РОТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПРИВОДА, РАБОТАЮЩЕГО В РЕЖИМЕ ДВИГАТЕЛЯ ИЛИ ГЕНЕРАТОРА С РАДИАЛЬНЫМ ПОТОКОМ, СОДЕРЖАЩИЙ РЕШЕТЧАТУЮ СТРУКТУРУ, ВМЕЩАЮЩУЮ ОТДЕЛЬНЫЕ МАГНИТЫ Российский патент 2024 года по МПК H02K1/27 H01F7/02 H02K21/12 

Настоящее изобретение относится к ротору для электромагнитного двигателя или генератора с радиальным магнитным потоком, имеющему ячеистую конструкцию. Изобретение относится также к электромагнитному двигателю или генератору с радиальным магнитным потоком, оснащенному таким ротором.

Настоящее изобретение находит свое предпочтительное, но не ограничительное применение для электромагнитного двигателя, производящего большую мощность при повышенной скорости вращения ротора, чего достигают за счет специфических характеристик ротора в соответствии с настоящим изобретением. Такой двигатель или генератор можно использовать, например, в качестве электромагнитного двигателя в полностью электрическом или гибридном автотранспортном средстве.

Предпочтительно, но не ограничительно электромагнитный двигатель или генератор может содержать по меньшей мере один ротор, охваченный двумя статорами, причем эти элементы могут быть расположены друг над другом, будучи разделенными по меньшей мере одним воздушным зазором на одном и том же валу.

В высокоскоростных вариантах применения необходимо иметь не только компактную систему, получаемую за счет уменьшения массы и габарита радиального двигателя для оптимального КПД, но также обеспечивать очень высокую механическую прочность вращающейся части, то есть ротора, чтобы повысить надежность системы.

В высокоскоростных вариантах применения необходимо снизить потери для оптимального КПД. В применениях для автомобиля все чаще решают задачи миниатюризации. Для этого необходимо иметь компактную систему, получаемую за счет уменьшения массы и габарита радиального двигателя, а также обеспечивать очень высокую механическую прочность вращающейся части, чтобы повысить надежность системы.

В случае электромагнитной машины с радиальным потоком ротор содержит цилиндрический корпус, по всей окружности которого размещены магниты.

В случае статора или каждого статора на них расположены элементы обмотки, содержащие зубец с выполненной на нем обмоткой, при этом зубец обрамлен на каждой из своих боковых сторон вырезом, при этом на зубце намотан металлический провод из металла с хорошими проводящими свойствами, образуя обмотку.

Когда на ряд или ряды обмоток подают электрическое питание, на ротор, соединенный с выходным валом двигателя, действует крутящий момент, создаваемый магнитным полем, при этом создаваемый магнитный поток является радиальным потоком в случае машины с радиальным потоком.

В случае двигателя большой мощности ротор вращается с высокими скоростями вращения. Основной недостаток двигателя с высокой скоростью вращения состоит в повышенной вероятности отсоединения магнита или магнитов от ротора, а также по меньшей мере частичной поломки ротора. Следовательно, ротор такого двигателя должен быть выполнен с возможностью выдерживать высокие скорости вращения.

В документе US-A-2011/0285237 раскрыт двигатель с осевым воздушным зазором. Задачей этого решения является упрощение этапов изготовления ротора и одновременное предупреждение смещения или ослабления постоянных магнитов, установленных на этом роторе, во время монтажа и работы ротора. Магниты установлены в монолитной структуре, выполненной в виде литой детали, охватывающей магниты.

Литая деталь имеет пазы, которые разделяют магниты и в которые вставлены ребра, выполненные на корпусе ротора, что позволяет заблокировать литую деталь, не давая ей смещаться в осевом направлении. Радиальное удержание литой детали обеспечивают при помощи концентричных элементов, внутренних и наружных относительно литой детали.

Таким образом, этот документ предшествующего уровня техники рассматривает магниты, расположенные в литой детали, и не содержит никаких указаний на магниты, отделенные друг от друга. Кроме того, ребра удерживают магниты только за счет своего действия на литую деталь и, следовательно, не оказывают прямого воздействия на удержание магнитов в роторе. Кроме того, этот документ касается двигателя с осевым, а не с радиальным потоком, с которым связана другая проблематика.

В документе ЕР-А-1780878 описан ротор электромагнитного двигателя или генератора с радиальным потоком, имеющий по меньшей мере одну цилиндрическую опору, на которой размещено множество магнитов. Упомянутая по меньшей мере одна опора содержит цилиндрическую решетчатую структуру, имеющую ячейки, каждая из которых ограничивает гнездо для соответствующего отдельного магнита, при этом каждое гнездо имеет достаточные внутренние размеры, которые позволяют ввести внутрь него отдельный магнит.

В этом документе предшествующего уровня техники не раскрыто никакого средства удержания отдельных магнитов в ячейках и никакого средства упрочнения ротора. Следовательно, такой ротор не может вращаться с очень высокими скоростями вращения.

Документ JP-A-2015 2025514 по существу повторяет сведения документа ЕР-А-1780878, но не раскрывает и не предлагает признаков, которые могли бы сделать ротор способным вращаться с очень высокими скоростями вращения.

В документе FR-A-2996378 описана магнитная структура, содержащая отдельные магниты. Эти отдельные магниты склеены смолой без установки какого-либо удерживающего элемента между отдельными магнитами. По сути склеивание заменяет решетку, описанную в документах JP-A-2015 2025514 и ЕР-А-1780878, а не используется дополнительно. Такое расположение не позволяет выдерживать высокие скорости вращения и избегать выпадения магнитов во время вращения.

Задачей настоящего изобретения является разработка ротора для двигателя или генератора с радиальным потоком, который может эффективно удерживать постоянный магнит или постоянные магниты, не позволяя магнитам отсоединиться от ротора.

В связи с вышеизложенным, объектом настоящего изобретения является ротор электромагнитного двигателя или генератора с радиальным потоком, имеющий по меньшей мере одну цилиндрическую опору, которая вмещает множество магнитов, при этом упомянутая по меньшей мере одна опора содержит цилиндрическую решетку, имеющую ячейки, каждая из которых ограничивает гнездо для соответствующего отдельного магнита, при этом каждое гнездо имеет достаточные внутренние размеры, которые позволяют ввести внутрь него отдельный магнит, отличающийся тем, что между гнездом и отдельным магнитом оставлено пространство, заполняемое смолой, усиленной волокнами, при этом решетка выполнена из усиленного волокнами изоляционного материала, при этом ротор содержит слой непроводящего композитного материала, покрывающий отдельные магниты и решетку.

Задачей настоящего изобретения является разделение магнита или магнитов известного ротора на множество маленьких магнитов или микромагнитов. Магнит больших размеров подвержен более значительным потерям от токов Фуко, чем его эквивалент из маленьких магнитов или микромагнитов. Использование маленьких магнитов или микромагнитов позволяет, таким образом, уменьшить потери, которые могут отрицательно сказываться на работе ротора.

Ротор с магнитами, размещенными в ячейках в соответствии с настоящим изобретением, разработан таким образом, чтобы уменьшить потери в роторе, со средствами жесткого соединения, позволяющими удерживать магниты и противостоять действию осевой или радиальной силы и центробежной силы на очень высокой скорости.

Часто причиной нарушения работы электромагнитного привода является растрескивание относительно большого магнита. Настоящее изобретение призвано избегать этого повреждения за счет присутствия множества отдельных магнитов, более маленьких, чем магнит, который они заменяют.

При этом встает проблема выпадения отдельного магнита из его гнезда. Ее решают при помощи приклеивания, предложенного настоящим изобретением. Гнездо рассчитано таким образом, чтобы удерживать размещенный в нем отдельный магнит и чтобы между ними оставалось достаточно места для введения смолы. Сама смола усилена волокнами для получения характеристик повышенной механической прочности.

Предпочтительно упомянутая по меньшей мере одна решетка выполнена в виде сотовой системы с гнездами шестиугольного сечения.

Как известно, решетка в виде сотовой системы повышает прочность элемента, в данном случае ротора. Отдельные магниты вставлены в шестиугольные гнезда, которые обеспечивают их удержание. Стенки гнезд выполняют роль электрического изолятора, и плотность гнезд в магнитной структуре можно значительно увеличить. Решетчатая структура в виде сотовой системы может быть выполнена из изоляционного композитного материала, усиленного волокнами.

Композитное покрытие магнитной структуры является более предпочтительным, чем железо, чтобы избегать наведения фиксирующего момента. Кроме того, его механическую прочность можно повысить, и покрытие можно легко выполнить посредством нанесения композита на группу отдельных магнитов, удерживаемых на месте относительно друг друга при помощи любого средства. Магнитная структура, защищенная таким образом своим покрытием, является стойкой к высоким скоростям вращения, и отдельные магниты прочно удерживаются на месте, находясь уже в решетчатой структуре и будучи склеенными слоем смолы.

Предпочтительно каждый отдельный магнит выполнен в виде удлиненного блока, заходящего по длине в свое соответствующее гнездо, выполненное в толщине решетчатой структуры, при этом удлиненный блок является цилиндрическим или выполнен в виде многогранника по меньшей мере с одной плоской продольной стороной, и, если упомянутая по меньшей мере одна решетчатая структура выполнена в виде сотовой системы, каждый блок имеет продольную сторону шестиугольной формы.

Таким образом, удлиненный блок проходит через ротор по меньшей мере частично, предпочтительно насквозь, выступая или не выступая по меньшей мере на внутренней или наружной окружности ротора, которая должна находиться напротив обмоток статора в случае вращающегося электрического привода и от которой начинается магнитное поле.

В соответствии со своим наиболее классическим определением многогранник является трехмерной геометрической формой с плоскими многоугольными гранями, которые пересекаются по сегментам прямой, называемым кромками, например, является прямой или наклонной призмой, кубом или пирамидой. В рамках настоящего изобретения предпочтительным является многогранник, имеющий две противоположные продольные плоские и равные многоугольные поверхности, соединенные прямыми и параллельными кромками, такой как шестиугольный многогранник, хотя этот признак и не является ограничительным, при этом может присутствовать только одна продольная поверхность, при этом вершина находится на другом конце многогранника.

Это позволяет получить ротор, имеющий множество блоков, образующих отдельные магниты. Как выяснилось, ротор с таким множеством отдельных магнитов обладает большой способностью намагничивания и одновременно характеризуется высокой прочностью, при этом ротор имеет слой, предпочтительно из композитного материала, для покрытия отдельных магнитов.

Известно, что для получения магнитного поля оптимальной интенсивности идеальный объем магнита должен приближаться к форме куба или цилиндра, длина которого равна диаметру. Общеизвестно, что увеличение длины магнита сверх этой величины не приводит к увеличению магнитного поля. Однако настоящее изобретение ставит перед собой задачу преодоления этого предубеждения.

Длина отдельного магнита существенно увеличена по сравнению с диаметром или с диагональю его плоской продольной стороны, что идет в разрез с широко распространенной практикой, чтобы удовлетворить потребности в механической прочности ротора.

Согласно изобретению, выяснилось, что множество отдельных магнитов в роторе являются более стойкими, чем единственный магнит, и к тому же, как неожиданно оказалось, позволяют увеличить производимое ротором магнитное поле.

Предпочтительно отношение площади продольной стороны блока к площади стороны решетки, на которую выходят гнезда, меньше 2%.

Это позволяет получить очень большое число блоков на боковой стороне ротора, при этом место, занимаемое одним блоком в качестве отдельного магнита на рабочей поверхности ротора, является очень незначительным.

Предпочтительно решетчатая структура выполнена из материала, не проводящего электричество.

Материал, не проводящий электричество, является предпочтительным перед железом, поскольку не наводит фиксирующий момент. При этом предпочтение отдается композиту, поскольку его механическая прочность является высокой, и решетку можно легко изготовить, в частности, посредством литья композита под давлением. Усилительные волокна в решетке позволяют повысить прочность ротора и, в частности, его жесткость при прогибе и продольном изгибе.

Предпочтительно решетка имеет продольную ось, совпадающую с осью вращения ротора, при этом каждый блок расположен радиально относительно продольной оси решетки.

Предпочтительно слой композита содержит усилительные волокна, такие как стекловолокна или волокна из пластмассы.

Предпочтительно в пространстве между решеткой и отдельным магнитом располагают однослойный или многослойный материал. Этим материалом может быть пластик, композит, металлический материал покрытия отдельных магнитов, такой как никель или медь. Материал можно нанести на отдельный магнит до его введения в решетку, и он является, например, материалом покрытия, или может выполнять роль соединения отдельного магнита с соответствующей ячейкой.

Объектом изобретения является также электромагнитный двигатель или генератор с радиальным потоком, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один такой ротор и по меньшей мере один статор.

Предпочтительно электромагнитный двигатель или генератор содержит по меньшей мере один ротор, связанный с двумя статорами.

Наконец, объектом изобретения является способ изготовления такого ротора, отличающийся тем, что содержит следующие этапы:

- отдельные магниты позиционируют и удерживают на расстоянии друг от друга посредством введения каждого отдельного магнита в соответствующее гнездо цилиндрической решетки,

- каждый отдельный магнит приклеивают путем введения смолы вокруг каждого отдельного магнита в каждое гнездо,

- вокруг решетчатой структуры и отдельных магнитов наносят слой композита для получения их покрытия.

Отдельные магниты могут быть предварительно вырезаны в трехмерную плитку и, в частности, по необходимой ширине и длине плитки. Как оказалось, отдельные магниты имеют улучшенные магнитные свойства по сравнению со свойствами сравнимого участка магнитной плитки.

Другие отличительные признаки, задачи и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют не ограничительные примеры и на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид в перспективе решетчатой структуры, образующей ротор с радиальным потоком в соответствии с настоящим изобретением, с показом нескольких отдельных магнитов, вставленных в решетчатую структуру.

Фиг. 2 - схематичный увеличенный вид части А, выделенной кружком на фиг. 1, с показом отдельных магнитов, вставленных в решетчатую структуру, во время введения и еще не вставленных.

Фиг. 3 - схематичный вид в перспективе и в разборе электромагнитного двигателя или генератора с радиальным потоком согласно варианту выполнения настоящего изобретения.

Фигуры представлены в качестве примеров и не ограничивают изобретение. Они представляют собой принципиальные схематичные виды, предназначенные для облегчения понимания изобретения и не обязательно соответствующие масштабам практических устройств. В частности, размеры различных деталей не соответствуют реальной действительности.

Задачей настоящего изобретения является замена одного или нескольких магнитов большого размера на множество маленьких отдельных магнитов 4. Таким образом, магнитный поток создается множеством маленьких отдельных магнитов 4, число которых может составлять не менее 20 и даже может превышать 100 на ротор.

Известный ротор мог содержать от 1 до 5 магнитов, тогда как настоящим изобретением предусмотрено намного больше отдельных магнитов небольшого размера. Отдельные магниты 4 в соответствии с настоящим изобретением могут быть вставлены в соответствующие ячейки 5 при помощи робота. В случае ротора среднего размера маленькие магниты 4 в рамках настоящего изобретения могут иметь размер 4 мм.

Как показано на всех фигурах, настоящее изобретение относится к ротору электромагнитного двигателя или генератора с радиальным потоком, имеющему по меньшей мере одну цилиндрическую опору, на которой расположено множество магнитов.

Согласно изобретению, упомянутая по меньшей мере одна опора 2а содержит цилиндрическую решетчатую структуру 5а с ячейками, каждая из которых ограничивает гнездо 5 для соответствующего отдельного магнита 4. Каждое гнездо 5 имеет внутренние размеры, как раз достаточные для введения внутрь него отдельного магнита 4, при этом между гнездом и отдельным магнитом 4 остается пространство, заполняемое усиленной волокнами смолой, при этом решетчатая структура 5а и, в частности, ячейки выполнены из усиленного волокнами изоляционного материала.

Для получения прочного узла ротор 1, 1а содержит слой из непроводящего композита, покрывающий отдельные магниты 4 и решетчатую структуру 5а. Слой композита может содержать усилительные волокна, такие как стекловолокна или волокна из пластмассы, например, из кевлара или полиамида, или из любой пластмассы, повышающей механическую прочность узла.

Это обеспечивает удержание отдельных магнитов 4 в их соответствующем гнезде 5 даже при повышенной скорости перемещения, например, повышенной скорости вращения в случае ротора 1, 1а, хотя это и не является ограничением.

Решетчатая структура 5а может быть выполнена в виде сотовой системы, имеющей гнезда 5 шестиугольного сечения. В этом случае каждый отдельный магнит может быть выполнен в виде удлиненного блока 4, проникающего по длине в свое соответствующее гнездо 5, проходящее по толщине решетчатой структуры 5а.

На фиг. 1 и 2 только несколько отдельных магнитов 4 показаны вставленными в гнезда 5 решетчатой структуры 5а, но в рамках изобретения каждая ячейка образует гнездо 5 для размещения соответствующего отдельного магнита 4.

На фиг. 2 отдельные магниты 4 показаны соответственно вставленными, в ходе введения и отдельно от решетчатой структуры 5а. Продольная сторона обозначена позицией 4b только для одного отдельного магнита 4, но все, что касается этой обозначенной продольной стороны, касается также всех продольных сторон отдельных магнитов 4.

Согласно предпочтительному признаку изобретения, каждый отдельный магнит 4 может быть выполнен в виде удлиненного блока 4, показанного, в частности, на фиг. 1 и 2, и имеет длину, проходящую радиально через цилиндрическую решетчатую структуру 5а. Удлиненный блок 4 может быть цилиндрическим или в виде многогранника по меньшей мере с одной плоской продольной стороной, обращенной к рабочей поверхности ротора, которая расположена напротив обмоток статора в электромагнитном двигателе.

Когда решетчатая структура 5а выполнена в виде сотовой системы, каждый блок 4 может иметь продольную сторону 4b шестиугольной формы. Возможна также квадратная сторона. Эта не ограничительная и не совсем предпочтительная форма показана на фиг. 1 и 2.

Например, хотя это и не является ограничительным признаком, отдельные магниты 4 могут быть магнитами из материала неодим-железо-бор или самарий-кобальт или магнитами любого другого типа. Магниты из неодима являются чувствительными к ударам и к кручению и могут легко воспламеняться. При уменьшении их размеров путем разделения настоящее изобретение позволяет избегать всех этих рисков и, в частности, рисков поломки магнитов. Их защищает также их удержание в ячейках или гнездах 5.

Отношение площади продольной стороны 4b блока 4 к площади стороны решетчатой структуры 5а, на которую выходят гнезда 5, может быть меньше 2%. Следовательно, один отдельный магнит 4 занимает очень мало места на общей рабочей поверхности решетчатой структуры 5а. Это позволяет получить очень большое число блоков 4 на решетчатой структуре 5а.

Решетчатая структура 5а может быть выполнена из материала, не проводящего электричество, что уменьшает фиксирующий момент. Решетчатая структура 5а может быть выполнена из материала Nomex®, состоящего из высокопрочных синтетических волокон мета-арамида, из смолы или из других пластических волокон.

Решетчатая структура 5а может иметь продольную ось, совпадающую с осью вращения ротора 1, при этом каждый блок 4 расположен радиально по отношению к продольной оси решетчатой структуры 5.

Таким образом, в рамках предпочтительного варианта выполнения изобретения слой композитного покрытия, так же как и решетчатая структура 5а, окружающая отдельные магниты 4, и средства приклеивания магнитов в гнездах 5 решетчатой структуры 5а могут быть усилены волокнами. Полученный таким образом ротор 1, 1а имеет очень высокие механические характеристики сопротивления разрыву.

Объектом изобретения является также электромагнитный двигатель или генератор с радиальным потоком. Этот двигатель или этот генератор содержит по меньшей мере один описанный выше ротор и по меньшей мере один статор.

В предпочтительном варианте выполнения электромагнитный двигатель или генератор содержит два статора и один ротор, при этом ротор цилиндрической формы имеет цилиндрическую опору, которая содержит разделительные перемычки, проходящие в осевом направлении на цилиндрической опоре, при этом разделительные перемычки ограничивают в осевом направлении магнитные структуры, состоящие из решетчатой структуры и отдельных магнитов.

Предпочтительно конец ротора вблизи цилиндрической опоры покрыт бандажом, при этом внутренний покрывающий цилиндр вставлен внутри цилиндрической опоры, и наружный покрывающий цилиндр посажен снаружи цилиндрической опоры на внешней периферии цилиндрической опоры.

Предпочтительно первый статор расположен внутри ротора и имеет внутренний магнитный контур с обмотками, при этом внутренний покрывающий цилиндр закрывает внутренний магнитный контур, и второй статор расположен снаружи ротора, охватывая его, и имеет наружный магнитный контур, включающий в себя обмотки внутри него, при этом наружный покрывающий цилиндр расположен между обмотками и наружным магнитным контуром.

Наконец, объектом изобретения является способ изготовления такого ротора. На первом этапе способа изготовления осуществляют позиционирование и удержание отдельных магнитов 4 на расстоянии друг от друга посредством введения каждого отдельного магнита в соответствующее гнездо 5 цилиндрической решетчатой структуры 5а.

На втором этапе производят приклеивание каждого отдельного магнита 4 посредством введения смолы вокруг отдельного магнита 4 в каждое гнездо 5. На третьем этапе наносят слой композита вокруг решетчатой структуры 5 и отдельных магнитов 4 для их покрытия.

В варианте выполнения, представленном на фиг. 3, где показан электромагнитный привод с радиальным потоком с двумя статорами и ротором 1а, ротор 1а с радиальным потоком цилиндрической формы содержит цилиндрическую опору 2а, которая может иметь разделительные перемычки За, которые могут проходить в осевом направлении на цилиндрической опоре 2а. Это не является ограничительным признаком.

Разделительные перемычки 3а ограничивают в осевом направлении магнитные структуры 6, состоящие из решетчатой структуры 5а и отдельных магнитов 4. В варианте, в цилиндрической опоре 2а путем механической обработки могут быть выполнены впадины между разделительными перемычками 3а для размещения магнитов 4, устанавливаемых в решетчатой структуре 5а, образуя магнитную структуру 6, состоящую из ячеистой решетчатой структуры 5а с ее гнездами 5 и из отдельных магнитов 4.

Бандаж 9а покрывает конец ротора 1а вблизи цилиндрической опоры 2а. Внутри цилиндрической опоры 2а вставлен внутренний покрывающий цилиндр 10, а снаружи цилиндрической опоры 2а на внешней периферии цилиндрической опоры 2а посажен наружный покрывающий цилиндр 15.

Первый статор расположен внутри ротора 1а и содержит внутренний магнитный контур 12 с обмотками 11. Внутренний магнитный контур 12 закрыт внутренним покрывающим цилиндром 10.

Второй статор расположен снаружи ротора 1а, охватывая его, и содержит наружный магнитный контур 14, имеющий обмотки 13 внутри него. Наружный покрывающий цилиндр 15 расположен между обмотками 13 и наружным магнитным контуром 14. Узел из ротора 1а и двух статоров закрыт картером 16.

В другом варианте выполнения, не показанном на фиг. 3, перемычки могут быть выполнены в виде колец, следующими друг за другом с промежутками в осевом направлении цилиндрической опоры. Последовательные перемычки могут выступать в радиальном направлении на периферии упомянутой по меньшей мере одной опоры. В упомянутой по меньшей мере одной цилиндрической опоре путем механической обработки могут быть выполнены впадины, чтобы образовать между двумя последовательными перемычками гнездо для размещения узла, состоящего из ячеистой структуры и магнитов.

Магнитные структуры 6, состоящие из решетчатой структуры 5а и отдельных магнитов 4, используемые в случае цилиндрической опоры, могут быть выполнены, каждая, в виде замкнутого кольца или в виде плиток, расположенных на расстоянии друг от друга. Расположение статоров и возможных покрывающих цилиндров или концевого бандажа в приводе с радиальным потоком в этом другом варианте может быть аналогичным тому, что показано на фиг. 3. Этот другой вариант выполнения не является предпочтительным. Привод с радиальным потоком можно также называть двигателем или генератором с радиальном потоком.

Все что следует ниже, действительно для обоих предпочтительных вариантов выполнения настоящего изобретения.

Магнитные структуры 6, состоящие, каждая, из решетчатой структуры 5а и отдельных магнитов 4, могут быть соединены с упомянутой по меньшей мере одной опорой 2а при помощи средств соединения на основе железосодержащих материалов, синтетических материалов или композитов.

Средства жесткого соединения могут быть неотъемлемой частью ротора и/или могут быть присоединены к ротору. Присоединяемые детали могут быть закреплены при помощи сварки, винтов, заклепок или посредством защелкивания на роторе 1, 1а. Можно предусмотреть средства соединения между каждым отдельным магнитом 4 и его соответствующим гнездом или ячейкой 5 на внутренней стороне разделительных стенок 19 внутри гнезда или ячейки 5, которые ограничивают это гнездо или ячейку относительно смежных гнезд или ячеек 5.

В каждой магнитной структуре 6, образованной ячеистой решетчатой структурой 5а и отдельными магнитами 4, гнезда или ячейки 5 могут быть ограничены разделительными стенками 19, при этом каждый отдельный магнит 4 закреплен в своем соответствующем гнезде или ячейке 5 при помощи смолы, клея или посредством сварки.

Отдельные магниты 4 и их соответствующие гнезда или ячейки 5 могут иметь разную форму, и их полюсы могут быть ориентированы в параллельных или расходящихся направлениях. Например, размеры гнезд или ячеек 5 могут различаться от одного гнезда или ячейки 5 к другому. Гнезда или ячейки 5 не обязательно должны иметь шестиугольную форму, хотя это и является предпочтительным признаком.

Электромагнитный двигатель или генератор может содержать по меньшей мере один статор, на котором выполнена по меньшей мере одна обмотка, и может иметь один или несколько воздушных зазоров между упомянутым по меньшей мере одним ротором и упомянутым по меньшей мере одним статором в случае одного или нескольких статоров с обмотками.

Каждый статор может содержать магнитный контур, связанный с обмоткой. Статор может иметь зубцы или открытые или закрытые вырезы. Электромагнитный двигатель или генератор, работающий в качестве привода, может быть защищен каркасом. Статоры могут быть соединены последовательно или параллельно. Смещение статора в угловом направлении относительно другого статора в сочетании с формой вырезов и с формой отдельных магнитов 4 позволяет уменьшить изменение крутящего момента и фиксирующий момент.

Привод, который может быть электромагнитным двигателем или генератором, может работать с очень высокими скоростями с редуктором для повышения скорости вращения или без него. Двигатель или генератор может содержать по меньшей мере два статора, соединенные последовательно или параллельно, или по меньшей мере два ротора.

Ротор может содержать вал вращения, расположенный перпендикулярно к круглым сторонам ротора 1, 1а, проходя через оба статора. Ротор 1, 1а может быть установлен по меньшей мере на двух подшипниках качения, при этом каждый подшипник связан с соответствующим статором, для обеспечения своего вращения относительно статоров.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромагнитным приводам большой мощности. Техническим результатом заявленного изобретения является снижение потерь для оптимального КПД, за счет компактности, получаемой за счет уменьшения массы и габаритов радиального двигателя, а также обеспечение высокой механической прочности вращающейся части, для повышения надежности системы. Объектом изобретения является ротор электромагнитного двигателя или генератора с радиальным потоком, имеющий по меньшей мере одну цилиндрическую опору, на которой размещено множество магнитов (4). По меньшей мере одна опора содержит цилиндрическую решетку (5а), имеющую ячейки. Каждая из ячеек ограничивает гнездо (5) для соответствующего отдельного магнита (4). При этом каждое гнездо (5) имеет достаточные внутренние размеры, которые позволяют ввести внутрь него отдельный магнит (4). При этом между гнездом (5) и отдельным магнитом (4) оставлено пространство, заполняемое смолой, усиленной волокнами. При этом решетка (5а) выполнена из усиленного волокнами изоляционного материала. Ротор содержит слой непроводящего композита, покрывающий отдельные магниты (4) и решетку (5а). 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ротор (1, 1а) электромагнитного двигателя или генератора с радиальным потоком, имеющий по меньшей мере одну цилиндрическую опору (2а), на которой размещено множество магнитов, при этом упомянутая по меньшей мере одна опора (2а) содержит цилиндрическую решетчатую структуру (5а), имеющую ячейки, каждая из которых ограничивает гнездо (5) для соответствующего отдельного магнита (4), при этом каждое гнездо (5) имеет достаточные внутренние размеры, которые позволяют ввести внутрь него отдельный магнит (4), отличающийся тем, что между гнездом (5) и отдельным магнитом (4) оставлено пространство, заполняемое смолой, усиленной волокнами, при этом решетка (5а) выполнена из усиленного волокнами изоляционного материала, при этом ротор содержит слой непроводящего композитного материала, покрывающий отдельные магниты (4) и решетку (5а).

2. Ротор (1, 1а) по предыдущему пункту, в котором упомянутая по меньшей мере одна решетка (5а) выполнена в виде сотовой системы с гнездами (5) шестиугольного сечения.

3. Ротор (1, 1а) по любому из предыдущих пунктов, в котором каждый отдельный магнит преимущественно выполнен в виде удлиненного блока (4), который входит по длине в свое соответствующее гнездо (5) и протягивается в толщине решетчатой структуры (5а), при этом удлиненный блок (4) является цилиндрическим или выполнен в виде многогранника по меньшей мере с одной плоской продольной стороной (4b), и, если упомянутая по меньшей мере одна решетчатая структура (5а) выполнена в виде сотовой системы, каждый блок (4) имеет продольную сторону (4b) шестиугольной формы.

4. Ротор (1, 1а) по любому из предыдущих пунктов, в котором отношение площади продольной стороны (4b) блока (4) к площади стороны решетчатой структуры (5а), на которую выходят гнезда (5), меньше 2%.

5. Ротор (1, 1а) по любому из предыдущих пунктов, в котором решетчатая структура (5а) выполнена из материала, не проводящего электричество.

6. Ротор (1, 1а) по любому из предыдущих пунктов, в котором решетчатая структура (5а) имеет продольную ось, совпадающую с осью вращения ротора (1, 1а), при этом каждый блок (4) расположен радиально относительно продольной оси решетки (5а).

7. Ротор (1, 1а) по предыдущему пункту, в котором слой композитного материала содержит усилительные волокна, такие как стекловолокна или волокна из пластмассы.

8. Ротор (1, 1а) по предыдущему пункту, в котором в пространство между решетчатой структурой (5а) и отдельным магнитом (4) помещают однослойный или многослойный материал.

9. Электромагнитный привод, работающий в режиме двигателя или генератора с радиальным потоком, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один ротор (1, 1а) по любому из предыдущих пунктов и по меньшей мере один статор.

10. Электромагнитный привод по предыдущему пункту, содержащий два статора и ротор (1а), при этом ротор (1а) цилиндрической формы имеет цилиндрическую опору (2а), которая содержит разделительные перемычки (3а), проходящие в осевом направлении на цилиндрической опоре (2а), при этом разделительные перемычки (3а) ограничивают в осевом направлении магнитные структуры (6), состоящие из решетчатой структуры (5а) и отдельных магнитов (4).

11. Электромагнитный привод по любому из двух предыдущих пунктов, в котором конец ротора (1а) вблизи цилиндрической опоры (2а) покрыт бандажом (9а), при этом внутренний покрывающий цилиндр (10) вставлен внутри цилиндрической опоры (2а), и наружный покрывающий цилиндр (15) посажен снаружи цилиндрической опоры (2а) на внешней периферии цилиндрической опоры (2а).

12. Электромагнитный привод по предыдущему пункту, в котором первый статор преимущественно расположен внутри ротора (1а) и имеет внутренний магнитный контур (12) с обмотками (11), при этом внутренний покрывающий цилиндр (10) покрывает внутренний магнитный контур (12), и второй статор расположен снаружи ротора (1а), охватывая его, и имеет наружный магнитный контур (14), включающий в себя обмотки (13) внутри него, при этом наружный покрывающий цилиндр (15) расположен между обмотками (13) и наружным магнитным контуром (14).

13. Способ изготовления ротора (1, 1а) по любому из п.п. 1-8, отличающийся тем, что содержит следующие этапы:

- отдельные магниты (4) позиционируют и удерживают на расстоянии друг от друга посредством введения каждого отдельного магнита (4) в соответствующее гнездо (5) цилиндрической решетчатой структуры (5а),

- каждый отдельный магнит (4) приклеивают путем введения смолы вокруг отдельного магнита (4) в каждое гнездо (5),

- вокруг решетчатой структуры (5а) и отдельных магнитов (4) наносят слой композита для получения их покрытия.