RU94390U1

RU94390U1 - ELECTRIC MACHINE

Info

Publication number: RU94390U1
Application number: RU2009140246/22U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Фёдорович Афанасьев; Татьяна Владимировна Афанасьева
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2010-05-20

Abstract

1. Электрическая машина, содержащая экранированный статор с кольцеобразным рядом обмоток, ротор с осью, диск ротора с кольцеобразным рядом кольцевых постоянных магнитов, отличающаяся тем, что кольцеобразный ряд кольцевых постоянных магнитов выполнен из кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью и кольцевых постоянных магнитов с радиальной намагниченностью, размещенных по окружности диска ротора из немагнитного материала, чередующихся между собой, а кольцевые постоянные магниты с осевой намагниченностью расположены навстречу друг другу одноименными полюсами с зазорами, в каждом из которых с зазорами размещены кольцевые постоянные магниты с радиальной намагниченностью, причем между северными полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью размещены кольцевые постоянные магниты с радиальной намагниченностью, северные полюсы которых находятся на внешней образующей этих кольцевых постоянных магнитов, а в зазорах между южными полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью размещены кольцевые постоянные магниты с радиальной намагниченностью, на внешней образующей которых находятся южные полюсы, статорные обмотки имеют в развернутом виде в плане форму равнобедренной трапеции, огибающей боковыми сторонами полуокружности кольцевых постоянных магнитов, а большая и малая стороны каждой статорной обмотки имеют длину, обеспечивающую расположение боковых сторон, огибающие кольцевые постоянные магниты, над двумя соседними зазорами между кольцевыми постоянными магнитами с осевой намагниченностью на их середине и над кольцевыми постоянными магнитами 1. An electric machine comprising a shielded stator with an annular row of windings, a rotor with an axis, a rotor disk with an annular row of ring permanent magnets, characterized in that the ring-shaped series of ring permanent magnets is made of ring permanent magnets with axial magnetization and ring permanent magnets with radial magnetization placed around the circumference of the rotor disk of non-magnetic material, alternating between each other, and ring permanent magnets with axial magnetization are located on I rub each other with poles of the same name with gaps, in each of which ring-shaped permanent magnets with radial magnetization are placed with gaps, and ring-shaped permanent magnets with radial magnetization are placed between the north poles of ring permanent magnets with axial magnetization, the north poles of which are located on the outer generatrix of these ring magnets, and in the gaps between the south poles of the ring permanent magnets with axial magnetization placed ring permanent magnets with p adial magnetization, on the outer generatrix of which there are south poles, the stator windings are expanded in plan view in the form of an isosceles trapezoid, enveloping the sides of the semicircle of the ring permanent magnets, and the large and small sides of each stator winding have a length that ensures the location of the sides, the envelopes of the ring constant magnets, over two adjacent gaps between annular permanent magnets with axial magnetization in their middle and above annular permanent magnets

Description

Полезная модель относится к преобразователям нетрадиционных источников энергии, предназначена для использования в энергетике, машиностроении, в стационарных и мобильных энергетических установках.The utility model relates to converters of unconventional energy sources, is intended for use in energy, engineering, in stationary and mobile power plants.

Известно устройство, работающее как двигатель, генератор или комбинированный двигатель-генератор, содержащее кольцеобразный ряд обмоток статора и соответствующий кольцеобразный ряд постоянных магнитов ротора. В известном устройстве обмотки статора размещены на железных сердечниках из листов или прессованного порошка железа, а, нераспределенные в пазах, сердечники с обмотками чередуются с железными сердечниками без обмоток (см. патент 2234788 С2, опубликованный 25.05.2000), прототип.A device is known that operates as an engine, generator or a combined engine-generator, comprising an annular row of stator windings and a corresponding annular row of permanent rotor magnets. In the known device, the stator windings are placed on iron cores made of sheets or pressed iron powder, and, unallocated in the grooves, the cores with windings alternate with iron cores without windings (see patent 2234788 C2, published on 05.25.2000), prototype.

Недостатком прототипа является низкий КПД преобразования энергии, обусловленный потерями механической мощности на преодоление сил притяжения постоянных магнитов якоря с сердечниками статорных обмоток для генераторов, и аналогичными потерями электрической энергии в двигателях при смещении якоря от нейтрального положения, когда силы притяжения между постоянными магнитами ротора с сердечниками обмоток статора, кроме радиальных составляющих, будут иметь тангенциальные составляющие, на преодоление которых затрачивается определенная энергия.The disadvantage of the prototype is the low efficiency of energy conversion, due to the loss of mechanical power to overcome the attractive forces of the permanent magnets of the armature with the cores of the stator windings for generators, and similar losses of electrical energy in the motors when the armature is offset from the neutral position, when the attractive forces between the permanent magnets of the rotor with the cores of the windings the stator, in addition to the radial components, will have tangential components, the overcoming of which takes a certain energy.

Технический результат заключается в повышении КПД преобразования энергии за счет уменьшения потребляемой мощности преобразователя, как в режиме генерации электрической энергии, так и в режиме двигателя, а так же в уменьшении веса, уменьшении металлоемкости за счет использования обмоток статора без железных сердечников и повышении интенсивности магнитных потоков путем комбинирования системы постоянных магнитов.The technical result consists in increasing the efficiency of energy conversion by reducing the power consumption of the converter, both in electric power generation mode and in motor mode, as well as in reducing weight, reducing metal consumption by using stator windings without iron cores and increasing magnetic flux intensity by combining a permanent magnet system.

Технический результат достигается тем, что электрическая машина содержит экранированный статор с кольцеобразным рядом обмоток, ротор с осью, диск ротора с кольцеобразным рядом кольцевых постоянных магнитов.The technical result is achieved in that the electric machine comprises a shielded stator with an annular row of windings, a rotor with an axis, a rotor disk with an annular row of ring permanent magnets.

Особенностью является то, что кольцевой ряд кольцевых постоянных магнитов выполнен из кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью и кольцевых постоянных магнитов с радиальной намагниченностью, размещенных по окружности диска ротора из немагнитного материала, чередующихся между собой, а кольцевые постоянные магниты с осевой намагниченностью расположены навстречу друг другу одноименными полюсами с зазорами, в каждом из которых с зазорами размещены кольцевые постоянные магниты с радиальной намагниченностью, причем между северными полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью размещены кольцевые постоянные магниты с радиальной намагниченностью, северные полюсы которых находятся на внешней образующей этих кольцевых постоянных магнитов, а в зазорах между южными полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью размещены кольцевые постоянные магниты с радиальной намагниченностью, на внешней образующей которых находятся южные полюсы, статорные обмотки имеют в развернутом виде в плане форму равнобедренной трапеции, огибающей боковыми сторонами полуокружности кольцевых постоянных магнитов, а большая и малая стороны каждой статорной обмотки имеют длину, обеспечивающую расположение боковых сторон, огибающие кольцевые постоянные магниты, над двумя соседними зазорами между кольцевыми постоянными магнитами с осевой намагниченностью на их середине и над кольцевыми постоянными магнитами с радиальной намагниченностью, при этом экран, выполненный в виде двух одинаковых кольцеобразных пластин из магнитомягкого железа симметрично облегает статорные обмотки с внешних сторон корпуса. Между статорными обмотками, размещенными в пазах двух профилированных сопрягающихся половин корпуса статора, и кольцевыми постоянными магнитами имеется зазор с минимальной величиной, обеспечивающей прохождение кольцеобразного ряда кольцевых постоянных магнитов без касания статорных обмоток и корпуса статора. Между составляющими корпуса со статорными обмотками со стороны оси ротора имеется зазор, обеспечивающий свободное размещение способного свободно вращаться диска ротора. Относительные размеры упомянутых элементов ротора находятся в следующих пределах: длина каждого кольцевого постоянного магнита с осевой намагниченностью составляет (0,2÷0,4) от его внешнего диаметра; длина каждого кольцевого постоянного магнита с радиальной намагниченностью составляет (0,1÷0,15) от его внешнего диаметра; величина зазора между кольцевыми постоянными магнитами с осевой намагниченностью не более 1,5 от длины каждого из них, а ширина намотки каждой статорной обмотки не должна превышать величины зазора между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью.The peculiarity is that the annular row of annular permanent magnets is made of annular permanent magnets with axial magnetization and annular permanent magnets with radial magnetization, arranged around the circumference of the rotor disk of non-magnetic material, alternating between each other, and annular permanent magnets with axial magnetization are located opposite each other poles of the same name with gaps, in each of which annular permanent magnets with radial magnetization are placed with gaps, and between the north poles of the ring permanent permanent magnets with axial magnetization are the ring permanent magnets with radial magnetization, the north poles of which are located on the outer generatrix of these ring permanent magnets, and the gaps between the south poles of the ring permanent magnets with axial magnetization are the ring permanent magnets with the outer magnetization the generatrix of which are the south poles, the stator windings are in the expanded form in plan in the form of an isosceles trapezoid, about and the sides of the semicircle of the ring permanent magnets, and the large and small sides of each stator winding have a length that provides the location of the sides, the envelope of the ring permanent magnets, over two adjacent gaps between the ring permanent magnets with axial magnetization in their middle and above the ring permanent magnets with a radial magnetization, while a screen made in the form of two identical ring-shaped plates of soft magnetic iron symmetrically surrounds the stator coils webs on the outside of the case. Between the stator windings located in the grooves of the two profiled mating halves of the stator housing, and the ring permanent magnets there is a gap with a minimum value that allows the passage of the ring-shaped series of ring permanent magnets without touching the stator windings and the stator housing. Between the components of the housing with stator windings on the side of the rotor axis there is a gap that provides free placement of the rotor disk that can rotate freely. The relative dimensions of the mentioned rotor elements are in the following limits: the length of each annular permanent magnet with axial magnetization is (0.2 ÷ 0.4) of its outer diameter; the length of each annular permanent magnet with radial magnetization is (0.1 ÷ 0.15) of its outer diameter; the gap between the ring permanent magnets with an axial magnetization of not more than 1.5 of the length of each of them, and the width of the winding of each stator winding should not exceed the gap between the same poles of the ring permanent magnets with axial magnetization.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - схематически показано взаимное расположение кольцевого ряда кольцевых постоянных магнитов и кольцеобразного ряда обмоток; на фиг.2 - показана форма обмоток и их взаимное расположение; на фиг.3 - показана часть корпуса в разрезе; на фиг.4 - схематическое изображение визуализированных силовых магнитных линий кольцевых постоянных магнитов, пересекающих витки обмоток.The essence of the utility model is illustrated by graphic materials, which depict: figure 1 - schematically shows the relative position of the annular row of ring permanent magnets and the ring-shaped row of windings; figure 2 - shows the shape of the windings and their relative position; figure 3 - shows a part of the housing in the context; figure 4 is a schematic representation of the visualized magnetic field lines of permanent magnets crossing the windings.

Электрическая машина (фиг.1) содержит ротор с осью 1, диск 2 ротора из немагнитного материала, закрепленный на оси 1, по периферии диска 2 закреплен кольцеобразный ряд кольцевых постоянных магнитов 3, 4, 5. Кольцевые постоянные магниты 3 с осевой намагниченностью расположены навстречу друг другу одноименными полюсами с зазорами ΔM1, в каждом из которых с зазорами ΔМ2, размещены кольцевые постоянные магниты 4, 5 с радиальной намагниченностью. Между северными полюсами кольцевых постоянных магнитов 3 с осевой намагниченностью размещены кольцевые постоянные магниты 4 с радиальной намагниченностью, северные полюсы которых находятся на внешней образующей этих кольцевых постоянных магнитов 4, а в зазорах ΔМ1 между южными полюсами кольцевых постоянных магнитов 3 с осевой намагниченностью размещены кольцевые постоянные магниты 5 с радиальной намагниченностью, на внешней образующей которых находятся южные полюсы. Статорные обмотки 6, 7 имеют в развернутом виде в плане форму равнобедренной трапеции, огибающей боковыми сторонами АВС и DEF (см. фиг.2) полуокружности кольцевых постоянных магнитов 3, 4, 5, а большая и малая стороны AD и CF каждой статорной обмотки 6, 7 имеют длину, обеспечивающую расположения боковых сторон АВС и DEF, огибающих кольцевые постоянные магниты 3, 4, 5 над двумя соседними зазорами ΔМ1 между кольцевыми постоянными магнитами 3 с осевой намагниченностью по их середине и над кольцевыми постоянными магнитами 4, 5 с радиальной намагниченностью. Экран, выполненный из двух одинаковых кольцеобразных пластин 8, 9 (см. фиг.3) из магнитомягкого железа симметрично облегает статорные обмотки 6, 7 с внешних сторон корпуса статора 10, состоящего из двух симметричных профилированных сопрягающихся половин. Между статорными обмотками 6, 7, размещенные в пазах двух профилированных сопрягающихся половин корпуса статора 10 и кольцевыми магнитами 3, 4, 5 имеется зазор δ1 с минимальной величиной, обеспечивающий прохождение кольцеобразного ряда кольцевых постоянных магнитов 3, 4, 5 без касания статорных обмоток 6, 7 и корпуса статора 10. Между составляющие корпуса статора 10 со статорными обмотками 6, 7 со стороны оси 1 ротора имеется зазор δ2, обеспечивающий свободное размещение способного вращаться диска 2 ротора. Относительные размеры элементов ротора находятся в следующих пределах: длины L_м1 каждого кольцевого постоянного магнита 3 с осевой намагниченностью составляет (0,2÷0,4) от его внешнего диаметра D_м1; длина L_м2 каждого кольцевого магнита 4, 5 с радиальной намагниченностью составляет (0,1÷0,15) от его внешнего диаметра D_м2; величина зазора ΔM1 между кольцевыми постоянными магнитами 3 с осевой намагниченностью составляет не более 1,5 от длины L_м1 каждого из них, а ширина Δ намотки каждой статорной обмотки 6, 7 не должна превышать величины зазора ΔM1 между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов 3 с осевой намагниченностью.The electric machine (Fig. 1) contains a rotor with an axis 1, a rotor disk 2 of non-magnetic material fixed on an axis 1, an annular row of ring permanent magnets 3, 4, 5 is fixed on the periphery of the disk 2. Ring permanent magnets 3 with axial magnetization are located towards each other with the same poles with gaps ΔM1, in each of which with gaps ΔM2, ring permanent magnets 4, 5 with radial magnetization are placed. Between the north poles of annular permanent magnets 3 with axial magnetization are placed annular permanent magnets 4 with radial magnetization, the north poles of which are on the outer generatrix of these annular permanent magnets 4, and in the gaps ΔM1 between the south poles of annular permanent magnets 3 with axial magnetization there are ring magnets 5 with radial magnetization, on the outer generatrix of which are the south poles. Stator windings 6, 7 have an expanded plan view of the shape of an isosceles trapezoid enveloping the lateral sides of ABC and DEF (see Fig. 2) of the semicircle of ring permanent magnets 3, 4, 5, and the large and small sides of AD and CF of each stator winding 6 , 7 have a length that ensures the location of the lateral sides of ABC and DEF enveloping the annular permanent magnets 3, 4, 5 over two adjacent gaps ΔМ1 between the annular permanent magnets 3 with axial magnetization in their middle and above the annular permanent magnets 4, 5 with radial magnetization. A screen made of two identical ring-shaped plates 8, 9 (see FIG. 3) made of soft magnetic iron symmetrically surrounds the stator windings 6, 7 from the outer sides of the stator housing 10, which consists of two symmetrical shaped mating halves. Between the stator windings 6, 7, placed in the grooves of two profiled mating halves of the stator housing 10 and the ring magnets 3, 4, 5, there is a gap δ1 with a minimum value, which allows the passage of the annular row of ring permanent magnets 3, 4, 5 without touching the stator windings 6, 7 and the stator housing 10. Between the components of the stator housing 10 with the stator windings 6, 7 from the side of the axis 1 of the rotor there is a gap δ2, which provides free placement of the rotor disk 2 rotatable. The relative sizes of the rotor elements are in the following limits: length L _{m1 of} each annular permanent magnet 3 with axial magnetization is (0.2 ÷ 0.4) of its outer diameter D _m1 ; the length L _{m2 of} each ring magnet 4, 5 with a radial magnetization is (0.1 ÷ 0.15) of its outer diameter D _m2 ; the gap ΔM1 between the ring permanent magnets 3 with axial magnetization is not more than 1.5 of the length L _{m1 of} each of them, and the width Δ of the winding of each stator winding 6, 7 should not exceed the gap ΔM1 between the same poles of the ring permanent magnets 3 with axial magnetization.

Отсутствие железных сердечников у обмоток статора облегчает конструкцию машины и ее вес. За счет размещения между кольцевыми постоянными магнитами 3 с осевой намагниченностью, их встречного размещения и установкой между ними кольцевых постоянных магнитов 4, 5 с радиальной намагниченностью достигается высокая концентрация магнитного поля (см. фиг.4) в область статорных обмоток 6, 7, что приводит к повышению КПД преобразователя энергии, а отсутствие неоднородностей магнитопроводов экрана по окружности диска 2 ротора не вызывает появления тангенциальных составляющих сил притяжения между кольцевыми постоянными магнитами 3, 4, 5 и экраном что в свою очередь приведет к уменьшению затрат энергии на вращение ротора. Все это справедливо как для режима генератора, так и для режима электрического двигателя.The absence of iron cores in the stator windings facilitates the design of the machine and its weight. Due to the placement between the ring permanent magnets 3 with axial magnetization, their opposite placement and the installation between them of the ring permanent magnets 4, 5 with radial magnetization, a high concentration of the magnetic field is achieved (see Fig. 4) in the region of the stator windings 6, 7, which leads to increase the efficiency of the energy converter, and the absence of inhomogeneities of the screen magnetic circuits around the circumference of the rotor disk 2 does not cause the appearance of tangential components of the attractive forces between the ring permanent magnets 3, 4, 5 and crane, which in turn will lead to a reduction in energy costs for the rotation of the rotor. All this is true both for the generator mode and for the electric motor mode.

Claims

1. An electric machine comprising a shielded stator with an annular row of windings, a rotor with an axis, a rotor disk with an annular row of ring permanent magnets, characterized in that the ring-shaped series of ring permanent magnets is made of ring permanent magnets with axial magnetization and ring permanent magnets with radial magnetization placed around the circumference of the rotor disk of non-magnetic material, alternating between each other, and ring permanent magnets with axial magnetization are located on I rub each other with poles of the same name with gaps, in each of which ring-shaped permanent magnets with radial magnetization are placed with gaps, and ring-shaped permanent magnets with radial magnetization are placed between the north poles of ring permanent magnets with axial magnetization, the north poles of which are located on the outer generatrix of these ring magnets, and in the gaps between the south poles of the ring permanent magnets with axial magnetization placed ring permanent magnets with p by adial magnetization, on the outer generatrix of which there are south poles, the stator windings are expanded in plan view in the form of an isosceles trapezoid, enveloping the sides of the semicircle of the ring permanent magnets, and the large and small sides of each stator winding have a length that ensures the location of the sides, the envelopes of the ring constant magnets, over two adjacent gaps between annular permanent magnets with axial magnetization in their middle and above annular permanent magnets radial magnetization, wherein the screen is configured in the form of two identical annular plates of soft iron stator windings symmetrically fits on the outer sides of the housing.

2. The electric machine according to claim 1, characterized in that between the stator windings located in the grooves of the two profiled mating halves of the stator housing and the ring permanent magnets there is a gap with a minimum value allowing passage of the ring-shaped series of ring permanent magnets without touching the stator windings and the housing stator.

3. The electric machine according to claim 1, characterized in that there is a gap between the components of the housing with stator windings on the rotor axis side, which provides free placement of the rotor disk that can rotate freely.

4. The electric machine according to claim 1, characterized in that the relative dimensions of the said rotor elements are in the following limits: the length of each annular permanent magnet with axial magnetization is 0.2 ÷ 0.4 from its outer diameter; the length of each annular permanent magnet with a radial magnetization is 0.1 ÷ 0.15 of its outer diameter; the gap between the ring permanent magnets with an axial magnetization of not more than 1.5 of the length of each of them, and the width of the winding of each stator winding should not exceed the gap between the same poles of the ring permanent magnets with axial magnetization.