RU96294U1 - ASYMMETRIC PULSE MOTOR - Google Patents

ASYMMETRIC PULSE MOTOR Download PDF

Info

Publication number
RU96294U1
RU96294U1 RU2009139147/22U RU2009139147U RU96294U1 RU 96294 U1 RU96294 U1 RU 96294U1 RU 2009139147/22 U RU2009139147/22 U RU 2009139147/22U RU 2009139147 U RU2009139147 U RU 2009139147U RU 96294 U1 RU96294 U1 RU 96294U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electric motor
electromagnets
stator
electromagnet
rotor
Prior art date
Application number
RU2009139147/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Васильевич Шкондин
Original Assignee
Василий Васильевич Шкондин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Василий Васильевич Шкондин filed Critical Василий Васильевич Шкондин
Priority to RU2009139147/22U priority Critical patent/RU96294U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU96294U1 publication Critical patent/RU96294U1/en

Links

Landscapes

  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

1. Электродвигатель, содержащий: статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество n постоянных магнитов с одинаковым шагом, при этом n удовлетворяет соотношению n=10+4k, где k - целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.; ротор, отделенный от статора воздушным промежутком и несущий четное число электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга, каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки; распределительный коллектор, закрепленный на корпусе статора и имеющий расположенные по окружности токопроводящие пластины, соединенные с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделенные диэлектрическими промежутками; токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора, каждый из токосъемников подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов; где выводы обмоток диаметрально противоположных электромагнитов соединены друг с другом независимо от остальных так, что начало обмотки одного электромагнита соединено с концом обмотки другого электромагнита. ! 2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что количество электромагнитов ротора m удовлетворяет соотношению m=4+2L, где L - любое целое число, удовлетворяющее условию 0≤L≤k. ! 3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что число витков в обмотках каждой из катушек электромагнитов рассчитывается по формуле N=1/2(k/S)∙V, где S - площадь поперечного сечения зубца электромагнита, см2, k - коэффициент трансформации, V - напряжение источника питания, В; причем k принимает любое значение из ряда 12, 14, 16. ! 4. Электродвигатель по п.1, отлич 1. An electric motor comprising: a stator with a circular magnetic circuit, on which an even number n of permanent magnets with the same pitch is fixed, n satisfies the relation n = 10 + 4k, where k is an integer that takes values 0, 1, 2, 3 and etc .; a rotor separated from the stator by an air gap and carrying an even number of electromagnets located in pairs opposite each other, each of the electromagnets has two coils with a successively opposite direction of the winding; a distribution collector mounted on the stator housing and having conductive plates arranged around the circumference connected to alternating polarity with a constant current source and separated by dielectric gaps; current collectors installed with the possibility of contact with the collector plates, each of the current collectors is connected to the terminal of the same name windings of the respective electromagnets; where the conclusions of the windings of diametrically opposite electromagnets are connected to each other independently of the others so that the start of the winding of one electromagnet is connected to the end of the winding of another electromagnet. ! 2. The electric motor according to claim 1, characterized in that the number of electromagnets of the rotor m satisfies the relation m = 4 + 2L, where L is any integer satisfying the condition 0≤L≤k. ! 3. The electric motor according to claim 1, characterized in that the number of turns in the windings of each of the coils of the electromagnets is calculated by the formula N = 1/2 (k / S) ∙ V, where S is the cross-sectional area of the tooth of the electromagnet, cm2, k is the coefficient transformation, V is the voltage of the power source, V; and k takes any value from a number of 12, 14, 16.! 4. The electric motor according to claim 1, excellent

Description

Полезная модель относится к области электродвигателей постоянного тока, в частности безредукторным коллекторным электродвигателям низкого напряжения, и может быть использована в качестве мотор-колес в транспортных средствах: электроприводных велосипедах, скутерах, мотоциклах, электро-автомобилях и т.д., а также в иных областях техники.The utility model relates to the field of DC motors, in particular direct-drive collector low-voltage electric motors, and can be used as motor wheels in vehicles: electric bicycles, scooters, motorcycles, electric cars, etc., as well as in other areas of technology.

Наиболее перспективными для развития транспорта являются безредукторные мотор-колеса, у которых вращение колеса вызывается непосредственно электромагнитным взаимодействием магнитных систем ротора и статора. Такие двигатели экологически чистые, экономичные, просты и удобны в эксплуатации. Известно мотор-колесо, содержащее обод, и ось со встроенным асинхронным электродвигателем (SU 628008 А, 15.10.1978). Электродвигатель выполнен в виде дисковой асинхронной электромашины, статор которой с магнитопроводом, обмотками и токопроводом закреплен на неподвижной оси колеса, а ротор с короткозамкнутой обмоткой и магнитопроводами, размещенными с двух сторон статора, образуют колесо, выполненное с возможностью вращения. Такая конструкция мотор-колеса обеспечивает большую надежность за счет отсутствия механического редуктора и имеет улучшенное по сравнению с традиционной конструкцией охлаждение, за счет радиальных каналов, омываемых охлаждающей средой. Однако использование такого элемента как асинхронный двигатель приводит к высокому тепловыделению, требует сложной системы управления и высоковольтных источников питания. Кроме того, такой мотор-колесо не имеет перспективы рекуперации электроэнергии, как при движении, так и при торможении транспортного средства.The most promising for the development of transport are gearless motor wheels, in which the rotation of the wheel is caused directly by the electromagnetic interaction of the magnetic systems of the rotor and stator. Such engines are environmentally friendly, economical, simple and easy to operate. Known motor wheel containing a rim, and an axis with a built-in induction motor (SU 628008 A, 10/15/1978). The electric motor is made in the form of a disk asynchronous electric machine, the stator of which with a magnetic circuit, windings and a current path is fixed to the fixed axis of the wheel, and a rotor with a short-circuited winding and magnetic circuits placed on both sides of the stator form a wheel made for rotation. This design of the motor-wheel provides greater reliability due to the absence of a mechanical gearbox and has improved cooling compared to the traditional design due to radial channels washed by the cooling medium. However, the use of such an element as an induction motor leads to high heat generation, requires a complex control system and high-voltage power sources. In addition, such a motor-wheel has no prospect of energy recovery, both when driving and when braking a vehicle.

Известен встроенный электродвигатель (WO 93/08999 А1, 13.05.93), содержащий две основные части: неподвижный статор, закрепленный на оси и имеющий магнитопровод с постоянными магнитами, размещенными равномерно; и подвижный ротор, несущий обод и содержащий по крайней мере две группы электромагнитов, а также распределительный коллектор, закрепленный на статоре и имеющий токопроводящие пластины, соединенные с источником постоянного тока. На роторе закреплены токосъемники, имеющие электрический контакт с пластинами распределительного коллектора.A built-in electric motor is known (WO 93/08999 A1, 05/13/93), comprising two main parts: a fixed stator fixed on an axis and having a magnetic circuit with permanent magnets arranged uniformly; and a movable rotor bearing a rim and containing at least two groups of electromagnets, as well as a distribution manifold mounted on a stator and having conductive plates connected to a direct current source. On the rotor are fixed current collectors having electrical contact with the plates of the distribution manifold.

Указанное мотор-колесо имеет различные модификации и варианты исполнения (US 6384496 В1, 07.05.2002; US 6617746 В1, 09.09.2003; RU 2129965 С1, 10.05.1999; RU 2172261 С1, 20.08.2001). К преимуществам такого устройства относятся: отсутствие редуктора, использование низковольтных источников питания, отсутствие дополнительных электронных схем, возможность рекуперции энергии, небольшие габариты и вес. Комбинирование основных элементов мотор-колеса с дополнительными устройствами позволяет создавать аналогичные по принципу работы и обладающие указанными преимуществами мотор-колеса.The specified motor wheel has various modifications and options (US 6384496 B1, 05/07/2002; US 6617746 B1, 09/09/2003; RU 2129965 C1, 05/10/1999; RU 2172261 C1, 08/20/2001). The advantages of such a device include: the absence of a gearbox, the use of low-voltage power sources, the absence of additional electronic circuits, the possibility of energy recovery, small dimensions and weight. The combination of the main elements of the motor-wheel with additional devices allows you to create similar in principle to the work and having the indicated advantages of the motor-wheel.

Однако описанное мотор-колесо и его разновидности имеют ряд недостатков, главный из которых заключается в необходимости больших пусковых и переходных токов при трогании и ускорении транспортного средства. Это приводит к быстрому износу и порче аккумуляторов и ухудшению теплового режима. Другим недостатком является недостаточно эффективное возвращение и использование электроэнергии. Также названные электродвигатели имеют низкий крутящий момент, что существенно ограничивает область их практического использования.However, the described motor wheel and its varieties have a number of disadvantages, the main of which is the need for high starting and transient currents when starting and accelerating the vehicle. This leads to rapid wear and deterioration of the batteries and the deterioration of the thermal regime. Another disadvantage is the inefficient return and use of electricity. Also called electric motors have low torque, which significantly limits the scope of their practical use.

Известные технические решения, направленные на устранение указанных недостатков, связаны с применением высоковольтных источников питания и сложных схем управления, что делает их дорогостоящими и малонадежными в эксплуатации (US 6791226 В1, 14.09.2004; US 6727668 В1, 27.04.2004; US 6355996 В1, 12.03.2002).Known technical solutions aimed at eliminating these shortcomings are associated with the use of high-voltage power supplies and complex control circuits, which makes them expensive and unreliable in operation (US 6791226 B1, 09/14/2004; US 6727668 B1, 04/27/2004; US 6355996 B1, 03/12/2002).

Для улучшения эксплуатационно-технических характеристик электродвигателя при сохранении относительной простоты конструкции и надежности был предложен импульсно-инерционный электродвигатель (RU 2285997, 20.10.2006).To improve the operational and technical characteristics of the electric motor while maintaining the relative simplicity of design and reliability, a pulse-inertial electric motor was proposed (RU 2285997, 10.20.2006).

Такой двигатель содержит: статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов с одинаковым шагом. Ротор электродвигателя отделен от статора воздушным промежутком, и несет четное число электромагнитов, которые расположены попарно напротив друг друга. Распределительный коллектор закреплен на корпусе статора и имеет расположенные по окружности токопроводящие пластины, соединенные с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделенные диэлектрическими промежутками. Токосъемники установлены с возможностью контакта с пластинами коллектора, причем каждый из токосъемников подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов.Such an engine contains: a stator with a circular magnetic circuit, on which an even number of permanent magnets with the same pitch is fixed. The rotor of the electric motor is separated from the stator by an air gap, and carries an even number of electromagnets, which are arranged in pairs opposite each other. The distribution manifold is mounted on the stator housing and has conductive plates located around the circumference connected to alternating polarity with a constant current source and separated by dielectric gaps. Current collectors are installed with the possibility of contact with the collector plates, and each of the current collectors is connected to the terminal of the same name of the windings of the respective electromagnets.

Каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки, причем обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой. Количество постоянных магнитов статора, равное n, и количество электромагнитов ротора, равное m, подбирают таким образом, чтобы они удовлетворяли соотношениям:Each of the electromagnets has two coils with a successively opposite direction of the winding, and the windings of the coils of adjacent electromagnets are connected in series, and the terminals of the windings of the opposite electromagnets, not connected to the current collectors, are interconnected. The number of permanent stator magnets equal to n, and the number of rotor electromagnets equal to m, are selected so that they satisfy the relations:

n=10+4k, где k - целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.n = 10 + 4k, where k is an integer taking the values 0, 1, 2, 3, etc.

m=4+2L, где L - любое целое число, удовлетворяющее условию 0≤L≤k.m = 4 + 2L, where L is any integer satisfying the condition 0≤L≤k.

Этот электродвигатель показал высокие тяговые, скоростные и другие эксплуатационные характеристики и с успехом применяется на различных транспортных средствах. Однако в процессе эксплуатации были также определены направления для дальнейшего усовершенствования мотор-колеса. Это, прежде всего: увеличение крутящего момента и скорости вращения, упрощение настройки опережения коммутации фаз и в целом увеличение КПД электродвигателя.This electric motor has shown high traction, speed and other operational characteristics and is successfully used on various vehicles. However, during the operation, directions were also identified for further improvement of the motor wheel. This is, first of all: an increase in torque and speed of rotation, simplification of setting the lead time of phase switching and, in general, an increase in the efficiency of the electric motor.

Настоящая полезная модель направлена на увеличение КПД и улучшение прочих эксплуатационно-технических параметров двигателя, при одновременном упрощении монтажа и эксплуатационного обслуживания.This utility model is aimed at increasing efficiency and improving other operational and technical parameters of the engine, while simplifying installation and maintenance.

В качестве ближайшего аналога настоящей полезной модели выбран импульсно-инерционный двигатель. В ассиметричном импульсном электродвигателе в соответствии с полезной моделью сохранен тот же подход к выбору соотношения между количеством постоянных магнитов и электромагнитов, но использована совершенно другая электрическая схема. Кроме того, изменены некоторые геометрические параметры элементов электродвигателя, влияющие на электромагнитные взаимодействия.As the closest analogue of this utility model, a pulse-inertial engine is selected. In the asymmetric pulsed electric motor, in accordance with the utility model, the same approach to choosing the ratio between the number of permanent magnets and electromagnets is preserved, but a completely different electrical circuit is used. In addition, some geometric parameters of the electric motor elements have been changed, affecting electromagnetic interactions.

Ассиметричный импульсный электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящей полезной моделью, включает:An asymmetric pulse motor made in accordance with this utility model includes:

- статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов с одинаковым шагом;- a stator with a circular magnetic circuit, on which an even number of permanent magnets with the same pitch is fixed;

- ротор, отделенный от статора воздушным промежутком, и несущий четное число электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга;- a rotor separated from the stator by an air gap and carrying an even number of electromagnets located in pairs opposite each other;

- распределительный коллектор, закрепленный на корпусе статора и имеющий расположенные по окружности токопроводящие пластины, соединенные с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделенные диэлектрическими промежутками;- a distribution collector mounted on the stator housing and having conductive plates arranged around the circumference, connected by alternating polarity with a constant current source and separated by dielectric gaps;

- токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора.- current collectors installed with the possibility of contact with the collector plates.

Количество постоянных магнитов n удовлетворяет соотношению:The number of permanent magnets n satisfies the relation:

n=10+4k, где k - целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.n = 10 + 4k, where k is an integer taking the values 0, 1, 2, 3, etc.

При этом количество электромагнитов ротора m обычно удовлетворяет соотношению m=4+2L, где L - любое целое число, удовлетворяющее условию 0≤L≤k. Наиболее часто используемые: n=10, m=4; n=14, m=6; n=18, m=4; n=22, m=4, 6, 8, 10; n=26, m=4, 6, 8, 10, 12 и т.д.The number of rotor electromagnets m usually satisfies the relation m = 4 + 2L, where L is any integer satisfying the condition 0≤L≤k. The most commonly used: n = 10, m = 4; n = 14, m = 6; n = 18, m = 4; n = 22, m = 4, 6, 8, 10; n = 26, m = 4, 6, 8, 10, 12, etc.

Каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки. Количество витков в катушках электромагнитов рассчитывается аналогично правилам расчета трансформаторов по формуле:Each of the electromagnets has two coils with a successively opposite direction of the winding. The number of turns in the coils of electromagnets is calculated similarly to the rules for calculating transformers according to the formula:

N=(k/S)*V, где S - площадь поперечного сечения зубца электромагнита в см2, k - коэффициент трансформации, V напряжения источника питания в вольтах; причем k принимает любое значение из ряда 12, 14, 16.N = (k / S) * V, where S is the cross-sectional area of the tooth of the electromagnet in cm 2 , k is the transformation coefficient, V is the voltage of the power source in volts; and k takes any value from a number of 12, 14, 16.

Диаметрально противоположные электромагниты имеют паралелльно-встречное включение, т.е. выводы обмоток соединены друг с другом независимо от остальных так, что начало обмотки одного электромагнита соединено с концом обмотки другого электромагнита. Каждый из токосъемников подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов. Обычно токосъемники (щетки) устанавливаются по осевым линиям второго зубца, по направлению вращения электромагнита и соединяются с начальным выводом катушки этого зубца.The diametrically opposite electromagnets have a parallel-counter inclusion, i.e. the conclusions of the windings are connected to each other independently of the others so that the beginning of the winding of one electromagnet is connected to the end of the winding of another electromagnet. Each of the current collectors is connected to the terminal of the same name windings of the corresponding electromagnets. Typically, current collectors (brushes) are installed along the axial lines of the second tooth, in the direction of rotation of the electromagnet and connected to the initial output of the coil of this tooth.

Для облегчения процедуры трогания с места и повышения крутящего момента электродвигателя предпочтительно, чтобы зубцы каждого электромагнита были не симметричными. Башмак первого, по направлению вращения ротора, зубца каждого электромагнита увеличен, по сравнению со вторым. Разница в размерах (от 3 до 9 мм) зависит от задаваемых параметров электродвигателя: тяговых свойств, скорости вращения и выходной мощности.In order to facilitate the starting procedure and increase the torque of the electric motor, it is preferable that the teeth of each electromagnet are not symmetrical. The shoe of the first, in the direction of rotation of the rotor, of the tooth of each electromagnet is increased, compared with the second. The difference in size (from 3 to 9 mm) depends on the set parameters of the electric motor: traction properties, rotation speed and power output.

Настоящая полезная модель может быть использована как для электродвигателя однонаправленного вращения, так и для реверсивного электродвигателя, в зависимости от способа подключения электропитания. В первом случае положительные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединяют с положительным полюсом источника постоянного тока, а отрицательные токопроводящие пластины распределительного коллектора при этом замкнуты на корпус электродвигателя.This utility model can be used both for a unidirectional rotation electric motor and for a reversible electric motor, depending on the method of connecting the power supply. In the first case, the positive conductive plates of the distribution manifold are connected to the positive pole of the DC source, and the negative conductive plates of the distribution manifold are closed to the motor housing.

В реверсивном электродвигателе положительные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединяют с положительным полюсом источника постоянного тока, а отрицательные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединяют с отрицательным полюсом источника постоянного тока и изолируют от корпуса электродвигателя. Для изменения направления вращения электродвигателя меняют подключение полюсов источника постоянного тока на противоположное.In a reversible electric motor, the positive conductive plates of the distribution manifold are connected to the positive pole of the direct current source, and the negative conductive plates of the distribution collector are connected to the negative pole of the direct current source and isolated from the motor housing. To change the direction of rotation of the electric motor, the connection of the poles of the DC source is reversed.

Конструктивно электродвигатель может быть выполнен так, что ротор будет расположен с внешней стороны статора или ротор будет расположен внутри статора. Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами:Structurally, the electric motor can be designed so that the rotor will be located on the outside of the stator or the rotor will be located inside the stator. The essence of the utility model is illustrated by the following drawings:

На Фиг.1 изображена схема электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящей полезной моделью, у которого статор электродвигателя расположен внутри ротора;Figure 1 shows a diagram of an electric motor made in accordance with the present utility model, in which the stator of the electric motor is located inside the rotor;

На Фиг.2 изображена схема электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящей полезной моделью, у которого статор электродвигателя расположен снаружи ротора;Figure 2 shows a diagram of an electric motor made in accordance with the present utility model, in which the stator of the electric motor is located outside the rotor;

На Фиг.3 представлена зависимость КПД электродвигателя для скутера от вращающего момента;Figure 3 shows the dependence of the efficiency of the electric motor for a scooter on torque;

На Фиг.4 представлена зависимость КПД электродвигателя для электромобиля от вращающего момента.Figure 4 shows the dependence of the efficiency of the electric motor for an electric vehicle on torque.

На Фиг.1 представлен электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящей полезной моделью, который может быть использован как мотор-колесо для различных транспортных средств. Электродвигатель содержит обечайку 1, выполняющую роль защитного кожуха, и непосредственно передающую вращение на колесо. Обечайка соединена посредством спиц с ободом колеса (на фигуре не показано). Статор 2 электродвигателя расположен внутри ротора 3. Статор 2 имеет круговой магнитопровод 4, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов 5 с одинаковым шагом и чередующейся полярностью. В данном случае четырнадцать постоянных магнитов (n=10+4k, где k=1). Ротор 3 отделен от статора воздушным промежутком и несет четное число электромагнитов 6. В данном случае - шесть (m=4+2L, где L=k=1). Электромагниты расположены попарно напротив друг друга и образуют три пары. Каждый из указанных электромагнитов имеет по две катушки 7 с последовательно встречным направлением обмотки, (то есть, если одна из катушек намотана по часовой стрелке, то другая против часовой). Между собой катушки одного электромагнита соединены последовательно, конец обмотки одной катушки соединен с началом обмотки другой катушки. Обычно зубцы одного электромагнита изготавливают не одинаковые. Первый по направлению вращения электродвигателя зубец 8 имеет больший размер башмака 9, чем размер башмака 10 второго зубца 11. Увеличение длины башмака каждого первого (по направлению вращения ротора) зубца значительно облегчает процедуру трогания с места, снижает пусковые токи, повышает крутящий момент и упрощает настройку опережения коммутации фаз. При этом скорость вращения электродвигателя уменьшается незначительно. Разница в размерах (от 3 до 9 мм) зависит от изначально задаваемых параметров электродвигателя: тяговых свойствах, скорости вращения и мощности.Figure 1 shows the electric motor made in accordance with the present utility model, which can be used as a motor-wheel for various vehicles. The electric motor contains a shell 1, acting as a protective casing, and directly transmitting rotation to the wheel. The shell is connected by means of spokes to the wheel rim (not shown in the figure). The stator 2 of the electric motor is located inside the rotor 3. The stator 2 has a circular magnetic core 4, on which an even number of permanent magnets 5 are fixed with the same pitch and alternating polarity. In this case, fourteen permanent magnets (n = 10 + 4k, where k = 1). The rotor 3 is separated from the stator by an air gap and carries an even number of electromagnets 6. In this case, six (m = 4 + 2L, where L = k = 1). The electromagnets are arranged in pairs opposite each other and form three pairs. Each of these electromagnets has two coils 7 with a successively opposite direction of the winding (that is, if one of the coils is wound clockwise, the other counterclockwise). The coils of one electromagnet are connected in series, the end of the winding of one coil is connected to the beginning of the winding of another coil. Usually the teeth of one electromagnet are not the same. The first tooth 8 in the direction of rotation of the electric motor has a larger shoe 9 than the size of the shoe 10 of the second tooth 11. Increasing the shoe length of each first tooth (in the direction of rotation of the rotor) greatly facilitates the starting procedure, reduces inrush currents, increases torque and simplifies tuning phase switching advances. In this case, the rotation speed of the electric motor decreases slightly. The difference in size (from 3 to 9 mm) depends on the initially set parameters of the electric motor: traction properties, rotation speed and power.

На Фиг.1 начало обмотки катушки второго зубца обозначено буквой «Н», конец обмотки катушки первого зубца обозначен буквой «К». Количество витков в катушках определяется требуемыми параметрами двигателя. Опытным путем была найдена методика расчета количества витков в катушках электромагнитов. Она аналогична методам расчета трансформаторов: количество витков одной катушки N=(k/S)*V, где S - площадь сечения сердечника (зубца электромагнита) в см, k - коэффициент трансформации, V напряжения источника питания в вольтах. Опытным путем установлено, что для импульсных моторов к зависит от качества электротехнической стали и магнитных параметров постоянных магнитов и, обычно, выбираются значения - 12, 14, 16. Чем выше качество стали и больше коэрцитивная сила постоянных магнитов, тем ниже значение коэффициента. Сечением провода определяется мощностью электродвигателя и, соответственно, размером окна заполнения между зубцами.In Fig.1, the beginning of the winding of the coil of the second tooth is indicated by the letter "H", the end of the winding of the coil of the first tooth is indicated by the letter "K". The number of turns in the coils is determined by the required engine parameters. An experimental method was found to calculate the number of turns in the coils of electromagnets. It is similar to the methods for calculating transformers: the number of turns of one coil N = (k / S) * V, where S is the cross-sectional area of the core (electromagnet tooth) in cm, k is the transformation coefficient, V is the voltage of the power source in volts. It has been experimentally established that for pulse motors, k depends on the quality of electrical steel and the magnetic parameters of the permanent magnets and, usually, the values are chosen - 12, 14, 16. The higher the quality of the steel and the greater the coercive force of the permanent magnets, the lower the coefficient value. The cross section of the wire is determined by the power of the electric motor and, accordingly, the size of the filling window between the teeth.

При работе электродвигателя катушки 7 электромагнитов 6, запитываются от источника постоянного тока (на фигуре не показан) через распределительный коллектор 12 и токосъемники 13. Распределительный коллектор 12 неподвижен относительно статора, а токосъемники 13 связаны с ротором и при его вращении перемещаются относительно токоведущих пластин 14. Обычно конструктивно токосъемники крепятся к боковой крышке (внешнему кожуху) электромотора. Указанные пластины соединены с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделены диэлектрическими промежутками 15. Количество пластин в распределительном коллекторе соответствует числу магнитов статора и в данном случае равно четырнадцати.When the electric motor of the coil 7 of the electromagnets 6 is powered from a direct current source (not shown) through the distribution manifold 12 and the current collectors 13. The distribution manifold 12 is stationary relative to the stator, and the current collectors 13 are connected to the rotor and when it rotates, they move relative to the current-carrying plates 14. Typically, the current collectors are structurally attached to the side cover (outer casing) of the electric motor. These plates are connected with alternating polarity with a constant current source and are separated by dielectric gaps 15. The number of plates in the distribution manifold corresponds to the number of stator magnets and in this case is fourteen.

Каждый из токосъемников 13 подключен к одноименным выводам обмоток одного из электромагнитов 6. На фигуре изображено подключение к началу обмотки катушки второго по направлению вращения зубца электромагнита, обозначенное буквой «Н». Обычно токосъемники (щетки) устанавливаются по осевым линиям второго зубца, по направлению вращения, электромагнита и соединяются с начальным выводом катушки этого зубца.Each of the current collectors 13 is connected to the same terminals of the windings of one of the electromagnets 6. The figure shows the connection to the beginning of the coil winding of a second electromagnet tooth in the direction of rotation, indicated by the letter "H". Typically, current collectors (brushes) are installed along the axial lines of the second tooth, in the direction of rotation, of the electromagnet and are connected to the initial output of the coil of this tooth.

Между собой электромагниты 6 соединены по следующей схеме:Between themselves, the electromagnets 6 are connected as follows:

пара диаметрально противоположных электромагнитов имеют паралелльно-встречное независимое включение, т.е. вывод «Н» обмотки первого электромагнита соединен с выводом «К» обмотки второго электромагнита, а вывод «К» обмотки первого электромагнита соединен с выводом «Н» обмотки второго электромагнита.a pair of diametrically opposite electromagnets have a parallel-counter independent inclusion, i.e. terminal “H” of the winding of the first electromagnet is connected to terminal “K” of the winding of the second electromagnet, and terminal “K” of the winding of the first electromagnet is connected to terminal “H” of the winding of the second electromagnet.

Описанный выше вариант исполнения электродвигателя обычно используют на велосипедах, скутерах и мотоциклах, когда ось двигателя жестко закреплена на вилке транспортного средства и вращается корпус мотора вместе с ободом и шиной.The above-described embodiment of the electric motor is usually used on bicycles, scooters and motorcycles, when the axis of the engine is rigidly fixed to the fork of the vehicle and the motor housing rotates with the rim and tire.

Принцип действия электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящей полезной моделью, аналогичен традиционному электродвигателю постоянного тока и основан на силах электромагнитного притяжения и отталкивания, возникающих при взаимодействии электромагнитов 6 ротора и постоянных магнитов 5 статора. При прохождении электромагнитом положения, когда его ось расположена между осей постоянных магнитов, катушки электромагнита запитаны так, что создают магнитный полюс, противоположный полюсу последующего в направлении вращения постоянного магнита, и одноименный с полюсом предыдущего постоянного магнита. Таким образом, электромагнит одновременно отталкивается от предыдущего и притягивается к последующему постоянному магниту. При прохождении электромагнитом положения напротив оси постоянного магнита, он обесточен, поскольку токосъемник располагается напротив диэлектрического промежутка. Это положение электромагнит проходит по инерции. Преимущества настоящего электродвигателя заключаются в строго определенном соотношении числа электромагнитов и постоянных магнитов их взаиморасположении и в используемой схеме коммутации электромагнитов.The principle of operation of an electric motor made in accordance with this utility model is similar to a traditional direct current electric motor and is based on electromagnetic attraction and repulsion forces arising from the interaction of rotor electromagnets 6 and stator permanent magnets 5. When the electromagnet passes the position when its axis is located between the axes of the permanent magnets, the electromagnet coils are energized so that they create a magnetic pole opposite to the pole of the subsequent permanent magnet in the direction of rotation, and the same name as the pole of the previous permanent magnet. Thus, the electromagnet simultaneously repels from the previous one and is attracted to the next permanent magnet. When the electromagnet passes the position opposite the axis of the permanent magnet, it is de-energized, since the current collector is located opposite the dielectric gap. This position of the electromagnet passes by inertia. The advantages of this electric motor are in a strictly defined ratio of the number of electromagnets and permanent magnets to their relative position and in the electromagnet switching scheme used.

На Фиг.2 изображена схема электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящей полезной моделью, у которого статор 2 электродвигателя расположен снаружи ротора 3. Статор 2 несет четырнадцать постоянных магнитов 5; ротор - шесть элетромагнитов 6. Исполнение элементов электродвигателя и их обозначение на чертеже аналогично описанному выше (для Фиг.1). Такой электродвигатель может быть использован в качестве автомобильного варианта с жестко закрепленным корпусом и вращающейся осью, с прикрепленным к ней диском и шиной.Figure 2 shows a diagram of an electric motor made in accordance with the present utility model, in which the stator 2 of the electric motor is located outside the rotor 3. The stator 2 carries fourteen permanent magnets 5; the rotor is six electromagnets 6. The design of the electric motor elements and their designation in the drawing is similar to that described above (for FIG. 1). Such an electric motor can be used as an automobile variant with a rigidly fixed housing and a rotating axis, with a disk and a tire attached to it.

Примеры реализации:Implementation Examples:

Электродвигатель, изготовленный в соответствии с настоящей полезной моделью, демонстрирует высокие эксплутационные характеристики и надежность конструкции при использовании на различных транспортных средствах.An electric motor manufactured in accordance with this utility model demonstrates high performance and reliability of the design when used on various vehicles.

Базовая модель двигателя - 14 постоянных магнитов и 6 электромагнитов использовалась на велосипеде, скутере, мотоцикле и электромобиле.The basic engine model - 14 permanent magnets and 6 electromagnets was used on a bicycle, scooter, motorcycle and electric car.

Сердечник электромагнита был собран из пластин изотропной электротехнической стали шириной - 13 мм. Высота набора составляла 25 мм (площадь сечения S=3,25 см2). В данном случае коэффициент трансформации был равен 12. Количество витков на 1 В источника питания составляло 3,7. Для скутера, например, величина напряжение питания которого равнялось 48 В, количество витков каждого электромагнита составляло 178 (или по 89 витков на каждый зубец).The core of the electromagnet was assembled from plates of isotropic electrical steel 13 mm wide. The height of the set was 25 mm (cross-sectional area S = 3.25 cm 2 ). In this case, the transformation ratio was 12. The number of turns per 1 V of the power source was 3.7. For a scooter, for example, the magnitude of the supply voltage of which was 48 V, the number of turns of each electromagnet was 178 (or 89 turns for each tooth).

Результаты испытаний транспортных средств представлены в Таблице 1.Vehicle test results are presented in Table 1.

Таблица 1:Table 1: Тип транспортного средстваVehicle type ВелосипедBicycle СкутерScooter МотоциклMotorcycle Двухместный автомобильDouble car Количество мотор-колесNumber of motor wheels 1one 1one 1one 22 Развиваемая мощность, ВтDeveloped power, W 270270 13001300 27002700 30003000 Напряжение питания, ВSupply voltage 2424 4848 6060 7272 Крейсерская скорость, км/чCruising speed, km / h 3232 50fifty 8080 9090 Вращающий момент, НмTorque, Nm 1313 6060 7070 100one hundred КПД, %Efficiency% 8282 8585 8787 9090 Габариты электродвигателя (диаметр/толщина, мм)Dimensions of the electric motor (diameter / thickness, mm) 190/48190/48 219/56219/56 250/61250/61 308/76308/76 Вес электродвигателя, кгWeight of electric motor, kg 5,05,0 8,58.5 12,012.0 16,016,0 Грузоподъемность транспортного средства, кгVehicle carrying capacity, kg 100one hundred 160160 250250 400400 Длина пробега транспортного средства, кмVehicle mileage, km 50fifty 7070 120120 250250

Описанный электродвигатель может работать в различных режимах в зависимости от напряжения источника питания. На Фиг.3 представлена зависимость КПД электродвигателя от момента вращения при различных напряжениях питания. Этот двигатель был разработан для скутера: развиваемая мощность - 1,3 кВт, скорость - 50 км/ч; КПД до 85%. На Фиг.4 представлена аналогичная зависимость для двигателя городского электромобиля: развиваемая мощность - 3 кВт, скорость - 85-90 км/ч; КПД до 90%.The described electric motor can operate in various modes depending on the voltage of the power source. Figure 3 shows the dependence of the efficiency of the electric motor on the torque at various supply voltages. This engine was developed for a scooter: developed power - 1.3 kW, speed - 50 km / h; Efficiency up to 85%. Figure 4 presents a similar dependence for the engine of an urban electric car: developed power - 3 kW, speed - 85-90 km / h; Efficiency up to 90%.

Двухместный электромобиль при увеличении напряжения питания до 120 В (и соответствующем изменении сечения намоточного провода и количества витков) может развивать скорость до 130 км/ч.A double electric car with an increase in the supply voltage to 120 V (and a corresponding change in the cross-section of the winding wire and the number of turns) can reach speeds of up to 130 km / h.

Настоящая полезная модель не ограничивается только приведенными примерами и включает в себя все возможные случаи реализации настоящего электродвигателя.This utility model is not limited to the examples given and includes all possible cases of real motor implementation.

Claims (9)

1. Электродвигатель, содержащий: статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество n постоянных магнитов с одинаковым шагом, при этом n удовлетворяет соотношению n=10+4k, где k - целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.; ротор, отделенный от статора воздушным промежутком и несущий четное число электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга, каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки; распределительный коллектор, закрепленный на корпусе статора и имеющий расположенные по окружности токопроводящие пластины, соединенные с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделенные диэлектрическими промежутками; токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора, каждый из токосъемников подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов; где выводы обмоток диаметрально противоположных электромагнитов соединены друг с другом независимо от остальных так, что начало обмотки одного электромагнита соединено с концом обмотки другого электромагнита.1. An electric motor comprising: a stator with a circular magnetic circuit, on which an even number n of permanent magnets with the same pitch is fixed, n satisfies the relation n = 10 + 4k, where k is an integer that takes values 0, 1, 2, 3 and etc .; a rotor separated from the stator by an air gap and carrying an even number of electromagnets located in pairs opposite each other, each of the electromagnets has two coils with a successively opposite direction of the winding; a distribution collector mounted on the stator housing and having conductive plates arranged around the circumference connected to alternating polarity with a constant current source and separated by dielectric gaps; current collectors installed with the possibility of contact with the collector plates, each of the current collectors is connected to the terminal of the same name windings of the respective electromagnets; where the conclusions of the windings of diametrically opposite electromagnets are connected to each other independently of the others so that the start of the winding of one electromagnet is connected to the end of the winding of another electromagnet. 2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что количество электромагнитов ротора m удовлетворяет соотношению m=4+2L, где L - любое целое число, удовлетворяющее условию 0≤L≤k.2. The electric motor according to claim 1, characterized in that the number of electromagnets of the rotor m satisfies the relation m = 4 + 2L, where L is any integer satisfying the condition 0≤L≤k. 3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что число витков в обмотках каждой из катушек электромагнитов рассчитывается по формуле N=1/2(k/S)∙V, где S - площадь поперечного сечения зубца электромагнита, см2, k - коэффициент трансформации, V - напряжение источника питания, В; причем k принимает любое значение из ряда 12, 14, 16.3. The electric motor according to claim 1, characterized in that the number of turns in the windings of each of the coils of the electromagnets is calculated by the formula N = 1/2 (k / S) ∙ V, where S is the cross-sectional area of the electromagnet tooth, cm 2 , k - transformation ratio, V - voltage of the power source, V; and k takes any value from a number of 12, 14, 16. 4. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что каждый из токосъемников ориентирован по осевой линии второго, по направлению вращения ротора, зубца соответствующего электромагнита.4. The electric motor according to claim 1, characterized in that each of the current collectors is oriented along the axial line of the second, in the direction of rotation of the rotor, prong of the corresponding electromagnet. 5. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что размер башмака первого, по направлению вращения ротора, зубца каждого электромагнита увеличен по сравнению со вторым на величину от 3 до 9 мм.5. The electric motor according to claim 1, characterized in that the size of the shoe of the first, in the direction of rotation of the rotor, of the tooth of each electromagnet is increased compared to the second by an amount from 3 to 9 mm. 6. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что положительные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединены с положительным полюсом источника постоянного тока, а отрицательные токопроводящие пластины распределительного коллектора замкнуты на корпус электродвигателя.6. The electric motor according to claim 1, characterized in that the positive conductive plates of the distribution manifold are connected to the positive pole of the DC source, and the negative conductive plates of the distribution manifold are closed to the motor housing. 7. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что положительные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединены с положительным полюсом источника постоянного тока, а отрицательные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединены с отрицательным полюсом источника постоянного тока и изолированы от корпуса электродвигателя.7. The electric motor according to claim 1, characterized in that the positive conductive plates of the distribution manifold are connected to the positive pole of the direct current source, and the negative conductive plates of the distribution collector are connected to the negative pole of the direct current source and isolated from the motor housing. 8. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор расположен с внешней стороны статора.8. The electric motor according to claim 1, characterized in that the rotor is located on the outside of the stator. 9. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор расположен внутри статора.
Figure 00000001
9. The electric motor according to claim 1, characterized in that the rotor is located inside the stator.
Figure 00000001
RU2009139147/22U 2009-10-23 2009-10-23 ASYMMETRIC PULSE MOTOR RU96294U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009139147/22U RU96294U1 (en) 2009-10-23 2009-10-23 ASYMMETRIC PULSE MOTOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009139147/22U RU96294U1 (en) 2009-10-23 2009-10-23 ASYMMETRIC PULSE MOTOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU96294U1 true RU96294U1 (en) 2010-07-20

Family

ID=42686465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009139147/22U RU96294U1 (en) 2009-10-23 2009-10-23 ASYMMETRIC PULSE MOTOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU96294U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2708635C1 (en) * 2019-07-02 2019-12-10 Василий Васильевич Шкондин Motor-generator with magnetic concentrators
RU2800228C1 (en) * 2022-12-20 2023-07-19 Общество с ограниченной ответственностью "ЭкоКвант" Low-voltage quantum electric motor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2708635C1 (en) * 2019-07-02 2019-12-10 Василий Васильевич Шкондин Motor-generator with magnetic concentrators
RU2800228C1 (en) * 2022-12-20 2023-07-19 Общество с ограниченной ответственностью "ЭкоКвант" Low-voltage quantum electric motor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2290328C1 (en) All-wheel-drive vehicle
US7285889B2 (en) Pulsed-inertial electric motor
CN102315739B (en) Hybrid excitation generator
US20090021099A1 (en) Pulsed Inertial Electric Motor
CN108233651A (en) H-shaped iron core composite excitation axial magnetic flux switches wheel hub motor
CN102904404A (en) Halbach-structure-based iron-core-free axial magnetic field brushless direct-current electromotor
CN101345453A (en) Mixed field excitation brushless synchronous motor with coordination structure
CN113078792B (en) Axial magnetic field alternating pole brushless hybrid excitation motor
CN106300856A (en) A kind of magneto multilayer board motor
RU2303536C2 (en) Electric motor
RU2285997C1 (en) Pulsed inertial motor
RU2708635C1 (en) Motor-generator with magnetic concentrators
CN104506005B (en) Wheel hub type permanent magnet motor of electric car
CN107482848B (en) The hub motor of electronic automobile-used band brake disk
CN105914981A (en) Electric vehicle hybrid excitation hub motor
CN203911566U (en) Automobile electricity generation retarder
RU96294U1 (en) ASYMMETRIC PULSE MOTOR
CN110868042B (en) Scheme of high-rotating-speed high-power-density airborne full-superconducting generator
RU2340994C1 (en) Induction motor (versions)
CN102306996B (en) Cylindrical linear motor
RU2800228C1 (en) Low-voltage quantum electric motor
RU121405U1 (en) Brushless motor
RU83372U1 (en) PULSE-INERENT MOTOR
Wang et al. Design optimization and comparative analysis of dual-stator flux modulation machines
Khan et al. Design and analysis of outer segmental rotor synchronous reluctance machine for future electric bike

Legal Events

Date Code Title Description
QB1K Licence on use of utility model

Free format text: LICENCE

Effective date: 20131029

MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20141024