RU2096889C1

RU2096889C1 - Stator of permanent-magnet direct-current machine

Info

Publication number: RU2096889C1
Application number: RU95119142A
Authority: RU
Inventors: В.П. Ерунов
Original assignee: Оренбургский государственный технический университет
Priority date: 1995-11-10
Filing date: 1995-11-10
Publication date: 1997-11-20

Abstract

FIELD: electric drives for robots, manipulators, automatic-control systems. SUBSTANCE: stator has enclosed magnetically permeable yoke 2, pole cores 3, flat permanent magnets 5 abutting with like-polarity sides against pole core 3. Annular slot of regular shape is made in yoke 2 on air gap side so that its axis is in line perpendicular to stator axis. Slot accommodates pole cores 3 whose shape follows that of slot mounting on its surface permanent magnets 5, 6, 7. EFFECT: enlarged functional capabilities. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к электрическим машинам постоянного тока с постоянными магнитами, и может быть использовано в электрических двигателях и генераторах постоянного тока. The invention relates to electrical engineering, in particular to electric DC machines with permanent magnets, and can be used in electric motors and DC generators.

Известен электродвигатель с постоянными магнитами [1] содержащий два концентрических статора, между которыми помещен ротор. Внешний статор содержит дугообразные радиально расположенные постоянные магниты и полюсные пластины в форме перевернутой буквы "Т", которые присоединены к магнитам и предназначены для удержания магнитов в форме полюсного кольца. Known electric motor with permanent magnets [1] containing two concentric stator, between which the rotor is placed. The external stator contains arcuate radially arranged permanent magnets and pole plates in the form of an inverted letter "T", which are attached to the magnets and are designed to hold the magnets in the form of a pole ring.

Недостатками такой конструкции являются сложность конструкции и малая величина магнитного потока из-за малой площади магнитов, примыкающих к полюсной пластине. The disadvantages of this design are the complexity of the design and the small magnitude of the magnetic flux due to the small area of the magnets adjacent to the pole plate.

Известен индуктор для микродвигателей [2] расположенный на корпусе электродвигателя, в определенных областях своей центральной части он выполнен из материала с высокой плотностью магнитной энергии в направлении намагничивания, а в остальной области он выполнен из материала с низкой плотностью магнитной энергии. A known inductor for micromotors [2] located on the motor housing, in certain areas of its central part it is made of a material with a high density of magnetic energy in the direction of magnetization, and in the rest of the region it is made of a material with a low density of magnetic energy.

Недостатком такой конструкции является малая величина рабочего магнитного потока из-за малой площади магнита, создающего этот магнитный поток. The disadvantage of this design is the small magnitude of the working magnetic flux due to the small area of the magnet that creates this magnetic flux.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является статор электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами [3] содержащий немагнитный корпус, полюсные сердечники, выполненные в виде усеченных четырехугольных пирамид, верхним основанием прикрепленных к немагнитному корпусу статора, на боковых гранях каждого полюсного сердечника размещено по четыре плоских постоянных магнита таким образом, что они примыкают к полюсному сердечнику одноименной полярностью, внешние магнитомягкие ярма выполнены в виде скоб, замыкающих разноименные поверхности постоянных магнитов близлежащих полюсов. The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed one is the stator of an electric constant current machine with permanent magnets [3] containing a non-magnetic casing, pole cores made in the form of truncated quadrangular pyramids, the upper base attached to the non-magnetic stator casing, on the side faces of each pole core four flat permanent magnets are placed in such a way that they adjoin the pole core of the same polarity, the external soft magnetic yokes in made in the form of brackets closing the opposite surfaces of the permanent magnets of the nearby poles.

Недостатками такой конструкции являются ее сложность из-за наличия большого количества элементов магнитной системы и недостаточно большое значение рабочего магнитного потока из-за ограниченной площади магнитов, прилегающих к полюсному сердечнику. The disadvantages of this design are its complexity due to the presence of a large number of elements of the magnetic system and the insufficient value of the working magnetic flux due to the limited area of the magnets adjacent to the pole core.

Цель изобретения упрощение конструкции и повышение мощности путем увеличения магнитного потока. The purpose of the invention is to simplify the design and increase power by increasing the magnetic flux.

Поставленная цель достигается тем, что в известном статоре электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами, содержащем замкнутое магнитопроводящее ярмо, полюсные сердечники, плоские постоянные магниты, прилегающие одноименной полярностью к полюсному сердечнику, в ярме статора со стороны воздушного зазора выполнен кольцевой паз правильной геометрической формы, ось паза лежит в плоскости, перпендикулярной оси статора, в пазы установлены полюсные сердечники, копирующие форму паза, с расположенными на его поверхностях, охватываемых ярмом, постоянными магнитами, а ярмо статора выполнено из двух симметричных кольцевых частей, соединенных в плоскости оси кольцевого паза. This goal is achieved by the fact that in the known stator of an electric DC machine with permanent magnets, containing a closed magnetically conductive yoke, pole cores, flat permanent magnets adjacent the same polarity to the pole core, an annular groove of the correct geometric shape is made in the stator yoke from the air gap side, the groove axis lies in a plane perpendicular to the stator axis, pole cores are installed in the grooves, copying the shape of the groove, with driven by a yoke, by permanent magnets, and the stator yoke is made of two symmetric annular parts connected in the plane of the axis of the annular groove.

На фиг. 1 изображен статор электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами; на фиг. 2 статор электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами без передней кольцевидной части ярма; на фиг.3 - продольный разрез статора по сечению А-А на фиг.1. In FIG. 1 shows the stator of an electric constant current machine with permanent magnets; in FIG. 2 stator of an electric DC machine with permanent magnets without the front annular part of the yoke; figure 3 is a longitudinal section of the stator along section aa in figure 1.

Статор электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами содержит переднюю часть магнитомягкого ярма 1, заднюю часть магнитомягкого ярма 2, полюсные сердечники 3 с полюсными наконечниками 4, межполюсные постоянные магниты 5, секторные постоянные магниты 6, дуговые постоянные магниты 7. The stator of an electric constant current machine with permanent magnets contains the front part of the soft magnetic yoke 1, the back part of the soft soft yoke 2, pole cores 3 with pole tips 4, interpolar permanent magnets 5, sectorial permanent magnets 6, arc permanent magnets 7.

Магнитомягкое ярмо статора выполнено в виде двух симметричных кольцевидных частей 1 и 2, обеспечивающих цилиндрическую форму наружной поверхности ярма. В ярме статора со стороны воздушного зазора выполнен кольцевой паз правильной геометрической формы, например имеющий в поперечном сечении трапецеидальную форму. Паз выполнен так, что ось паза лежит в плоскости, перпендикулярной оси статора, меньшее основание сечения трапецеидального паза расположено на внутренней цилиндрической поверхности ярма и параллельно оси статора. Большее основание лежит в непосредственной близости от наружной поверхности ярма и параллельно ей. Получение такого паза обеспечивают тем, что в передней 1 и задней 2 кольцевидных частях ярма со стороны соприкасающихся поверхностей выполнены соосные угловые пазы, одна поверхность этого паза параллельна наружной поверхности ярма и является поверхностью большего основания сечения трапецеидального паза ярма, другая поверхность углового паза расположена по углом меньшим 90^o к первой поверхности и является поверхностью боковой стороны трапецеидального паза ярма.The soft magnetic stator yoke is made in the form of two symmetric annular parts 1 and 2, providing a cylindrical shape of the outer surface of the yoke. In the stator yoke, an annular groove of the correct geometric shape, for example having a trapezoidal cross-section, is made on the air gap side. The groove is made so that the axis of the groove lies in a plane perpendicular to the axis of the stator, the smaller base of the cross section of the trapezoidal groove is located on the inner cylindrical surface of the yoke and parallel to the axis of the stator. The larger base lies in close proximity to and parallel to the outer surface of the yoke. Obtaining such a groove is ensured by the fact that coaxial angular grooves are made in the front 1 and rear 2 annular parts of the yoke from the side of the contacting surfaces, one surface of this groove is parallel to the outer surface of the yoke and is the surface of the larger base of the cross section of the trapezoidal groove of the yoke, the other surface of the angular groove is located at an angle less than 90 ^o to the first surface and is the surface of the side of the trapezoidal groove of the yoke.

В этот паз установлены профильные полюсные сердечники с полюсными наконечниками и постоянными магнитами на равном расстоянии друг от друга. Количество полюсных сердечников 3 равно количеству полюсов статора. Полюсный сердечник 3 выполнен из магнитомягкого материала и имеет трапецеидальную форму поперечного сечения, подобную форме паза ярма, но меньших размеров. Полюсный наконечник 4 выполняют совместно с полюсным сердечником 3 из магнитомягкого материала или их изготавливают раздельно. Полюсный наконечник 4 имеет трапецеидальную форму поперечного сечения, меньшим основанием трапецеидального сечения полюсный наконечник 4 примыкает к меньшему основанию трапецеидального сечения полюсного сердечника 3, большим основанием полюсный наконечник 4 направлен в сторону воздушного зазора. Ширина полюсного наконечника равна длине ярма статора. К одному полюсному сердечнику прилегают одноименной полярностью пять плоских постоянных магнитов, два плоских трапецеидальных постоянных магнита 5, два плоских сегментных постоянных магнита 6 и дугообразный постоянный магнит 7. Плоский постоянный магнит 5 имеет тангенциальную намагниченность, установлен в межполюсном пространстве и примыкает одновременно к двум близлежащим полюсным сердечникам 3, имеющим разноименную полярность, одноименной полярностью с сердечником. Сечение нейтральной зоны постоянного магнита 5 имеет форму и размеры, соответствующие форме и размерам трапецеидального сечения паза ярма. Со стороны передней части ярма 1 и задней части ярма 2 к полюсному сердечнику 3, к бокам его трапецеидального сечения, прилегают одноименной полярностью два плоских секторных постоянных магнита 6, покрывающие всю боковую поверхность полюсного сердечника 3. К поверхности большего основания трапецеидального сечения полюсного сердечника 3 прилегает одноименной полярностью с сердечником дуговой магнит 7, полностью покрывающий наружную поверхность сердечника 3 и имеющий радиальную намагниченность. Сборку статора осуществляют в следующей последовательности: в угловой паз задней части ярма 2 устанавливают с чередующейся полярностью по оси паза секторные плоские постоянные магниты 6, в межполюсные пространства, между близлежащими магнитами 6, устанавливают плоские трапецеидальные магниты 5, ориентированные одноименной полярностью с прилегающими секторными магнитами 6, затем на постоянные магниты 6 устанавливают полюсные сердечники 3, обращенные полюсными наконечниками 4 в сторону воздушного зазора. С целью облегчения сборки полюсные сердечники 3 с полюсными наконечниками 4 выполняют симметричными, а также симметричными выполняют угловые пазы в передней 1 и задней 2 части ярма. В образовавшуюся дуговую щель между полюсным сердечником 3 и спинкой ярма 2 устанавливают дугообразные магниты 7, прилегающие одноименной полярностью с постоянными магнитами 5 и 6 к полюсному сердечнику 3. На боковую поверхность полюсного сердечника 3 устанавливают второй секторный магнит 6 так, что он обращен к полюсному сердечнику 3 одноименной полярностью с постоянными магнитами 5, 6 и 7, прилегающими к этому полюсному сердечнику. После этого устанавливают переднюю часть ярма 1 на выступающие полюсные сердечники 3 с постоянными магнитами так, чтобы отверстия 8 для крепления совпали в обеих частях ярма. С помощью винтов 9 осуществляют стягивание двух частей 1 и 2 ярма и закрепление всей магнитной системы статора за счет профильного сечения сердечника полюса, что обеспечивает высокую надежность крепления магнитной системы статора. In this groove, profile pole cores are installed with pole tips and permanent magnets at an equal distance from each other. The number of pole cores 3 is equal to the number of poles of the stator. The pole core 3 is made of soft magnetic material and has a trapezoidal cross-sectional shape, similar to the shape of the yoke groove, but smaller. The pole tip 4 is performed in conjunction with the pole core 3 of soft magnetic material or they are made separately. The pole piece 4 has a trapezoidal cross-sectional shape, with the smaller base of the trapezoidal section, the pole piece 4 adjoins the smaller base of the trapezoidal cross section of the pole core 3, the pole piece 4 is directed toward the air gap with a larger base. The width of the pole piece is equal to the length of the stator yoke. Five flat permanent magnets, two flat trapezoidal permanent magnets 5, two flat segmented permanent magnets 6 and an arc-shaped permanent magnet 7 are adjacent to one pole core with the same polarity. The flat permanent magnet 5 has tangential magnetization, is installed in the interpole space and adjoins two adjacent poles simultaneously cores 3 having opposite polarity, with the same polarity with the core. The cross section of the neutral zone of the permanent magnet 5 has a shape and dimensions corresponding to the shape and dimensions of the trapezoidal section of the yoke groove. From the front of the yoke 1 and the back of the yoke 2 to the pole core 3, to the sides of its trapezoidal section, two flat sectorial permanent magnets 6 are adjacent with the same polarity, covering the entire side surface of the pole core 3. To the surface of the larger base of the trapezoidal section of the pole core 3 is adjacent of the same polarity with a core, an arc magnet 7, completely covering the outer surface of the core 3 and having a radial magnetization. The stator is assembled in the following sequence: in the angular groove of the back of the yoke 2, sectorial flat permanent magnets 6 are installed with alternating polarity along the groove axis, flat trapezoidal magnets 5 oriented with the same polarity with adjacent sectorial magnets 6 are installed in interpole spaces between adjacent magnets 6 , then on the permanent magnets 6 install the pole cores 3, facing the pole pieces 4 in the direction of the air gap. In order to facilitate assembly, the pole cores 3 with pole tips 4 are symmetrical, and angular grooves are also symmetrical in the front 1 and rear 2 of the yoke. In the resulting arc gap between the pole core 3 and the back of the yoke 2, arcuate magnets 7 are mounted adjacent the same polarity with permanent magnets 5 and 6 to the pole core 3. A second sector magnet 6 is mounted on the side surface of the pole core 3 so that it faces the pole core 3 of the same polarity with permanent magnets 5, 6 and 7 adjacent to this pole core. After that, the front part of the yoke 1 is mounted on the protruding pole cores 3 with permanent magnets so that the mounting holes 8 coincide in both parts of the yoke. Using screws 9, two parts 1 and 2 of the yoke are pulled together and the entire stator magnetic system is secured due to the profile section of the pole core, which ensures high reliability of the stator magnetic system fastening.

В заявляемом статоре электрической машины постоянного тока с постоянными магнитами упрощение конструкции достигают за счет того, что ярмо статора выполнено из двух симметричных частей и имеет кольцевой паз трапецеидальной формы, в которой установлены профильные полюсные сердечники 3 с прилегающими к нему постоянными магнитами 5, 6 и 7, при скреплении ярма за счет стягивания передней части ярма 1 и задней части ярма 2 происходит сжатие полюсов со стороны этих частей и обеспечивается жесткое фиксирование всех деталей магнитной системы, путем использования эффекта крепления типа ласточкиного хвоста. In the inventive stator of an electric constant current machine with permanent magnets, the simplification of the design is achieved due to the fact that the stator yoke is made of two symmetrical parts and has an annular groove of a trapezoidal shape, in which profile pole cores 3 with permanent magnets 5, 6 and 7 adjacent to it are installed , when fastening the yoke by tightening the front of the yoke 1 and the rear of the yoke 2, the poles are compressed from the side of these parts and rigid fixation of all parts of the magnetic system is ensured, m use the effect of fastening type dovetail.

Вследствие того, что полюсный сердечник 3 как бы повернут вокруг своей оси на 90^o, то ширина его увеличивается до длины ярма, а длина сердечника будет равна полюсному делению, и ко всем его поверхностям, за исключением поверхности прилегания полюсного наконечника 4, прилегают постоянные магниты 5, 6 и 7, то увеличивается общая площадь магнитов, прилегающих к одному полюсному сердечнику, и полностью устраняются потоки рассеяния с поверхности полюсного сердечника все это увеличивает магнитный поток и повышает мощность электрической машины.Due to the fact that the pole core 3 is rotated around its axis by 90 ^° , its width increases to the length of the yoke, and the length of the core is equal to pole division, and all its surfaces, with the exception of the contact surface of the pole tip 4, are attached with permanent magnets 5, 6 and 7, the total area of magnets adjacent to one pole core is increased, and the scattering fluxes from the surface of the pole core are completely eliminated; all this increases the magnetic flux and increases the power of the electric machine.

Claims

1. The stator of an electric DC machine with permanent magnets, containing a closed magnetically conductive yoke, flat permanent magnets adjacent the same polarity to pole cores made with pole tips, the number of which is equal to the number of stator poles, characterized in that in the yoke from the air gap an annular groove symmetrical with respect to a plane perpendicular to the axis of the stator, into which the pole cores with pole tips are mounted, the cross section of the pole wires cores made of the same shape as the cross section of the groove, but smaller, and permanent magnets made in the form of a cross section of the groove are placed between adjacent pole cores, the remaining magnets, made in the form of an arc and segments, are placed on the surfaces of the pole cores covered by the yoke .

2. The stator according to claim 1, characterized in that the stator yoke is made of two symmetric annular parts connected in a plane perpendicular to the stator axis.