Электрический мотор Российский патент 2019 года по МПК H02K16/02 H02K21/12 H02K1/27 H02K1/30 

Техническое решение относится к электрическим машинам, а именно, к электродвигателям с постоянными магнитами, без стальных магнитопроводов, на основе магнитной сборки Хальбаха (Halbach array) и может быть использовано, в частности в средствах перемещения, например, в таких, как летательные аппараты.

Известен электрический мотор (заявка US 2010/0181858 на изобретение), содержащий ротор, выполненный с возможностью соединения с валом в составе коаксиальных внутреннего и внешнего цилиндрических роторов, осуществляющих совместное вращение, статор, выполненный без магнитопровода, с обмоткой, которая расположена между цилиндрическими поверхностями внутреннего и внешнего роторов. При этом каждый из указанных роторов снабжен магнитной сборкой Хальбаха с возможностью усиливания потока от постоянных магнитов со стороны сборки, обращенной к обмотке, и гашения его с противоположной стороны. Каждая магнитная сборка Хальбаха снабжена концентраторами, выполненными на полюсах усиливающей стороны каждой сборки. С одной из сторон, на которую выходят основания цилиндров коаксиальных внешнего и внутреннего роторов, внутренний ротор снабжен крышкой, которая в ее центральной части снабжена трубчатообразным выступом. Внешний ротор механически связан с внутренним ротором - соединен болтовым соединением с крышкой внутреннего ротора. Внутренний и внешний роторы указанным трубчатообразным выступом насажены на трубчатую часть воронкообразного гнезда посредством пары подшипников, реализуя консольную конструкцию, с односторонним выносом элементов установки ротора в область трубчатой части гнезда из внутреннего объема указанных роторов, в котором расположена воронка гнезда. Положение в пространстве внутреннего ротора и его вращение относительно трубчатой части гнезда, как и положение в пространстве, а также и вращение связанного с внутренним ротором внешнего ротора обеспечены за счет трубчатообразного выступа в крышке внутреннего ротора и пары подшипников, расположенных на концах трубчатообразного выступа для насадки на трубчатую часть гнезда.

В качестве ближайшего аналога выбран электрический мотор (патент US 9270154 на изобретение), содержащий ротор, выполненный с возможностью соединения с валом в составе коаксиальных внутреннего и внешнего цилиндрических роторов, осуществляющих совместное вращение, статор, выполненный без магнитопровода, с обмоткой, которая расположена между цилиндрическими поверхностями внутреннего и внешнего ротора, пару магнитных сборок Хальбаха, каждой из которых снабжены внутренний и внешний роторы на цилиндрических поверхностях, обращенных к обмотке статора, в которых магниты расположены с возможностью усиливания потока от них в поперечной области статора и гашения его вне указанной области. Каждая из сборок снабжена концентраторами потока, расположенными на полюсах сборки со стороны обмотки статора с возможностью концентрации потока от постоянных магнитов внутреннего ротора посредством концентраторов внутреннего ротора, а потока от постоянных магнитов внешнего ротора - посредством концентраторов внешнего ротора, причем таким образом, что сконцентрированный поток посредством концентраторов внутреннего ротора и сконцентрированный поток посредством концентраторов внешнего ротора подвержены взаимному усилению при пересечении обмотки. Последняя выполнена в виде пакета проводников, характеризующегося поперечным сечением, длинная сторона которого расположена поперек направления расположения линий магнитного поля между внутренним и внешним роторами. С одной из сторон, на которую выходят основания цилиндров коаксиальных внешнего и внутреннего роторов, внутренний ротор снабжен крышкой, которая в ее центральной части снабжена трубчатообразным выступом. Внешний ротор механически связан с внутренним ротором - соединен болтовым соединением с крышкой внутреннего ротора. Внутренний и внешний роторы указанным трубчатообразным выступом насажены на трубчатую часть воронкообразного гнезда посредством пары подшипников, реализуя консольную конструкцию, с односторонним выносом элементов установки ротора в область трубчатой части гнезда из внутреннего объема указанных роторов, в котором расположена воронка гнезда. Положение в пространстве внутреннего ротора и его вращение относительно трубчатой части гнезда, как и положение в пространстве, а также и вращение связанного с внутренним ротором внешнего ротора обеспечены за счет трубчатообразного выступа в крышке внутреннего ротора и пары подшипников, расположенных на концах трубчатообразного выступа для насадки на трубчатую часть гнезда.

Вышеописанными моторами не преодолена техническая проблема создания высокоэффективного, мощного, надежного электрического мотора, чему препятствуют их недостатки.

Недостатками аналогов являются: наличие вибраций; невысокая жесткость конструкции; не достаточно высокая величина удельной мощности - мощности, приходящейся на единицу массы; отсутствие возможности увеличения мощности двигателя за счет удлинения магнитов вдоль продольной оси и обмотки без существенных конструкционных усилений. Причина недостатков заключается в том, что в электрическом моторе при насадке его внутреннего и внешнего роторов на элемент - трубчатую часть, относительно которой на подшипниках вращаются внешний и внутренний роторы, реализуется конструкция консольного типа. Элементы установки ротора вынесены за пределы его внутреннего пространства в одну сторону относительно положения ротора. Снижена жесткость конструкции, возникают вибрации. Как правило, конструкция консольного типа требует использования значительно массивных элементов. В результате массивный мотор характеризуется недостаточно высокой удельной мощностью, отсутствием возможности увеличения его мощности за счет удлинения магнитов и обмотки без существенных конструкционных усилений. Кроме того, совместное вращение внутреннего и внешнего роторов осуществляется за счет наличия механической связи между ними, реализуемой дополнительными элементами крепежа, способствуя увеличению массы.

Разработка электрического мотора направлена на решение технической проблемы создания высокоэффективного, мощного, надежного электрического мотора за счет достижения нижеследующего технического результата.

Техническим результатом является:

- устранение вибраций;

- повышение жесткости конструкции;

- повышение удельной мощности (на единицу массы);

- увеличение мощности мотора за счет удлинения магнитов и обмотки без существенных конструкционных усилений.

Технический результат достигается в электрическом моторе, содержащем ротор, выполненный с возможностью соединения с валом в составе коаксиальных внутреннего и внешнего цилиндрических роторов, осуществляющих совместное вращение, статор, выполненный без магнитопровода, с обмоткой, которая расположена в зазоре между цилиндрическими поверхностями внутреннего и внешнего ротора, в моторе выполнена ось, статор неподвижно установлен на указанной оси, внешний ротор, выполненный с возможностью его соединения с валом, реализован с возможностью установки его на оси посредством одной пары подшипников, размещенных в основаниях его цилиндра, а внутренний ротор реализован с возможностью установки его на оси посредством другой пары подшипников, размещенных в основаниях его цилиндра, при этом внешний ротор снабжен магнитной сборкой Хальбаха, постоянные магниты которой расположены на его цилиндрической поверхности, обращенной к обмотке статора, а внутренний ротор снабжен магнитной сборкой Хальбаха, постоянные магниты которой расположены на его цилиндрической поверхности, обращенной к обмотке статора, или снабжен сборкой на основе магнитомягкого материала, замыкающей магнитное поле от магнитов внешнего ротора, а совместное вращение роторов обеспечено магнитной связью

В уточненном варианте реализации мотора внешний ротор, выполненный с возможностью его соединения с валом, реализованный с возможностью установки его на оси посредством одной пары подшипников, размещенных в основаниях его цилиндра, снабженный магнитной сборкой Хальбаха, выполнен в составе полого цилиндра, и жестко связанных с ним двух крышек, установленных в его основаниях, каждая из которых в ее центральной части снабжена посадочным местом для подшипника для установки на оси, в одной из которых смонтирован вентилятор охлаждения, а во второй по периферийному кольцу выполнены вентиляционные отверстия, обеспечивая циркуляцию воздуха между участками обмотки, при этом внутренний ротор, реализованный с возможностью установки его на оси посредством другой пары подшипников, размещенных в основаниях его цилиндра, снабженный магнитной сборкой Хальбаха или сборкой на основе магнитомягкого материала, выполнен цилиндром, в теле которого вдоль его продольной оси сформировано сквозное отверстие для установки его посредством пары подшипников на оси, расположенных между осью и поверхностью отверстия на краях его выходов, кроме указанного сквозного отверстия, в теле цилиндра выполнены выемки.

В уточненном варианте реализации мотора внешний ротор, выполненный с возможностью его соединения с валом, реализованный с возможностью установки его на оси посредством одной пары подшипников, размещенных в основаниях его цилиндра, снабженный магнитной сборкой Хальбаха, выполнен в составе полого цилиндра и жестко связанных с ним двух крышек, установленных в его основаниях, каждая из которых в ее центральной части снабжена посадочным местом для подшипника для установки на оси, в каждой из которых по периферийному кольцу выполнены вентиляционные отверстия, при этом внутренний ротор, реализованный с возможностью установки его на оси посредством другой пары подшипников, размещенных в основаниях его цилиндра, снабженный магнитной сборкой Хальбаха или сборкой на основе магнитомягкого материала, выполнен цилиндром, в теле которого вдоль его продольной оси сформировано сквозное отверстие для установки его посредством пары подшипников на оси, расположенных между осью и поверхностью отверстия на краях его выходов, кроме указанного сквозного отверстия, в теле цилиндра выполнены выемки с возможность использования их для монтажа вентилятора, обеспечивающего поток воздуха для прокачивания между участками обмотки.

В уточненном варианте реализации мотора статор, выполненный без магнитопровода, с обмоткой, установленный на оси, реализован в составе пары позиционирующих обмотку элементов относительно оси, между которыми расположена обмотка с возможностью фиксации к указанным элементам, при этом указанные элементы неподвижно установлены на оси между подшипниками внешнего и внутреннего роторов.

В уточненном варианте реализации мотора обмотка выполнена n-фазной, где n≥2, каждая фаза реализована в составе одного или более покрытых изоляцией проводников с сечением округлой или прямоугольной формы, собранных в пакет серпантиновидной формы, с прямыми протяженными участками пакета проводников, ориентированными в пространстве с возможностью их расположения на условной боковой поверхности прямого кругового цилиндра вдоль образующей, переходящими в дуги, с количеством дуг в пакете N, равным удвоенному количеству магнитных полюсов за вычетом единицы, с общим количеством дуг в обмотке n×N-n, с расположением прямых протяженных участков пакетов проводников перпендикулярно линиям магнитного поля, при этом часть пакетов проводников выполнена с отогнутыми участками, приходящимися на дуги, относительно условной боковой поверхности прямого кругового цилиндра, на которой расположены прямые протяженные участки пакетов, участки дуг, соединяющие расположенные по одну сторону концы прямых протяженных участков пакетов, отогнуты в одну и ту же сторону относительно условной боковой поверхности прямого кругового цилиндра под углом «плюс» 90 градусов, участки дуг, соединяющие расположенные по другую сторону концы прямых протяженных участков, отогнуты в одну и ту же сторону относительно условной боковой поверхности прямого кругового цилиндра, но под углом «минус» 90 градусов, пакеты, выполненные без отгибания участков дуг и с отгибанием участков дуг расположены в обмотке с регулярным перемежением.

Предлагаемое техническое решение поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.

На Фиг. 1 показан электрический мотор сбоку, вдоль продольной оси, со стороны цилиндрической поверхности внешнего ротора с вентилятором охлаждения, смонтированным на крышке внешнего ротора, где: 1 - ось; 2 - позиционирующий обмотку элемент; 3 - обмотка; 4 - магнитная сборка Хальбаха; 5 - крышка внешнего ротора; 6 - крышка внешнего ротора; 7 - подшипник; 8 - внутренний ротор.

На Фиг. 2 показан электрический мотор в поперечном сечении, где: 1 - ось; 3 - обмотка; 4 - магнитная сборка Хальбаха; 7 - подшипник; 8 - внутренний ротор; 9 - цилиндр внешнего ротора;.

На Фиг. 3 показан показан электрический мотор сбоку, вдоль продольной оси, со стороны цилиндрической поверхности внешнего ротора с вентилятором охлаждения, смонтированным на внутреннем роторе, где: 1 - ось; 2 - позиционирующий обмотку элемент; 3 - обмотка; 4 - магнитная сборка Хальбаха; 5 - крышка внешнего ротора; 6 - крышка внешнего ротора; 7 - подшипник; 8 - внутренний ротор; 9 - цилиндр внешнего ротора; 10 - центробежный вентилятор охлаждения.

На Фиг. 4 показан сбоку, вдоль продольной оси, электрический мотор, приведенный в вышеуказанных аналогах, где: 4 - магнитная сборка Хальбаха; 7 - подшипник; 8 - внутренний ротор; 9 - цилиндр внешнего ротора; 11 - статор; 12 - гнездо; 13 - шпиндель.

В целях достижения технического результата при установке конструктивных частей предлагаемого электрического мотора на неподвижной оси - внешнего и внутреннего роторов, статора - реализуется конструкция типа балки - линейного элемента несущей конструкции с опорой на оба конца (в отличие от консоли), работающего преимущественно на изгиб. Каждая из перечисленных конструктивных частей - коаксиальные внутренний и внешний цилиндрические роторы, осуществляющие совместное вращение, статор, выполненный с возможностью установки на оси 1, без магнитопровода, с обмоткой 3, которая расположена между цилиндрическими поверхностями внутреннего и внешнего роторов (см. Фиг. 1-3) - расположена на оси 1 с реализацией двухсторонней ее опоры относительно оси, при которой каждая часть имеет опору с обеих ее сторон.

В известном аналоге (см. Фиг. 4) - в электрическом моторе со статором 11 и с устанавливаемыми на трубчатой части гнезда 12 внутренним ротором 8 и внешним ротором, снабженными магнитными сборками Хальбаха 4, реализуется конструкция консольного типа с опорой на одном конце балки, при которой каждая из перечисленных частей мотора устанавливается с реализацией односторонней ее опоры относительно трубчатой части гнезда 12, которая устанавливается на шпинделе 13. Так, механически связанные для совместного вращения цилиндрические внутренний ротор 8 и внешний ротор установлены на трубчатую часть гнезда 12 посредством пары подшипников 7 лишь с одной стороны цилиндров роторов.

Предлагаемый электрический мотор (см. Фиг. 1-3) характеризуется следующими отличиями. Внешний ротор выполнен с возможностью установки на оси 1 посредством одной пары подшипников 7, размещенных в основаниях его цилиндра (цилиндр внешнего ротора 9, см. Фиг. 3). Внутренний ротор 8 выполнен с возможностью установки на неподвижной оси 1 посредством другой пары подшипников 7, размещенных в основаниях его цилиндра (см. Фиг. 1 и 3). Это приводит к повышению жесткости конструкции и устранению вибраций, поскольку относительно оси 1 реализована двухсторонняя опора. Оба основания каждого цилиндра связаны через подшипники 7 с осью 1, в то время, как и известных решениях по одному основанию каждого цилиндра связаны с гнездом 12, установленным на шпиндель 13, а вторые их основания свободны от механической связи. Кроме того, этими же отличительными особенностями обеспечивается увеличение мощности мотора за счет удлинения магнитов и обмотки без существенных конструкционных усилений. Конструкция типа балки с опорами на ее двух концах благоприятствует удлинению в направлении продольной оси цилиндра магнитов и проводников обмотки, без применения дополнительных мер усиления ее конструкции. Нагруженная балка воздействует на опоры. Нагрузка передается и воспринимается опорами, являющимися конструктивными элементами, работающими на сжатие. Конструкция же консольного типа из-за присущей ей односторонней опоры не благоприятствует удлинению магнитов и проводников обмотки, поскольку для надлежащей работы мотора использование единственной опоры потребует усиления конструкции в связи с увеличением нагрузки на свободный конец балки. Конструкционные усиления в этом случае повлекут повышение массы и, как следствие, относительно незначительное увеличение удельной мощности мотора.

Повышение удельной мощности также связано с реализацией конструкции типа балки с опорами на ее концах при установке конструктивных частей мотора на - внешнего и внутреннего роторов, статора. В отношении прилагаемой одной и той же нагрузки балка с опорами на ее двух концах дает выигрыш в массе, по сравнению с консолью - балкой с одной опорой на конце и вторым свободным концом.

Наконец, отличием предлагаемого электрического мотора является совместное вращение внешнего и внутреннего роторов за счет магнитной связи, обеспечиваемой магнитной сборкой Хальбаха 4 (см. Фиг. 1, 2 и 3), которой снабжен внешний ротор, с постоянными магнитами, расположенными на его цилиндрической поверхности, обращенной к обмотке 3 статора, а также магнитной сборкой Хальбаха 4, которой снабжен внутренний ротор, с постоянными магнитами, расположенными на его цилиндрической поверхности, обращенной к обмотке 3 статора, или сборкой на основе магнитомягкого материала, замыкающей магнитное поле от магнитов внешнего ротора. Использование магнитной связи предоставляет возможность избавиться от механической связи внутреннего и внешнего ротора, используемой в приведенных аналогах для приведения их в совместное вращение и, как следствие, конструктивных элементов, обеспечивающих указанную связь, что дает дополнительный выигрыш не только в массе мотора, но и удельной мощности.

В общем случае выполнения предлагаемый электрический мотор содержит (см. Фиг. 1, 2, 3): ось 1, ротор, статор, обмотку 3, две магнитные сборки Хальбаха 4 или одну магнитную сборку Хальбаха 4 и одну сборку на основе магнитомягкого материала.

Ротор выполнен в составе коаксиальных внутреннего и внешнего цилиндрических роторов, осуществляющих совместное вращение. Внешний ротор, выполненный с возможностью его соединения с валом, реализован с возможностью установки его на оси 1 посредством одной пары подшипников 7, размещенных в основаниях его цилиндра. Внутренний ротор 8 реализован с возможностью установки его на оси 1 посредством другой пары подшипников 7, размещенных в основаниях его цилиндра. Статор выполнен без магнитопровода, с обмоткой 3. Обмотка 3 расположена в зазоре между цилиндрическими поверхностями внутреннего и внешнего роторов. Статор неподвижно установлен на оси 1.

Магнитная сборка Хальбаха, каждой из которых могут быть снабжены внутренний и внешний роторы на цилиндрических поверхностях, обращенных к обмотке статора, или которой снабжен внешний ротор на поверхности, обращенной к обмотке статора, имеет постоянные магниты, в совокупности обеспечивающие усиливание потока от них в поперечной области статора и гашения его вне указанной области.

Внешний ротор снабжен магнитной сборкой Хальбаха 4, постоянные магниты которой расположены на его цилиндрической поверхности, обращенной к обмотке 3 статора. Внутренний ротор 8 снабжен магнитной сборкой Хальбаха 4, постоянные магниты которой расположены на его цилиндрической поверхности, обращенной к обмотке 3 статора, или снабжен сборкой на основе магнитомягкого материала, замыкающей магнитное поле от магнитов внешнего ротора. Совместное вращение роторов обеспечено магнитной связью.

В электрическом моторе использованы постоянные магниты - неодимовые магниты. Магниты изготовлены, например, из сплава неодим-железо-бор. Сборка на основе магнитомягкого материала изготовлена из чистого железа или сплавов железа с никелем или кобальтом. Магнитное поле в зазоре между внутренним и внешним роторами равно векторной сумме магнитных полей, создаваемых каждой из указанных сборок. На Фиг. 2 показано поперечное сечение электрического мотора для одного из возможных взаимных положений магнитных сборок Хальбаха 4, которыми снабжены внешний и внутренний роторы, и которые развернуты в цилиндры Хальбаха с показанными направлениями вектора намагниченности отдельных постоянных магнитов, составляющих указанные цилиндры.

В уточненном варианте реализации электрического мотора, дополнительно обеспечивающем охлаждение, внешний ротор, выполненный с возможностью установки на оси 1 посредством одной пары подшипников 7, размещенных в основаниях его цилиндра, снабженный магнитной сборкой Хальбаха 4, выполнен в составе полого цилиндра - цилиндр внешнего ротора, и жестко связанных с ним двух крышек (см. Фиг. 1, крышка внешнего ротора 5 и крышка внешнего ротора 6). Крышка внешнего ротора 5 и крышка внешнего ротора 6, установлены в основаниях цилиндра внешнего ротора. Указанные элементы внешнего ротора могут быть выполнены, например, из карбона.

Каждая из крышек в ее центральной части снабжена посадочным местом для подшипника 7 для установки на оси 1. В одной из крышек, например, в крышке внешнего ротора 5 смонтирован вентилятор охлаждения. Во второй крышке - крышке внешнего ротора 6 по периферийному кольцу выполнены вентиляционные отверстия. Эти меры обеспечивают циркуляцию воздуха между участками обмотки 3 для охлаждения.

Внутренний ротор 8 (см. Фиг. 1 и 2), выполненный с возможностью установки на оси 1 посредством другой пары подшипников 7, размещенных в основаниях его цилиндра, снабженный магнитной сборкой Хальбаха 4 или сборкой на основе магнитомягкого материала, выполнен цилиндром. В теле цилиндра вдоль его продольной оси сформировано сквозное отверстие для установки его посредством пары подшипников 7 на оси 1. Подшипники 7 расположены (см. Фиг. 1) между осью 1 и поверхностью отверстия в теле цилиндра на краях его выходов. Кроме указанного сквозного отверстия, в теле цилиндра выполнены выемки. Цилиндр внутреннего ротора может быть выточен из металла или отлит из пластика.

Кроме того, возможен вариант реализации ротора в составе внешнего и внутреннего роторов (см. Фиг. 3), с монтажем вентилятора на внутреннем роторе 8. В этом случае внешний и внутренний роторы реализованы следующим образом.

Внешний ротор, выполненный с возможностью установки на оси 1 посредством одной пары подшипников 7, размещенных в основаниях его цилиндра, снабженный магнитной сборкой Хальбаха 4, выполнен также в составе полого цилиндра - цилиндр внешнего ротора 9, и жестко связанных с ним двух крышек (крышка внешнего ротора 5 и крышка внешнего ротора 6). Крышки установлены в его основаниях, каждая из крышек в ее центральной части снабжена посадочным местом для подшипника 7 для установки на оси 1. В каждой из крышек по периферийному кольцу выполнены вентиляционные отверстия.

Соответственно внутренний ротор 8, выполненный с возможностью установки на оси 1 посредством другой пары подшипников 7, размещенных в основаниях его цилиндра, снабженный магнитной сборкой Хальбаха 4 или сборкой на основе магнитомягкого материала, также выполнен в виде цилиндра, в теле которого вдоль его продольной оси сформировано сквозное отверстие для установки его посредством пары подшипников 7 на оси 1, расположенных между осью 1 и поверхностью отверстия на краях его выходов. Кроме указанного сквозного отверстия в теле цилиндра выполнены выемки с возможностью использования их для монтажа вентилятора. В каждой выемке установлено по центробежному вентилятору охлаждения 10 (см. Фиг. 3). Центробежные вентиляторы охлаждения 10 обеспечивают поток воздуха для прокачивания между участками обмотки 3 для их охлаждения.

Меры охлаждения обмотки 3 улучшают эксплуатацию электрического мотора.

В предпочтительном варианте реализации электрического мотора статор, выполненный с возможностью установки на оси 1, без магнитопровода, с обмоткой 3, реализован в составе пары позиционирующих обмотку элементов 2 (см. Фиг. 1 и 3) для позиционирования обмотки 3 относительно оси 1. Между позиционирующими обмотку элементами 2 расположена обмотка 3 с возможностью фиксации к указанным элементам. При этом позиционирующие обмотку элементы 2 относительно оси 1 неподвижно установлены на оси 1 между подшипниками 7 внешнего и внутреннего роторов. Позиционирующие обмотку элементы 2 могут быть выполнены из карбона или пластика. Для позиционирования и фиксации обмотки 3 указанные элементы, например, снабжены прорезями. Приведенное выполнение статора с обмоткой 3 способствует снижению веса мотора и, как следствие, приводит к повышению его мощностных характеристик.

Обмотка 3 выполнена таким образом, чтобы обеспечить максимум действия силы Лоренца, возникающей при протекании управляемого электрического тока по проводникам фазных пакетов в направлении, перпендикулярном линиям магнитного поля. Обмотка 3 (см. Фиг. 1, 2, 3) выполнена n-фазной, где n≥2. Каждая фаза обмотки 3 реализована в составе одного или более покрытых изоляцией проводников с сечением округлой или прямоугольной формы, собранных в пакет. Пакет сформирован серпантиновидной формы, с прямыми протяженными участками пакета проводников, ориентированными в пространстве с возможностью их расположения на условной боковой поверхности прямого кругового цилиндра вдоль образующей, переходящими в дуги. Количество дуг в пакете составляет N, равное удвоенному количеству магнитных полюсов за вычетом единицы. Соответственно, общее количество дуг в обмотке составляет n×N-n. В обмотке 3 реализовано расположение прямых протяженных участков пакетов проводников перпендикулярно линиям магнитного поля. Кроме того, в обмотке 3 часть пакетов проводников выполнена с отогнутыми участками, приходящимися на дуги, относительно условной боковой поверхности прямого кругового цилиндра, на которой расположены прямые протяженные участки пакетов. Участки дуг, соединяющие расположенные по одну сторону в обмотке 3 концы прямых протяженных участков пакетов, отогнуты в одну и ту же сторону относительно условной боковой поверхности прямого кругового цилиндра под углом около «плюс» 90 градусов. Другие участки дуг, соединяющие расположенные по другую сторону в обмотке 3 концы прямых протяженных участков, отогнуты в одну и ту же сторону относительно условной боковой поверхности прямого кругового цилиндра, но под углом около «минус» 90 градусов. Пакеты, выполненные без отгибания участков дуг и с отгибанием участков дуг расположены в обмотке 3 с регулярным перемежением. Приведенные особенности выполнения обмотки обеспечивают ее компактную сборку и способствует компактности электрического мотора в целом. Выводы обмотки 3 выполнены через ступицу.

Электрический мотор функционирует следующим образом.

При использовании электрический мотор посредством внешнего ротора соединяют с валом - элементом, служащим для передачи вращательного движения от ротора.

Электрический мотор преобразует электрическую энергию в механическую, реализуя принцип электромагнитной индукции. Вращение внешнего и внутреннего роторов осуществляется за счет силы Лоренца, возникающей при протекании управляемого электрического тока по проводникам фазных пакетов в направлении, перпендикулярном линиям магнитного поля. Наличие указанного поля обеспечивается тем, что внешний ротор снабжен магнитной сборкой Хальбаха, постоянные магниты которой расположены на его цилиндрической поверхности, обращенной к обмотке статора, а внутренний ротор снабжен магнитной сборкой Хальбаха, постоянные магниты которой расположены на его цилиндрической поверхности, обращенной к обмотке статора, или снабжен сборкой на основе магнитомягкого материала, замыкающей магнитное поле от магнитов внешнего ротора. Таким образом, в зазоре между внешним и внутренним роторами, в котором расположена обмотка, имеется требуемое для работы электрического мотора магнитное поле. Проводники неподвижной обмотки статора, расположенной между цилиндрическими поверхностями внутреннего и внешнего ротора, обеспечивают требуемое протекание электрического тока для возникновения силы Лоренца. Прямые протяженные участки проводников фазных пакетов (см. Фиг. 1) перпендикулярны линиям магнитного поля.

Возникающая сила Лоренца приводит во вращательное движение роторы. В предлагаемом электрическом моторе, в отличие от вышеприведенных аналогов, осуществлена механическая развязка. Роторы механически не связаны друг с другом, и каждый из роторов снабжен индивидуальной парой подшипников для осуществления вращения при установке на оси. Однако, хотя механическая связь между ними отсутствует, и, казалось бы, что внешний и внутренний роторы могут индивидуально совершать вращательное движение, но они вращаются совместно. Между роторами существует магнитная связь. Эта связь в том, что синхронизует вращение роторов. Внешний и внутренний роторы совершают совместное вращательное движение так же, как будучи связанными между собой механически.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении жесткости конструкции и устранении вибраций, повышении удельной мощности, увеличении мощности мотора за счет удлинения магнитов и обмотки без существенных конструкционных усилений. Электрический мотор содержит ротор и статор без магнитопровода с обмоткой. Ротор выполнен с возможностью установки на неподвижной оси в составе коаксиальных внутреннего и внешнего цилиндрических роторов, осуществляющих совместное вращение. Обмотка расположена в зазоре между цилиндрическими поверхностями внутреннего и внешнего ротора. Внешний ротор устанавливается на оси посредством одной пары подшипников, размещенных в основаниях его цилиндра. Внутренний ротор устанавливается на оси посредством другой пары подшипников, размещенных в основаниях его цилиндра. Внешний ротор снабжен магнитной сборкой Хальбаха, постоянные магниты которой расположены на его цилиндрической поверхности, обращенной к обмотке статора. Внутренний ротор снабжен магнитной сборкой Хальбаха, постоянные магниты которой расположены на его цилиндрической поверхности, обращенной к обмотке статора, или снабжен сборкой на основе магнитомягкого материала, замыкающей магнитное поле от магнитов внешнего ротора. Совместное вращение роторов обеспечено магнитной связью. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электрический мотор, содержащий ротор, выполненный с возможностью соединения с валом в составе коаксиальных внутреннего и внешнего цилиндрических роторов, осуществляющих совместное вращение, статор, выполненный без магнитопровода, с обмоткой, которая расположена в зазоре между цилиндрическими поверхностями внутреннего и внешнего ротора, отличающийся тем, что в моторе выполнена ось, при этом статор неподвижно установлен на указанной оси, внешний ротор, выполненный с возможностью его соединения с валом, реализован с возможностью установки его на оси посредством одной пары подшипников, размещенных в основаниях его цилиндра, а внутренний ротор реализован с возможностью установки его на оси посредством другой пары подшипников, размещенных в основаниях его цилиндра, при этом внешний ротор снабжен магнитной сборкой Хальбаха, постоянные магниты которой расположены на его цилиндрической поверхности, обращенной к обмотке статора, а внутренний ротор снабжен магнитной сборкой Хальбаха, постоянные магниты которой расположены на его цилиндрической поверхности, обращенной к обмотке статора, или снабжен сборкой на основе магнитомягкого материала, замыкающей магнитное поле от магнитов внешнего ротора, а совместное вращение роторов обеспечено магнитной связью.

2. Мотор по п. 1, отличающийся тем, что внешний ротор, выполненный с возможностью его соединения с валом, реализованный с возможностью установки его на оси посредством одной пары подшипников, размещенных в основаниях его цилиндра, снабженный магнитной сборкой Хальбаха, выполнен в составе полого цилиндра и жестко связанных с ним двух крышек, установленных в его основаниях, каждая из которых в ее центральной части снабжена посадочным местом для подшипника для установки на оси, в одной из которых смонтирован вентилятор охлаждения, а во второй по периферийному кольцу выполнены вентиляционные отверстия, обеспечивая циркуляцию воздуха между участками обмотки, при этом внутренний ротор, реализованный с возможностью установки его на оси посредством другой пары подшипников, размещенных в основаниях его цилиндра, снабженный магнитной сборкой Хальбаха или сборкой на основе магнитомягкого материала, выполнен цилиндром, в теле которого вдоль его продольной оси сформировано сквозное отверстие для установки его посредством пары подшипников на оси, расположенных между осью и поверхностью отверстия на краях его выходов, кроме указанного сквозного отверстия, в теле цилиндра выполнены выемки.

3. Мотор по п. 1, отличающийся тем, что внешний ротор, выполненный с возможностью его соединения с валом, реализованный с возможностью установки его на оси посредством одной пары подшипников, размещенных в основаниях его цилиндра, снабженный магнитной сборкой Хальбаха, выполнен в составе полого цилиндра и жестко связанных с ним двух крышек, установленных в его основаниях, каждая из которых в ее центральной части снабжена посадочным местом для подшипника для установки на оси, в каждой из которых по периферийному кольцу выполнены вентиляционные отверстия, при этом внутренний ротор, реализованный с возможностью установки его на оси посредством другой пары подшипников, размещенных в основаниях его цилиндра, снабженный магнитной сборкой Хальбаха или сборкой на основе магнитомягкого материала, выполнен цилиндром, в теле которого вдоль его продольной оси сформировано сквозное отверстие для установки его посредством пары подшипников на оси, расположенных между осью и поверхностью отверстия на краях его выходов, кроме указанного сквозного отверстия, в теле цилиндра выполнены выемки с возможность использования их для монтажа вентилятора, обеспечивающего поток воздуха для прокачивания между участками обмотки.

4. Мотор по п. 1, отличающийся тем, что статор, выполненный без магнитопровода, с обмоткой, установленный на оси, реализован в составе пары позиционирующих обмотку элементов относительно оси, между которыми расположена обмотка с возможностью фиксации к указанным элементам, при этом указанные элементы неподвижно установлены на оси между подшипниками внешнего и внутреннего роторов.

5. Мотор по 4, отличающийся тем, что обмотка выполнена n-фазной, где n≥2, каждая фаза реализована в составе одного или более покрытых изоляцией проводников с сечением округлой или прямоугольной формы, собранных в пакет серпантиновидной формы, с прямыми протяженными участками пакета проводников, ориентированными в пространстве с возможностью их расположения на условной боковой поверхности прямого кругового цилиндра вдоль образующей, переходящими в дуги, с количеством дуг в пакете N, равным удвоенному количеству магнитных полюсов за вычетом единицы, с общим количеством дуг в обмотке n×N-n, с расположением прямых протяженных участков пакетов проводников перпендикулярно линиям магнитного поля, при этом часть пакетов проводников выполнена с отогнутыми участками, приходящимися на дуги, относительно условной боковой поверхности прямого кругового цилиндра, на которой расположены прямые протяженные участки пакетов, участки дуг, соединяющие расположенные по одну сторону концы прямых протяженных участков пакетов, отогнуты в одну и ту же сторону относительно условной боковой поверхности прямого кругового цилиндра под углом «плюс» 90 градусов, участки дуг, соединяющие расположенные по другую сторону концы прямых протяженных участков, отогнуты в одну и ту же сторону относительно условной боковой поверхности прямого кругового цилиндра, но под углом «минус» 90 градусов, пакеты, выполненные без отгибания участков дуг и с отгибанием участков дуг расположены в обмотке с регулярным перемежением.