ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С ОБМОТКОЙ, НЕ СОДЕРЖАЩЕЙ ЖЕЛЕЗА Российский патент 2016 года по МПК H02K3/47 H02K21/14 H02K21/22 

Изобретение относится к электродвигателю с обмоткой, не содержащей железа, имеющему магнитные полюса с посторонним или с постоянным возбуждением.

Тенденция использования электродвигателей во многих областях применения постоянно увеличивается. Электромеханическое преобразование энергии в таком двигателе осуществляется либо с постоянным возбуждением, при помощи постоянных магнитов, либо с посторонним возбуждением, при помощи двух отдельных конструкций катушек в роторе и статоре, как это, например, известно из DE 69735825 Т2. Во время этого преобразования энергии возникают потери, которые по существу складываются из потерь на омическом сопротивлении, потерь на вихревые токи, потерь на гистерезис и потерь на трение.

Применение большого количества витков обеспечивает возможность большой отдачи мощности, однако при этом возрастают потери на омическом сопротивлении. Чем большее количество материала обмотки применяют, тем больше отношение отдаваемой механической мощности к потребляемой электрической мощности (в генераторном режиме наоборот).

Выполнение обмоток осуществляют в общем случае посредством состоящего из электротехнического железа статора, в пазах которого укладывают отдельные жгуты обмотки, или вокруг полюсных башмаков которого наматывают жгуты обмотки.

Наряду с этим, из DE 3401776 А1 и DE 4414527 С1 известны конструкции обмотки, не содержащие железа, которые, например, заделаны в отвержденную полимерную смолу или выполнены в виде самонесущей конструкции.

Кроме того, имеются варианты выполнения статора, не содержащие пазов, которые, например, известны из DE 69407908 Т2, DE 4414527 С1 и DE 69735825 Т2.

Расположение обмотки в воздушном зазоре между ротором и статором известно, например, из DE 4130016 А1, DE 1206067 В, DE 3401776 А1, DE 4414527 С1 и DE 69735825 Т2.

Так как магнитное поле в обмотках электродвигателя изменяется во времени, возникают потери на вихревые токи в форме тепла, которое концентрируется в железных элементах двигателя. В современных электродвигателях частично применяют изолированные пакеты листов, чтобы уменьшить распространение вихревых токов. Изготовление таких составленных из листов статоров является относительно трудоемким и предлагается различными изготовителями лишь частично. Кроме того, в возрастающей мере изготавливают электродвигатели с постоянным возбуждением, которые однако не применимы для асинхронных двигателей. Благодаря применению постоянных магнитов удается заменить обмотку, что имеет следствием уменьшение потерь на омическом сопротивлении и повышение отдаваемой мощности.

Кроме того, для многих вариантов применения, в частности, для мобильных применений в области привода, существенное значение имеет абсолютная масса двигателя, а также габариты двигателя, которые определяются формой и размерами статора и ротора, а также обмоток.

На основании этого задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить в распоряжение электродвигатель, при помощи которого могут быть устранены упомянутые выше технические проблемы электродвигателей.

Эта задача решена при помощи электродвигателя согласно п.1 формулы изобретения, а также при помощи следующих благоприятных вариантов выполнения согласно зависимым пунктам формулы изобретения.

Предложен электродвигатель, который включает в себя по меньшей мере следующие составные части:

- первичную часть с обмоткой, не содержащей железа, которая содержит по меньшей мере две фазы, при этом одна фаза включает в себя по меньшей мере два жгута обмотки и по меньшей мере один электрический соединительный элемент, и

- вторичную часть с четным количеством магнитных полюсов, которые с чередованием расположены на вторичной части.

При этом обмотка расположена на первичной части в воздушном зазоре между первичной частью и вторичной частью по отношению к оси таким образом, что:

- соответствующие жгуты обмотки фазы расположены напротив соответствующего магнитного полюса, и

- все магнитные полюса выполнены с возможностью одновременного использования для образования усилия.

Электродвигатель может применяться как в качестве вращательно работающего двигателя, так и в качестве поступательно работающего линейного двигателя.

При этом под образованием усилия понимают как образование вращающего момента во вращательном двигателе, так и эквивалентное образование усилия в линейном двигателе. Если через проводник в форме обмотки протекает ток, то вокруг этого проводника образуется магнитное поле и, например, отталкивает расположенный напротив постоянный магнит, и вследствие этого в случае ротора возникает вращательное движение.

Под обмоткой, не содержащей железа, понимают обмотку, которая между проводниками не содержит железного материала. В противоположность этому, традиционные двигатели имеют, например, пазы или полюсные башмаки с соответственно интегрированной обмоткой.

Благоприятным образом в таком электродвигателе возникают меньшие потери, чем в традиционных двигателях, вследствие чего может достигаться высокий коэффициент полезного действия в совокупности с высокой удельной мощностью. Малые возникающие потери основываются на относительно простой конструкции двигателя, при которой в основу положено малое количественное применение проводящего материала и электротехнического железа. Электродвигатель отличается компактной легкой конструкцией, которая, в частности, является желательной для мобильных применений в области привода, например, в электромобилях.

Обмотка двигателя находится в воздушном зазоре между статором, который предпочтительно имеет поверхность, не содержащую пазов, и ротором для вращательного двигателя или ползуном для линейного двигателя, которые снабжены полюсами с постоянным или с посторонним возбуждением. В случае прямоугольного поперечного сечения или поперечного сечения в форме сегмента кругового кольца отдельных жгутов обмотки эти жгуты обмотки имеют более короткую сторону H и более длинную сторону В, которые следует понимать как высота и ширина.

Согласно изобретению стремятся к как можно меньшему воздушному зазору между первичной и вторичной частями. Таким образом, для поперечного сечения жгутов обмотки является благоприятным как можно большее отношение В/Н, чтобы магнитный поток, который воздействует на проводник, являлся максимально большим, и, таким образом, создавался относительно большой магнетизм. Предпочтительными являются отношения В/Н от 2 до 100, особенно предпочтительно от 4 до 20. Однако возможны все комбинации В/Н, если они являются технически реализуемыми.

Следовательно, обмотка расположена в воздушном зазоре таким образом, что более короткая сторона H ориентирована параллельно прохождению силовых линий магнитного поля. Благодаря этому достигается то, что несмотря на интегрированную обмотку, может быть реализован относительно малый воздушный зазор, и, таким образом возможно образование относительно больших усилий. В качестве материала обмотки принимаются во внимание все проводящие материалы и сплавы, например, медь, алюминий, золото и т.д.

В одном варианте выполнения изобретения первичной частью электродвигателя является статор, а вторичная часть выполнена в виде ротора, осью является ось вращения, и вторичная часть расположена на первичной части параллельно этой оси. Применяемые железные материалы в первичной и вторичной частях могут включать в себя все материалы, которые используют при производстве двигателей.

Согласно следующему варианту выполнения изобретения первичная часть двигателя является статором, а вторичная часть выполнена в виде ползуна, при этом осью является ось поступательного движения, и вторичная часть расположена на первичной части перпендикулярно оси. Поэтому изобретение применимо как для вращательно работающего двигателя, так и для поступательно работающего двигателя. В обоих вариантах физическое строение осуществляется по одному и тому же принципу обмотки в воздушном зазоре, при этом имеет место существенное отличие в установке на опорах и в ориентации образования сил.

Магнитные полюса электродвигателя могут быть с постоянным или с посторонним возбуждением. Оба варианта имеют свои преимущества и недостатки. Полюса с постоянным возбуждением обеспечивают значительно более высокую плотность потока в воздушном зазоре, чем полюса с посторонним возбуждением, не требуют внешнего подвода энергии и могут относительно легко интегрироваться в ротор. Компактные постоянные магниты имеют относительно высокую собственную массу, однако, тем не менее, имеют преимущество в отношении удельной мощности, так как двигатели могут быть выполнены более компактными, и материал может быть сэкономлен в другом месте.

В качестве постоянных магнитных материалов могут использоваться все применяемые магнитные материалы, например, NdFeB, SmCo, AlNiCo, SrFeBaFe и т.д. По сравнению с постоянными магнитами, электромагниты являются существенно более выгодными, однако требуют катушку, через которую должен протекать дополнительный ток, образующий при помощи железного сердечника магнитное поле.

Вторичная часть может быть расположена как внутри, так и снаружи первичной части. Эта гибкость обеспечивает возможность различных конструктивных вариантов для различных областей применения. В частности, при стратегиях непосредственного привода значительным потенциалом обладают, например, двигатели с наружным якорем, например в виде мотор-колеса.

Электродвигатель может быть выполнен в виде двигателя постоянного тока. При этом двигатель имеет n фаз на полюс, причем n-1 фазы выполнены с возможностью одновременного управления при помощи постоянного напряжения. При этом магнитные полюса также могут иметь постоянное или постороннее возбуждение и подвергаться управлению при помощи постоянного напряжения, например, согласно общеупотребительным способам управления, предпочтительно в форме блочной коммутации.

В следующем варианте выполнения изобретения электродвигатель может быть выполнен в виде двигателя переменного тока, в котором при помощи переменного напряжения могут управляться отдельные фазы, имеющие друг по отношению к другу смещение фаз <180°. При этом могут использоваться общеупотребительные способы управления, например, синусная коммутация.

Требуются по меньшей мере две фазы, которые расположены таким образом, что под каждым магнитным полюсом с постоянным или с посторонним возбуждением соответственно находится жгут обмотки всех фаз. Чем больше фаз применяется, тем точнее могут подвергаться управлению соответствующие жгуты обмотки, вследствие чего может уменьшаться пульсация вращающего момента.

Предложенный в изобретении двигатель может эксплуатироваться как в двигательном режиме, так и в генераторном режиме.

В следующем варианте выполнения изобретения первичная часть электродвигателя выполнена в виде тонкостенного полого цилиндра, предпочтительно с поверхностью, не содержащей пазов. Преимущество этого состоит в том, что применение меньшего количества материала уменьшает общую массу. Толщина полого цилиндра должна быть назначена таким образом, что не возникает магнитного насыщения железного материала вследствие протекающих силовых линий магнитного поля. Соединение с опорой такого тонкостенного полого цилиндра может осуществляться при помощи различных комбинаций материалов, при этом должны обеспечиваться прочность двигателя и отвод тепла.

Статор состоит из электротехнического железа и выполнен таким образом, что он обладает достаточной прочностью и соответствующей магнитной проницаемостью.

Потери на вихревые токи могут быть уменьшены при помощи уже известного способа разделения статора на листы, при этом очень простая геометрическая форма проводящих магнитный поток частей статора обеспечивает возможность очень простой и экономичной разделенной на листы конструкции.

Первичная часть может быть выполнена в виде сплошного цилиндра. При этом границы образуются вследствие возможности осуществления изготовления, в частности, при очень малых конструктивных рядах выполнение статора в виде сплошного цилиндра напрашивается из технологических соображений.

Согласно изобретению первичная часть может иметь по меньшей мере один сегмент полого цилиндра. Преимущество этого выполнения статора состоит в том, что требуется лишь одна часть полного статора. Кроме того, на основании недостатка места, уменьшения массы и т.д., является преимуществом выполнение статора не полностью, а в виде сегмента цилиндра или в виде сегмента полого цилиндра.

Электрические соединительные элементы представляют собой связь с n-ным соседним элементом, то есть с n-ным жгутом обмотки, по кратчайшему пространственному пути, так что может быть реализовано чередующееся протекание тока в соседних жгутах обмотки одной фазы. Под чередующимся протеканием тока понимают то, что меняется ориентация тока между соседними жгутами обмотки одной фазы, которые соединены посредством электрических соединительных элементов. Благодаря этому все магнитные полюса, независимо от того, имеют ли они постоянное возбуждение или постороннее возбуждение, одновременно используются для образования усилия или же для образования вращающего момента. В противоположность этому, традиционные электродвигатели, хотя и используют все полюса, но используют их не одновременно. Кроме того, благодаря очень коротким соединительным элементам потери на омическом сопротивлении остаются малыми, и, таким образом, коэффициент полезного действия двигателя повышается.

Магнитный контур соответственно характеризуется замыканием магнитного потока в тонкостенном железе в первичной части и вторичной части, магнитными полюсами с постоянным или с посторонним возбуждением, относительно малым воздушным зазором и расположенной в воздушном зазоре обмоткой с малым числом витков. Этот магнитный контур имеет относительно малое магнитное сопротивление и, таким образом, является благоприятным для образования относительно больших усилий.

Воздействие на зависимость вращающего момента от числа оборотов возможно посредством относительно простых вариаций параметров, например, посредством вариации числа пар полюсов, числа фаз и аналогичных параметров. Благодаря этому относительно простым способом могут быть установлены произвольные рабочие точки двигателя.

При управлении электродвигателя постоянным током при помощи n-1-й фазы, то есть, при помощи фазы, через которую не проходит ток, может быть измерена взаимная индуктивность и применена для определения положения угла ротора. Соответственно обесточенная фаза посредством измерения индуцируемого напряжения может использоваться в качестве датчика положения. Датчик может использоваться как цифровым способом, для регистрации точки изменения поляризации между двумя соседними полюсами, так и аналоговым способом, посредством анализа электродвижущей силы и обратного расчета положения ротора. Благодаря этому возможно регулирование частоты вращения, вращающего момента, тока или положения без датчиков.

Благодаря одновременному постоянному образованию вращающего момента на всех полюсах при работе электродвигателя согласно изобретению могут достигаться относительно малые пульсации вращающего момента.

В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения электрические соединительные элементы могут находиться в соединении с жгутами обмотки таким образом, что соединительные элементы попеременно расположены на первых и вторых концах жгутов обмотки. Предпочтительно жгуты обмотки с соединительными элементами расположены в форме меандра.

Электрические соединительные элементы находятся в соединении с жгутами обмотки таким образом, что они могут быть размещены в плоскости соответствующего жгута обмотки, например, в форме меандра, или в радиальном направлении, то есть, пространственно расположены на оси вращения в различных плоскостях х-y, x-z, y-z.

Оказалось благоприятным, если электродвигатель содержит жгут обмотки, который выполнен составным и имеет поперечное сечение, которое выполнено в виде прямоугольника или сегмента кругового кольца.

Предпочтительно высота H поперечного сечения меньше, чем его ширина В, при этом поперечное сечение может быть разделено на несколько участков. Под составным строением поперечного сечения жгута обмотки следует понимать то, что оно образовано посредством нескольких проводников.

Благоприятным образом высота H поперечного сечения проходит параллельно прохождению силовых линий магнитного поля в воздушном зазоре, чтобы таким образом иметь возможность реализации относительно малого воздушного зазора, несмотря на интегрированную в воздушный зазор обмотку.

Во вращательном двигателе жгуты обмотки электродвигателя ориентированы параллельно оси вращения.

В линейном двигателе жгуты обмотки электродвигателя ориентированы перпендикулярно оси поступательного движения.

Электрические соединительные элементы дополнительно могут использоваться для закрепления обмотки. Выгодным образом предусмотрено, что жгуты обмотки закреплены при помощи электрических соединительных элементов на первичной части.

В одном усовершенствовании изобретения жгуты обмотки выполнены как одно целое с электрическими соединительными элементами.

Также предусмотрено, что обмотка выполнена как одно целое вместе с первичной частью.

Общая масса этого электродвигателя с тонкостенным статором и обмоткой в воздушном зазоре является относительно малой по сравнению с традиционными двигателями, так как традиционные двигатели имеют очень массивные статоры, которые снабжены соответствующими пазами обмотки или полюсными башмаками.

В зависимости от выбранных материалов или комбинации материалов, жгуты обмотки и электрические соединительные элементы двигателя согласно изобретению могут изготавливаться посредством следующих способов, применяемых поодиночке или в комбинации:

- способы разделения, например, лазерная резка, резка водяной струей, высечка и аналогичные,

- способы деформирования, например, гибка, прессование, литье, глубокая вытяжка, точение, шлифование и т.д.,

- способы стыковки, например, сварка, склеивание, пайка и т.д., и могут быть выполнены монолитными или составными, в частности, одно- или многослойными. Кроме того, жгуты обмотки и соединительные элементы могут иметь покрытия, которые, например, повышают проводимость и могут быть нанесены, в частности, посредством напыления, погружения, ионно-плазменного нанесения и аналогичными способами нанесения покрытий.

Электрическое сопротивление электродвигателя согласно изобретению является относительно малым, так как обмотка в воздушном зазоре имеет относительно большие поперечные сечения, и в общей сложности требуется относительно малое количество материала обмотки. Кроме того, применяются относительно короткие электрические соединительные проводники между отдельными жгутами фаз. Благодаря тонкостенной цилиндрической форме статора возникают меньшие потери на перемагничивание, чем в традиционных двигателях, так как для изготовления цилиндрического кольца требуется меньшее количество железного материала.

Предложенный в изобретении электродвигатель, который отличается относительно короткими соединениями обмоток, например, в форме меандра, и относительно малым остающимся воздушным зазором, имеет относительно малые потери на гистерезис, потери на вихревые токи и потери на омическом сопротивлении.

Кроме того, он отличается очень малой массой при относительно высокой удельной мощности и может изготавливаться очень простым способом, при этом размеры первичной части, вторичной части, обмотки и магнитных полюсов могут быть легко изменены.

Предложенный электродвигатель применим во всех областях использования современных электродвигателей и дополнительно может применяться в новых областях использования, например, в области электромобилей, при этом изобретение не ограничено указанными возможностями применения и материалами, а также их комбинациями.

В качестве примера варианты выполнения изобретения показаны на прилагаемых чертежах и подробнее описаны со ссылками на них. На чертежах изображено:

фиг. 1а - схематическая конструкция электродвигателя с наружным якорем (например, трехфазной обмоткой U, V, W),

фиг. 1b - схематическая конструкция электродвигателя с внутренним якорем (например, трехфазной обмоткой U, V, W),

фиг. 1с - схематическая конструкция линейного двигателя,

фиг. 1d - схематическая конструкция сегмента полого цилиндра,

фиг. 2 - схематическая конструкция фазы обмотки,

фиг. 3а и 3d - схематические поперечные сечения жгутов обмотки,

фиг. 3с - схематическое прохождение силовых линий магнитного поля в линейном двигателе,

фиг. 4 - фрагмент распределения силовых линий магнитного поля в двигателе с полюсами с постоянным возбуждением.

На фиг. 1а схематически показана конструкция электродвигателя 1 с наружным якорем, то есть, первичная часть 2а и обмотка 3 находятся внутри вторичной части 7а с магнитными полюсами 8. При этом обмотка 3 составлена из трех фаз 6, обозначенных также буквами "U", "V", и "W", причем одна фаза состоит из нескольких жгутов 4 обмотки и электрических соединительных элементов 5, которые на фиг. 1а не показаны и видны на фиг. 2, при этом по меньшей мере один жгут 4 обмотки фазы 6 находится под магнитным полюсом 8 в воздушном зазоре 9, а именно, таким образом, что жгуты 4 обмотки ориентированы параллельно оси 10а вращения, из чего следует, что для образования вращающего момента могут постоянно применяться все магнитные полюса 8. Поляризация магнитных полюсов 8 осуществляется в радиальном направлении по отношении к оси 10а вращения и соответственно изменяется между соседними магнитными полюсами 8 в чередующейся форме. Первичная часть 2а и вторичная часть 7а установлены в опорах на общей оси 10а вращения.

На фиг. 1b схематически показана конструкция электродвигателя 1 с внутренним якорем, то есть, первичная часть 2а и обмотка 3 находятся снаружи вторичной части 7а с магнитными полюсами 8. При этом обмотка 3 составлена из трех фаз 6, обозначенных также буквами "U", "V", и "W", причем одна фаза состоит из нескольких жгутов 4 обмотки и электрических соединительных элементов 5, которые на фиг. 1b не показаны, а видны на фиг. 2, при этом по меньшей мере один жгут 4 обмотки фазы 6 находится под магнитным полюсом 8 в воздушном зазоре 9, а именно, таким образом, что жгуты 4 обмотки ориентированы параллельно оси 10а вращения, из чего следует, что для образования вращающего момента могут постоянно применяться все магнитные полюса 8. Поляризация магнитных полюсов 8 осуществляется в радиальном направлении по отношению к оси 10а вращения и соответственно изменяется между соседними магнитными полюсами 8 в чередующейся форме. Первичная часть 2а и вторичная часть 7а установлены в опорах на общей оси 10а вращения.

На фиг. 1 с схематически показана конструкция линейного двигателя 1, то есть, первичная часть 2b и обмотка 3 находятся напротив вторичной части 7b с магнитными полюсами 8, при этом вторичная часть 2b является ползуном, а не ротором, как во вращательном двигателе на фиг. 1а, 1b. Поляризация магнитных полюсов 8 осуществляется в радиальном направлении по отношению к воздушному зазору 9 и соответственно меняется между соседними магнитными полюсами 8 в чередующейся форме. В этом варианте выполнения обмотка 3 состоит из трех фаз U, V и W, при этом соответственно жгут 4 обмотки фазы 6 находится под магнитным полюсом 8 в воздушном зазоре 9, а именно, таким образом, что жгуты 4 обмотки ориентированы перпендикулярно оси 10b поступательного движения, из чего следует, что для образования движущего усилия могут постоянно применяться все магнитные полюса 8. Первичная часть 2b и вторичная часть 7b установлены в опорах на общей оси 10b поступательного движения.

На фиг. 1d схематически показана конструкция электродвигателя 1 с сегментом 12 полого цилиндра первичной части 2а (не показана) для двигателя с наружным якорем, то есть, первичная часть 2а и обмотка 3 находятся внутри вторичной части 7а с магнитными полюсами 8, при этом первичная часть 2а не является полным полым цилиндром, а может быть выполнена в виде сегмента 12 полого цилиндра, содержащего лишь по меньшей мере два магнитных полюса 8. Поляризация магнитных полюсов 8 осуществляется в радиальном направлении по отношении к оси 10а вращения и соответственно изменяется между соседними магнитными полюсами 8 в чередующейся форме. В этом варианте выполнения обмотка 3 состоит из трех фаз U, V и W, при этом соответственно жгут 4 обмотки (не показан) фазы 6 находится под магнитным полюсом 8 в воздушном зазоре 9 только на сегменте 12 полого цилиндра, а именно, таким образом, что жгуты 4 обмотки ориентированы параллельно оси 10а вращения, из чего следует, что для образования вращающего момента постоянно могут применяться все магнитные полюса 8. Первичная часть 2а и вторичная часть 7а установлены в опорах на общей оси 10а вращения.

На фиг. 2 схематически показан вариант выполнения фазы 6 обмотки 3 (на фиг. 2 не показана) для двигателя с наружным якорем или же двигателя с внутренним якорем согласно фиг. 1а или 1b. При этом видно, что жгуты 4 обмотки проходят параллельно оси 10а вращения. Поперечное сечение 11 жгутов 4 обмотки выполнено в форме сегмента кругового кольца и состоит из сплошного материала. Электрические соединительные элементы 5 могут быть выполнены в качестве удлинения жгутов 4 обмотки или прикреплены в радиальном направлении по отношению к оси 10а вращения. Соединение между электрическими соединительными элементами 5 и жгутами 4 обмотки может осуществляться при помощи всех технологий стыковки, или же вся фаза 6 может быть изготовлена монолитной, то есть, жгуты 4 обмотки и электрические соединительные элементы 5 состоят из одного связного проводящего материала, который изогнут с образованием желаемой формы.

На фиг. 3а схематически показано состоящее из сплошного материала поперечное сечение 11 жгута 4 обмотки, которое выполнено в виде сегмента кругового кольца. При этом высота H в несколько раз меньше, чем ширина В.

На фиг. 3d схематически показано составленное из нескольких участков 11′ поперечное сечение 11 жгута 4 обмотки с высотой H и шириной В.

На фиг. 3с схематически показано прохождение силовых линий 13 магнитного поля для линейного двигателя 1, содержащего ползун 7b с магнитными полюсами 8, статор 2b, и обмотки 3, которые расположены на статоре 2b в воздушном зазоре 9 между статором 2b и ползуном 7b перпендикулярно по отношению к оси 10b поступательного движения.

На фиг. 4 показан фрагмент распределения силовых линий магнитного поля в двигателе с полюсами 8 с постоянным возбуждением, при этом, в частности, изображено, что магнитные контуры соответственно замыкаются посредством соседних магнитов и поэтому существенно укорачиваются по сравнению с традиционными двигателями. Благодаря уменьшенному сопротивлению вследствие короткого пути магнитного потока плотность магнитного потока в воздушном зазоре является большой по сравнению с плотностью потока остаточного магнетизма постоянных магнитов. К этому добавляется то, что сохраняется малым магнитное поле рассеяния.

Список обозначений

1 электродвигатель

2 первичная часть

2а статор вращательного двигателя

2b статор линейного двигателя

3 обмотка

4 жгут обмотки

4а первый конец жгута обмотки

4b противоположный концу 4а конец жгута обмотки

5 электрический соединительный элемент

6 фаза

7 вторичная часть

7а ротор

7b ползун

8 магнитный полюс

9 воздушный зазор

10 ось

10а ось вращения

10b ось поступательного движения

11 поперечное сечение жгута обмотки, состоящее из одного проводника

11′ поперечное сечение жгута обмотки, состоящее из нескольких проводников

12 сегмент полого цилиндра

13 прохождение силовых линий магнитного поля

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам с обмоткой, не содержащей железа. Электродвигатель (1), включающий в себя, по меньшей мере, первичную часть (2а, 2b) с обмоткой (3), не содержащей железа, которая содержит, по меньшей мере, две фазы (6), при этом одна фаза (6) включает в себя, по меньшей мере, два жгута (4) обмотки и, по меньшей мере, один электрический соединительный элемент (5), и вторичную часть (7а, 7b) с четным количеством магнитных полюсов (8), которые с чередованием расположены на вторичной части (7а, 7b), при этом обмотка (3) расположена на первичной части (2а, 2b) в воздушном зазоре (9) между первичной частью (2а, 2b) и вторичной частью (7а, 7b) по отношению к оси (10а, 10b) таким образом, что соответствующие жгуты (4) обмотки фазы (6) расположены напротив соответствующего магнитного полюса (8), и все магнитные полюса (8) выполнены с возможностью одновременного использования для образования усилия. Технический результат состоит в повышении удельной мощности и технологичности изготовления. 19 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Электродвигатель (1), включающий в себя по меньшей мере:
- первичную часть (2а, 2b), содержащую железные материалы, образующие железо, и обмотку (3), не содержащую железа, которая содержит по меньшей мере две фазы (6), при этом одна фаза (6) включает в себя по меньшей мере два жгута (4) обмотки с первыми концами (4а) и вторыми концами (4b) и по меньшей мере один электрический соединительный элемент (5),
- вторичную часть (7а, 7b), содержащую железные материалы, образующие железо с четным количеством магнитных полюсов (8), которые с чередованием расположены на вторичной части (7а, 7b), при этом
- обмотка (3) расположена на первичной части (2а, 2b) в воздушном зазоре (9) между первичной частью (2а, 2b) и вторичной частью (7а, 7b) по отношению к оси (10а, 10b), причем
электрические соединительные элементы (5) для обеспечения чередующегося протекания тока в соседних жгутах (4) обмотки фазы (6) соединены с жгутами (4) обмотки фазы (6), так что они попеременно расположены на первых концах (4а) и вторых концах (4b) жгутов (4) обмотки фазы (6), причем
- соответствующие жгуты (4) обмотки фазы (6) расположены напротив соответствующего магнитного полюса (8), так что
каждый магнитный контур замыкается соседними магнитными полюсами (8), причем
магнитный контур характеризуется тонкостенным железом в первичной части (2а, 2b) и вторичной части (7а, 7b), относительно малым воздушным зазором и магнитными полюсами (8) с постоянным или с посторонним возбуждением, которые используются в то же время для образования усилия таким образом, что жгуты (4) обмотки различных фаз (6) расположены на одинаковом расстоянии от оси (10а) вращения, при этом все жгуты (4) обмотки имеют одинаковую длину.

2. Электродвигатель (1) по п. 1, в котором первичная часть является статором (2а), вторичная часть выполнена в виде ротора (7а), осью (10а) является ось вращения, при этом вторичная часть (7а) и первичная часть (2а) расположены на одном расстоянии от оси (10а).

3. Электродвигатель по п. 1, в котором первичная часть является статором (2b), вторичная часть выполнена в виде ползуна (7b), осью (10b) является ось поступательного движения, при этом вторичная часть (7b) расположена на первичной части (2b) перпендикулярно оси (10b).

4. Электродвигатель по п. 1, в котором магнитные полюса (8) являются полюсами с постоянным или с посторонним возбуждением.

5. Электродвигатель по одному из пп. 1-4, в котором вторичная часть (7а) расположена внутри или снаружи первичной части (2а).

6. Электродвигатель по одному из пп. 1-4, который выполнен в виде двигателя постоянного тока и имеет n фаз (6) на полюс (8), при этом n-1 фаз выполнены с возможностью одновременного управления при помощи постоянного напряжения.

7. Электродвигатель по одному из пп. 1-4, который выполнен в виде двигателя переменного тока, в котором отдельные фазы (6) выполнены с возможностью управления при помощи переменного напряжения и имеют друг по отношению к другу смещение фаз <180°.

8. Электродвигатель по одному из пп. 1-4, в котором первичная часть (2а) выполнена в виде тонкостенного полого цилиндра, предпочтительно с поверхностью (7а), не содержащей пазов.

9. Электродвигатель по одному из пп. 1-4, в котором первичная часть (2а) выполнена в виде сплошного цилиндра.

10. Электродвигатель по одному из пп. 1-4, в котором первичная часть (2а) содержит по меньшей мере один сегмент (12) полого цилиндра.

11. Электродвигатель по одному из пп. 1-4, в котором электрические соединительные элементы (5) соединены с жгутами (4) обмотки фазы (6) таким образом, что обеспечена возможность реализации чередующегося протекания тока между жгутами (4) обмотки фазы (6), которые таким образом образуют усилие под каждым магнитным полюсом (8) и одновременно используются для образования усилия.

12. Электродвигатель по одному из пп. 1-4, в котором электрические соединительные элементы (5) находятся в соединении с жгутами (4) обмотки таким образом, что они размещены в форме меандра попеременно на первых концах (4а) и вторых концах (4b) жгутов (4) обмотки.

13. Электродвигатель по одному из пп. 1-4, в котором электрические соединительные элементы (5) выполнены в качестве удлинения жгутов (4) обмотки или прикреплены в радиальном направлении по отношению к оси (10а) вращения.

14. Электродвигатель по одному из пп. 1-4, в котором жгут (4) обмотки выполнен монолитным или составным и имеет поперечное сечение (11), выполненное в форме прямоугольника или сегмента кругового кольца, при этом высота (Н) поперечного сечения (11) меньше, чем ширина (В), и поперечное сечение (11) включает в себя один или несколько участков (11′).

15. Электродвигатель по одному из пп. 1-4, в котором высота (Н) поперечного сечения (11) ориентирована параллельно прохождению силовых линий (13) магнитного поля в воздушном зазоре (9).

16. Электродвигатель по одному из пп. 1-4, в котором жгуты (4) обмотки ориентированы параллельно оси (10а) вращения.

17. Электродвигатель по одному из пп. 1-4, в котором жгуты (4) обмотки ориентированы перпендикулярно оси (10b) поступательного движения.

18. Электродвигатель по одному из пп. 1-4, в котором жгуты (4) обмотки закреплены на первичной части (2а, 2b) при помощи электрических соединительных элементов (5).

19. Электродвигатель по одному из пп. 1-4, в котором жгуты (4) обмотки выполнены как одно целое вместе с электрическими соединительными элементами (5).

20. Электродвигатель по одному из пп. 1-4, в котором обмотка (3) выполнена как одно целое вместе с первичной частью (2а, 2b).