RU2810539C1 - Electric motor with axial magnetic flux - Google Patents

Electric motor with axial magnetic flux Download PDF

Info

Publication number
RU2810539C1
RU2810539C1 RU2023108659A RU2023108659A RU2810539C1 RU 2810539 C1 RU2810539 C1 RU 2810539C1 RU 2023108659 A RU2023108659 A RU 2023108659A RU 2023108659 A RU2023108659 A RU 2023108659A RU 2810539 C1 RU2810539 C1 RU 2810539C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
motor
rotor
rings
magnetic circuits
air gaps
Prior art date
Application number
RU2023108659A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Эрнест Вачикович Агаджанов
Original Assignee
Эрнест Вачикович Агаджанов
Filing date
Publication date
Application filed by Эрнест Вачикович Агаджанов filed Critical Эрнест Вачикович Агаджанов
Application granted granted Critical
Publication of RU2810539C1 publication Critical patent/RU2810539C1/en

Links

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: brushless electric DC motor with permanent magnets with an axial magnetic flux contains a rotor consisting of a shaft with several washer-shaped rings strung and fixed on it at a certain distance from each other. On the flat surface of the rings there are recesses or cutouts multiplied around the circumference at equal distances from each other in accordance with the number, size and shape of the permanent magnets placed in them. The stator has a prefabricated modular design and is a ring of similar windings placed around the circumference with cores in the form of branched magnetic circuits having several magnetic circuits arranged in a row with air gaps. The number of magnetic circuits and the size of the air gaps of each core correspond to the number and thickness of the rotor rings. The cores, with their long straight part, are oriented parallel to the axis of rotation of the shaft and face their gaps in the radial direction towards the motor shaft in such a way that the gaps of the magnetic circuits form parallel circular through air slots according to the number of magnetic circuits, within which the rotor rings are located and rotate.
EFFECT: increase in traction torque and motor efficiency.
5 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к электромашиностроительной области, в частности к бесколлекторным электродвигателям постоянного тока на постоянных магнитах и может быть использовано в электроприводах общепромышленных механизмов и транспортных средств, а именно, в электроприводных летательных аппаратах, скутерах, мотоциклах, автомобилей. Техническим результатом является увеличение момента силы тяги электромотора и повышение КПД мотора. The invention relates to the electrical engineering field, in particular to brushless DC electric motors with permanent magnets and can be used in electric drives of general industrial mechanisms and vehicles, namely, in electric-powered aircraft, scooters, motorcycles, and cars. The technical result is an increase in the traction torque of the electric motor and an increase in the efficiency of the motor.

Технический результат заявляемого электрического мотора достигается особенностью конструкции мотора с топологией аксиального магнитного потока, при которой взаимодействие магнитных потоков, генерируемых обмотками статора и постоянными магнитами ротора осуществляется наиболее эффективным образом.The technical result of the proposed electric motor is achieved by the design feature of the motor with an axial magnetic flux topology, in which the interaction of magnetic fluxes generated by the stator windings and permanent magnets of the rotor is carried out in the most efficient manner.

Из уровня техники известен бесколлекторный роторный электрический двигатель (патент РФ №2528983, H02K 31/00, дата публикации 20.09.2014), содержащий статор с обмоткой и ротор, вращающийся на подшипниках, отличающийся тем, что статор выполнен в виде тороида с внешней намоткой катушки, а ротор, вращающийся внутри статора на подшипниках, имеет постоянные магниты в виде цилиндров, расположенных по касательным к ротору. Недостатком двигателя является сложная конструкция, низкий силовой момент и КПД двигателя.A brushless rotary electric motor is known from the prior art (RF patent No. 2528983, H02K 31/00, publication date 09.20.2014), containing a stator with a winding and a rotor rotating on bearings, characterized in that the stator is made in the form of a toroid with an external winding of the coil , and the rotor, rotating inside the stator on bearings, has permanent magnets in the form of cylinders located tangential to the rotor. The disadvantage of the engine is its complex design, low power torque and engine efficiency.

За последнее десятилетие набирает обороты разновидность электрических моторов с топологией аксиального магнитного потока. Эти моторы имеют более высокую мощность и плотность крутящего момента, чем сопоставимые по размеру традиционные моторы с радиальным магнитным потоком. Существуют две основные топологии двигателей с аксиальным магнитным потоком: двухроторный одиночный статор, который иногда называют машиной типа тора, и однороторный двухстаторный.Over the past decade, a variety of electric motors with an axial magnetic flux topology has been gaining momentum. These motors have higher power and torque density than comparable sized traditional radial flux motors. There are two main topologies of axial flux motors: the double-rotor single stator, sometimes called a torus-type machine, and the single-rotor dual-stator.

Прототипом заявленного изобретения может служить безъякорный электрический мотор бельгийской компании MAGNAX (https://zen.yandex.ru/media/htech_plus/magnax-kak-rabotaet-sverhmoscnyi-elektromotor-buduscego-5d93482b4e057700b117fa81), выполненный по топологии с аксиальным магнитным потоком с двумя роторами и одним статором (фиг. 1). Он состоит из ротора, представляющего собой два диска с размещенными на них по окружности постоянными магнитами с аксиальным направлением магнитного потока. В прокладке между двумя роторными дисками размещается неподвижный статор с обмотками, прямолинейные сердечники которых расположены по окружности параллельно оси вращения вала. Ротор мотора вращается благодаря взаимодействию магнитов, которые отталкиваются и притягиваются друг к другу при возникновении магнитного поля. На текущий момент мотор MAGNAX считается одним из самых эффективных моторов в своей категории. Однако несмотря на это MAGNAX имеет следующие недостатки:The prototype of the claimed invention can serve as an anchor-free electric motor from the Belgian company MAGNAX (https://zen.yandex.ru/media/htech_plus/magnax-kak-rabotaet-sverhmoscnyi-elektromotor-buduscego-5d93482b4e057700b117fa81), made according to the topology with an axial magnetic flux with two rotors and one stator (Fig. 1). It consists of a rotor, which consists of two disks with permanent magnets placed on them around the circumference with the axial direction of the magnetic flux. The spacer between two rotor disks houses a stationary stator with windings, the straight cores of which are arranged in a circle parallel to the axis of rotation of the shaft. The motor rotor rotates due to the interaction of magnets, which repel and attract each other when a magnetic field occurs. Currently, the MAGNAX motor is considered one of the most efficient motors in its category. However, despite this, MAGNAX has the following disadvantages:

1. Недостаточно эффективное взаимодействие магнитных потоков статора и ротора.1. Insufficiently effective interaction of the magnetic fluxes of the stator and rotor.

2. высокая стоимость за счет удвоенного количества дорогостоящих постоянных магнитов, размещенных на двух роторных дисках2. high cost due to double the number of expensive permanent magnets placed on two rotor disks

3. Невысокий уровень крутящего момента и мощности мотора3. Low level of torque and motor power

Заявляемый электрический мотор лишен вышеперечисленных недостатков. Технический результат заявляемого электрического мотора достигается использованием в моторе нестандартных решений в части конструкции ротора и статора, способствующие максимально эффективному взаимодействию магнитных потоков статора и ротора и повышающие крутящий момент и мощность мотора. Заявляемый мотор относится к топологии с аксиальным магнитным потоком в условно многороторном и многостаторном исполнении.The claimed electric motor is devoid of the above disadvantages. The technical result of the proposed electric motor is achieved by using non-standard solutions in the motor regarding the design of the rotor and stator, which contribute to the most efficient interaction of the magnetic fluxes of the stator and rotor and increase the torque and power of the motor. The inventive motor belongs to the topology with an axial magnetic flux in a conventionally multi-rotor and multi-stator design.

Заявляемое электрический мотор иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-11.The claimed electric motor is illustrated by the drawings shown in Fig. 1-11.

Фиг. 1 - безъякорный электромотор компании MAGNAX.Fig. 1 - anchorless electric motor from MAGNAX.

Фиг. 2 - упрощенная схема конструкции мотораFig. 2 - simplified diagram of the motor design

Фиг. 3 - конструкция ротора в упрощенном видеFig. 3 - simplified rotor design

Фиг. 4 - пример сборной конструкции ротораFig. 4 - example of a prefabricated rotor structure

Фиг. 5 - сердечник звена статора без обмоткиFig. 5 - stator link core without winding

Фиг. 6 - сердечник звена статора с обмоткойFig. 6 - stator link core with winding

Фиг. 7 - статор модульной конструкцииFig. 7 - stator of modular design

Фиг. 8 - заявляемый мотор в собранном видеFig. 8 - the claimed motor assembled

Фиг. 9 - заявляемый мотор с усеченным количеством звеньевFig. 9 - the claimed motor with a truncated number of links

Фиг. 10 - общий вид мотора в водозащищенном исполненииFig. 10 - general view of the waterproof motor

Фиг. 11 - схема взаимодействия магнитных потоков.Fig. 11 - diagram of the interaction of magnetic fluxes.

Заявляемый электрический мотор характеризуется тем, что является бесколлекторным электрическим двигателем постоянного тока на постоянных магнитах с аксиальным магнитным потоком, направленным параллельно продольной оси мотора. Конструкция мотора с внутренним размещением ротора в упрощенном виде представлена на фиг. 2.The inventive electric motor is characterized by the fact that it is a brushless electric DC motor with permanent magnets with an axial magnetic flux directed parallel to the longitudinal axis of the motor. The design of a motor with an internal rotor is shown in a simplified form in Fig. 2.

Из рисунка видно, что ротор мотора состоит из вала 1 с нанизанными и зафиксированными на нем на определенном расстояние друг от друга несколькими шайбовидными кольцами 2. На плоской поверхности роторных колец 2 имеются мультиплицированные по окружности на равном расстоянии друг от друга выемки или вырезы в соответствии с количеством, размером и формой размещаемых в них постоянных магнитов 4. На рисунке ротор имеет три кольца 2 с закрепленными на их плоской поверхности постоянными магнитами 4 в форме диска. Конструктивно мотор может быть исполнен с произвольным количеством роторных колец от одного до нескольких в зависимости от требуемых характеристик мощности, крутящего момента и скорости вращения.The figure shows that the motor rotor consists of a shaft 1 with several washer-shaped rings 2 strung and fixed on it at a certain distance from each other. On the flat surface of the rotor rings 2 there are recesses or cutouts multiplied around the circumference at an equal distance from each other in accordance with the number, size and shape of permanent magnets 4 placed in them. In the figure, the rotor has three rings 2 with disk-shaped permanent magnets 4 fixed on their flat surface. Structurally, the motor can be designed with an arbitrary number of rotor rings from one to several, depending on the required characteristics of power, torque and rotation speed.

На фиг 3. изображены в упрощенном виде две разновидности конструкции ротора в зависимости от типа мотора. Вариант а) представляет собой ротор, предполагающий внутреннее размещение (inrunner) в электрическом моторе, вариант б) - внешнее размещение (outrunner). Как видно из рисунка для inrunner - мотора роторные кольца 2 нанизаны и закреплены на валу мотора 1 на определенном расстоянии друг от друга. Для outrunner - мотора вал 1 имеет форму пустотелого цилиндра и роторные кольца 2 размещаются и фиксируются во внутренней полости вала. Количество роторных колец 2 может быть произвольным от одного до нескольких. Чем больше колец, тем выше мощность мотора и крутящий момент.Fig. 3 shows in simplified form two types of rotor design depending on the type of motor. Option a) is a rotor that assumes internal placement (inrunner) in an electric motor, option b) is an external placement (outrunner). As can be seen from the figure for the inrunner motor, the rotor rings 2 are strung and secured to the motor shaft 1 at a certain distance from each other. For an outrunner motor, shaft 1 has the shape of a hollow cylinder and rotor rings 2 are placed and fixed in the internal cavity of the shaft. The number of rotor rings 2 can be arbitrary from one to several. The more rings, the higher the motor power and torque.

Как отмечалось ранее, на плоской поверхности роторных колец 2 имеются мультиплицированные по окружности на равном расстоянии друг от друга выемки или вырезы в соответствии с количеством, размером и формой размещаемых в них постоянных магнитов 4. В рассматриваемом случае используемые постоянные магниты 4 имеют форму сектора или диска. Магниты на роторных кольцах генерируют аксиальный магнитный поток, параллельный оси вращения вала 1 мотора.As noted earlier, on the flat surface of the rotor rings 2 there are recesses or cutouts multiplied around the circumference at an equal distance from each other in accordance with the number, size and shape of the permanent magnets 4 placed in them. In the case under consideration, the permanent magnets 4 used have the shape of a sector or disk . Magnets on the rotor rings generate an axial magnetic flux parallel to the axis of rotation of motor shaft 1.

В обоих случаях роторы моторов могут иметь как монолитную, так и сборную конструкция, состоящую отдельно из вала мотора 1 и роторных колец 2. Для лучшего понимания на фиг. 4 представлен один из возможных вариантов сборной конструкции ротора с внутренним размещением. Для простоты восприятия на рисунке показаны только два роторных диска 2, каждый из которых представляет собой сборную конструкцию из двух половин, условно левой и правой. Для наглядности на каждом роторном диске изображены только два постоянных магнита 4 в форме сектора. На стыке граней магнита имеются скосы небольшого размера в виде фасок. Каждая половина роторного диска 2 имеет два отверстия, точно соответствующими по форме, размерам и фаскам размещаемым в них постоянным магнитам 4. При плотном примыкании левой и правой половины роторного диска друг к другу обеспечивается надежная фиксация магнита 4 в отверстии составного роторного диска 2. Разделительные втулки 6 предназначены для обеспечения плотного примыкания роторных половин друг к другу и фиксации составных роторных колец 2 на определенном расстоянии друг от друга. Для упрощения на рисунке не показан способ фиксации втулок 6 и роторных колец 2 на валу 1 мотора для исключения как их проворачивания вокруг своей оси, так и сдвига всей сборной конструкции вдоль оси вала 1.In both cases, the motor rotors can have either a monolithic or a prefabricated structure, consisting separately of a motor shaft 1 and rotor rings 2. For a better understanding, FIG. Figure 4 shows one of the possible options for a prefabricated rotor design with internal placement. For ease of perception, the figure shows only two rotor disks 2, each of which is a prefabricated structure of two halves, conventionally left and right. For clarity, each rotor disk shows only two permanent magnets 4 in the shape of a sector. At the junction of the magnet faces there are small bevels in the form of chamfers. Each half of the rotor disk 2 has two holes that exactly match the shape, size and chamfers of the permanent magnets 4 placed in them. When the left and right halves of the rotor disk are tightly adjacent to each other, reliable fixation of the magnet 4 in the hole of the composite rotor disk 2 is ensured. Separating sleeves 6 are designed to ensure a tight fit of the rotor halves to each other and fixation of the composite rotor rings 2 at a certain distance from each other. For simplicity, the figure does not show the method of fixing the bushings 6 and rotor rings 2 on the motor shaft 1 to prevent both their rotation around their axis and the shift of the entire assembly structure along the axis of shaft 1.

Статор (фиг. 1) имеет сборную модульную конструкцию и представляет собой кольцо из размещенных по окружности однотипных звеньев. Каждое звено представляет собой обмотки 3 с сердечниками 5 в виде разветвленных магнитопроводов, имеющих несколько расположенных в ряд магнитных контуров с воздушными зазорами. Количество магнитных контуров и размер воздушных зазоров каждого сердечника соответствуют количеству и толщине роторных колец мотора. Сердечники 5 своей длинномерной прямолинейной частью ориентированы параллельно оси вращения вала, а своими зазорами обращены в радиальном направлении к валу двигателя таким образом, чтобы воздушные зазоры всех собранных по кругу магнитопроводов 5 образовывали параллельные круговые сквозные воздушные щели по числу магнитных контуров, внутри которых располагаются и вращаются роторные кольца 2. Для наглядности на фиг. 1 статор мотора содержит только три однотипных звена, распределенных по окружности на равном расстоянии друг от друга. Сердечник каждого звена имеет три магнитных контура с воздушными зазорами по количеству роторных колец.The stator (Fig. 1) has a prefabricated modular design and is a ring of similar links placed around the circumference. Each link consists of windings 3 with cores 5 in the form of branched magnetic circuits having several magnetic circuits arranged in a row with air gaps. The number of magnetic circuits and the size of the air gaps of each core correspond to the number and thickness of the motor rotor rings. The cores 5 with their long rectilinear part are oriented parallel to the axis of rotation of the shaft, and with their gaps facing in the radial direction to the motor shaft so that the air gaps of all magnetic cores 5 assembled in a circle form parallel circular through air slots according to the number of magnetic circuits within which they are located and rotate rotor rings 2. For clarity, in Fig. 1 motor stator contains only three links of the same type, distributed around the circumference at an equal distance from each other. The core of each link has three magnetic circuits with air gaps according to the number of rotor rings.

На фиг. 5 показан общий вид звена статора без обмотки. В рассматриваемом случае звено статора выполнено в виде сердечника 5 представляющего собой разветвленный магнитопровод, имеющий три магнитных контура. Для наглядности на рисунке один из магнитных контуров 7 условно выделен красной пунктирной линией. Каждый магнитный контур 7 имеет воздушный зазор 8. Количество магнитных контуров 7 и ширина воздушных зазоров 8 каждого сердечника 5 соответствуют количеству и толщине роторных колец 2 в месте крепления постоянных магнитов 4. Кроме этого поперечное сечение зубцов 9 сердечника 5 по форме и размерам должно соответствовать форме и размерам применяемых постоянных магнитов 4. В рассматриваемом случае на фиг. 5 представлены примеры двух сердечников 5, имеющих сечение в форме круга и сектора соответственно.In fig. Figure 5 shows a general view of the stator link without winding. In the case under consideration, the stator link is made in the form of a core 5, which is a branched magnetic circuit having three magnetic circuits. For clarity, in the figure one of the magnetic circuits 7 is conventionally highlighted with a red dotted line. Each magnetic circuit 7 has an air gap 8. The number of magnetic circuits 7 and the width of the air gaps 8 of each core 5 correspond to the number and thickness of the rotor rings 2 at the attachment point of the permanent magnets 4. In addition, the cross-section of the teeth 9 of the core 5 must correspond in shape and size to the shape and the dimensions of the permanent magnets 4 used. In the case under consideration in FIG. Figure 5 shows examples of two cores 5 having a cross-section in the shape of a circle and a sector, respectively.

На фиг. 6 представлен пример звена статора с обмоткой. Как видно из рисунка обмотка звена статора имеет не цельную многозвенную структуру, а собрана по модульному принципу из отдельных однотипных катушек 10 с каркасом, каждая из которых нанизывается и фиксируется на зубце 9 сердечника 5 с последующим соединением концов обмоток катушек в единую обмотку звена. Форма каркаса катушки 10 должна соответствовать сечению зубца 9 сердечника. В рассматриваемом случае катушка имеет цилиндрическую форму. Длина каркаса катушки не должна превышать размер воздушного зазора 8 сердечника.In fig. Figure 6 shows an example of a stator link with a winding. As can be seen from the figure, the stator link winding does not have a solid multi-link structure, but is assembled according to a modular principle from individual coils of the same type 10 with a frame, each of which is strung and fixed on a tooth 9 of the core 5, followed by connecting the ends of the coil windings into a single link winding. The shape of the coil frame 10 must correspond to the cross-section of the tooth 9 of the core. In the case under consideration, the coil has a cylindrical shape. The length of the coil frame should not exceed the size of the air gap 8 of the core.

Предлагаемая модульная конструкция обмотки звена статора значительно упрощает технологический процесс изготовления статора мотора в целом. Побочным эффектом модульности обмотки является возможность легкого восстановления работоспособного состояния мотора после отказа или повреждения. Как правило, основной причиной нарушения работоспособности мотора является повреждение обмотки. В модульной конструкции восстановление работоспособности мотора осуществляется простой заменой поврежденной катушки без необходимости перемотки обмотки целиком.The proposed modular design of the stator link winding significantly simplifies the technological process of manufacturing the motor stator as a whole. A side effect of the winding modularity is the ability to easily restore the motor to an operational state after failure or damage. As a rule, the main cause of motor malfunction is winding damage. In a modular design, restoration of the motor's performance is accomplished by simply replacing a damaged coil without the need to rewind the entire winding.

Как было отмечено выше, основной отличительной особенностью статора мотора является его модульная конструкция, состоящего из однотипных звеньев. Сердечники звеньев в поперечном сечении имеют форму сектора, что позволяет им будучи собранными вместе по кругу плотно впритык к друг другу, образовывать единую цилиндрическую конструкцию сборного статора, представленную на фиг. 7.As noted above, the main distinguishing feature of the motor stator is its modular design, consisting of similar units. The cores of the links in cross section have the shape of a sector, which allows them, when assembled together in a circle, tightly adjacent to each other, to form a single cylindrical structure of the prefabricated stator, shown in Fig. 7.

Как видно из рисунка статор имеет сборную конструкцию цилиндрической формы, собранную из однотипных звеньев 11, имеющих форму сегмента цилиндра. Каждое звено 11 представляет собой многоконтурный разветвленный сердечник с обмотками из катушек 10 (фиг. 6), генерирующими аксиальный магнитный поток, направленный параллельно оси вращения вала мотора. Из рисунка видно, что воздушные зазоры сердечников, собранных по кругу в единую конструкцию, создают круговые сквозные воздушные щели по числу магнитных контуров, внутри которых располагаются и вращаются роторные кольца.As can be seen from the figure, the stator has a prefabricated structure of a cylindrical shape, assembled from the same type of links 11, having the shape of a cylinder segment. Each link 11 is a multi-circuit branched core with windings of coils 10 (Fig. 6), generating an axial magnetic flux directed parallel to the axis of rotation of the motor shaft. The figure shows that the air gaps of the cores, assembled in a circle into a single structure, create circular through air gaps according to the number of magnetic circuits, inside which the rotor rings are located and rotate.

На фиг. 8 раздел а) представлен общий вид заявляемого мотора с внутренним расположением ротора в собранном виде в двух проекциях. Статор имеет сборную конструкцию из однотипных звеньев 11, имеющих форму цилиндрического сектора. Для наглядности в разделе б) представлен вид мотора в продольном разрезе.In fig. Section 8 a) presents a general view of the proposed motor with the internal arrangement of the assembled rotor in two projections. The stator has a prefabricated structure of the same type of links 11, having the shape of a cylindrical sector. For clarity, section b) shows a longitudinal section of the motor.

Сердечник 5 статора имеет пять магнитных контуров с воздушными зазорами. Ротор имеет пять колец 2 по числу магнитных контуров с закрепленными на их плоской поверхности постоянными магнитами 4. Обмотки статора 10 создают магнитный поток, параллельный оси вращения вала мотора. Вал мотора 1 имеет полую конструкцию.The stator core 5 has five magnetic circuits with air gaps. The rotor has five rings 2 according to the number of magnetic circuits with permanent magnets 4 fixed on their flat surface. The stator windings 10 create a magnetic flux parallel to the axis of rotation of the motor shaft. The motor shaft 1 has a hollow structure.

Возможен вариант конструкции мотора, при котором из общего количества однотипных звеньев статора мотора может быть использована только часть звеньев, объединенных в две группы с одинаковым количеством звеньев, причем сами группы размещаются напротив друг друга симметрично относительно продольной оси мотора (фиг. 9).A motor design option is possible in which, out of the total number of similar motor stator links, only a portion of the links can be used, combined into two groups with the same number of links, and the groups themselves are placed opposite each other symmetrically relative to the longitudinal axis of the motor (Fig. 9).

Описанная конструкция способствует уменьшению габаритов и веса мотора, а также упрощает технологический процесс изготовления и сборки мотора.The described design helps reduce the size and weight of the motor, and also simplifies the technological process of manufacturing and assembling the motor.

Вариант мотора с внутренним расположением ротора и с полым валом позволяет размещать внутри вала лопастной механизм, в частности, в виде сменного блока, представляющего собой конструкцию из кольцевого трубчатого канала в виде пустотелого цилиндра с размещенным и закрепленным внутри него многолопастным винтом или шнековой спиралью. При этом сменный блок может иметь монолитное исполнение или состоять из отдельных модулей, которые могут отличаться друг от друга своими конструктивными особенностями и назначением. Для обеспечения возможности функционирования в воде мотор конструктивно может быть выполнен в водозащищенном исполнении, при котором сменный блок используется в качестве водометного движителя (фиг. 9). На рисунке представлена водозащищенная разновидность заявляемого электрического мотора в упрощенном виде.The version of the motor with an internal rotor and a hollow shaft makes it possible to place a blade mechanism inside the shaft, in particular, in the form of a replaceable block, which is a structure of an annular tubular channel in the form of a hollow cylinder with a multi-bladed screw or auger spiral placed and secured inside it. In this case, the replaceable unit may have a monolithic design or consist of separate modules, which may differ from each other in their design features and purpose. To ensure the possibility of functioning in water, the motor can be structurally made in a waterproof design, in which the replaceable unit is used as a water-jet propulsion unit (Fig. 9). The figure shows a waterproof version of the proposed electric motor in a simplified form.

Для наглядности водозащищенный электромотор представлен состоящим из следующих основных блоков:For clarity, a waterproof electric motor is presented consisting of the following main blocks:

• Тело мотора 12, основными узлами которого являются статор, ротор и полый вал, внутри которого размещается водометный движитель 15• Motor body 12, the main components of which are a stator, a rotor and a hollow shaft, inside of which the water-jet propulsion device 15 is located

• водозаборная часть 13 - передняя область, способствующая перемещению воды (входящий поток) к винтовой части водометного движителя 15.• water intake part 13 - the front area that facilitates the movement of water (incoming flow) to the screw part of the water-jet propulsion unit 15.

• водометный движитель 15, выполненный в виде сменного блока, представляющего собой конструкцию из кольцевого трубчатого канала в виде пустотелого цилиндра с размещенным и закрепленным внутри него лопастным механизмом в виде многолопастного винта или шнековой спирали, причем сам блок может иметь монолитное исполнение или быть собран последовательно в единую конструкцию из отдельных модулей, которые не обязательно должны быть однотипными и могут отличаться друг от друга своими конструктивными особенностями. В рассматриваемом варианте сменный блок выполнен в виде шнековой спирали в монолитном исполнении.• water-jet propulsion unit 15, made in the form of a replaceable block, which is a structure made of an annular tubular channel in the form of a hollow cylinder with a blade mechanism placed and fixed inside it in the form of a multi-bladed screw or auger spiral, and the block itself can have a monolithic design or be assembled sequentially in a single design of individual modules, which do not necessarily have to be of the same type and may differ from each other in their design features. In the variant under consideration, the replaceable unit is made in the form of a screw spiral in a monolithic design.

• Сопло 14 с спрямляющим аппаратным элементом, трансформирующим вращательные движения водных потоков в прямолинейные (исходящий поток).• Nozzle 14 with a straightening hardware element that transforms the rotational movements of water flows into rectilinear ones (outgoing flow).

Водозащищенная версия заявляемого мотора может быть использована в судостроении в качестве силовых установок. Использование электромоторов не наносит вред экологии и порой существенно удешевляет эксплуатацию судов на электрической тяге.The waterproof version of the proposed motor can be used in shipbuilding as power plants. The use of electric motors does not harm the environment and sometimes significantly reduces the cost of operating electric-powered ships.

Как отмечалось ранее в заявляемом моторе за счет конструктивных особенностей статора и ротора интенсивность и эффективность взаимодействия магнитных полей статора и ротора мотора значительно выше по сравнению с существующими на текущий момент решениями в этой области.As noted earlier in the inventive motor, due to the design features of the stator and rotor, the intensity and efficiency of the interaction of the magnetic fields of the stator and rotor of the motor is significantly higher compared to currently existing solutions in this area.

На фиг. 10 представлена схема взаимодействия магнитных полей статора и ротора мотора применительно к трем вариантам построения бесколлекторных электрических двигателей постоянного тока с постоянными магнитами:In fig. Figure 10 shows a diagram of the interaction of the magnetic fields of the stator and rotor of the motor in relation to three options for constructing brushless DC electric motors with permanent magnets:

а) классический бесколлекторный моторa) classic brushless motor

б) электромотор компании MAGNAXb) electric motor from MAGNAX

в) заявляемый электромотор в части аксиальной топологииc) the claimed electric motor in terms of axial topology

Ротор мотора вращается благодаря взаимодействию магнитных полей статора и ротора, которые отталкиваются и притягиваются друг к другу при возникновении магнитного поля. Для упрощения представленная схема иллюстрирует только притяжение магнитов. Тонкими линиями со стрелочками показаны интенсивность и направление магнитного потока, генерируемые обмоткой 3 статора и постоянным магнитом 4 ротора.The motor rotor rotates due to the interaction of the magnetic fields of the stator and rotor, which repel and attract each other when a magnetic field occurs. For simplicity, the presented diagram illustrates only the attraction of magnets. Thin lines with arrows show the intensity and direction of the magnetic flux generated by the stator winding 3 and the permanent magnet 4 of the rotor.

В классическом бесколлекторном моторе сердечники 5 обмоток 3 условно представляют собой прямолинейные магнитопроводы, располагающиеся в радиальном направлениии от оси вращения вала мотора. На фиг. 10 в разделе а) иллюстрируется схема взаимодействия магнитного поля прямолинейного сердечника 5 с магнитным полем постоянного магнита 4. Как видно из рисунка при такой схеме расположения сердечника и постоянного магнита 4 осуществляется одностороннее взаимодействие между магнитными потоками, исходящими с одного конца сердечника 5 и с одной аксиальной стороны магнита 4. При этом потери магнитной индукции существенны.In a classic brushless motor, the cores 5 of the windings 3 are conventionally rectilinear magnetic circuits located in the radial direction from the axis of rotation of the motor shaft. In fig. 10 in section a) illustrates the interaction diagram of the magnetic field of a rectilinear core 5 with the magnetic field of a permanent magnet 4. As can be seen from the figure, with such an arrangement of the core and permanent magnet 4, there is a one-way interaction between the magnetic fluxes emanating from one end of the core 5 and from one axial sides of the magnet 4. In this case, the loss of magnetic induction is significant.

В электромоторе компании MAGNAX учтены недостатки классического бесколлекторного мотора. Здесь в обмотках 3 также используются сердечники прямолинейной формы 5, которые расположены по окружности параллельно оси вращения вала. Сердечники размещаются между двумя роторными дисками с расположенными на них по окружности постоянными магнитами 4. Как видно на фиг. 10 в разделе б) магнитное поле сердечника 5 взаимодействует с постоянными магнитами 4 одновременно с двух концов. Однако результирующий магнитный поток не носит замкнутый характер и также имеет место рассеивание магнитного потока.The MAGNAX electric motor takes into account the disadvantages of the classic brushless motor. Here, the windings 3 also use rectilinear cores 5, which are located in a circle parallel to the axis of rotation of the shaft. The cores are placed between two rotor disks with permanent magnets 4 located on them along the circumference. As can be seen in Fig. 10 in section b) the magnetic field of the core 5 interacts with permanent magnets 4 simultaneously from both ends. However, the resulting magnetic flux is not closed in nature and magnetic flux dissipation also occurs.

В заявляемом электрическом моторе исключены недостатки, присущие рассмотренным выше разновидностям электромотора. Обмотка статора имеет сердечник 5 в виде разветвленного магнитопровода, имеющего несколько магнитных контуров с воздушными зазорами 8, незначительно превышающим толщину магнита. На фиг. 10 в разделе в) иллюстрируется схема взаимодействия магнитных полей разветвленного сердечника 5, имеющего три контура, с магнитными полями постоянных магнитов 4. Сечение сердечника 5 должно соответствовать форме и размеру магнита 4. При прохождении тока по обмотке генерируется магнитное поле, многократно усиленное сердечником. Направление магнитного потока меняется в зависимости от направления тока в обмотке. В месте воздушного зазора 8 сердечника 5 имеет место незначительное рассеивание магнитного потока. На рисунке линиями показаны также интенсивность и направление магнитного потока, создаваемого постоянными магнитами 4. Как видно постоянный магнит имеет аксиальную направленность магнитного поля. При прохождении постоянного магнита 4 сквозь воздушный зазор 8 сердечника 5 происходит замыкание магнитного потока. При этом сила магнитного потока в контуре сердечника увеличивается многократно. При описанном расположении магнитов ротора и сердечника статора сила притяжения воздействует одновременно на две аксиальные стороны магнита, При этом потери магнитной индукции минимальны. Сила взаимодействия магнитных потоков пропорциональна числу магнитных контуров сердечника.The inventive electric motor eliminates the disadvantages inherent in the types of electric motor discussed above. The stator winding has a core 5 in the form of a branched magnetic circuit having several magnetic circuits with air gaps 8, slightly exceeding the thickness of the magnet. In fig. 10 in section c) illustrates a diagram of the interaction of the magnetic fields of a branched core 5, which has three circuits, with the magnetic fields of permanent magnets 4. The cross-section of the core 5 must correspond to the shape and size of the magnet 4. When current passes through the winding, a magnetic field is generated, many times amplified by the core. The direction of the magnetic flux changes depending on the direction of the current in the winding. At the air gap 8 of the core 5 there is a slight dissipation of the magnetic flux. In the figure, the lines also show the intensity and direction of the magnetic flux created by permanent magnets 4. As you can see, a permanent magnet has an axial direction of the magnetic field. When the permanent magnet 4 passes through the air gap 8 of the core 5, the magnetic flux is closed. In this case, the strength of the magnetic flux in the core circuit increases many times. With the described arrangement of the rotor magnets and the stator core, the attractive force acts simultaneously on the two axial sides of the magnet, while losses of magnetic induction are minimal. The force of interaction of magnetic fluxes is proportional to the number of magnetic circuits of the core.

Техническим результатом описанного выше магнитного взаимодействия является увеличение момента силы тяги заявляемого мотора и повышение его КПД.The technical result of the magnetic interaction described above is an increase in the traction torque of the proposed motor and an increase in its efficiency.

Claims (5)

1. Электрический мотор с аксиальным магнитным потоком, характеризующийся тем, что является бесколлекторным электрическим двигателем постоянного тока на постоянных магнитах, ротор которого представляет собой монолитную или сборную конструкцию, состоящую из вала с нанизанными и зафиксированными на нем на определенном расстоянии друг от друга несколькими шайбовидными кольцами таким образом, чтобы оси колец совпадали с продольной осью вала мотора, причем на плоской поверхности колец имеются мультиплицированные по окружности на равном расстоянии друг от друга выемки или вырезы в соответствии с количеством, размером и формой размещаемых в них постоянных магнитов, а статор имеет сборную модульную конструкцию и представляет собой кольцо из размещенных по окружности однотипных звеньев, представляющих собой обмотки с сердечниками в виде разветвленных магнитопроводов, имеющих несколько расположенных в ряд магнитных контуров с воздушными зазорами, причем количество магнитных контуров и размер воздушных зазоров каждого сердечника соответствуют количеству и толщине роторных колец, при этом сердечники обмоток своей длинномерной прямолинейной частью ориентированы параллельно оси вращения вала, а своими воздушными зазорами обращены в радиальном направлении к продольной оси мотора таким образом, чтобы воздушные зазоры всех собранных по кругу магнитопроводов образовывали параллельные круговые сквозные воздушные щели по числу магнитных контуров, внутри которых располагаются и вращаются роторные кольца.1. An electric motor with an axial magnetic flux, characterized by the fact that it is a brushless DC electric motor with permanent magnets, the rotor of which is a monolithic or prefabricated structure consisting of a shaft with several washer-shaped rings strung and fixed on it at a certain distance from each other in such a way that the axes of the rings coincide with the longitudinal axis of the motor shaft, and on the flat surface of the rings there are recesses or cutouts multiplied around the circumference at an equal distance from each other in accordance with the number, size and shape of the permanent magnets placed in them, and the stator has a prefabricated modular design and is a ring of similar links placed around the circumference, which are windings with cores in the form of branched magnetic circuits, having several magnetic circuits arranged in a row with air gaps, and the number of magnetic circuits and the size of the air gaps of each core correspond to the number and thickness of the rotor rings, in this case, the winding cores with their long straight part are oriented parallel to the axis of rotation of the shaft, and with their air gaps facing in the radial direction to the longitudinal axis of the motor so that the air gaps of all magnetic circuits assembled in a circle form parallel circular through air gaps according to the number of magnetic circuits, inside which The rotor rings are positioned and rotated. 2. Электромотор по п. 1, характеризующийся тем, что конструктивно допустим вариант исполнения мотора с внешним расположением ротора, отличающийся тем, что ротор мотора представляет собой конструкцию из полого вала, внутри которого размещены и зафиксированы на определенном расстоянии друг от друга несколько шайбовидных колец таким образом, чтобы оси колец совпадали с продольной осью вала мотора, а сердечники статора в этом случае своими воздушными зазорами обращены в радиальном направлении от продольной оси мотора таким образом, чтобы воздушные зазоры всех собранных по кругу сердечников образовывали параллельные круговые сквозные воздушные щели, внутри которых располагаются и вращаются роторные кольца.2. The electric motor according to claim 1, characterized in that the design of the motor with an external rotor arrangement is structurally acceptable, characterized in that the motor rotor is a structure made of a hollow shaft, inside of which several washer-shaped rings are placed and fixed at a certain distance from each other in such a way that the axes of the rings coincide with the longitudinal axis of the motor shaft, and the stator cores in this case, with their air gaps, face in the radial direction from the longitudinal axis of the motor so that the air gaps of all cores assembled in a circle form parallel circular through air gaps, inside which are located and the rotor rings rotate. 3. Электромотор по п. 1, характеризующийся тем, что обмотка звена статора собрана по модульному принципу из отдельных однотипных катушек, каждая из которых нанизывается и фиксируется на зубце сердечника с последующим соединением концов обмоток катушек в единую обмотку сердечника.3. The electric motor according to claim 1, characterized in that the winding of the stator link is assembled according to a modular principle from separate coils of the same type, each of which is strung and fixed on a tooth of the core, followed by connecting the ends of the windings of the coils into a single core winding. 4. Электромотор по п. 1, характеризующийся тем, что возможен вариант мотора с полым валом, внутри которого размещается и фиксируется сменный блок, представляющий собой конструкцию из кольцевого трубчатого канала в виде пустотелого цилиндра с размещенными и закрепленными внутри него шнековой спиралью или многолопастным винтом, причем сам блок имеет монолитное исполнение или собирается в единую конструкцию из отдельных модулей.4. The electric motor according to claim 1, characterized in that it is possible to have a motor with a hollow shaft, inside which a replaceable unit is placed and fixed, which is a structure of an annular tubular channel in the form of a hollow cylinder with a screw spiral or a multi-blade screw placed and fixed inside it, Moreover, the block itself has a monolithic design or is assembled into a single structure from separate modules. 5. Электромотор по п. 4, характеризующийся тем, что в конструкции мотора, исполненном в водозащищенном варианте, сменный блок используется в качестве водометного движителя.5. The electric motor according to claim 4, characterized by the fact that in the design of the motor, designed in a waterproof version, the replaceable unit is used as a water-jet propulsion device.
RU2023108659A 2023-04-05 Electric motor with axial magnetic flux RU2810539C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2810539C1 true RU2810539C1 (en) 2023-12-27

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2098908C1 (en) * 1995-03-07 1997-12-10 Товарищество с ограниченной ответственностью "ПЭТРО-ФЭСТ" Valve-type motor
RU2236743C2 (en) * 1998-05-16 2004-09-20 Энертек Корея Ко., Лтд. Magnetic circuit for rotary apparatus
US20120169161A1 (en) * 2009-09-21 2012-07-05 Kyoung-Sik Woo Disk motor using a permanent magnet and bypassing the magnetic force of the magnet
RU2490773C2 (en) * 2011-07-19 2013-08-20 Феоктистов Федор Владимирович Dc electromagnetic machine
KR101514351B1 (en) * 2013-03-27 2015-05-04 이금식 Motor Device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2098908C1 (en) * 1995-03-07 1997-12-10 Товарищество с ограниченной ответственностью "ПЭТРО-ФЭСТ" Valve-type motor
RU2236743C2 (en) * 1998-05-16 2004-09-20 Энертек Корея Ко., Лтд. Magnetic circuit for rotary apparatus
US20120169161A1 (en) * 2009-09-21 2012-07-05 Kyoung-Sik Woo Disk motor using a permanent magnet and bypassing the magnetic force of the magnet
RU2490773C2 (en) * 2011-07-19 2013-08-20 Феоктистов Федор Владимирович Dc electromagnetic machine
KR101514351B1 (en) * 2013-03-27 2015-05-04 이금식 Motor Device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11309778B2 (en) Multi-tunnel electric motor/generator
US5216339A (en) Lateral electric motor
KR101654392B1 (en) Electric machine - modular
US8288916B2 (en) Composite electromechanical machines with uniform magnets
US8188633B2 (en) Integrated composite electromechanical machines
US7459822B1 (en) Rotating electric machine having switched or variable reluctance with flux transverse to the axis of rotation
JP5515297B2 (en) Rotating electric machine
US20060175923A1 (en) Rotary electric machine comprising a stator and two rotors
KR920704402A (en) Electric motor
US5886449A (en) Electrical machine
US20110204736A1 (en) Electric rotary machine
US20150084456A1 (en) Electric motor
US5952758A (en) Rotating electrical machine with excitation coils, by magnets or with double excitation
RU2810539C1 (en) Electric motor with axial magnetic flux
CN103178666A (en) Combined motor with switched reluctance motors and double disk type permanent magnet motors with axial magnetic fields
US5910697A (en) High-power, low-voltage axial air-gap electrical machine having a compact stator
WO1998032210A9 (en) High-power, low-voltage axial air-gap electrical machine having a compact stator
GB2223362A (en) An electromechanical machine having axially disposed poles
US11942824B2 (en) Multi rotor axial flux machine assembly
US20140062238A1 (en) Modular electrical machine
US20210021181A1 (en) Multi-rotor electrical machine with radial configuration
CN101373916B (en) Disk type rotor motor
EP4274061A1 (en) Electric machine having asymmetric magnet arrangement
RU212791U1 (en) DESIGN OF A SINGLE-PHASE UNIPOLAR GENERATOR
EP4102683A1 (en) Cooling of an electric generator