - 3 градуса угла поворота ротора. Максимальное значение момента вращения примерно равно 56,6 Нм. Значения момента вращения в точках переключения равныWith mutually perpendicular magnetization (Fig. 42), 12 coils must be switched through 15 degrees of the rotor rotation angle. The maximum value of the torque is approximately equal to 51.9 Nm. The torque values at the switching points are 43.5 - 43.6 Nm. The average value is approximately equal to 47.7 Nm and 1.99 Nm per coil. Not high torque stability. Deviation from the average value is not less than 8.8%. For the option with separate magnets (Fig. 43), four coils must be switched through 3.5 - 3 degrees of the rotor rotation angle. The maximum value of the torque is approximately equal to 56.6 Nm. The torque values at the switching points are
52.7 - 54,8 Нм. Среднее значение примерно равно 55,5 Нм и 2,31 Нм на одну катушку. Высокая стабильность момента вращения. Отклонение от среднего значения 4,58%. Лучшие показатели.52.7 - 54.8 Nm. The average value is approximately equal to 55.5 Nm and 2.31 Nm per coil. High torque stability. The deviation from the average value is 4.58%. The best indicators.
В режиме генератора максимальная ЭДС у варианта со взаимно перпендикулярной намагниченностью, минимальная ЭДС у варианта с радиально тангенциальной намагниченностью.In the generator mode, the maximum EMF for the variant with mutually perpendicular magnetization, the minimum EMF for the variant with radially tangential magnetization.
Варианты с количеством магнитов равным 24 и количеством катушек равным 16 изображены на фиг. 18, 19, а соответствующие таблицы переключений в статическом режиме изображены на фиг. 44, 45, 46.Variants with the number of magnets equal to 24 and the number of coils equal to 16 are shown in Fig. 18, 19, and the corresponding switching tables in static mode are shown in Figs. 44, 45, 46.
При радиально тангенциальной намагниченности (фиг. 44) необходимо переключать по четыре катушки через 7,5 градусов угла поворота ротора электрической машины в режиме двигателя. Максимальное значение момента вращения равно 48 Нм. Значения момента вращения в точках переключения 40 - 41 Нм. Среднее значение примерно равно 44 Нм и 2,75 Нм на одну катушку. Отклонение от среднего значения около 9,1%. При взаимно перпендикулярной намагниченности (фиг. 45) нужно переключать по две катушки через 4-3-3-3-4-2-3,5-4-3-3-3-4 градуса угла поворота ротора. Максимальное значение момента вращения примерно равно 51,8 Нм. Значения момента вращения в точках переключения 47,9 - 50,5 Нм. Среднее значение примерно равно 49,7 Нм и 3,1 Нм на одну катушку. Высокая стабильность момента вращения. Отклонение от среднего значения около 3,62%.With radially tangential magnetization (Fig. 44), it is necessary to switch four coils after 7.5 degrees of the angle of rotation of the rotor of the electric machine in engine mode. The maximum value of the torque is 48 Nm. Torque values at switching points 40 - 41 Nm. The average value is approximately 44 Nm and 2.75 Nm per coil. The deviation from the average value is about 9.1%. With mutually perpendicular magnetization (Fig. 45) it is necessary to switch two coils through 4-3-3-3-4-2-3.5-4-3-3-3-4 degrees of the angle of rotation of the rotor. The maximum value of the torque is approximately equal to 51.8 Nm. Torque values at switching points 47.9 - 50.5 Nm. The average value is approximately equal to 49.7 Nm and 3.1 Nm per coil. High torque stability. The deviation from the average value is about 3.62%.
Для варианта с отдельными магнитами (фиг. 46) нужно переключать по восемь катушек через 7,5 градусов угла поворота ротора. Максимальное значение момента вращения равно 27,3 Нм. Значения момента вращения в точках переключения равны 26,2 - 26,3 Нм. Среднее значение примерно равно 26,75 Нм и 1,67 Нм на одну катушку. Высокая стабильность момента вращения. Отклонение от среднего значения 2,06%. В режиме генератора максимальная ЭДС у варианта со взаимно перпендикулярной намагниченностью, минимальная ЭДС у варианта с отдельными магнитами (фиг. 63). Варианты с количеством магнитов равным 24 и количеством катушек равным 20 изображены на фиг. 20, 21, а соответствующие таблицы переключений в статическом режиме изображены на фиг. 47, 48, 49.For the option with individual magnets (Fig. 46), eight coils must be switched through 7.5 degrees of the rotor rotation angle. The maximum torque value is 27.3 Nm. The torque values at the switching points are 26.2 - 26.3 Nm. The average value is approximately equal to 26.75 Nm and 1.67 Nm per coil. High torque stability. Deviation from the average value of 2.06%. In the generator mode, the maximum EMF for the variant with mutually perpendicular magnetization, the minimum EMF for the variant with separate magnets (Fig. 63). Variants with the number of magnets equal to 24 and the number of coils equal to 20 are shown in Fig. 20, 21, and the corresponding switching tables in static mode are shown in Figs. 47, 48, 49.
При радиально тангенциальной намагниченности (фиг. 47) необходимо переключать по четыре катушки через 6 градусов угла поворота ротора электрической машины в режиме двигателя. Максимальное значение момента вращения равно 53,2 Нм. Значения момента вращения в точках переключения 48,9 - 49 Нм. Среднее значение примерно равно 51 Нм и 2,55 Нм на одну катушку. Отклонение от среднего значения около 4,2%.With radially tangential magnetization (Fig. 47), it is necessary to switch four coils after 6 degrees of the angle of rotation of the rotor of the electric machine in the engine mode. The maximum torque value is 53.2 Nm. Torque values at switching points 48.9 - 49 Nm. The average value is approximately 51 Nm and 2.55 Nm per coil. The deviation from the average value is about 4.2%.
При взаимно перпендикулярной намагниченности (фиг. 48) нужно переключать по четыре катушки через 4-5-5-4-4-5-5-4-4-5 градусов угла поворота ротора.With mutually perpendicular magnetization (Fig. 48), four coils must be switched through 4-5-5-4-4-5-5-4-4-5 degrees of the angle of rotation of the rotor.
Максимальное значение момента вращения примерно равно 56,9 Нм. Значения момента вращения в точках переключения 47,9 - 50,5 Нм. Среднее значение примерно равно 56 Нм и 2,8 Нм на одну катушку. Высокая стабильность момента вращения. Отклонение от среднего значения около 1,43%.The maximum value of the torque is approximately equal to 56.9 Nm. Torque values at switching points 47.9 - 50.5 Nm. The average value is approximately 56 Nm and 2.8 Nm per coil. High torque stability. The deviation from the average value is about 1.43%.
Для варианта с отдельными магнитами (фиг. 49) нужно переключать по четыре катушки через три градуса угла поворота ротора. Максимальное значение момента вращения равно 50,1 Нм. Значения момента вращения в точках переключения равны 47,6 - 47,7 Нм. Среднее значение примерно равно 48,8 Нм и 2,44 Нм на одну катушку. Высокая стабильность момента вращения. Отклонение от среднего значения 2,66%. В режиме генератора максимальная ЭДС у варианта со взаимно перпендикулярной намагниченностью, минимальная ЭДС у варианта с отдельными магнитами (фиг. 63). Варианты с количеством магнитов равным 24 и количеством катушек равным 24 изображены на фиг. 23, 24, а соответствующие таблицы переключений в статическом режиме изображены на фиг. 50, 51, 52.For the option with separate magnets (Fig. 49), four coils must be switched through three degrees of the rotor rotation angle. The maximum torque value is 50.1 Nm. The torque values at the switching points are 47.6 - 47.7 Nm. The average value is approximately equal to 48.8 Nm and 2.44 Nm per coil. High torque stability. The deviation from the average value is 2.66%. In the generator mode, the maximum EMF for the variant with mutually perpendicular magnetization, the minimum EMF for the variant with separate magnets (Fig. 63). Variants with the number of magnets equal to 24 and the number of coils equal to 24 are shown in Fig. 23, 24, and the corresponding switching tables in static mode are shown in Figs. 50, 51, 52.
При радиально тангенциальной намагниченности (фиг. 50) необходимо переключать по 12 катушек через 15 градусов угла поворота ротора электрической машины в режиме двигателя. Максимальное значение момента вращения равно 55,2 Нм. Значения момента вращения в точках переключения 51,7 - 51,9 Нм. Среднее значение примерно равно 53,4 Нм и 2,23 Нм на одну катушку. Отклонение от среднего значения около 3,2%.With radially tangential magnetization (Fig. 50), it is necessary to switch 12 coils through 15 degrees of the angle of rotation of the rotor of the electric machine in the engine mode. The maximum torque value is 55.2 Nm. Torque values at switching points 51.7 - 51.9 Nm. The average value is approximately equal to 53.4 Nm and 2.23 Nm per coil. The deviation from the average value is about 3.2%.
При взаимно перпендикулярной намагниченности (фиг. 51) нужно переключать по две катушки через 2 градуса угла поворота ротора. Максимальное значение момента вращения равно 62 Нм. Значения момента вращения в точках переключения 49 - 62 Нм. Среднее значение примерно равно 56 Нм и 2,3 Нм на одну катушку. Отклонение от среднего значения около 12,5%.With mutually perpendicular magnetization (Fig. 51), it is necessary to switch two coils after 2 degrees of the angle of rotation of the rotor. The maximum torque value is 62 Nm. Torque values at switching points 49 - 62 Nm. The average value is approximately 56 Nm and 2.3 Nm per coil. The deviation from the average value is about 12.5%.
Для варианта с отдельными магнитами (фиг. 52) нужно переключать по 24 катушки через 15 градусов угла поворота ротора. Максимальное значение момента вращения равно 81,1 Нм. Значения момента вращения в точках переключения равны нулю.For the option with separate magnets (Fig. 52), 24 coils must be switched through 15 degrees of the rotor rotation angle. The maximum torque value is 81.1 Nm. The torque values at the switching points are zero.
Среднее значение равно 40,55 Нм и 1,69 Нм на одну катушку. Отклонение от среднего значения 100%. Применение не целесообразно.The average value is 40.55 Nm and 1.69 Nm per coil. Deviation from the
В режиме генератора максимальная ЭДС у варианта со взаимно перпендикулярной намагниченностью, минимальная ЭДС у варианта с отдельными магнитами (фиг. 63). Варианты с количеством магнитов равным 32 и количеством катушек равным 20 изображены на фиг. 25, 26, а соответствующие таблицы переключений в статическом режиме изображены на фиг. 53, 54, 55.In the generator mode, the maximum EMF for the variant with mutually perpendicular magnetization, the minimum EMF for the variant with separate magnets (Fig. 63). Variants with the number of magnets equal to 32 and the number of coils equal to 20 are shown in Fig. 25, 26, and the corresponding switching tables in static mode are shown in Figs. 53, 54, 55.
При радиально тангенциальной намагниченности (фиг. 53) необходимо переключать по 4 катушки через 4,5 градуса угла поворота ротора электрической машины в режиме двигателя. Максимальное значение момента вращения равно 61 Нм. Значения момента вращения в точках переключения 57,8 Нм. Среднее значение равно 59,4 Нм и 2,97 Нм на одну катушку. Отклонение от среднего значения около 2,69%.With radially tangential magnetization (Fig. 53), it is necessary to switch 4 coils after 4.5 degrees of the angle of rotation of the rotor of the electric machine in engine mode. The maximum torque value is 61 Nm. Torque values at switching points 57.8 Nm. The average value is 59.4 Nm and 2.97 Nm per coil. The deviation from the average value is about 2.69%.
При взаимно перпендикулярной намагниченности (фиг. 54) нужно переключать по две катушки через 2 градуса угла поворота ротора. Максимальное значение момента вращения равно 64,2 Нм. Значения момента вращения в точках переключения 63,1 - 63,3 Нм. Среднее значение примерно равно 63,6 Нм и 3,18 Нм на одну катушку. Отклонение от среднего значения около 0,8%.With mutually perpendicular magnetization (Fig. 54) it is necessary to switch two coils after 2 degrees of the angle of rotation of the rotor. The maximum torque value is 64.2 Nm. Torque values at switching points 63.1 - 63.3 Nm. The average value is approximately equal to 63.6 Nm and 3.18 Nm per coil. The deviation from the average value is about 0.8%.
Для варианта с отдельными магнитами (фиг. 55) нужно переключать по 4 катушки через 2,25 градусов угла поворота ротора. Максимальное значение момента вращения равно 26,5 Нм. Значения момента вращения в точках переключения равны 26 - 26,4 Нм. Среднее значение равно 26,25 Нм и 1,31 Нм на одну катушку. Отклонение от среднего значения равно 0,95%.For the variant with individual magnets (Fig. 55), 4 coils must be switched through 2.25 degrees of the rotor rotation angle. The maximum torque value is 26.5 Nm. The torque values at the switching points are 26 - 26.4 Nm. The average value is 26.25 Nm and 1.31 Nm per coil. The deviation from the mean value is 0.95%.
В режиме генератора максимальная ЭДС у варианта со взаимно перпендикулярной намагниченностью, минимальная ЭДС у варианта с отдельными магнитами (фиг. 63). Варианты с количеством магнитов равным 36 и количеством катушек равным 20 изображены на фиг. 27, 28, а соответствующие таблицы переключений в статическом режиме изображены на фиг. 56, 57, 58.In the generator mode, the maximum EMF for the variant with mutually perpendicular magnetization, the minimum EMF for the variant with separate magnets (Fig. 63). Variants with the number of magnets equal to 36 and the number of coils equal to 20 are shown in Fig. 27, 28, and the corresponding switching tables in static mode are shown in Figs. 56, 57, 58.
При радиально тангенциальной намагниченности (фиг. 56) необходимо переключать по 2 катушки через 2 градуса угла поворота ротора электрической машины в режиме двигателя. Максимальное значение момента вращения равно 62,9 Нм. Значения момента вращения в точках переключения 62 - 62,7 Нм. Среднее значение равно 62,4 Нм и 3,12 Нм на одну катушку. Отклонение от среднего значения около 0,8%.With radially tangential magnetization (Fig. 56), it is necessary to switch 2 coils after 2 degrees of the angle of rotation of the rotor of the electric machine in engine mode. The maximum torque value is 62.9 Nm. Torque values at switching points 62 - 62.7 Nm. The average value is 62.4 Nm and 3.12 Nm per coil. The deviation from the average value is about 0.8%.
При взаимно перпендикулярной намагниченности (фиг. 57) нужно переключать по 20 катушек через 18 градусов угла поворота ротора. Максимальное значение момента вращения равно 104 Нм. Значения момента вращения в точках переключения 0 Нм. Среднее значение примерно равно 52 Нм и 2,6 Нм на одну катушку. Отклонение от среднего значения 100%. Применение не целесообразно.With mutually perpendicular magnetization (Fig. 57), 20 coils must be switched through 18 degrees of the rotor rotation angle. The maximum torque value is 104 Nm. The torque values at the switching points are 0 Nm. The average value is approximately 52 Nm and 2.6 Nm per coil. Deviation from the
Для варианта с отдельными магнитами (фиг. 58) нужно переключать по 4 катушки через 2 градуса угла поворота ротора. Максимальное значение момента вращения равно 13,3 Нм. Значения момента вращения в точках переключения равны 13,1 - 13,3 Нм. Среднее значение равно 13,2 Нм и 0,66 Нм на одну катушку. Отклонение от среднего значения равно 0,76%.For the variant with separate magnets (Fig. 58), it is necessary to switch 4 coils after 2 degrees of the rotor rotation angle. The maximum torque value is 13.3 Nm. The torque values at the switching points are 13.1 - 13.3 Nm. The average value is 13.2 Nm and 0.66 Nm per coil. The deviation from the mean value is 0.76%.
В режиме генератора максимальная ЭДС у варианта со взаимно перпендикулярной намагниченностью, минимальная ЭДС у варианта с отдельными магнитами (фиг. 63).In the generator mode, the maximum EMF for the variant with mutually perpendicular magnetization, the minimum EMF for the variant with separate magnets (Fig. 63).
Варианты с количеством магнитов равным 36 и количеством катушек равным 24 изображены на фиг. 29, 30, а соответствующие таблицы переключений в статическом режиме изображены на фиг. 59, 60, 61.Variants with the number of magnets equal to 36 and the number of coils equal to 24 are shown in Fig. 29, 30, and the corresponding switching tables in static mode are shown in Figs. 59, 60, 61.
При радиально тангенциальной намагниченности (фиг. 59) необходимо переключать по 6 катушек через 5 градусов угла поворота ротора электрической машины в режиме двигателя. Максимальное значение момента вращения равно 69,3 Нм. Значения момента вращения в точках переключения 56,7 - 56,8 Нм. Среднее значение равно 63 Нм и 2,63 Нм на одну катушку. Отклонение от среднего значения около 10%.With radially tangential magnetization (Fig. 59), it is necessary to switch 6 coils after 5 degrees of the angle of rotation of the rotor of the electric machine in the engine mode. The maximum torque value is 69.3 Nm. Torque values at switching points 56.7 - 56.8 Nm. The average value is 63 Nm and 2.63 Nm per coil. The deviation from the average value is about 10%.
При взаимно перпендикулярной намагниченности (фиг. 60) нужно переключать по 4 катушки через 4 градуса угла поворота ротора. Максимальное значение момента вращения равно 70,9 Нм. Значения момента вращения в точках переключения 63,4 - 68,4 Нм. Среднее значение примерно равно 67,1 Нм и 2,8 Нм на одну катушку. Отклонение от среднего значения 5,7%.With mutually perpendicular magnetization (Fig. 60), it is necessary to switch 4 coils after 4 degrees of the rotor rotation angle. The maximum torque value is 70.9 Nm. Torque values at switching points 63.4 - 68.4 Nm. The average value is approximately 67.1 Nm and 2.8 Nm per coil. The deviation from the average value is 5.7%.
Для варианта с отдельными магнитами (фиг. 61) нужно переключать по 12 катушек через 5 градусов угла поворота ротора. Максимальное значение момента вращения равно 38,1 Нм. Значения момента вращения в точках переключения равны 36,6 Нм. Среднее значение равно 37,35 Нм и 1,56 Нм на одну катушку. Отклонение от среднего значения равно 2%.For the variant with individual magnets (Fig. 61), it is necessary to switch 12 coils after 5 degrees of the rotor rotation angle. The maximum torque value is 38.1 Nm. The torque values at the switching points are 36.6 Nm. The average value is 37.35 Nm and 1.56 Nm per coil. The deviation from the average value is 2%.
В режиме генератора максимальная ЭДС у варианта со взаимно перпендикулярной намагниченностью, минимальная ЭДС у варианта с отдельными магнитами (фиг. 63). Вариант построения электрической машины с внешним ротором изображен на фиг. 22. Внешний ротор содержит 24 магнита, внутренний статор содержит 16 катушек обмотки.In the generator mode, the maximum EMF for the variant with mutually perpendicular magnetization, the minimum EMF for the variant with separate magnets (Fig. 63). A variant of constructing an electric machine with an external rotor is shown in Fig. 22. The outer rotor contains 24 magnets, the inner stator contains 16 winding coils.
По своим показателям данный вариант аналогичен варианту с внутренним ротором, изображенному на фиг. 18. Катушки обмотки аналогично переключаются и при равенстве объемов магнитов, примерно сопоставимы значения моментов вращения.In terms of its performance, this option is similar to the option with an internal rotor, shown in Fig. 18. Winding coils are similarly switched and with equal volumes of magnets, the values of torques are approximately comparable.
Недостатком варианта с внешним ротором можно считать сокращение свободного объема для размещения катушек обмотки, которые должны подключаться к внешним источникам напряжения (тока), а также иметь возможность для охлаждения (вентиляции).The disadvantage of the variant with an external rotor can be considered a reduction in the free volume to accommodate the winding coils, which must be connected to external voltage (current) sources, and also be able to be cooled (ventilated).
Результаты компьютерного анализа в динамическом режиме (работа двигателя) представлены в таблице, изображенной на фиг. 64. В первом столбце таблицы указано количество магнитов и катушек электрической машины. Во второй столбец заносятся значения моментов вращения в Нм. Количество витков катушек равно 30. Скорость вращения равна 5000 оборотов в минуту.The results of computer analysis in dynamic mode (engine operation) are presented in the table shown in FIG. 64. The first column of the table indicates the number of magnets and coils of the electric machine. The second column contains the torque values in Nm. The number of coil turns is 30. The rotation speed is 5000 rpm.
Амплитуда импульсов напряжения примерно равна 120 В.The amplitude of the voltage pulses is approximately equal to 120 V.
Сопротивление постоянному току (добавочное) примерно равно 2,5 Ом.DC resistance (additional) is approximately 2.5 ohms.
Намагниченность магнитных сегментов радиально тангенциальная.The magnetization of the magnetic segments is radially tangential.
Результаты таблицы (режим двигателя) фиг. 64 достаточно хорошо согласуются с результатами таблицы (режим генератора) фиг. 63.Table Results (Engine Mode) FIG. 64 agree quite well with the results of the table (generator mode) of FIG. 63.
Анализ приведенных вариантов построения электрических машин позволяет сделать следующие выводы.Analysis of the above options for constructing electrical machines allows us to draw the following conclusions.
1. Структура ротора электрической машины зависит от количества магнитных сегментов.1. The structure of the rotor of an electric machine depends on the number of magnetic segments.
2. При количестве магнитов менее двадцати целесообразно иметь зазор между отдельными магнитными сегментами. Магниты должны иметь радиальную намагниченность.2. When the number of magnets is less than twenty, it is advisable to have a gap between the individual magnetic segments. The magnets must have radial magnetization.
3. При количестве магнитов равным двадцати структура ротора будет зависеть от количества катушек обмотки. При количестве катушек равным десяти или шестнадцати необходимо использовать цилиндр Халбаха. При количестве катушек равным 24 целесообразнее применить в режиме двигателя отдельные магниты с зазорами между ними, но в режиме генератора эффективнее цилиндр Халбаха со взаимно перпендикулярной намагниченностью сегментов.3. With the number of magnets equal to twenty, the structure of the rotor will depend on the number of winding coils. With ten or sixteen coils, a Halbach cylinder must be used. With the number of coils equal to 24, it is more expedient to use individual magnets with gaps between them in the engine mode, but in the generator mode, the Halbach cylinder with mutually perpendicular magnetization of the segments is more effective.
4. При количестве магнитов равным или превышающим двадцать четыре и кратным четырем, эффективнее использовать цилиндр Халбаха без зазоров между магнитами.4. When the number of magnets is equal to or greater than twenty-four and a multiple of four, it is more efficient to use a Halbach cylinder without gaps between the magnets.
5. Намагниченность магнитных сегментов в цилиндре Халбаха или взаимно перпендикулярная, или радиально тангенциальная.5. The magnetization of the magnetic segments in the Halbach cylinder is either mutually perpendicular or radially tangential.
6. Для радиально тангенциальной намагниченности в режиме двигателя, значение отношения количества магнитов в цилиндре к количеству катушек обмотки не должно быть равно двум, а для варианта расположения магнитов с зазором между ними, данное значение не должно быть равным двум и единице.6. For radially tangential magnetization in the engine mode, the value of the ratio of the number of magnets in the cylinder to the number of winding coils should not be equal to two, and for the arrangement of magnets with a gap between them, this value should not be equal to two and one.
7. Для взаимно перпендикулярной намагниченности, значение отношения количества магнитов в цилиндре к количеству катушек не должно быть равным 1,8 с допуском в несколько процентов. Аналогичная ситуация может быть при количестве магнитов 32 и количестве катушек 18.7. For mutually perpendicular magnetization, the value of the ratio of the number of magnets in the cylinder to the number of coils should not be equal to 1.8 with a tolerance of a few percent. A similar situation can be with the number of
8. Для цилиндра Халбаха, значение центральных углов, выраженными в градусах, между соседними магнитами и между соседними катушками, должно выражаться конечной десятичной дробью.8. For the Halbach cylinder, the value of the central angles, expressed in degrees, between adjacent magnets and between adjacent coils, must be expressed as a final decimal fraction.
Центральный угол будет определяться, как отношение числа 360 к количеству магнитов или катушек. Если эти отношения будут выражаться бесконечной десятичной дробью, то это создаст дополнительные трудности при организации программы переключений катушек обмотки статора. Все рассмотренные варианты электрических машин (фиг. 32-64) удовлетворяют этим условиям.The central angle will be defined as the ratio of the number 360 to the number of magnets or coils. If these ratios are expressed as an infinite decimal fraction, then this will create additional difficulties in organizing the program for switching the stator winding coils. All considered variants of electrical machines (Fig. 32-64) satisfy these conditions.
Выбор самых эффективных вариантов с цилиндром Халбаха из таблицы фиг. 62 необходимо производить по трем критериям.The choice of the most efficient options with the Halbach cylinder from the table of Fig. 62 must be produced according to three criteria.
1. Максимальный средний момент вращения.1. Maximum average torque.
2. Момент вращения на одну катушку.2. Torque per coil.
3. Отклонение от среднего значения.3. Deviation from the mean.
Первому критерию соответствуют варианты 32 * 20, 36 * 20, 36 * 24, кроме 36 * 20 со взаимно перпендикулярной намагниченностью.The first criterion corresponds to the
Второму критерию также соответствуют эти варианты, но лучшим является 32 * 20 со взаимно перпендикулярной намагниченностью.These variants also correspond to the second criterion, but the best is 32 * 20 with mutually perpendicular magnetization.
По третьему критерию лучшими являются 32 * 20 со взаимно перпендикулярной намагниченностью и 36 * 20 с радиально тангенциальной намагниченностью.According to the third criterion, the best are 32 * 20 with mutually perpendicular magnetization and 36 * 20 with radially tangential magnetization.
Лучшим по трем критериям является вариант 32 * 20 со взаимно перпендикулярной намагниченностью.The best according to three criteria is the 32 * 20 variant with mutually perpendicular magnetization.
В динамических режимах фиг. 63, 64, лучшие показатели у вариантов 32 * 20 и 36 * 20.In the dynamic modes of Fig. 63, 64, the best performance for
В дополнение к вышеизложенному, на фиг. 65 представлены результаты компьютерного анализа для вариантов с увеличенным количеством магнитных сегментов в цилиндре Халбаха. Намагниченность радиально тангенциальная. В первом столбце указано количество магнитов и катушек, во втором столбце диапазон изменения момента вращения в статическом режиме. Результаты анализа хорошо согласуются с предыдущими данными. Здесь необходимо отметить, что более предпочтительными вариантами построения электрической машины, являются варианты с уменьшенным количеством катушек в статоре и увеличенным количеством магнитных сегментов в роторе. Это упрощает схему переключения и уменьшает стоимость ротора, т.к. цена магнита нелинейно зависит от его размеров.In addition to the above, in FIG. 65 presents the results of computer analysis for variants with an increased number of magnetic segments in the Halbach cylinder. The magnetization is radially tangential. The first column shows the number of magnets and coils, the second column shows the range of torque change in static mode. The results of the analysis are in good agreement with the previous data. It should be noted here that the preferred options for building an electric machine are options with a reduced number of coils in the stator and an increased number of magnetic segments in the rotor. This simplifies the switching circuit and reduces the cost of the rotor, since The price of a magnet depends non-linearly on its size.
Предлагаемую электрическую машину можно использовать в различных областях промышленности и сельского хозяйства. Весьма эффективно ее применение при создании различных генераторов (ветрогенераторов) и электромобилей. В частности, на ее основе возможно создать децентрализованную конструкцию двигателя автомобиля, с размещением его элементов непосредственно в колесах автомобиля. При этом убирается малоэффективная механическая передача энергии от центрального двигателя к колесам, снижаются потери энергии и вес автомобиля. Наличие микроконтроллеров позволит эффективно управлять движением всего автомобиля, снижать энергозатраты и повышать надежность управления.The proposed electric machine can be used in various fields of industry and agriculture. Its use is very effective in the creation of various generators (wind generators) and electric vehicles. In particular, on its basis it is possible to create a decentralized design of the car engine, with the placement of its elements directly in the wheels of the car. At the same time, inefficient mechanical energy transfer from the central engine to the wheels is removed, energy losses and vehicle weight are reduced. The presence of microcontrollers will effectively control the movement of the entire vehicle, reduce energy costs and increase the reliability of control.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021127144A RU2770789C1 (en) | 2021-09-14 | 2021-09-14 | Electric machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021127144A RU2770789C1 (en) | 2021-09-14 | 2021-09-14 | Electric machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2770789C1 true RU2770789C1 (en) | 2022-04-21 |
Family
ID=81306298
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021127144A RU2770789C1 (en) | 2021-09-14 | 2021-09-14 | Electric machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2770789C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2375807C1 (en) * | 2008-11-10 | 2009-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" | Alternating current electronic motor with constant magnets |
RU2549883C1 (en) * | 2014-04-14 | 2015-05-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Electrical machine |
RU2574606C1 (en) * | 2014-12-10 | 2016-02-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Electric machine rotor |
EA026333B1 (en) * | 2007-06-05 | 2017-03-31 | Эзекиел Изуогу | Izuogu machine |
RU2650879C2 (en) * | 2015-10-19 | 2018-04-18 | Валерий Петрович Бордыков | Electric machine (versions) |
-
2021
- 2021-09-14 RU RU2021127144A patent/RU2770789C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA026333B1 (en) * | 2007-06-05 | 2017-03-31 | Эзекиел Изуогу | Izuogu machine |
RU2375807C1 (en) * | 2008-11-10 | 2009-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" | Alternating current electronic motor with constant magnets |
RU2549883C1 (en) * | 2014-04-14 | 2015-05-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Electrical machine |
RU2574606C1 (en) * | 2014-12-10 | 2016-02-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Electric machine rotor |
RU2650879C2 (en) * | 2015-10-19 | 2018-04-18 | Валерий Петрович Бордыков | Electric machine (versions) |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
В.В.ХАРЛАМОВ И ДР. АНАЛИЗ СХЕМ РАЗМЕЩЕНИЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ НА РОТОРЕ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, ДИНАМИКА СИСТЕМ, МЕХАНИЗМОВ И МАШИН. 2019 Том 7, N2, стр.73-79. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0238253B1 (en) | Motion control system | |
US8004141B2 (en) | Two-phase brushless DC motor | |
US5374865A (en) | Multi-phase hybrid stepper motor | |
JP2652080B2 (en) | Hybrid type stepping motor | |
JPH05111233A (en) | Permanent magnet type stepping motor | |
CN104578661A (en) | Axially-distributed double-salient-pole brushless DC motor | |
CN111082551B (en) | Stator and rotating linear two-degree-of-freedom permanent magnet motor with modular structure | |
US7638917B2 (en) | Electrical rotating machine | |
US20160049853A1 (en) | Dual stator, flux switching permanent magnet machine | |
CN100367639C (en) | Permanent-magnet type rotary electric machine | |
CN102160267A (en) | Permanent magnet-type stepping motors | |
CN211063425U (en) | Stator and rotating linear two-degree-of-freedom permanent magnet motor with modular structure | |
RU2770789C1 (en) | Electric machine | |
JP4309325B2 (en) | Composite three-phase hybrid electric rotating machine and driving method thereof | |
US6236133B1 (en) | Three-phase brushless motor | |
Spiessberger et al. | The four-pole planetary motor | |
KR20150139563A (en) | Flux switching modulated pole machine | |
KR20150139219A (en) | 12/14 Hybrid Pole Type Bearingless Switched Reluctance Motor | |
US9018815B2 (en) | Generator | |
US8395294B2 (en) | AC motor with loop windings and improved magnetic flux paths | |
JP2002281721A (en) | Permanent magnet synchronous motor | |
CN218976423U (en) | Radial magnetic field three-phase alternating current permanent magnet brushless motor | |
US20240055962A1 (en) | Bipolar induction electric machine | |
WO2012071569A2 (en) | Virtual pole electric motor | |
JPH0265649A (en) | Multipolar electric machine |