[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU227280U1 - Electric motor using complementary magnetic pairs - Google Patents

Electric motor using complementary magnetic pairs Download PDF

Info

Publication number
RU227280U1
RU227280U1 RU2024112192U RU2024112192U RU227280U1 RU 227280 U1 RU227280 U1 RU 227280U1 RU 2024112192 U RU2024112192 U RU 2024112192U RU 2024112192 U RU2024112192 U RU 2024112192U RU 227280 U1 RU227280 U1 RU 227280U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
complementary magnetic
rigidly fixed
electric motor
pairs
stator
Prior art date
Application number
RU2024112192U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Сергеевич Черноземов
Original Assignee
Евгений Сергеевич Черноземов
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Сергеевич Черноземов filed Critical Евгений Сергеевич Черноземов
Application granted granted Critical
Publication of RU227280U1 publication Critical patent/RU227280U1/en

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники. Технический результат – повышение энергоэффективности электродвигателя с высоким крутящим моментом. Электродвигатель на комплементарных магнитных парах содержит статор (1), на котором жестко закреплены щетки кольцевых контактов (2), статический элемент датчика углового положения (3), комплементарные магнитные пары (4), подшипники качения (5) и (6), в которых установлен вал ротора (7) с возможностью свободного вращения вокруг собственной оси (x). На валу ротора (7) жестко закреплены кольцевые контакты (8), датчик углового положения (9), блок коммутации (10), дисковый якорь (11), выполненный из диэлектрического материала, с электромагнитами (12). Электродвигатель содержит магнитный блок, состоящий из двух комплементарных магнитных пар (4), которые установлены напротив друг друга по разные стороны от дискового якоря (11). Комплементарная магнитная пара (4) состоит из двух постоянных магнитов (13) и (14), которые расположены разнополюсно по отношению друг к другу и жестко закреплены в основании комплементарной магнитной пары (4), выполненном из диамагнитного материала и жестко закрепленном на статоре (1). На каждом постоянном магните (13) и (14) установлен радиатор системы охлаждения (15). 2 ил.

Figure 00000001
The utility model relates to the field of electrical engineering. The technical result is an increase in the energy efficiency of an electric motor with high torque. An electric motor based on complementary magnetic pairs contains a stator (1), on which brushes of ring contacts (2) are rigidly fixed, a static element of an angular position sensor (3), complementary magnetic pairs (4), rolling bearings (5) and (6), in which The rotor shaft (7) is installed with the possibility of free rotation around its own axis (x). Ring contacts (8), an angular position sensor (9), a switching unit (10), a disk armature (11) made of dielectric material, with electromagnets (12) are rigidly fixed on the rotor shaft (7). The electric motor contains a magnetic block consisting of two complementary magnetic pairs (4), which are installed opposite each other on opposite sides of the disk armature (11). The complementary magnetic pair (4) consists of two permanent magnets (13) and (14), which are located oppositely polarized in relation to each other and are rigidly fixed in the base of the complementary magnetic pair (4), made of diamagnetic material and rigidly fixed to the stator (1 ). A cooling system radiator (15) is installed on each permanent magnet (13) and (14). 2 ill.
Figure 00000001

Description

Полезная модель относится к области электротехники и машиностроения и касается особенностей конструктивного выполнения электродвигателей, преимущественно для транспортных средств, и может быть использована в электрически приводимых легковых и грузовых автомобилях, вездеходах, гусеничной технике и т.д.The utility model relates to the field of electrical engineering and mechanical engineering and concerns the design features of electric motors, mainly for vehicles, and can be used in electrically driven cars and trucks, all-terrain vehicles, tracked vehicles, etc.

Уровень техникиState of the art

Согласно общим тенденциям развития электродвигателей, для увеличения моторесурса электромагниты размещаются на статоре, а постоянные магниты на роторе (US 4130769, МПК H02K 37/00, опубл. 19.12.1978; RU 2153757, МПК H02K 29/06, B60K 7/00, B60L 11/04, опубл. 27.07.2000). Однако данные решения имеют серьезный недостаток - сложность обеспечения надежного охлаждения постоянных магнитов, из-за чего используются магниты с повышенной точкой Кюри (уменьшенной намагниченностью).According to the general trends in the development of electric motors, to increase the motor life, electromagnets are placed on the stator and permanent magnets on the rotor (US 4130769, IPC H02K 37/00, published 12/19/1978; RU 2153757, IPC H02K 29/06, B60K 7/00, B60L 11/04, publ. 07/27/2000). However, these solutions have a serious drawback - the difficulty of ensuring reliable cooling of permanent magnets, which is why magnets with an increased Curie point (reduced magnetization) are used.

Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели является электродвигатель, содержащий ротор с электромагнитами, статор с круговым магнитопроводом, на котором с одинаковым шагом закреплено четное количество постоянных магнитов, распределенный коллектор с токопроводящими пластинами, расположенный на корпусе статора, и токосъемники, подключенные к обмоткам катушек электромагнитов ротора (WO 2004091957, МПК B60K 7/00, H02K 21/26, опубл. 28.10.2004). Недостатком данного электродвигателя является ненадежность коллектора, что обусловлено быстрым износом токопроводящих пластин.The closest technical solution to the claimed utility model is an electric motor containing a rotor with electromagnets, a stator with a circular magnetic core on which an even number of permanent magnets are attached at the same pitch, a distributed collector with current-conducting plates located on the stator housing, and current collectors connected to the coil windings rotor electromagnets (WO 2004091957, IPC B60K 7/00, H02K 21/26, published 10/28/2004). The disadvantage of this electric motor is the unreliability of the commutator, which is caused by rapid wear of the conductive plates.

Следует отметить, что в настоящее время широкое распространение получили бесколлекторные электродвигатели, в которых применяются датчики на основе эффекта Холла. Такие электродвигатели отличаются своей надежностью и хорошим КПД, применяются в компьютерных куллерах или RC моделях. Однако возможность масштабировать такие электродвигатели ограничиваются материалоемкостью редкоземельных магнитов и их точкой Кюри, так как с увеличением электродвигателя увеличивается и его энергетическая загруженность (тепловыделение).It should be noted that brushless electric motors that use sensors based on the Hall effect are currently widespread. Such electric motors are distinguished by their reliability and good efficiency; they are used in computer coolers or RC models. However, the ability to scale such electric motors is limited by the material consumption of rare-earth magnets and their Curie point, since as the electric motor increases, its energy load (heat generation) also increases.

Основным недостатком вышеупомянутых типов электродвигателей в контексте применения на транспорте является широкое использование постоянных магнитов, которые располагаются по круговому периметру с одинаковым шагом, что увеличивает паразитные силы Лоренца и энергопотребление из-за большой общей рабочей зоны.The main disadvantage of the above-mentioned types of electric motors in the context of transport applications is the widespread use of permanent magnets, which are located along a circular perimeter with the same pitch, which increases parasitic Lorentz forces and energy consumption due to the large overall working area.

Раскрытие полезной моделиDisclosure of utility model

Технический результат, при использовании заявленной полезной модели, заключается в повышении энергоэффективности электродвигателя с высоким крутящим моментом, за счет применения комплементарных магнитных пар, с помощью которых реализован принцип «тяни-толкай».The technical result, when using the claimed utility model, is to increase the energy efficiency of an electric motor with high torque through the use of complementary magnetic pairs, with the help of which the “push-pull” principle is implemented.

Указанный технический результат обеспечивает электродвигатель на комплементарных магнитных парах, содержащий статор, на котором жестко закреплены щетки кольцевых контактов, статический элемент датчика углового положения, комплементарные магнитные пары, подшипники качения, причем в подшипниках качения установлен вал ротора с возможностью свободного вращения вокруг собственной оси x, на валу ротора жестко закреплены кольцевые контакты, датчик углового положения, блок коммутации, дисковый якорь, выполненный из диэлектрического материала, на дисковом якоре расположены и жестко закреплены электромагниты, содержит как минимум один блок магнитный, который состоит из двух комплементарных магнитных пар, которые установлены напротив друг друга по разные стороны от дискового якоря, кроме того, комплементарная магнитная пара состоит из двух постоянных магнитов, которые расположены разнополюсно по отношению друг к другу и жестко закреплены в основании комплементарной магнитной пары, основание выполнено из диамагнитного материала и жестко закреплено на статоре, а на каждом постоянном магните установлен радиатор системы охлаждения.The specified technical result is provided by an electric motor on complementary magnetic pairs, containing a stator on which brushes of ring contacts are rigidly fixed, a static element of an angular position sensor, complementary magnetic pairs, rolling bearings, and a rotor shaft is installed in the rolling bearings with the possibility of free rotation around its own axis x, ring contacts are rigidly fixed on the rotor shaft, an angular position sensor, a switching unit, a disk armature made of dielectric material, electromagnets are located and rigidly fixed on the disk armature, contains at least one magnetic block, which consists of two complementary magnetic pairs that are installed opposite each other on opposite sides of the disk armature, in addition, the complementary magnetic pair consists of two permanent magnets, which are located oppositely polarized in relation to each other and are rigidly fixed at the base of the complementary magnetic pair, the base is made of diamagnetic material and is rigidly fixed to the stator, and A radiator for the cooling system is installed on each permanent magnet.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

На фиг. 1 показан электродвигатель, где х - ось вращения вала ротора электродвигателя.In fig. Figure 1 shows an electric motor, where x is the axis of rotation of the rotor shaft of the electric motor.

На фиг. 2 показано расположение комплементарных магнитных пар относительно электромагнитов (заштрихованной областью показана рабочая зона; стрелкой показано рассматриваемое направление вращения).In fig. Figure 2 shows the location of complementary magnetic pairs relative to the electromagnets (the shaded area shows the working area; the arrow shows the direction of rotation in question).

Осуществление полезной моделиImplementation of a utility model

Заявленный электродвигатель (фиг. 1) содержит статор 1, на котором жестко закреплены щетки кольцевых контактов 2, статический элемент датчика углового положения 3, комплементарные магнитные пары 4 (показано 2 шт.), подшипники качения 5 и 6.The claimed electric motor (Fig. 1) contains a stator 1, on which the brushes of the ring contacts 2 are rigidly fixed, a static element of the angular position sensor 3, complementary magnetic pairs 4 (2 pieces shown), and rolling bearings 5 and 6.

В подшипниках качения 5 и 6 установлен вал ротора 7 с возможностью свободного вращения вокруг собственной оси x.In the rolling bearings 5 and 6 there is a rotor shaft 7 with the possibility of free rotation around its own axis x.

На валу ротора 7 жестко закреплены кольцевые контакты 8, датчик углового положения 9, блок коммутации 10, дисковый якорь 11, выполненный из диэлектрического материала. На дисковом якоре 11 по периферии с одинаковым шагом расположены и жестко закреплены электромагниты 12, в количестве n шт.Ring contacts 8, an angular position sensor 9, a switching unit 10, and a disk armature 11 made of dielectric material are rigidly fixed on the rotor shaft 7. On the disk armature 11 along the periphery, n pieces of electromagnets 12 are located and rigidly fixed at the same pitch.

Комплементарные магнитные пары 4, образующие блок магнитный, устанавливаются по разные стороны от дискового якоря 11. Между постоянными магнитами и электромагнитами 12 необходимо обеспечить минимальный зазор для свободного вращения дискового якоря 11.Complementary magnetic pairs 4, forming a magnetic block, are installed on opposite sides of the disk armature 11. Between the permanent magnets and electromagnets 12, it is necessary to provide a minimum gap for the free rotation of the disk armature 11.

Каждая комплементарная магнитная пара 4 содержит два постоянных магнита 13 и 14 формата «шайба», которые расположены разнополюсно по отношению друг к другу и жестко закреплены в основании комплементарной магнитной пары 4, выполненного из диамагнитного материала с хорошей теплопроводностью (например, алюминия). На каждом постоянном магните 13 и 14 установлен радиатор системы охлаждения 15.Each complementary magnetic pair 4 contains two permanent magnets 13 and 14 of the “puck” format, which are located oppositely polarized in relation to each other and are rigidly fixed at the base of the complementary magnetic pair 4, made of diamagnetic material with good thermal conductivity (for example, aluminum). A radiator of the cooling system 15 is installed on each permanent magnet 13 and 14.

Датчик углового положения 9 и статический элемент датчика углового положения 3, по сути, являются повторителем электромагнитов 12 и блока магнитного соответственно. Датчик углового положения 9 может быть реализован на датчиках Холла, оптических датчиках, индукционных и пр., что не влияет на достижение технического результата.The angular position sensor 9 and the static element of the angular position sensor 3, in fact, are a repeater of the electromagnets 12 and the magnetic block, respectively. The angular position sensor 9 can be implemented using Hall sensors, optical sensors, induction sensors, etc., which does not affect the achievement of the technical result.

На фиг. 2 показано расположение комплементарных магнитных пар 4 относительно электромагнитов 12 дискового якоря 11. На фиг. 2 видно, что окружность, проведенная через центры электромагнитов 12, также совпадает с центрами постоянных магнитов 13 и 14, комплементарной магнитной пары 4. Рабочая зона показана заштрихованной областью, которая находится между двумя постоянными магнитами 13 и 14.In fig. 2 shows the location of complementary magnetic pairs 4 relative to the electromagnets 12 of the disk armature 11. FIG. 2 it can be seen that the circle drawn through the centers of electromagnets 12 also coincides with the centers of permanent magnets 13 and 14, a complementary magnetic pair 4. The working area is shown as a shaded area, which is located between two permanent magnets 13 and 14.

Заявленный электродвигатель работает следующим образом.The claimed electric motor operates as follows.

Электродвигатель устанавливается преимущественно на электротранспорте, жестко крепится за статор 1. К валу ротора 7 подводится полезная механическая нагрузка. К клеммам щеток кольцевых контактов 2 подключается источник постоянного тока. К радиаторам системы охлаждения 15 подводится контур с теплоносителем (на чертежах не показан). Напряжение питания поступает на щетки кольцевых контактов 2, с кольцевых контактов напряжение поступает в блок коммутации 10, который коммутирует его с электромагнитами 12 согласно сигналам, поступающим с датчика углового положения 9. Электромагниты 12 по ходу кругового движения (на фиг. 2 направление показано стрелкой) по очереди входят в рабочую зону (фиг. 2 заштрихованная область). После того как электромагнит 12 соосно совпадет с первым постоянным магнитом 13, на электромагнит подается постоянное напряжение такой полярности, что его магнитное поле противополюсно первому магниту 13, и сополюсно второму 14, следовательно, первый магнит 13 будет выталкивать, а второй 14 наоборот втягивать электромагнит 12. После совпадения с осью второго магнита 14 электромагнит 12 отключается.The electric motor is installed primarily on electric vehicles and is rigidly attached to the stator 1. A useful mechanical load is supplied to the rotor shaft 7. A DC source is connected to the brush terminals of ring contacts 2. A coolant circuit is supplied to the radiators of the cooling system 15 (not shown in the drawings). The supply voltage is supplied to the brushes of the ring contacts 2, from the ring contacts the voltage is supplied to the switching unit 10, which switches it with the electromagnets 12 according to the signals received from the angular position sensor 9. The electromagnets 12 are in a circular motion (in Fig. 2 the direction is shown by an arrow) they take turns entering the work area (Fig. 2, shaded area). After the electromagnet 12 coaxially coincides with the first permanent magnet 13, a constant voltage of such polarity is applied to the electromagnet that its magnetic field is antipolar to the first magnet 13, and copolar to the second 14, therefore, the first magnet 13 will push out, and the second 14, on the contrary, will retract the electromagnet 12 After coinciding with the axis of the second magnet 14, the electromagnet 12 is turned off.

Таким образом, за счет применения комплементарных магнитных пар, с помощью которых реализован принцип «тяни-толкай», с возможностью применять постоянные магниты экстрасильной намагниченности, открывается возможность создавать энергоэффективные электродвигатели для транспорта. Электромагнит, попавший в поле, созданное комплементарной магнитной парой, одновременно отталкивается первым постоянным магнитом и притягивается вторым. Кроме того, в предлагаемом электродвигателе обеспечена возможность применения постоянных магнитов с низкой точкой Кюри (экстрасильной намагниченности), в результате чего достигается большое крутящее усилие, следовательно, высокий крутящий момент на валу.Thus, through the use of complementary magnetic pairs, with the help of which the “pull-push” principle is implemented, with the ability to use permanent magnets of extra-strong magnetization, it becomes possible to create energy-efficient electric motors for transport. An electromagnet caught in a field created by a complementary magnetic pair is simultaneously repelled by the first permanent magnet and attracted by the second. In addition, the proposed electric motor provides the possibility of using permanent magnets with a low Curie point (extra-strong magnetization), resulting in a high torque force, and therefore a high torque on the shaft.

Возможность применения магнитов с низкой точкой Кюри обеспечена конструкцией электродвигателя, а именно за счет того, что магнитный блок локализирован и жестко закреплен на статоре, это обеспечивает удобство подведения контура системы принудительного охлаждения.The possibility of using magnets with a low Curie point is ensured by the design of the electric motor, namely due to the fact that the magnetic block is localized and rigidly fixed to the stator, this ensures the convenience of connecting the circuit of the forced cooling system.

Низкое энергопотребление и большой ресурс электродвигателя достигается тем, что электромагниты работают только в рабочей зоне, которая составляет около 10 % от зоны «релаксации».Low energy consumption and long service life of the electric motor are achieved by the fact that the electromagnets operate only in the working zone, which is about 10% of the “relaxation” zone.

Следует отметить, что в предложенном электродвигателе достигается простота конструкции и низкая материалоемкость по редкоземельным магнитам.It should be noted that the proposed electric motor achieves simplicity of design and low material consumption of rare-earth magnets.

Применение широко распространенных компонентов, таких как неодимовые постоянные магниты формата «шайба» обеспечат не большую стоимость.The use of widely used components, such as neodymium permanent magnets in the “puck” format, will ensure low cost.

Более того, устройство электродвигателя может быть удешевлено применив обычный коллектор вместо ряда узлов, таких как блок коммутации, датчик углового положения и кольцевые контакты, однако в этом случае электродвигатель лишится преимущества в надежности.Moreover, the design of the electric motor can be reduced in cost by using a conventional commutator instead of a number of components, such as a switching unit, an angular position sensor and ring contacts, but in this case the electric motor will lose its reliability advantage.

Claims (1)

Электродвигатель на комплементарных магнитных парах, содержащий статор (1), на котором жестко закреплены щетки кольцевых контактов (2), статический элемент датчика углового положения (3), комплементарные магнитные пары (4), подшипники качения (5) и (6), причем в подшипниках качения (5) и (6) установлен вал ротора (7) с возможностью свободного вращения вокруг собственной оси (x), на валу ротора (7) жестко закреплены кольцевые контакты (8), датчик углового положения (9), блок коммутации (10), дисковый якорь (11), выполненный из диэлектрического материала, на дисковом якоре (11) расположены и жестко закреплены электромагниты (12), содержит как минимум один блок магнитный, который состоит из двух комплементарных магнитных пар (4), которые установлены напротив друг друга по разные стороны от дискового якоря (11), кроме того, комплементарная магнитная пара (4) состоит из двух постоянных магнитов (13) и (14), которые расположены разнополюсно по отношению друг к другу и жестко закреплены в основании комплементарной магнитной пары (4), основание выполнено из диамагнитного материала и жестко закреплено на статоре (1), а на каждом постоянном магните (13) и (14) установлен радиатор системы охлаждения (15).An electric motor based on complementary magnetic pairs, containing a stator (1), on which brushes of ring contacts (2), a static element of an angular position sensor (3), complementary magnetic pairs (4), rolling bearings (5) and (6), are rigidly fixed, and in the rolling bearings (5) and (6) a rotor shaft (7) is installed with the possibility of free rotation around its own axis (x), ring contacts (8), an angular position sensor (9), and a switching unit are rigidly fixed on the rotor shaft (7) (10), disk armature (11), made of dielectric material, electromagnets (12) are located and rigidly fixed on the disk armature (11), contains at least one magnetic block, which consists of two complementary magnetic pairs (4), which are installed opposite each other on opposite sides of the disk armature (11), in addition, the complementary magnetic pair (4) consists of two permanent magnets (13) and (14), which are located opposite polarities in relation to each other and are rigidly fixed at the base of the complementary magnetic pairs (4), the base is made of diamagnetic material and is rigidly fixed to the stator (1), and a cooling system radiator (15) is installed on each permanent magnet (13) and (14).
RU2024112192U 2024-05-04 Electric motor using complementary magnetic pairs RU227280U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU227280U1 true RU227280U1 (en) 2024-07-15

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5696419A (en) * 1994-06-13 1997-12-09 Alternative Generation Devices, Inc. High-efficiency electric power generator
RU2249904C2 (en) * 1999-01-28 2005-04-10 Микроназа Ди Патарки Альберто Permanent-magnet electrical machine using power-saving control gear
RU2353045C1 (en) * 2007-07-11 2009-04-20 Евгений Александрович Бурмистров Electrical machine with constant magnet
CN103414307A (en) * 2012-09-25 2013-11-27 深圳市合兴加能科技有限公司 Switched reluctance motor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5696419A (en) * 1994-06-13 1997-12-09 Alternative Generation Devices, Inc. High-efficiency electric power generator
RU2249904C2 (en) * 1999-01-28 2005-04-10 Микроназа Ди Патарки Альберто Permanent-magnet electrical machine using power-saving control gear
RU2353045C1 (en) * 2007-07-11 2009-04-20 Евгений Александрович Бурмистров Electrical machine with constant magnet
CN103414307A (en) * 2012-09-25 2013-11-27 深圳市合兴加能科技有限公司 Switched reluctance motor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4082971A (en) Printed motor
KR102357860B1 (en) DC generators and DC motors
RU2391761C1 (en) Commutator-free dc motor
RU227280U1 (en) Electric motor using complementary magnetic pairs
CN113078792A (en) Axial magnetic field alternating pole brushless hybrid excitation motor
RU2303536C2 (en) Electric motor
WO2011015004A1 (en) Electromotor with coaxial inner and outer coils
CN210536480U (en) Axial motor
CN213879575U (en) Electric machine
CN210468918U (en) Electromagnetic switch type magnetic engine
CN112910130B (en) Rotor magnetic pole modulation type variable magnetic flux memory motor
JP4438022B1 (en) DC motor
CN106787610A (en) One-stroke magnetic motivation
CN221103180U (en) Limited corner vibration torque motor structure
RU213611U1 (en) Motor rotor
CN111555578A (en) Full-phase double-drive brushless DC motor
CN219247637U (en) High-voltage direct-current permanent magnet synchronous motor
JP4460629B1 (en) DC motor
CN203261218U (en) Strong permanent magnet brushless motor
CN114977704B (en) Embedded permanent magnet flux switching motor of rotor permanent magnet type axial and radial mixed magnetic field
CN212677052U (en) Disc isopgnetic motor
WO2022202274A1 (en) Electric motor and electric blower
JP3707027B2 (en) Optimized structure of micro flat vibration motor
CN110690807B (en) Cylindrical primary permanent magnet type transverse flux linear motor
CN110556996A (en) Axial motor