Электродвигатель

Электродвигатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к электродвигателю, который включает в себя совокупность подвижных элементов или неподвижных статоров и преобразует подводимую электрическую мощность в движущую силу, вырабатываемую на подвижных элементах.

Предпосылки создания изобретения

В качестве электродвигателя этого вида из предшествующего уровня техники известен электродвигатель, раскрываемый в патентной литературе 1. Электродвигатель является так называемой вращающейся машиной и включает в себя первый ротор и второй ротор, соединенные соответственно с первым вращающимся валом и вторым вращающимся валом, и один статор. Первый и второй вращающиеся валы размещены концентрически один относительно другого, а первый ротор, второй ротор и статор размещены в направлении радиуса первого вращающегося вала в указанном порядке, начиная от внутренней стороны.

Первый ротор включает в себя совокупность первых постоянных магнитов и вторых постоянных магнитов, выстроенных в окружном направлении. Первые и вторые постоянные магниты выстроены параллельно одни другим в направлении оси первого ротора. Статор выполнен так, что при подводе электрической мощности генерирует первое вращающееся магнитное поле и второе вращающееся магнитное поле, которые вращаются в окружном направлении. Первое вращающееся магнитное поле генерируется между статором и участком первого ротора со стороны первых постоянных магнитов, а второе вращающееся магнитное поле генерируется между статором и участком первого ротора со стороны вторых постоянных магнитов. Второй ротор включает в себя совокупность первых сердечников и вторых сердечников, выстроенных в окружном направлении. Эти первые и вторые сердечники образованы элементами из магнитомягкого материала. Первые сердечники размещены между участком первого ротора со стороны первых постоянных магнитов и статором, а вторые сердечники размещены между участком первого ротора со стороны вторых постоянных магнитов и статором. Количество магнитных полюсов первых и вторых постоянных магнитов, количество магнитных полюсов первых и вторых вращающихся магнитных полей и количество первых и вторых сердечников задано равными одни другим.

В электродвигателе описываемой выше конструкции в результате намагничивания первого и второго сердечников под действием магнитных полюсов первого и второго вращающихся магнитных полей, генерируемых при подводе электрической мощности к статору, между этими элементами генерируются магнитные силовые линии. При этом под действием магнитных сил в направлении магнитных силовых линий первый и второй роторы приводятся в движение, и на первом и втором вращающихся валах вырабатывается движущая сила.

Для обеспечения должного действия магнитных сил в направлении магнитных силовых линий, обусловливающего преобразование электрической мощности, подводимой к статору, в движущую силу, вырабатываемую на первом и втором вращающихся валах, в конструкции описываемого выше традиционного электродвигателя требуется наличие не только первого ряда элементов из магнитомягкого материала, состоящего из совокупности первых сердечников, но также и второго ряда элементов из магнитомягкого материала, состоящего из совокупности вторых сердечников, что неизбежно приводит к увеличению размеров электродвигателя и повышению стоимости его изготовления. Кроме того, конструкция этого электродвигателя обусловливает возможность его реализации только при выполнении соотношения между скоростями, при котором разность между числом оборотов первого и второго вращающихся магнитных полей и числом оборотов второго ротора и разность между числом оборотов второго ротора и числом оборотов первого ротора становятся равными одна другой, что уменьшает степень свободы при проектировании электродвигателя.

Настоящее изобретение направлено на разрешение указанных выше проблем, и его целью является создание электродвигателя с уменьшенными размерами, сниженной стоимостью изготовления и увеличенной степенью свободы при его проектировании.

Патентная литература 1

Публикация №2008-67592 выложенной заявки Японии (Kokai).

Раскрытие изобретения

Для достижения указанной выше цели в п.1 формулы изобретения предлагается электродвигатель 1, 31, содержащий первую структуру (первый ротор 4, первый вращающийся вал 6, второй статор 34), включающую в себя ряд магнитных полюсов, где ряд магнитных полюсов образован определенной совокупностью магнитных полюсов (постоянные магниты 4а, 34а), которые выстроены в определенном направлении и размещены так, что каждые два соседних магнитных полюса имеют полярности, отличающиеся одна от другой, вторую структуру (статор 3, первый статор 33), включающую в себя ряд якорей, где ряд якорей образован совокупностью якорей (железный сердечник 3а, катушки 3с-3е индуктивности U-W-фаз, железный сердечник 33а, катушки 33с-33е индуктивности U-W-фаз), выстроенных в определенном направлении и размещенных напротив ряда магнитных полюсов для генерирования подвижных магнитных полей, движущихся в определенном направлении, между рядом якорей и рядом магнитных полюсов за счет определенной совокупности магнитных полюсов якорей, генерируемых в совокупности якорей при подводе к ним электрической мощности, и третью структуру (второй ротор 5, второй вращающийся вал 7, подвижный элемент 35), включающую в себя ряд элементов из магнитомягкого материала, где ряд элементов из магнитомягкого материала образован определенной совокупностью элементов из магнитомягкого материала (сердечники 5а, сердечники 35b), выстроенных в определенном направлении с зазором один относительно другого и размещенных так, что ряд элементов из магнитомягкого материала располагается между рядом магнитных полюсов и рядом якорей, причем соотношение между числом магнитных полюсов якорей, числом магнитных полюсов и числом элементов из магнитомягкого материала в пределах определенного участка вдоль определенного направления задается пропорцией 1:m:(1+m)/2(m≠1,0).

В этом электродвигателе ряд магнитных полюсов первой структуры и ряд якорей второй структуры располагаются один против другого, а ряд элементов из магнитомягкого материала третьей структуры размещен так, что располагается между рядом магнитных полюсов и рядом якорей. Совокупности магнитных полюсов, якорей и элементов из магнитомягкого материала, образующие соответственно ряд магнитных полюсов, ряд якорей и ряд элементов из магнитомягкого материала, выстроены в определенном направлении. Кроме того, при подводе электрической мощности к ряду якорей генерируется совокупность магнитных полюсов якорей, и за счет магнитных полюсов якорей между рядом якорей и рядом магнитных полюсов генерируются подвижные магнитные поля, движущиеся в определенном направлении. При этом каждые два соседних магнитных полюса имеют полярности, отличающиеся одна от другой, а каждые два соседних элемента из магнитомягкого материала размещаются с зазором один относительно другого. Как указывалось выше, между рядом магнитных полюсов и рядом якорей под действием совокупности магнитных полюсов якорей генерируются подвижные магнитные поля, и между рядом магнитных полюсов и рядом якорей размещен ряд элементов из магнитомягкого материала, поэтому под действием магнитных полюсов якорей и магнитных полюсов элементы из магнитомягкого материала подвергаются намагничиванию. Это намагничивание, а также размещение каждых двух соседних элементов из магнитомягкого материала с зазором один относительно другого обусловливают генерирование магнитных силовых линий, соединяющих магнитные полюса, элементы из магнитомягкого материала и магнитные полюса якорей одни с другими. Кроме того, действие магнитных сил в направлении магнитных силовых линий обеспечивает преобразование электрической мощности, подводимой к якорям, в движущую силу, вырабатываемую на первой структуре, второй структуре и третьей структуре.

В этом случае, например, когда электродвигатель согласно настоящему изобретению имеет конструкцию, удовлетворяющую следующим условиям (а) и (b), соотношение между скоростями подвижных магнитных полей первой и третьей структур и соотношение между вращающими моментами структур с первой по третью выражаются следующим образом, а эквивалентная схема, соответствующая электродвигателю, имеет вид, показанный на фиг.19.

(a) Электродвигатель является вращающейся машиной, и якоря имеют трехфазные катушки индуктивности U-фазы, V-фазы и W-фазы.

(b) Число магнитных полюсов якорей составляет 2, число магнитный полюсов - 4, то есть число пар магнитных полюсов якорей, в которых полюс N и полюс S образуют одну пару, составляет 1, число пар магнитных полюсов, в которых полюс N и полюс S образуют одну пару, составляет 2, а число элементов из магнитомягкого материала - 3.

При этом по всему описанию изобретения термин "пара полюсов" означает пару полюсов, образуемую полюсом N и полюсом S.

В этом случае магнитный поток Ψk1 магнитного полюса, пересекающий первый элемент из магнитомягкого материала в составе элементов из магнитомягкого материала, выражается следующим уравнением (1):

где ψf представляет собой максимальное значение магнитного потока магнитного полюса, а θ1 и θ2 - соответственно угол поворота магнитного полюса и угол поворота элемента из магнитомягкого материала относительно катушки индуктивности U-фазы. Кроме того, в этом случае, так как отношение числа пар магнитных полюсов к числу пар магнитных полюсов якорей составляет 2,0, то магнитный поток магнитного полюса вращается (изменяется) с периодом повторения, в два раза превышающим период повторения подвижных магнитных полей, что в приведенном выше уравнении (1) выражается умножением (θ2-θ1) на 2,0.

Поэтому магнитный поток Ψu1 магнитного полюса, пересекающий катушку индуктивности U-фазы через посредство первого элемента из магнитомягкого материала, выражается следующим уравнением (2), полученным путем умножения уравнения (1) на cosθ2.

Точно так же магнитный поток Ψk2 магнитного полюса, пересекающий второй элемент из магнитомягкого материала в составе элементов из магнитомягкого материала, выражается следующим уравнением (3):

Так как угол поворота второго элемента из магнитомягкого материала относительно якоря опережает угол поворота первого элемента из магнитомягкого материала на 2π/3, то в вышеупомянутом уравнении (3) это выражается суммированием 2π/3 с θ2.

Поэтому магнитный поток Ψu2 магнитного полюса, пересекающий катушку индуктивности U-фазы через посредство второго элемента из магнитомягкого материала, выражается следующим уравнением (4), полученным путем умножения уравнения (3) на (θ2+2π/3).

Точно так же магнитный поток Ψu3 магнитного полюса, пересекающий катушку индуктивности U-фазы посредством третьего элемента из магнитомягкого материала в составе элементов из магнитомягкого материала, выражается следующим уравнением (5):

В электродвигателе, показанном на фиг.19, магнитный поток Ψu магнитного полюса, пересекающий катушку индуктивности U-фазы через посредство элементов из магнитомягкого материала, получают путем суммирования магнитных потоков Ψu1-Ψu3, выражаемых приведенными выше уравнениями (2), (4) и (5), и поэтому магнитный поток Ψu выражается следующим уравнением (6):

При обобщении уравнения (6) магнитный поток Ψu магнитного полюса, пересекающий катушку индуктивности U-фазы через посредство элементов из магнитомягкого материала, выражается следующим уравнением (7):

где a, b и с представляют собой соответственно число пар магнитных полюсов, число элементов из магнитомягкого материала и число пар магнитных полюсов якорей.

При преобразовании приведенного выше уравнения (7) с учетом формулы суммы и произведения тригонометрических функций получается следующее уравнение (8):

Если в уравнении (8) положить, что b=а+с, то с учетом того, что cos(θ+2π)=cosθ, уравнение (8) преобразуется в следующее уравнение (9):

При преобразовании этого уравнения (9) с учетом теоремы сложения тригонометрических функций получается следующее уравнение (10):

При условии, что а-с≠0, второй член в правой части уравнения (10) при преобразовании с учетом суммы ряда и формулы Эйлера становится равным 0, как показано в следующем уравнении (11):

Кроме того, при условии, что а-с≠0, третий член в правой части уравнения (10) при преобразовании с учетом суммы ряда и формулы Эйлера, как показано в следующем уравнении (12), становится равным 0:

Из приведенных выше уравнений следует, что при а-с≠0 магнитный поток Ψu магнитного полюса, пересекающий катушку индуктивности U-фазы через посредство элементов из магнитомягкого материала, выражается следующим уравнением (13):

Если в этом уравнении (13) положить, что а/с=α, то получится следующее уравнение (14):

Кроме того, если в этом уравнении (14) положить, что с·Еθ2=θе2, а с·Еθ1=θe1, то получится следующее уравнение (15):

В этом уравнении, как следует из того, что θе2 является произведением угла θ2 поворота элемента из магнитомягкого материала относительно катушки индуктивности U-фазы на число с магнитных полюсов якорей, θе2 представляет собой электрический угол элемента из магнитомягкого материала относительно катушки индуктивности U-фазы. Кроме того, как следует из того, что θе1 является произведением угла θ1 поворота магнитного полюса относительно катушки индуктивности U-фазы на число пар магнитных полюсов якорей, θе1 представляет собой электрический угол магнитный полюса относительно катушки индуктивности U-фазы.

Точно так же, так как электрический угол катушки индуктивности V-фазы опережает электрический угол катушки индуктивности U-фазы на 2π/3, то магнитный поток Ψv магнитного полюса, пересекающий катушку индуктивности V-фазы через посредство элементов из магнитомягкого материала, выражается следующим уравнением (16). Кроме того, так как электрический угол катушки индуктивности W-фазы опережает электрический угол катушки индуктивности U-фазы на 2π/3, то магнитный поток Ψw магнитного полюса, пересекающий катушку индуктивности W-фазы через посредство элементов из магнитомягкого материала, выражается следующим уравнением (17):

Кроме того, если магнитные потоки Ψu-Ψw, выражаемые приведенными выше уравнениями соответственно (15)-(17), подвергнуть дифференцированию по времени, то получатся следующие уравнения (18)-(20):

где ωе1 обозначает величину, полученную дифференцированием θe1 по времени, то есть величину, полученную в результате преобразования угловой скорости первой структуры относительно второй структуры в электрическую угловую скорость, а ωе2 обозначает величину, полученную дифференцированием θе2 по времени, то есть величину, полученную в результате преобразования угловой скорости третьей структуры относительно второй структуры в электрическую угловую скорость.

Кроме того, магнитные потоки, пересекающие катушки индуктивности U-W-фаз непосредственно, без посредства элементов из магнитомягкого материала, являются весьма малыми, и их влиянием можно пренебречь. Поэтому dΨu/dt-dΨw/dt, являющиеся величинами, полученными дифференцированием соответственно магнитных потоков Ψu-Ψw (уравнения (18)-(20)) магнитных полюсов, пересекающих катушки индуктивности U-W-фаз через посредство элементов из магнитомягкого материала, по времени, представляют собой напряжения противоЭДС (напряжения индуктированной ЭДС), генерируемые в катушках индуктивности U-W-фаз при вращении (движении) магнитных полюсов и элементов из магнитомягкого материала относительно ряда якорей.

Из приведенных выше уравнений следует, что электрические токи Iu, Iv и Iw, протекающие соответственно через катушки индуктивности U-фазы, V-фазы и W-фазы, выражаются следующими уравнениями (21), (22) и (23):

где I представляет собой амплитуду (максимальное значение) каждого электрического тока, протекающего через катушки индуктивности U-W-фаз.

Из приведенных выше уравнений (21)-(23) следует, что электрический угол θmf вектора подвижного магнитного поля (вращающегося магнитного поля) относительно катушки индуктивности U-фазы выражается следующим уравнением (24), а электрическая угловая скорость ωmf подвижного магнитного поля относительно катушки индуктивности U-фазы выражается следующим уравнением (25):

В случае, когда ряд якорей так же, как и вторая структура, выполнен неподвижным, механическая мощность (движущая сила) W, вырабатываемая на первой и третьей структурах, в результате протекания токов Iu-Iw через катушки индуктивности соответственно U-W-фаз, выражается, за исключением участка с магнитным сопротивлением, следующим уравнением (26):

При преобразовании этого уравнения (26) путем подстановки уравнений (18)-(23) получается следующее уравнение (27):

Соотношение между этой механической мощностью W, вращающим моментом Т1, передаваемым на первую структуру через посредство магнитных полюсов (именуемым далее "первым вращающим моментом Т1"), вращающим моментом Т2, передаваемым на третьего структуру через посредство элементов из магнитомягкого материала (именуемым далее "вторым вращающим моментом Т2"), электрической угловой скоростью ωe1 первой структуры и электрической угловой скоростью ωе2 третьей структуры выражается следующим уравнением (28):

Как следует из приведенных выше уравнений (27) и (28), первый и второй вращающие моменты Т1 и Т2 выражаются следующими уравнениями (29) и (30):

Если считать, что вращающий момент, эквивалентный электрической мощности, подводимой к ряду якорей, и электрической угловой скорости ωmf подвижных магнитных полей, является эквивалентным вращающим моментом Те привода, то так как электрическая мощность, подведенная к ряду якорей, и механическая мощность W равны одна другой (при условии пренебрежения потерями), из уравнения (28) получается эквивалентный вращающий момент Те привода, выражаемый следующим уравнением (31):

Из приведенных выше уравнений (29)-(31) получается следующее уравнение (32):

Соотношение между вращающими моментами, выражаемое уравнением (32), и соотношение между электрическими угловыми скоростями, выражаемое приведенным выше уравнением (25), являются абсолютно такими же, как и соотношение между скоростями вращения и соотношение между вращающими моментами на солнечном зубчатом колесе, на зубчатом венце и на водиле планетарного механизма. При этом такое соотношение между электрическими угловыми скоростями и такое соотношение между вращающими моментами не ограничиваются только описываемым выше случаем неподвижной второй структуры, но выполняются также и при всех условиях, касающихся подвижности структур с первой по третью. Например, указанные выше соотношения выполняются также и в случае, когда вторая структура выполнена с возможностью движения, и электрическая мощность подводится в состоянии, при котором движущая сила прикладывается ко второй структуре, а также в случае, когда помимо второй структуры неподвижной выполнена первая или третья структура, и электрическая мощность подводится к ряду якорей в состоянии, при котором движущая сила прикладывается к первой или третьей структуре. Кроме того, эти соотношения выполняются также в случае, когда вторая структура выполнена с возможностью движения, а первая и/или третья структура(ы) выполнена неподвижной и электрическая мощность подводится в состоянии, при котором движущая сила прикладывается к первой и/или третьей структуре(ам).

Как указывалось выше, при условии, что b=а+с, и а-с≠0, выполняются соотношение между электрическими угловыми скоростями, выражаемое уравнением (25), и соотношение между вращающими моментами, выражаемое уравнением (32). Если положить, что число магнитных полюсов равно р, а число магнитных полюсов якорей - q, то указанное выше условие b=а+с будет иметь выражение b=(p+q)/2, то есть b/q=(1+p/q)/2. При этом, если положить, что p/q=m, то получится выражение b/q=(1+m)/2, и выполнение приведенного выше условия b=а+с будет означать, что соотношение между числом магнитных полюсов якорей, числом магнитных полюсов и числом элементов из магнитомягкого материала выразится пропорцией 1:m:(1+m)/2. А выполнение приведенного выше условия а-с≠0 будет означать, что m≠1,0. Так как в электродвигателе согласно настоящему изобретению в пределах определенного участка вдоль определенного направления соотношение между числом магнитные полюсов якорей, числом магнитный полюсов и числом элементов из магнитомягкого материала задается пропорцией 1:m:(1+m)/2 (m≠1,0), то выполняются соотношение между электрическими угловыми скоростями, выражаемое уравнением (25), и соотношение между вращающими моментами, выражаемое уравнением (32), что свидетельствует о том, что электродвигатель работает должным образом.

В отличие от традиционного электродвигателя, рассмотренного выше, электродвигатель согласно изобретению может работать даже при одном ряде элементов из магнитомягкого материала, что позволяет уменьшить размеры и снизить стоимость изготовления электродвигателя. Кроме того, как следует из уравнений (25) и (32), задание α=а/с, то есть отношения числа пар магнитных полюсов к числу пар магнитных полюсов якорей обеспечивает возможность свободного задания соотношения между электрическими угловыми скоростями подвижных магнитных полей второй и третьей структур, а также соотношения между вращающими моментами структур с первой по третью и, следовательно, возможность увеличения степени свободы при проектировании электродвигателя. Такие же полезные эффекты можно получить и в случае, когда число фаз катушек индуктивности совокупности якорей отличается от рассматриваемых выше 3, а также в случае, когда электродвигатель является не вращающейся машиной, а линейным двигателем. При этом в случае линейного двигателя обеспечивается свободное задание соотношения не между "вращающими моментами", а между "тяговыми усилиями".

В п.2 формулы изобретения электродвигатель 1, 31 по п.1 дополнительно содержит средство измерения относительного взаимоположения (первый датчик 21 угла поворота, второй датчик 22 угла поворота, преобразователь 16b электрического угла, датчик 41 положения) для измерения относительного взаимоположения структур с первой по третью и средство управления (ECU 16) для управления подвижными магнитными полями на основе измеренного относительного взаимоположения между структурами с первой по третью.

При такой конструкции средство измерения относительного взаимоположения измеряет относительное взаимоположение между структурами с первой по третью, а средство управления управляет подвижными магнитными полями на основе измеренного относительного взаимоположения между структурами с первой по третью. Это позволяет должным образом генерировать магнитные силовые линии между магнитными полюсами, элементами из магнитомягкого материала и магнитными полюсами якорей и обеспечивать, таким образом, возможность должного действия магнитных сил в направлении магнитных силовых линий и, следовательно, возможность обеспечения надежной работы электродвигателя.

В п.3 формулы изобретения в электродвигателе 1, 31 по п.2 средство измерения относительного взаимоположения (первый датчик 21 угла поворота, второй датчик 22 угла поворота, преобразователь 16b электрического угла) измеряет в качестве относительного взаимоположения структур с первой по третью электрические углы первой структуры и третьей структуры относительно второй структуры, а средство управления управляет подвижными магнитными полями на основе разности между значением, полученным в результате умножения измеренного электрического угла (второго электрического угла θER2 ротора) третьей структуры на (1+m), и значением, полученным в результате умножения измеренного электрического угла (электрического угла θER1 первого ротора) первой структуры на m.

При такой конструкции управление подвижными магнитными полями осуществляется на основе разности между значением, полученным в результате умножения измеренного электрического угла третьей структуры относительно второй структуры на (1+m), и значением, полученным в результате умножения измеренного электрического угла первой структуры относительно второй структуры на m. Как следует из п.1, m представляет собой отношение числа магнитных полюсов к числу магнитных полюсов якорей. Как указывалось выше, в процессе работы электродвигателя по п.1 соотношение между электрическим углом подвижных магнитных полей и электрическими углами второй и третьей структур выражается уравнением (24). В уравнении (24) α представляет собой отношение (а/с) числа пар магнитных полюсов к числу пар магнитных полюсов якорей, то есть отношение числа магнитных полюсов к числу магнитных полюсов якорей, равное m. Поэтому описываемая выше конструкция позволяет обеспечить более надежную работу электродвигателя.

В п.4 формулы изобретения в электродвигателе 1, 31 по любому из п.п.1-3 магнитные полюса являются магнитными полюсами постоянных магнитов 4а, 34а.

При такой конструкции использование в качестве магнитных полюсов полюсов постоянных магнитов в отличие от случая использования магнитных полюсов электромагнитов позволяет обойтись без электрических схем и катушек индуктивности для подвода электрической мощности к электромагнитам. Это позволяет также уменьшить размеры электродвигателя и упростить его конструкцию. Кроме того, например, в случае, когда первая структура, имеющая магнитные полюса, выполнена с возможностью вращения, то при использовании в качестве магнитных полюсов полюсов электромагнитов можно обойтись без токосъемного кольца для подвода электрической мощности к электромагнитам, что обеспечивает возможность уменьшения размеров электродвигателя и возможность повышения его эффективности.

В п.5 формулы изобретения электродвигатель 1 по п.1 является вращающейся машиной.

При такой конструкции обеспечивается возможность получения полезных эффектов, описываемых применительно к электродвигателю по п.1, и для вращающейся машины.

В п.6 формулы изобретения электродвигатель 31 по п.1 является линейным двигателем.

При такой конструкции обеспечивается возможность получения полезных эффектов, описываемых применительно к электродвигателю по п.1, и для линейного двигателя.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схематический вид сечения электродвигателя согласно первому примеру осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 - блок-схема электродвигателя, представленного на фиг.1, и ECU (электронного блока управления).

Фиг.3 - схематический вид статора, а также первого и второго роторов электродвигателя, представленного на фиг.1, в развернутом в окружном направлении состоянии.

Фиг.4 - схематический коллинеарный график, иллюстрирующий пример соотношения между электрической угловой скоростью магнитных полей и электрическими угловыми скоростями первого и второго роторов электродвигателя, представленного на фиг.1.

Фиг.5 - схематический вид электродвигателя, представленного на фиг.1, иллюстрирующий работу электродвигателя в случае подвода электрической мощности к статору при неподвижном состоянии первого ротора.

Фиг.6 - схематический вид электродвигателя, являющийся продолжением иллюстрации фиг.5.

Фиг.7 - схематический вид электродвигателя, являющийся продолжением иллюстрации фиг.6.

Фиг.8 - схематический вид электродвигателя, иллюстрирующий взаимоположение между магнитные полюсами якорей и сердечниками после поворота магнитных полюсов якорей на угол 2π из состояния, показанного на фиг.5.

Фиг.9 - схематический вид электродвигателя, иллюстрирующий работу электродвигателя, представленного на фиг.1, в случае подвода электрической мощности к статору при неподвижном состоянии второго ротора.

Фиг.10 - схематический вид электродвигателя, являющийся продолжением иллюстрации фиг.9.

Фиг.11 - схематический вид электродвигателя, являющийся продолжением иллюстрации фиг.10.

Фиг.12 - схематический график, иллюстрирующий пример изменений напряжений противоЭДС U-W-фаз в случае неподвижного состояния первого ротора электродвигателя согласно настоящему изобретению.

Фиг.13 - схематический график, иллюстрирующий пример изменений эквивалентного вращающего момента привода, а также вращающих моментов передачи первого и второго роторов в случае неподвижного первого ротора электродвигателя согласно настоящему изобретению.

Фиг.14 - схематический график, иллюстрирующий пример изменений напряжений противоЭДС U-W-фаз в случае неподвижного второго ротора электродвигателя согласно настоящему изобретению.

Фиг.15 - схематический график, иллюстрирующий пример изменений эквивалентного вращающего момента привода, а также вращающих моментов передачи первого и второго роторов в случае неподвижного второго ротора электродвигателя согласно настоящему изобретению.

Фиг.16 - схематический вид спереди электродвигателя согласно второму примеру осуществления настоящего изобретения и функциональных блоков, обеспечивающих работу этого электродвигателя.

Фиг.17 - схематический вид сверху электродвигателя, представленного на фиг.16.

Фиг.18 - схематический вид электродвигателя, представленного на фиг.16, иллюстрирующий соотношение между числами магнитных полюсов якорей, сердечников и магнитных полюсов электродвигателя.

Фиг.19 - схематический вид эквивалентной схемы электродвигателя согласно настоящему изобретению.

Лучший вариант осуществления изобретения

Ниже приводится подробное описание настоящего изобретения, сопровождаемое ссылками на чертежи, иллюстрирующий предпочтительный пример осуществления этого изобретения. На фиг.1 представлен электродвигатель 1 согласно первому примеру осуществления настоящего изобретения. Электродвигатель 1 выполнен в виде вращающейся машины, работой которой управляет ECU 16, показанный на фиг.2. Как показано на фиг.1, электродвигатель 1 состоит из стационарного корпуса 2, статора 3, установленного внутри корпуса 2, первого ротора 4, установленного внутри корпуса 2 напротив статора 3, второго ротора 5, установленного между статором 3 и первым ротором 4, первого вращающегося вала 6 и второго вращающегося вала 7. При этом для удобства пользования иллюстрацией некоторые из элементов на фиг.1, такие как первый вращающийся вал 6 и др., показаны схематически. Кроме того, опущена штриховка сечений на фиг.1 и других фигурах, рассматриваемых ниже.

Корпус 2 включает в себя полую цилиндрическую окружную стенку 2а и пару дискообразных боковых стенок 2b и 2с, установленных на противоположных концах окружной стенки 2а, образующих единую конструкцию. В центре этих боковых стенок 2b и 2с имеются соответствующие установочные отверстия 2d и 2е, в которых установлены соответствующие подшипники 8 и 9.

Указанные выше первый и второй вращающиеся валы 6 и 7 поддерживаются с помощью соответствующих подшипников 8 и 9 с возможностью свободного вращения и размещены концентрически один относительно другого. Часть и первого, и второго вращающихся валов 6 и 7 располагается внутри корпуса 2, а их остальная часть выступает наружу из корпуса 2. Указанные выше статор 3, второй ротор 5 и первый ротор 4 размещены концентрически один относительно другого в направлении радиуса первого вращающегося вала 6 (что далее именуется просто "в радиальном направлении" или "радиально") и выстроены в указанном порядке, начиная с наружной стороны.

Статор 3 предназначен для генерирования вращающихся магнитных полей и, как показано на фиг.3, включает в себя железный сердечник 3а и катушки 3с, 3d и 3е индуктивности соответственно U-фазы, V-фазы и W-фазы, установленные на железном сердечнике 3а. При этом на фиг.1 для удобства показана только катушка 3с индуктивности U-фазы. Железный сердечник 3а, имеющий форму полого цилиндра, набранного из стальных пластин, проходит в направлении оси первого вращающегося вала 6 (что далее именуется просто "в осевом направлении" или "по оси") и установлен на внутренней окружной поверхности окружной стенки 2а корпуса 2. На внутренней окружной поверхности железного сердечника 3а имеется двенадцать пазов 3b. Пазы 3b проходят в осевом направлении и выстроены с одинаковыми зазорами один относительно другого в окружном направлении первого вращающегося вала 6 (что далее именуется просто "в окружном направлении" или "по окружности"). Катушки 3с-3е индуктивности U-W-фаз намотаны в пазах 3b в виде распределенной обмотки (в виде волновой обмотки) и соединены с регулируемым источником 15 мощности (см. фиг.2). Регулируемый источник 15 мощности, являющийся комбинацией электрической схемы, содержащей инвертор, и батареи, соединен с ECU 16.

В статоре 3, имеющем описываемую выше конструкцию, при подводе электрической мощности от регулируемого источника мощности 15, на конце железного сердечника 3а со стороны первого ротора 4 с одинаковыми зазорами один относительно другого в окружном направлении генерируется четыре магнитных полюса (см. фиг.5), и обусловленные этими магнитными полюсами вращающиеся магнитные поля вращаются в окружном направлении. Далее магнитные полюса, генерируемые на железном сердечнике 3а, именуются "магнитными полюсами якорей". Кроме того, каждые два магнитных полюса якорей, расположенные в окружном направлении один рядом с другим, имеют полярности, отличающиеся одна от другой. При этом на фиг.5 и других фигурах, рассматриваемых ниже, магнитные полюса якорей обозначены на железном сердечнике 3а и катушках 3с-3е индуктивности U-Wфаз буквами (N) и (S).

Как показано на фиг.3, первый ротор 4 включает в себя ряд магнитных полюсов, состоящий из восьми постоянных магнитов 4а. Эти постоянные магниты 4а выстроены с одинаковыми зазорами один относительно другого в окружном направлении, причем ряд магнитных полюсов располагается напротив железного сердечника 3а. Каждый постоянный магнит 4а проходит в осевом направлении, а его длина в осевом направлении задана равной длине железного сердечника 3а статора 3.

Постоянные магниты 4а установлены на внешней окружной поверхности кольцеобразного фиксатора 4b. Этот кольцеобразный фиксатор 4b набран из элементов из магнитомягкого материала, такого как железо, или из стальных пластин, причем своей внутренней окружной поверхностью этот фиксатор 4b закреплен на внешней окружной поверхности дискообразного фланца 4с, образующего единую концентрическую конструкцию с первым вращающимся валом 6. Эт