RU2813257C2 - Электромагнитная машина, содержащая ротор с магнитными структурами, включающими в себя отдельные магниты, и статор с концентричными обмотками - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в уменьшении потерь в роторе. Электромагнитный двигатель или генератор содержит по меньшей мере один ротор (3) и по меньшей мере один статор (1, 2). Ротор (3) содержит постоянные магниты (12) и вращается вокруг центрального вала. Статор (1, 2) содержит обмотки (5). Ротор (3) содержит магнитные структуры, образующие магнитные полюсы, состоящие из множества отдельных магнитов (15). На каждой из двух противоположных осевых сторон ротора (3) в осевом направлении расположены накладные диски (17). Накладные диски (17) выполнены из композитного материала. Их магнитные структуры (12) покрыты наружным слоем покрытия, выполненного из композитного материала, образующим наружный контур упомянутого по меньшей мере одного ротора (3). Статор (1, 2) содержит концентричные обмотки (5) и ряд блоков (4) с обмотками (5), намотанными вокруг каждого блока (4). Блоки (4) жестко соединены между собой. 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к электромагнитному двигателю или генератору, содержащему по меньшей мере один ротор с магнитными структурами, включающими в себя отдельные магниты, и по меньшей мере один статор с концентричными обмотками.

Настоящее изобретение находит свое предпочтительное, но не ограничительное применение для электромагнитного двигателя, производящего большую мощность при повышенной скорости вращения ротора, чего достигают за счет специфических характеристик ротора в соответствии с настоящим изобретением во взаимосвязи со специфическими характеристиками статора или статоров. Такой двигатель или генератор можно использовать, например, в качестве электромагнитного двигателя в полностью электрическом или гибридном автотранспортном средстве.

Предпочтительно, но не ограничительно электромагнитный двигатель или генератор может содержать по меньшей мере один ротор, охваченный двумя статорами, причем эти элементы могут быть расположены друг над другом, будучи разделенными по меньшей мере одним воздушным зазором на одном и том же валу.

В высокоскоростных вариантах применения необходимо иметь не только компактную систему, получаемую за счет уменьшения массы и габарита осевого двигателя для оптимального КПД, но также обеспечивать очень высокую механическую прочность ее вращающейся части, то есть ротора или роторов, чтобы повысить надежность системы, а также статора или статоров.

В высокоскоростных вариантах применения необходимо снизить потери для оптимального КПД. В применениях для автомобиля все чаще решают задачи миниатюризации. Для этого необходимо иметь компактную систему, получаемую за счет уменьшения массы и габарита осевого двигателя, а также обеспечивать очень высокую механическую прочность ее вращающейся части, чтобы повысить надежность системы.

В случае электромагнитной машины с осевым потоком ротор содержит корпус в виде диска, имеющий две круглые стороны, соединенные через толщину, при этом диск ограничен между наружным венцом (кольцом) и внутренней периферией, ограничивающей выемку для вала вращения.

По меньшей мере к одной из двух круглых сторон корпуса, называемой опорной поверхностью, прилегают по меньшей мере два постоянных магнита. В случае ротора с одним воздушным зазором, предназначенного для объединения со статором, магниты находятся только на одной круглой стороне корпуса, тогда как в случае ротора с двумя воздушными зазорами и с соответствующим статором магниты расположены на обеих сторонах.

Магниты удерживаются, каждый, на стороне или на их соответствующей стороне при помощи крепежных средств, при этом между упомянутыми по меньшей мере двумя магнитами на одной стороне оставлен промежуток.

В случае статора или каждого статора на них расположены элементы обмотки, содержащие зубец с выполненной на нем обмоткой, при этом зубец обрамлен на каждой из своих боковых сторон вырезом, при этом на зубце намотан металлический провод из металла с хорошими проводящими свойствами, образуя каждую обмотку.

Когда на ряд или ряды обмоток подают электрическое питание, на ротор, соединенный с выходным валом двигателя, действует крутящий момент, создаваемый магнитным полем, при этом создаваемый магнитный поток является осевым потоком в случае электромагнитной машины с осевым (аксиальным) магнитным потоком и радиальным потоком в случае машины с радиальным магнитным потоком.

В случае двигателя большой мощности ротор вращается с высокими скоростями вращения. Основной недостаток двигателя с высокой скоростью вращения состоит в повышенной вероятности отсоединения магнита или магнитов от ротора, а также по меньшей мере частичной поломки ротора. Следовательно, ротор такого двигателя должен быть выполнен с возможностью выдерживать высокие скорости вращения.

В документе ЕР-В-1203436 описана электрическая машина с осевым потоком с ротором без железа в виде диска, установленным на валу машины и имеющим постоянные магниты, которые заделаны в пластмассу, усиленную волокнами или тканью, и с соответствующим статором с двух сторон от ротора.

Постоянные магниты соответственно соединены путем положительного захождения в окружающую их пластмассу, усиленную волокнами или тканью. Вал машины с двумя фланцами этого вала машины неподвижно соединен с ротором только при помощи пластмассы. Вместе с постоянными магнитами и валом машины пластмасса образует стабильный с точки зрения размеров узел.

Таким образом, в этом документе предшествующего уровня техники предложено сформировать в пластмассе монолитный узел, состоящий из ротора и его вала вращения. Однако, как известно, такой узел может подвергаться действию напряжений между ротором и его валом, которые могут привести к разрушению узла. Следовательно, такая конструкция ослабляет узел.

Кроме того, учитывая магниты большого размера, используемые для ротора в этом документе предшествующего уровня техники, такой ротор рассеивает большое количество тепла. Это рассеяние препятствует применению средств осевого удержания в виде накладных дисков из композита, и рассеяние тепла может иметь последствия на стойкость покрытия с учетом ускоренного старения этого покрытия, а также магнитов.

В документе US-A-2011/0285237 раскрыт двигатель с осевым воздушным зазором. Задачей этого документа является упрощение этапов изготовления ротора и одновременное предупреждение смещения или ослабления постоянных магнитов, установленных на этом роторе, во время монтажа и работы ротора. Магниты установлены в монолитной структуре, выполненной в виде литой детали, охватывающей магниты.

Литая деталь имеет пазы, которые разделяют магниты и в которые вставлены ребра, выполненные на корпусе ротора, что позволяет заблокировать литую деталь, не давая ей смещаться в осевом направлении. Радиальное удержание литой детали обеспечивают при помощи концентричных элементов, внутренних и наружных относительно литой детали.

Таким образом, этот документ предшествующего уровня техники рассматривает магниты, расположенные в литой детали, и не содержит никаких указаний на магниты, отделенные друг от друга. Кроме того, ребра удерживают магниты только за счет своего действия на литую деталь и, следовательно, не оказывают прямого воздействия на удержание магнитов в роторе.

Согласно этим двум известным техническим решениям, на уровне ротора единственное улучшение силы намагничивания достигается посредством применения постоянных магнитов, которые становятся все более дорогими. Инновационный эффект уровня техники касается статорной части двигателя или генератора, что выражается все более сложной конструкцией статоров и что приводит к их удорожанию и к усложнению их монтажа.

В документе ЕР-А-1780878 описана трехмерная магнитная структура, состоящая из множества отдельных магнитов, при этом магнитная структура имеет толщину, образующую ее наименьший размер, при этом структура включает в себя по меньшей мере одну решетку, каждая из ячеек которой ограничивает гнезда для соответствующего отдельного магнита, при этом каждое гнездо имеет внутренние размеры, которых хватает как раз для введения отдельного магнита внутрь этого гнезда, при этом ячейки выполнены из усиленного волокнами изоляционного материала.

Однако такая магнитная структура не предусмотрена, чтобы выдерживать высокие скорости вращения, когда магнитная структура или магнитные структуры закреплены на роторе.

В документе FR-A-2996378 описана магнитная структура, содержащая отдельные магниты. Эти отдельные магниты склеены смолой без установки какого-либо удерживающего элемента между отдельными магнитами. Такое расположение не позволяет выдерживать высокие скорости вращения и избегать выпадения магнитов во время вращения.

Задачей настоящего изобретения является разработка электрического двигателя или генератора с осевым магнитным потоком, который может иметь, с одной стороны, роторную часть с уменьшенным количеством выделяемого тепла и с меньшими роторными потерями и, с другой стороны, статорную часть, специально выполненную с учетом изменений, произведенных в роторной части.

В связи с вышеизложенным, объектом настоящего изобретения является электромагнитный двигатель или генератор, содержащий по меньшей мере один ротор и по меньшей мере один статор, при этом упомянутый по меньшей мере один ротор содержит постоянные магниты и вращается вокруг центрального вала, и упомянутый по меньшей мере один статор содержит обмотки, отличающийся тем, что упомянутый по меньшей мере один ротор содержит магнитные структуры, образующие магнитные полюсы, при этом каждая магнитная структура состоит из множества отдельных магнитов, при этом на каждой из двух противоположных осевых сторон упомянутого по меньшей мере одного ротора в осевом направлении расположены накладные диски, при этом накладные диски выполнены из композитного материала, при этом накладные диски и магнитные структуры покрыты наружным слоем покрытия из композитного материала, образующим наружный контур упомянутого по меньшей мере одного ротора, и тем, что упомянутый по меньшей мере один статор содержит концентричные обмотки и ряд блоков с обмотками, намотанными вокруг каждого блока, при этом блоки (4) жестко соединены между собой.

Одной из основных задач настоящего изобретения является замена одного или нескольких магнитов большого размера на множество мелких магнитов. Это позволяет создать магнитный поток при помощи множества мелких магнитов, число которых может составлять по меньшей мере 20 и даже может превышать 100 на один магнитный полюс. Известный ротор мог содержать от 1 до 10 магнитов, тогда как настоящим изобретением предусмотрено намного больше магнитов небольшого размера в каждой магнитной структуре.

Не следует путать магнитные структуры, число которых в роторе может составлять, например, от пяти до десяти и даже больше, с отдельными магнитами, которые являются намного более многочисленными, и ротор может содержать их, например, в количестве нескольких сотен. Мелкие отдельные магниты в соответствии с изобретением могут быть вставлены в соответствующие ячейки при помощи робота.

Это позволяет получить ротор, который, кроме всех прочих преимуществ, может вращаться с высокой скоростью и который не содержит железа, что позволяет ограничить потери на роторе.

Согласно изобретению, было установлено, что множество отдельных магнитов образует более прочную магнитную структуру с точки зрения общего прогиба ротора, которая при этом генерирует очень мало тепла по причине слабых возникающих потерь, при этом количество тепла, рассеиваемое отдельными магнитами, меньше количества тепла, рассеиваемого соответствующим им моноблочным магнитом большего размера.

Магнитная структура содержит слой непроводящего композитного материала, покрывающий отдельные магниты и решетку. Кроме того, ее механическая прочность может быть высокой, и нанесение покрытия можно производить посредством нагнетания композита на компоновку отдельных магнитов, удерживаемых на месте относительно друг друга при помощи любого средства.

Предпочтительно с таким ротором соединяют один или два статора, содержащих зубцы из железа с концентричными обмотками, что является несложным в реализации.

Настоящее изобретение решает задачу, противоположную задаче, которую ставят перед собой многие производители электромагнитных двигателей и генераторов. Раньше инновационные решения касались статоров со все более сложными в изготовлении и в разработке обмотками.

Изобретательский уровень настоящего изобретения связан в основном с ротором, не содержащим железа и покрытым композитом, а также содержащим магнитные структуры, каждая из которых состоит из множества магнитов. Это позволило использовать концентричную обмотку для статора или статоров, тогда как такая концентричная обмотка не давала полного удовлетворения с моноблочными постоянными магнитами, как в ближайшем аналоге.

Как оказалось, такое объединение композитного ротора по меньшей мере с одним статором из железа, содержащим зубцы или блоки из железа и концентричную обмотку для статора, обеспечивает синергию в том, что касается мощности используемого двигателя или генератора, а также легкость изготовления и механическую прочность двигателя или генератора.

Для отдельных магнитов можно использовать различные типы материалов, выбираемых, например, из группы, в которую входят сплавы самария-кобальта (Sm-Co), сплавы алюминия, никеля и кобальта, твердые ферриты и материалы неодим-железо-бор, главное, чтобы эти материалы выдерживали механическую обработку для получения блоков небольшой ширины или небольшого диаметра по сравнению с их длиной.

Предпочтительно каждая магнитная структура, образующая магнитный полюс, содержит более двадцати отдельных магнитов, при этом отдельные магниты соединены разделяющей их смолой или вставлены, каждый, в соответствующее гнездо, ограниченное одной из ячеек решетки.

Решетка, предпочтительно выполненная из композитного материала, удерживает отдельные магниты на месте, что способствует прочности ротора. Ротор с магнитами, расположенными в ячейках в соответствии с настоящим изобретением, выполнен таким образом, чтобы уменьшить потери в роторе, с использованием средств соединения, позволяющих удерживать магниты и противостоять действию осевой или радиальной силы или центробежной силы при очень высокой скорости.

По сравнению с известным решением, представленным в документе US-A-2011/0285237, заявленный ротор можно применять с магнитами, которые не соединены между собой напрямую, тогда как в известном документе магниты размещены в литой детали, образующей удерживающую структуру. Таким образом, настоящее изобретение представляет собой решение, которое подходит для любого варианта расположения магнитов на роторе.

Известная литая деталь может иметь разрывы зон, учитывая, что на нее действуют несколько ребер. Этого не происходит в случае ячеистой структуры, которая известна своей механической прочностью. Ячеистая структура может быть выполнена в виде сот, при этом важно, чтобы в ячейках можно было размещать магниты небольшого размера.

Комбинация формы магнитов и крепежных средств магнитов в виде композитного покрытия позволяет уменьшить потери в роторе, и следовательно, нагрев, и минимизировать риск размагничивания магнитов.

Предпочтительно магнитные структуры покрыты индивидуально внутренним слоем композита, и в этом случае магнитные структуры расположены непосредственно смежно друг с другом и концентрично с центральным валом упомянутого по меньшей мере одного ротора, или магнитные структуры расположены концентрично с центральным валом с промежутком между ними, заполненным участками наружного слоя покрытия.

Таким образом, можно нанести по меньшей мере два последовательных покрытия, способствующих прочности ротора, а именно покрытие магнитной структуры, окружающее также отдельные магниты, и покрытие совокупности магнитных структур.

Предпочтительно по меньшей мере наружный слой покрытия и накладные диски усилены волокнами. Присутствие волокон повышает механическую прочность ротора.

Предпочтительно волокна наружного слоя покрытия и волокна накладных дисков ориентированы в разных направлениях. Накладные диски позволяют улучшить осевое удержание магнитов. Накладные диски из композита редко использовались в известных решениях, так как не выдерживали рассеяния тепла, производимого магнитами.

Поскольку в настоящем изобретении используют множество отдельных магнитов, заменяющих компактный магнит из известного решения, рассеяние тепла является меньшим, и накладные диски можно использовать в качестве средств осевого удержания, причем эти диски предпочтительно заменяют собой средства осевого удержания между магнитами и корпусом ротора, которые могли бы потребовать изменения магнитов или их покрытия для получения дополнительных средств крепления к средствам крепления, выполненным на роторе.

Предпочтительно наружный слой покрытия и накладные диски усилены волокнами, ориентированными в разных направлениях.

Предпочтительно бандаж из композитного материала охватывает в окружном направлении магнитные структуры на внешней периферии упомянутого по меньшей мере одного ротора, при этом наружный слой покрытия покрывает также бандаж.

В случае необходимости, бандаж участвует в радиальном удержании магнитов дополнительно к удержанию, обеспечиваемому наружным слоем покрытия из композита.

Предпочтительно бандаж является частью композитной арматуры, содержащей ступицу, концентричную с центральным валом, при этом между ступицей и бандажом проходят перемычки, при этом каждая перемычка разделяет две смежные магнитные структуры. Этот вариант выполнения является опциональным. Перемычки не обеспечивают или обеспечивают лишь в незначительной степени действие удержания для магнитных структур и в основном служат для соединения бандажа с остальной частью ротора.

Предпочтительно блоки упомянутого по меньшей мере одного статора являются отдельными и имеют, каждый, первую и вторую поверхности, соединенные через толщину, при этом первые четырехугольные поверхности блоков, с одной стороны, и вторые четырехугольные поверхности блоков, с другой стороны, выровнены в соответствующей радиальной плоскости в смонтированном положении упомянутого по меньшей мере одного статора в двигателе или генераторе, при этом обмотки намотаны вокруг толщины.

Предпочтительно блоки упомянутого по меньшей мере одного статора выполнены из железа.

Предпочтительно блоки имеют, каждый, первую и вторую четырехугольные поверхности, соединенные через толщину, при этом первые четырехугольные поверхности блоков, с одной стороны, и вторые четырехугольные поверхности блоков, с другой стороны, линейно совмещены в соответствующей радиальной плоскости в смонтированном положении упомянутого по меньшей мере одного статора в двигателе или генераторе, при этом обмотки намотаны вокруг толщины.

Предпочтительно первые четырехугольные поверхности блоков, с одной стороны, и вторые четырехугольные поверхности блоков, с другой стороны, соответственно установлены встык, при этом блоки образуют венец, концентричный с центральным валом.

Предпочтительно вырез, протягивающийся в радиальной плоскости, окружает толщину каждого блока для размещения обмоток вокруг блока.

Предпочтительно каждый блок образован набором металлических пластин.

Предпочтительно каждый блок имеет проходящее через него центральное резьбовое отверстие, при этом съемное средство крепления соединяет каждый блок индивидуально с опорным венцом, прилегающим к блокам, или каждый блок соединен при помощи стационарных или съемных средств крепления с двумя смежными с ним блоками.

Предпочтительно двигатель или генератор содержит по меньшей мере один ротор, охваченный двумя статорами, при этом оба статора расположены с двух сторон упомянутого по меньшей мере одного ротора.

Предпочтительно двигатель или генератор является двигателем или генератором с осевым магнитным потоком.

Другие отличительные признаки, задачи и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют не ограничительные примеры и на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид в перспективе ротора, вставленного между двумя статорами, при этом ротор и статоры показаны с промежутком между ними и имеют характеристики соответственно ротора и статора, соответствующие электромагнитному двигателю или генератору согласно варианту выполнения настоящего изобретения, при этом магнитные структуры, образующие магнитные полюсы, состоят из отдельных магнитов.

Фиг. 2 - схематичный вид в перспективе статора, являющегося частью электромагнитного двигателя или генератора согласно варианту выполнения настоящего изобретения, при этом один блок четырехугольного сечения показан отдельно от остальной части статора, при этом статор имеет обмотки, намотанные на независимых друг от друга отдельных блоках, когда последние не соединены друг с другом.

Фиг. 3 и 3bis - схематичные виды в перспективе, при этом на фиг.3 представлен вид под углом, отличным от фиг.2, статора, являющегося частью электромагнитного двигателя или генератора согласно варианту выполнения настоящего изобретения, при этом две обмотки показаны отдельно от блоков, на которых соответственно намотаны обмотки, и на фиг.3bis показаны смежные края двух блоков в увеличенном виде.

Фиг. 4 - схематичный вид в перспективе и в разборе электромагнитного двигателя или генератора согласно варианту выполнения настоящего изобретения, при этом ротор содержит композитную арматуру, включающую в себя внутреннюю ступицу и наружный бандаж, соединенные перемычками, разделяющими магнитные структуры, содержащие множество отдельных магнитов и образующие магнитные полюсы относительно друг друга.

Фигуры представлены в качестве примеров и не ограничивают изобретение. Они представляют собой принципиальные схематичные виды, предназначенные для облегчения понимания изобретения и не обязательно соответствующие масштабам практических устройств. В частности, размеры различных деталей не соответствуют реальной действительности.

Представленное на всех фигурах настоящее изобретение касается электромагнитного двигателя или генератора, содержащего по меньшей мере один ротор 3 и по меньшей мере один статор 1, 2. Ротор 3 или каждый ротор 3 содержит постоянные магниты 12 и вращается вокруг центрального вала, тогда как статор или статоры, предпочтительно два статора 1, 2 расположены с двух сторон от ротора 3 и содержат обмотки 5.

На фиг.1 показан ротор 3, охваченный двумя статорами 1, 2, при этом оба статора 1, 2 расположены с двух сторон от упомянутого по меньшей мере одного ротора 3. Однако это не является ограничительным признаком изобретения. Предпочтительно двигатель или генератор является двигателем или генератором с осевым потоком.

Как показано на всех фигурах, согласно изобретению, ротор или каждый ротор 3 содержит магнитные структуры 12, образующие магнитные полюсы, при этом каждая магнитная структура 12 состоит из множества отдельных магнитов 15.

Это значит, что магнитные структуры 12 образуют отдельные магнитные полюсы, но каждая магнитная структура 12 содержит при этом множество отдельных магнитов, из которых один отдельный магнит показан на фиг.4 и обозначен позицией 15, причем эта позиция 15 обозначает любой отдельный магнит. Следовательно, существуют несколько магнитных структур 12, но эти магнитные структуры 12 не следует отождествлять с множеством отдельных магнитов 15 в рамках настоящего изобретения.

На фиг.1 показан узел из ротора 3 и двух статоров 1 и 2. На первом статоре видны резьбовые отверстия 7 для крепления каждого блока 4 на опоре в виде диска.

На фиг.2 показан статор с блоком 4, отделенным от других блоков. Только один блок 4 обозначен позицией 4 на фиг.1-3, но все, что касается этого блока 4, действительно для всех других блоков 4, показанных на фиг.1-3. Это же касается и обмотки 5, резьбового отверстия, бокового края 6, первой стороны 8 и выреза 10.

Обмотку 5 выполняют на блоке 4 до сборки, затем вводят в контакт с блоками 4 через их боковые края 6 и удерживают при помощи средств крепления типа винтов, проходящих через резьбовые отверстия 7, или посредством склеивания или сварки первых сторон 8 и/или соответственно вторых сторон, противоположных первым сторонам и не показанных на фиг.2.

На фиг.3, где показан второй статор 2, обмотка выполнена непосредственно в магнитном контуре 9 через вырез 10 посредством пропускания провода между боковыми краями в толщине 11, 11' двух смежных блоков 4. Вырезы 10 двух смежных блоков 4 расположены друг против друга и дополняют друг друга.

На фиг.4 в разборе показан ротор 3 в не ограничительном варианте выполнения, при этом ротор 3 содержит арматуру 18. На этой фиг.4 показан только один отдельный магнит или штифт, обозначенный позицией 15, при этом позиция 12 показана только для одной магнитной структуры, содержащей множество отдельных магнитов 15. Позицией 16 показана смола покрытия для отдельного магнита 15, обеспечивающая также его клеевое крепление. Арматура 18 содержит перемычки, из которых одна обозначена позицией 14, соединяющие ступицу 19 с бандажом 13, и проход для вала вращения обозначен позицией 20. Накладные диски для осевого удержания магнитных структур 12 обозначены позицией 17.

Отдельные магниты 15 могут быть выполнены в виде удлиненных штифтов, длина которых проходит вдоль толщины 11, 11' магнитной структуры 12. Удлиненный штифт может быть цилиндрическим или может иметь форму многогранника с по меньшей мере одной плоской продольной стороной, обращенной к рабочей поверхности магнитной структуры 12, которая является поверхностью, расположенной напротив обмоток 5 в электромагнитном двигателе или генераторе.

Каждый удлиненный штифт имеет линию намагничивания, проходящую приблизительно вдоль его длины, при этом отдельные магниты 15 расположены в магнитной структуре 12 на расстоянии друг от друга, чтобы быть изолированными друг от друга электрически.

Длина каждого штифта может превышать диаметр плоской продольной стороны для цилиндрического штифта или наибольшую диагональ, соединяющую две вершины упомянутой продольной стороны, для штифта в виде многогранника. В случае правильной продольной стороны, такой как шестиугольник, все диагонали являются эквивалентными. Это позволяет, например, вставить каждый отдельный магнит 15 в виде штифта в соответствующее пространство среди полостей сотовой структуры, образующей решетку удержания отдельных магнитов 15.

Кроме того, отношение площади продольной стороны штифта к общей площади рабочей поверхности магнитной структуры 12 может быть очень малым, то есть отдельный магнит занимает очень мало места на общей рабочей поверхности магнитной структуры 12. Это позволяет получить очень большое количество штифтов на продольной стороне штифта.

Каждая магнитная структура 12 может образовать одно целое, будучи покрытой слоем композита. Магнитная структура 12 может иметь форму плитки с многоугольной поверхностью в плоскости, радиальной к центральному валу.

В другом варианте выполнения можно использовать только одну магнитную структуру 12, концентричную с центральным валом, называемую магнитной суперструктурой 12, например, в виде венца, причем эта суперструктура состоит из магнитных структур 12, каждая из которых содержит множество отдельных магнитов 15, при этом магнитные структуры 12 покрыты отдельно слоем покрытия, так же как и вся магнитная суперструктура 12.

Для осевого удержания магнитных структур 12 накладные диски 17 можно расположить в осевом направлении на каждой из противоположных осевых сторон ротора 3. Следовательно, нет необходимости предусматривать средства осевого удержания магнитных структур 12, например, оснащая перемычки 14 средствами осевого удержания, взаимодействующими с дополнительными средствами осевого удержания, выполненными на магнитных структурах 12, поскольку это удержание обеспечивают накладные диски 17.

Накладные диски 17 могут быть выполнены из композитного материала. Накладные диски 17 и магнитные структуры 12 могут быть покрыты наружным слоем покрытия из композита, образующим внешний контур упомянутого по меньшей мере одного ротора 3. Можно выполнить несколько наносимых друг на друга покрытий, например, покрытие отдельных магнитов 15 предпочтительно из клея и/или при помощи решетки из композитного материала, затем покрытие каждой магнитной структуры 12 внутренним слоем покрытия с последующим нанесением наружного покрытия, в случае необходимости, вместе с арматурой 18, которая может быть оснащена бандажом 13, перемычками 14 и ступицей 19, при помощи слоя композита одновременно на магнитные структуры 12 и накладные диски 17.

Статор или статоры 1, 2 содержат концентричные обмотки и включают в себя ряд блоков 4 с обмотками, намотанными вокруг каждого блока 4, при этом блоки 4 соединены между собой. Такие обмотки 5 являются легкими в изготовлении.

Как было указано выше, каждая магнитная структура 12, образующая магнитный полюс, содержит более двадцати отдельных магнитов 15, то есть отдельные магниты 15 являются относительно небольшими по сравнению с магнитной структурой 12 и не могут быть уподоблены магнитной структуре 12. При роторе 3 среднего размера, которым оснащен заявленный электромагнитный двигатель или генератор, отдельные магниты 15 в рамках настоящего изобретения могут иметь размер 4 мм, хотя это и не является ограничительным признаком.

Отдельные магниты 15 могут быть связаны между собой в магнитной структуре 12 смолой 16, которая их разделяет и одновременно удерживает, или каждый из них дополнительно может быть вставлен в соответствующее гнездо, ограниченное одной из ячеек решетки из композита.

Таким образом, магнитная структура 12 может включать в себя по меньшей мере одну решетку с ячейками, каждая из которых ограничивает гнездо или выемку для соответствующего отдельного магнита. Каждое гнездо может иметь внутренние размеры, которые как раз позволяют вставить внутрь него отдельный магнит, оставляя при этом пространство между гнездом и отдельным магнитом, заполняемое усиленной волокнами смолой 16, при этом ячейки выполнены из усиленного волокнами изоляционного материала, и это пространство сведено до минимума для лучшего охвата каждого отдельного магнита.

Это обеспечивает удержание отдельных магнитов 15 в их соответствующем гнезде даже при повышенной скорости перемещения, например, при высокой скорости вращения в случае магнитной структуры или магнитных структур 12, являющихся частью ротора 3, что не является ограничительным признаком. Решетка может быть выполнена в виде сот, что не является ограничительным признаком.

Как было указано выше, магнитные структуры 12 могут быть покрыты индивидуально слоем композита, предпочтительно усиленного волокнами, и в этом случае магнитные структуры 12 расположены непосредственно смежно друг с другом и концентрично с центральным валом упомянутого по меньшей мере одного ротора 3.

В другом варианте выполнения магнитные структуры 12 могут быть расположены концентрично с центральным валом и иметь промежуток между ними, заполняемый участками наружного слоя покрытия или занимаемый перемычкой 14 арматуры 18.

По меньшей мере наружный слой покрытия и накладные диски 17 могут быть усилены волокнами. Это может относиться также к каждому внутреннему слою покрытия, окружающему магнитную структуру 12 индивидуально.

Волокна наружного слоя покрытия и волокна накладных дисков 17 могут быть ориентированы в разных направлениях.

Хотя это и не является ограничением, бандаж 13 из композитного материала может охватывать в окружном направлении магнитные структуры 12 на внешней периферии упомянутого по меньшей мере одного ротора 3, при этом наружный слой покрытия покрывает также бандаж 13. Это обеспечивает радиальное удержание магнитных структур 12.

В частном и опциональном варианте выполнения, показанном на фиг.4, бандаж 13 может быть частью арматуры 18, выполненной из композитного материала, содержащей ступицу 19, концентричную с центральным валом. В этом варианте выполнения перемычки 14 могут проходить между ступицей 19 и бандажом 13, при этом каждая перемычка 14 разделяет две смежные магнитные структуры 12, но не имеет крепежных средств магнитной структуры 12, что упрощает их конструкцию.

Действительно, осевое удержание магнитных структур 12 или магнитной суперструктуры 12 в случае отдельной магнитной структуры 12 обеспечивают накладные диски 17. Что касается радиального удержания магнитных структур 12, такое удержание может быть обеспечено бандажом 13. Как правило, удержание магнитных структур 12 или магнитной суперструктуры 12 в окружном, радиальном и осевом направлениях осуществляет наружный слой покрытия.

Таким образом, арматура 18 может иметь форму диска и может быть частично полой и содержать перемычки 14, проходящие по существу радиально или с наклоном в радиальном направлении между внутренним контуром, образующим ступицу 19, ограничивающую внутри проход 20 для вала вращения ротора 3, и наружным бандажом 13, образующим наружный венец арматуры 18.

Перемычки могут быть наклонены относительно вала вращения ротора 3 наподобие лопастей воздушного винта и могут иметь ширину, увеличивающуюся по мере удаления от центра опоры.

В этом варианте выполнения арматура 18 может быть закрыта по меньшей мере с одной стороны накладным диском 17, выполняющим роль средств осевого удержания отдельных магнитов 15 и упрочнения ротора 3. Это можно осуществить на двух противоположных сторонах при помощи соответствующего накладного диска 17.

Как показано, в частности, на фиг.2, блоки 4 статора 1, 2 могут иметь, каждый, первую и вторую противоположные поверхности 8, соединенные через толщину 11, 11'. Эти первые и вторые поверхности 8 могут быть четырехугольными, и в каждой поверхности закругленная внутренняя сторона, ближайшая к валу удержания ротора 3, является меньшей, чем закругленная наружная сторона.

Первые четырехугольные поверхности 8 блоков 4, с одной стороны, и вторые четырехугольные поверхности блоков 4, с другой стороны, могут быть линейно совмещены в соответствующей радиальной плоскости в смонтированном положении статора 1, 2 в двигателе или генераторе, при этом обмотки 5 намотаны вокруг толщины 11, 11' каждого блока 4. Блоки 4 могут быть выполнены из железа или могут содержать железо.

Каждый из блоков 4 может иметь первую и вторую четырехугольные поверхности 8, соединенные через толщину 11, 11', как показано на фиг.3bis. Как показано на фиг.2 и 3, первые четырехугольные поверхности 8 блоков 4, с одной стороны, и вторые четырехугольные поверхности блоков 4, с другой стороны, могут быть линейно совмещены в соответствующей радиальной плоскости в смонтированном положении статора 1, 2 в двигателе или генераторе.

В этом случае обмотки 5 могут быть намотаны вокруг толщины 11, 11' каждого блока 4. Весь комплекс образует сплошной венец, при этом один блок 4 является смежным с двумя блоками, распределенными на противоположных сторонах блока 4.

Таким образом, первые четырехугольные поверхности 8, с одной стороны, и вторые четырехугольные поверхности, с другой стороны, соединены встык, при этом блоки 4 образуют венец, концентричный с центральным валом.

Как показано на фиг.3 и 3bis, вырез 10, выполненный в радиальной плоскости, может окружать толщину 11, 11' каждого блока 4 для размещения обмоток 5 вокруг блока 4. Этот вырез 10 может располагаться вокруг блока 4 в центральном участке его толщины 11, 11'. Каждый блок 4 может быть образован набором металлических пластин.

Можно применять два альтернативных варианта крепления блоков 4. В первом варианте, показанном на фиг.1 и 2, каждый блок 4 может иметь проходящее через него центральное резьбовое отверстие 7, при этом съемное средство крепления соединяет каждый блок 4 индивидуально с опорным венцом, прилегающим к блокам 4.

Во втором варианте, не показанном на фигурах, каждый блок 4 может быть соединен при помощи стационарных или съемных средств крепления с двумя смежными с ним блоками 4. Это соединение можно произвести при помощи клея, сварки или с использованием механических крепежных средств.

Claims (15)

1. Электромагнитная машина, содержащая по меньшей мере один ротор (3) и по меньшей мере один статор (1, 2), при этом упомянутый по меньшей мере один ротор (3) содержит постоянные магниты (12) и вращается вокруг центрального вала, и упомянутый по меньшей мере один статор (1, 2) содержит обмотки (5), отличающаяся тем, что упомянутый по меньшей мере один ротор (3) содержит магнитные структуры (12), образующие магнитные полюсы, при этом каждая магнитная структура (12) состоит из множества отдельных магнитов (15), при этом на каждой из двух противоположных осевых сторон упомянутого по меньшей мере одного ротора (3) в осевом направлении расположены накладные диски (17), при этом накладные диски (17) выполнены из композитного материала, при этом накладные диски (17) и магнитные структуры (12) покрыты наружным слоем покрытия из композитного покрытия, образующим наружный контур упомянутого по меньшей мере одного ротора (3), и тем, что упомянутый по меньшей мере один статор (1, 2) содержит концентричные обмотки (5), содержащие ряд блоков (4) с обмотками (5), намотанными вокруг каждого блока (4), при этом блоки (4) жестко соединены между собой.

2. Электромагнитная машина по п. 1, в которой каждая магнитная структура (12), образующая магнитный полюс, преимущественно содержит более двадцати отдельных магнитов (15), при этом отдельные магниты (15) соединены разделяющей их смолой (16) или вставлены, каждый, в соответствующее гнездо, ограниченное одной из ячеек решетки.

3. Электромагнитная машина по п. 1 или 2, в которой магнитные структуры (12) индивидуально покрыты внутренним слоем композита, причем магнитные структуры (12) расположены непосредственно смежно друг с другом и концентрично с центральным валом упомянутого по меньшей мере одного ротора (3), или магнитные структуры (12) расположены концентрично с центральным валом и имеют промежуток между ними, заполненный участками наружного слоя покрытия.

4. Электромагнитная машина по предыдущему пункту, в которой по меньшей мере наружный слой покрытия и накладные диски (17) усилены волокнами.

5. Электромагнитная машина по предыдущему пункту, в которой волокна наружного слоя покрытия и волокна накладных дисков (17) ориентированы в разных направлениях.

6. Электромагнитная машина по любому из предыдущих пунктов, в которой бандаж (13), выполненный из композитного материала, охватывает в окружном направлении магнитные структуры (12) на внешней периферии упомянутого по меньшей мере одного ротора (3), при этом наружный слой покрытия также покрывает бандаж (13).

7. Электромагнитная машина по предыдущему пункту, в которой бандаж (13) является частью арматуры (18), выполненной из композитного материала, содержащей ступицу (19), концентричную с центральным валом, при этом между ступицей (19) и бандажом (13) проходят перемычки (14), при этом каждая перемычка (14) разделяет две смежные магнитные структуры (12).

8. Электромагнитная машина по любому из предыдущих пунктов, в которой блоки (4) упомянутого по меньшей мере одного статора (1, 2) выполнены из железа.

9. Электромагнитная машина по предыдущему пункту, в которой блоки (4) имеют, каждый, первую и вторую четырехугольные поверхности (8), соединенные посредством толщины (11, 11'), при этом первые четырехугольные поверхности (8) блоков (4), с одной стороны, и вторые четырехугольные поверхности блоков (4), с другой стороны, выровнены в соответствующей радиальной плоскости в собранном положении упомянутого по меньшей мере одного статора (1, 2) в электромагнитной машине, при этом обмотки (5) намотаны вокруг толщины (11, 11').

10. Электромагнитная машина по предыдущему пункту, в которой первые четырехугольные поверхности (8), с одной стороны, и вторые четырехугольные поверхности, с другой стороны, соответственно установлены встык, при этом блоки (4) образуют венец, концентричный с центральным валом.

11. Электромагнитная машина по любому из трех предыдущих пунктов, в которой вырез (10), протягивающийся в радиальной плоскости, окружает толщину (11, 11') каждого блока (4) для размещения обмоток (5) вокруг блока (4).

12. Электромагнитная машина по любому из четырех предыдущих пунктов, в которой каждый блок (4) образован набором металлических пластин.

13. Электромагнитная машина по любому из пяти предыдущих пунктов, в которой каждый блок (4) имеет проходящее через него центральное внутреннее резьбовое отверстие (7), при этом съемное средство крепления соединяет каждый блок (4) индивидуально с опорным венцом, прилегающим к блокам (4), или каждый блок (4) жестко соединен посредством стационарных или съемных средств крепления с двумя смежными с ним блоками (4).

14. Электромагнитная машина по любому из предыдущих пунктов, содержащая по меньшей мере один ротор (3), охваченный двумя статорами (1, 2), при этом оба статора (1, 2) вмещают упомянутый по меньшей мере один ротор (3) между собой.

15. Электромагнитная машина по предыдущему пункту, которая является двигателем или генератором с осевым магнитным потоком.