[go: up one dir, main page]

RU2852784C1 - Hybrid magnetic element for electric machine rotor, resistant to irreversible demagnetisation under overheating conditions, and method for its formation - Google Patents

Hybrid magnetic element for electric machine rotor, resistant to irreversible demagnetisation under overheating conditions, and method for its formation

Info

Publication number
RU2852784C1
RU2852784C1 RU2025108029A RU2025108029A RU2852784C1 RU 2852784 C1 RU2852784 C1 RU 2852784C1 RU 2025108029 A RU2025108029 A RU 2025108029A RU 2025108029 A RU2025108029 A RU 2025108029A RU 2852784 C1 RU2852784 C1 RU 2852784C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
parts
magnetic
rotor
hybrid
hme
Prior art date
Application number
RU2025108029A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Метталинович Тишин
Анатолий Александрович Парилов
Владислав Алексеевич Ляцын
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Амт"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Амт" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Амт"
Application granted granted Critical
Publication of RU2852784C1 publication Critical patent/RU2852784C1/en

Links

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: hybrid magnetic element (HME) of electric machine rotor is made in form of pack of at least two parts made of magnetic materials connected to each other. Chemical composition of material of parts, number of parts, their shape, size and order of arrangement in composition of HME are chosen with possibility of ensuring prevention of demagnetisation under action of magnetic fields affecting at least one part of HME located in overheating zone of electric machine rotor. At least one part of HME located in overheating zone of rotor forms magnetically hard zone characterised by values of parameters of maximum energy product (BH)max - up to 445 kJ/m3, residual induction Br - up to 1.5 T, coercive force by magnetisation Hcj - up to 35 kOe, coercive force by induction Hcb - up to 15 kOe, operating temperature - up to 550°C.
EFFECT: increasing efficiency of functioning of synchronous electric machines on permanent magnets by minimising influence of temperature heating on magnetic characteristics of permanent magnets.
33 cl, 36 dwg, 7 tbl

Description

Область техникиField of technology

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для изготовления магнитных элементов для синхронных электромашин на основе постоянных магнитов (СЭПМ), которые могут найти широкое применение в различных отраслях промышленности, включая автомобилестроение, машиностроение, авиаракетно-космическую промышленность, и др.The invention relates to electrical engineering and can be used for the production of magnetic elements for synchronous electric machines based on permanent magnets (SEPM), which can find wide application in various branches of industry, including the automotive industry, mechanical engineering, the aerospace industry, etc.

Уровень техникиState of the art

Известно, что синхронные электромашины на основе постоянных магнитов (СЭПМ в открытых публикациях может упоминаться как электропривод или электродвигатель), содержащие ротор и статор, обладают рядом технических преимуществ, а именно существенно меньшими массогабаритными характеристиками и более высоким коэффициентом полезного действия (КПД). Магнитные поля статора и ротора взаимодействуют друг с другом, создавая синхронное вращение: переменный ток, поступающий на обмотки статора, генерирует вращающееся магнитное поле, при этом ротор вращается в точном соответствии с этим полем, исключая скольжение и обеспечивая синхронность скоростей, что повышает эффективность работы электромашины. Такой механизм исключает необходимость в дополнительном расходе энергии для возбуждения СЭПМ, что делает процесс более энергоэффективным и стабильным в различных рабочих режимах. Благодаря использованию современных магнитных материалов электромагнитное поле ротора остается неизменным даже при высоких нагрузках.It is known that permanent magnet synchronous electric machines (PMSMs, sometimes referred to as electric drives or electric motors in open publications), which contain a rotor and stator, offer a number of technical advantages, including significantly reduced weight and dimensions and a higher efficiency. The magnetic fields of the stator and rotor interact with each other, creating synchronous rotation: alternating current supplied to the stator windings generates a rotating magnetic field, and the rotor rotates in precise alignment with this field, eliminating slip and ensuring speed synchronization, which increases the efficiency of the electric machine. This mechanism eliminates the need for additional energy consumption to excite the PMSM, making the process more energy-efficient and stable in various operating modes. Thanks to the use of modern magnetic materials, the rotor's electromagnetic field remains constant even under heavy loads.

Однако при возникающем росте температуры от увеличения тока в обмотках статора и от воздействия магнитного поля его обмоток, возможно размагничивание постоянных магнитов, размещенных в роторе. В зависимости от положения нагрузочной линии (см. пунктирную линию на фиг. 1) и размагничивающего фактора постоянного магнита (отношения L/D, где L - длина образца магнита, D - диаметр образца магнита), температурный интервал возрастания вероятности размагничивания может изменяться (C.H. Chen, Engineering magnetic materials and their applications, Course MAT-512, University of Dayton. 2006-2010). Критическим фактором является степень близости к так называемому «колену», которое на кривой размагничивания магнита (фиг.1) расположено в области 6-9 кЭ, где может произойти самопроизвольное полное или частичное размагничивание постоянного магнита, и, как следствие, выход СЭПМ из строя.However, with the resulting increase in temperature from the increase in current in the stator windings and from the effect of the magnetic field of its windings, demagnetization of the permanent magnets located in the rotor is possible. Depending on the position of the load line (see the dotted line in Fig. 1) and the demagnetization factor of the permanent magnet (the L/D ratio, where L is the length of the magnet sample, D is the diameter of the magnet sample), the temperature range of increasing demagnetization probability may vary (C.H. Chen, Engineering magnetic materials and their applications, Course MAT-512, University of Dayton. 2006-2010). A critical factor is the degree of proximity to the so-called "knee", which is located in the 6-9 kOe region on the magnet demagnetization curve (Fig. 1), where spontaneous complete or partial demagnetization of the permanent magnet may occur, and, as a consequence, failure of the PMSM.

В СЭПМ поле ротора создается магнитами, которые либо распределены по поверхности ротора, либо размещены в его пазах. В последнем случае обеспечивается бóльшая механическая прочность и меньшие потери на вихревые токи в роторе. В качестве материала для постоянных магнитов получил распространение сплав неодим-железо-бор (Nd2Fe14B) благодаря его оптимальным магнитным свойствам. В частности, из уровня техники известны конструкции ротора с использованием спеченных постоянных магнитов (далее по тексту ПМ) из сплавов системы Nd-Fe-B, не содержащих диспрозия (Dy). В статье («Irreversible Demagnetization Improvement Process of Hybrid Traction Motors with Dy-Free Magnets»/ Machines2023, 11(1),4; https://doi.org/10.3390/machines11010004) описан процесс улучшения необратимого размагничивания за счет изменения расстояния между воздушными отверстиями в магнитопроводе ротора, которое сдвигает регион, где необратимое размагничивание происходит в области с низким вкладом обратной ЭДС. В публикации описаны различные практические реализации роторов на основе постоянных магнитов без диспрозия, позволяющие снизить размагничивание и, соответственно, повысить эффективность электромашин, за счет подобранных расстояний между воздушными отверстиями в магнитопроводе ротора.In a permanent magnet machine (PMM), the rotor field is generated by magnets that are either distributed over the rotor's surface or placed in its slots. The latter provides greater mechanical strength and lower eddy current losses in the rotor. Neodymium-iron-boron ( Nd2Fe14B ) alloy has become a popular choice for permanent magnets due to its optimal magnetic properties. Specifically, rotor designs using sintered permanent magnets (hereinafter referred to as PM) made from Nd-Fe-B alloys that do not contain dysprosium (Dy) are known in the art. The article (“Irreversible Demagnetization Improvement Process of Hybrid Traction Motors with Dy-Free Magnets”/ Machines2023, 11(1),4; https://doi.org/10.3390/machines11010004) describes a process for improving irreversible demagnetization by changing the distance between the air holes in the rotor magnetic circuit, which shifts the region where irreversible demagnetization occurs to an area with a low contribution of back EMF. The publication describes various practical implementations of rotors based on dysprosium-free permanent magnets, which can reduce demagnetization and, accordingly, increase the efficiency of electric machines, due to selected distances between the air holes in the rotor magnetic circuit.

Из уровня техники известна конструкция гибридных постоянных магнитов (гибридных магнитных элементов, далее ГМЭ), где каждый магнит состоит из нескольких магнитных материалов с различными значениями магнитного потока (US 10714988 B2). ГМЭ включает в себя следующие детали: первый магнит (M1) из одного магнитного материала и второй магнит (M2) из другого магнитного материала. Магнит M2 монтируют на поверхности северного полюса и/или южного полюса магнита M1, при этом объем магнита M2 меньше или равен объему магнита M1. Магниты M2 могут быть расположены на поверхностях магнита M1, перпендикулярных направлению магнитного момента магнита M1. Возможны варианты выполнения ГМЭ более чем из двух материалов: М1, М2, М3, М4. Во всех вариантах ГМЭ характеризуются одинаковыми размерами, поперечными направлению магнитного момента. Намагниченность насыщения, магнитная анизотропия, температурный коэффициент намагниченности, температурный коэффициент коэрцитивной силы или температура Кюри выше для второго магнитного материала, чем для первого материала. Магнитные материалы могут быть выбраны из следующего ряда: альнико, феррит, магнитный материал на основе редкоземельного металла, магнитный материал на основе марганца, магнитный материал на основе переходного металла и платины или нитрида железа. ПМ имеет более высокую плотность магнитного потока, чем плотность магнитного потока первого магнитного материала. Детали гибридного магнитного элемента (далее по тексту - ДГМЭ), представленного в US 10714988 B2, выполнены в виде прямоугольной призмы или цилиндра, при сборке ГМЭ поверхность северного полюса одной детали совмещают с поверхностью южного полюса другой детали. Полюсные поверхности магнита M1 перпендикулярны направлению магнитного момента магнита M1 и каждая расположена в одной плоскости, тоже самое касается магнитов М2, М3 и М4.The prior art discloses the design of hybrid permanent magnets (hybrid magnetic elements, hereinafter referred to as HME), where each magnet consists of several magnetic materials with different magnetic flux values (US 10714988 B2). The magnetic field magnetization element (M1) comprises the following components: a first magnet (M1) made of one magnetic material and a second magnet (M2) made of another magnetic material. Magnet M2 is mounted on the surface of the north pole and/or south pole of magnet M1, wherein the volume of magnet M2 is less than or equal to the volume of magnet M1. Magnets M2 can be located on surfaces of magnet M1 perpendicular to the direction of the magnetic moment of magnet M1. Variants of manufacturing the magnetic field magnetization (M1) from more than two materials are possible: M1, M2, M3, M4. In all variants, the magnetic field magnetization (M2) is characterized by the same dimensions transverse to the direction of the magnetic moment. The saturation magnetization, magnetic anisotropy, temperature coefficient of magnetization, temperature coefficient of coercivity, or Curie temperature are higher for the second magnetic material than for the first material. The magnetic materials may be selected from the following series: alnico, ferrite, a rare earth magnetic material, a manganese magnetic material, a transition metal magnetic material and platinum or iron nitride. The PM has a higher magnetic flux density than the first magnetic material. Details of the hybrid magnetic element (hereinafter referred to as HME) presented in US 10714988 B2 magnets are designed as rectangular prisms or cylinders. When assembling the magnet, the north pole surface of one component is aligned with the south pole surface of the other component. The pole surfaces of magnet M1 are perpendicular to the direction of its magnetic moment, and each is located in the same plane. The same applies to magnets M2, M3, and M4.

В известном решении (US 10714988 B2) ГМЭ представляет собой слоистую структуру из деталей, форма которых ограничена двумя возможными вариантами - прямоугольной или цилиндрической. При формировании ГМЭ не учитывается влияние магнитов друг на друга, влияние материала детали ГМЭ на окружающий магнитомягкий материал, например, сталь ротора, влияние направления градиента перегревающего ГМЭ тепла по отношению к направлению магнитного момента каждого ГМЭ, что не позволяет формировать более оптимальные и эффективные схемы ГМЭ для ряда случаев расположения зон перегрева. В тех случаях, когда направление градиента тепла, несущего угрозу перегрева ГМЭ, не соосно с направлением магнитного момента ГМЭ и приводит к неравномерному формированию зон перегрева - преимущественно с одного или нескольких углов ГМЭ, при определенных геометрических конфигурациях расположения ГМЭ более эффективными могут быть схемы формирования ГМЭ, отличные от слоистых.In the famous decision (US 10714988 B2) The HME is a layered structure of parts whose shape is limited to two possible options: rectangular or cylindrical. When forming the HME, the influence of magnets on each other, the influence of the HME component material on the surrounding soft magnetic material, such as rotor steel, and the influence of the direction of the heat gradient overheating the HME relative to the direction of the magnetic moment of each HME are not taken into account. This precludes the development of more optimal and efficient HME designs for certain cases of overheating zone locations. In cases where the direction of the heat gradient threatening HME overheating is not coaxial with the direction of the HME magnetic moment and leads to uneven formation of overheating zones—predominantly at one or more corners of the HME—with certain geometric configurations of the HME arrangement, HME design schemes other than layered designs may be more efficient.

В заявленном решении в отличие от известного решения (US 10714988 B2) детали, составляющие ГМЭ, характеризуются большим количеством форм и их комбинацией: треугольная призма, четырехугольная призма, прямоугольная призма, Т-образная призма, ступенчатая призма и др., при этом полюсные поверхности ДГМЭ имеют одну или более плоскостей с различной ориентацией ДГМЭ в пространстве - не только перпендикулярно направлению магнитного момента ГМЭ. При этом в заявленном решении возможна склейка ДГМЭ в последовательности Хальбаха, а также с отклонением направления магнитных моментов соседних ДГМЭ от параллельного.In the claimed solution, unlike the prior art (US 10714988 B2), the components of the DGME are characterized by a large number of shapes and their combinations: triangular prism, quadrangular prism, rectangular prism, T-shaped prism, stepped prism, etc. The pole surfaces of the DGME have one or more planes with different orientations of the DGME in space—not only perpendicular to the direction of the DGME's magnetic moment. Furthermore, the claimed solution allows for gluing DGMEs in the Halbach sequence, as well as with the magnetic moments of adjacent DGMEs deviating from parallel.

Кроме того, в заявленном изобретении в ГМЭ возможно использование двух типов соединения или склейки соседних ДГМЭ: полюсными поверхностями и не полюсными, когда количество соединяемых или склеиваемых деталей более двух. Например, возможен вариант соединения ДГМЭ, согласно которому не полюсная поверхность одной и более ДГМЭ соединена с не полюсной поверхностью одной и более ДГМЭ.Furthermore, the claimed invention allows for two types of joining or gluing adjacent DGMEs in the GME: polar and non-polar surfaces, when the number of parts being joined or glued is greater than two. For example, a DGME connection is possible in which a non-polar surface of one or more DGMEs is joined to a non-polar surface of one or more DGMEs.

В известном решении (US 10714988 B2) отсутствует возможность выбора наиболее оптимальной схемы (конфигурации) формирования ГМЭ под конкретную конфигурацию СЭПМ, которая обеспечивала бы устойчивость к необратимому размагничиванию в условиях перегрева, поскольку не учитывает то, что магнитные элементы, например, в роторе электромашины, могут располагаться одним краем ближе к зоне перегрева, а другим дальше от него, а также не учитывает взаимное влияние гибридных магнитных элементов, находящихся в роторе, тем более при расположении друг относительно друга двумя или более парами, например, по схеме «рыбья кость».In the known solution (US 10714988 B2), there is no possibility of choosing the most optimal scheme (configuration) for the formation of the HME for a specific configuration of the EPMM, which would ensure resistance to irreversible demagnetization under overheating conditions, since it does not take into account the fact that magnetic elements, for example, in the rotor of an electric machine, can be located with one edge closer to the overheating zone, and the other further from it, and also does not take into account the mutual influence of hybrid magnetic elements located in the rotor, especially when located relative to each other in two or more pairs, for example, according to the “fishbone” scheme.

В заявленном изобретении предложен способ формирования ГМЭ с учетом параметров электромашины, позволяющий выбрать оптимальную схему (конфигурацию) ГМЭ для ротора с учетом сравнения номинальных и пиковых мощностей электромашины и крутящих моментов, величин токов в обмотке статора, а также их графиков зависимости от скорости вращения вала. В известном решении для сравнения и выбора конфигурации ГМЭ используется меньшее количество параметров, при этом перечисленные параметры не учитываются.The claimed invention proposes a method for generating a GME based on electric machine parameters, enabling the selection of the optimal GME configuration for the rotor by comparing the electric machine's nominal and peak power and torque, stator winding currents, and their dependence on shaft speed. The existing solution for comparing and selecting a GME configuration uses fewer parameters, and the parameters listed above are not taken into account.

Наиболее близкими к заявленному изобретению являются гибридный магнитный элемент для ротора электромашины, устойчивый к необратимому размагничиванию в условиях перегрева, и способ его формирования (RU 2827925). Гибридный магнитный элемент для ротора электромашины выполнен в форме пакета из склеенных между собой деталей из ферромагнитных материалов, устойчивых к необратимому размагничиванию, при этом число и последовательность расположения деталей в направлении, перпендикулярном направлению магнитного момента магнитного элемента, химический состав материала деталей, показатель коэрцитивной силы и параметры клея выбирают из условия обеспечения функционирования ротора электромашины в зонах возможного перегрева магнитного элемента, предотвращающего необратимое размагничивание. В выявленных зонах возможного перегрева располагают детали, выполненные из материалов, имеющих температуру размагничивания, превышающую температуру перегрева магнитного элемента ротора в условиях эксплуатации электромашины. Число деталей может составлять от двух до десяти при их толщине от 0,1 мм до 10 мм в направлении склеивания. В частных вариантах реализации изобретения гибридный магнитный элемент собирают из деталей, выполненных из постоянных магнитов типа SmCo и постоянных магнитов типа NdFeB.The closest inventions to the claimed invention are a hybrid magnetic element for an electric machine rotor resistant to irreversible demagnetization under overheating conditions, and a method for forming the same (RU 2827925). The hybrid magnetic element for an electric machine rotor is formed as a package of bonded parts made of ferromagnetic materials resistant to irreversible demagnetization. The number and sequence of the parts in the direction perpendicular to the magnetic moment of the magnetic element, the chemical composition of the material of the parts, the coercivity index, and the adhesive parameters are selected to ensure the operation of the electric machine rotor in zones of possible overheating of the magnetic element, preventing irreversible demagnetization. Parts made of materials with a demagnetization temperature exceeding the overheating temperature of the rotor magnetic element under electric machine operating conditions are located in the identified zones of possible overheating. The number of components may range from two to ten, with thicknesses ranging from 0.1 mm to 10 mm in the bonding direction. In specific embodiments of the invention, the hybrid magnetic element is assembled from components made of SmCo permanent magnets and NdFeB permanent magnets.

Однако в известном решении по патенту RU 2827925 расположение деталей в направлении, перпендикулярном магнитному моменту магнитного элемента, в ряде случаев, в диапазоне более высоких температур, выше критической, может привести к отсутствию подмагничивания краев у тех ДГМЭ, которые характеризуются меньшим значением максимальной рабочей температуры со стороны ДГМЭ, к ним примыкающим, характеризуемых более высоким значением максимальной рабочей температуры, и, как следствие, к более низким магнитным параметрам ГМЭ, и, соответственно, к снижению эффективности функционирования СЭПМ. Кроме того, расположение деталей, характеризуемых более высоким значением максимальной рабочей температуры, целиком в зоне перегрева может приводить в ряде случаев к тому, что силовые линии ГМЭ в окружающем его металле и в мостиках ротора, будут иметь не оптимальные траектории и векторы. Они будут оптимальными в тех случаях, когда такие детали располагаются только частично в зоне перегрева и зона перегрева полностью и даже с запасом перекрывается объемом детали/деталей, характеризуемой/характеризуемых более высокой рабочей температурой. В этом случае значения магнитных параметров ГМЭ (остаточная индукция, максимальное энергетическое произведение, магнитный момент) и, соответственно, силовые параметры электромашины - мощность и крутящий момент, будут выше. При этом необходимо учитывать, что геометрия (объем) зоны перегрева не равна геометрии (объему) детали и должна перекрываться объемом детали. Разработка схем ГМЭ в настоящем изобретении с существенно большим запасом перекрытия зоны перегрева деталью/деталями ГМЭ, характеризуемой/характеризуемых более высоким значением максимальной рабочей температуры, в ряде случаев также приводит к более высоким силовым параметрам электромашины - мощности и крутящему моменту.However, in the known solution for patent RU 2827925, the arrangement of components perpendicular to the magnetic moment of the magnetic element, in some cases, at higher temperatures above the critical temperature, can lead to a lack of magnetization of the edges of those DGMEs characterized by a lower maximum operating temperature on the side of the DGME adjacent to them, characterized by a higher maximum operating temperature, and, consequently, to lower magnetic parameters of the DGME and, accordingly, to a decrease in the efficiency of the EPSM. Furthermore, the arrangement of components characterized by a higher maximum operating temperature entirely within the overheating zone can, in some cases, result in the DGME field lines in the surrounding metal and in the rotor bridges having non-optimal trajectories and vectors. They will be optimal in cases where such components are only partially located in the overheating zone and the overheating zone is completely, or even more, covered by the volume of the component(s) characterized by a higher operating temperature. In this case, the values of the magnetic parameters of the magnetic flux density (residual induction, maximum energy product, magnetic moment) and, accordingly, the power parameters of the electric machine—power and torque—will be higher. It is important to consider that the geometry (volume) of the overheating zone is not equal to the geometry (volume) of the component and must be covered by the component's volume. The development of the magnetic flux density circuits in the present invention with a significantly greater margin of coverage of the overheating zone by the component(s) of the magnetic flux density, characterized by a higher maximum operating temperature, in some cases also leads to higher power parameters of the electric machine—power and torque.

В ближайшем аналоге магнитный элемент ротора выполнен в форме пакета из склеенных между собой деталей из ферромагнитных материалов, которые расположены в направлении, перпендикулярном направлению магнитного момента магнитного элемента. Это ограничение исключает варианты схем (конфигурации) ГМЭ, когда число и последовательность расположения деталей из ферромагнитных материалов важно в направлении, параллельном направлению магнитного момента магнитного элемента, а также схемы (конфигурации) ГМЭ, когда число и последовательность расположения деталей из ферромагнитных материалов важно в направлениях продольном и поперечном направлению магнитного момента магнитного элемента. Например, слоистая структура, сформированная в направлении, перпендикулярном направлению магнитного момента магнитного элемента, в одном из вариантов осуществления известного изобретения может характеризоваться более низкими значениями магнитных параметров ГМЭ, чем слоистая структура, сформированная в параллельном направлении, по той причине, что при чередовании слоев в направлении, параллельном оси магнитного элемента, слои (ДГМЭ) с более высокой рабочей температурой своим полем подмагничивают слои (ДГМЭ) с менее высокой рабочей температурой, что важно при высоких температурах. По этой причине в отличие от ближайшего аналога, в настоящем изобретении предложены схемы формирования ГМЭ с перекрытием зоны перегрева деталями ГМЭ из разных материалов, характеризуемых более высоким значением максимальной рабочей температуры, с чередованием ДГМЭ в направлении, параллельном магнитному моменту магнитного элемента, и в обоих направлениях, параллельном и перпендикулярном, причем в некоторых схемах с направлением магнитного момента у соседних ДГМЭ под углом друг к другу до 60°.In the closest analogue, the rotor's magnetic element is formed as a stack of ferromagnetic parts glued together, arranged in a direction perpendicular to the magnetic moment of the magnetic element. This limitation excludes GME configurations where the number and sequence of ferromagnetic parts is important in a direction parallel to the magnetic moment of the magnetic element, as well as GME configurations where the number and sequence of ferromagnetic parts is important in directions longitudinal and transverse to the magnetic moment of the magnetic element. For example, a layered structure formed in a direction perpendicular to the direction of the magnetic moment of the magnetic element, in one embodiment of the known invention, may be characterized by lower values of the magnetic parameters of the GME than a layered structure formed in a parallel direction, due to the fact that when alternating layers in a direction parallel to the axis of the magnetic element, the layers (DGME) with a higher operating temperature magnetize the layers (DGME) with a lower operating temperature with their field, which is important at high temperatures. For this reason, unlike the closest analogue, the present invention proposes schemes for forming a GME with an overlapping overheating zone by GME parts made of different materials characterized by a higher value of the maximum operating temperature, with alternating DGME in a direction parallel to the magnetic moment of the magnetic element, and in both directions, parallel and perpendicular, and in some schemes with the direction of the magnetic moment of adjacent DGMEs at an angle to each other of up to 60°.

Технической проблемой, решаемой заявленным изобретением, является разработка ГМЭ для СЭПМ, устраняющих недостатки перечисленных выше аналогов и прототипа, направленных на повышение эффективности функционирования СЭПМ.The technical problem solved by the claimed invention is the development of a GME for the SEPM, eliminating the shortcomings of the above-mentioned analogs and prototype, aimed at increasing the efficiency of the SEPM operation.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технический результат заключается в повышении эффективности функционирования СЭПМ путем минимизации влияния температурного нагрева на магнитные характеристики постоянных магнитов (деталей ГМЭ) в процессе эксплуатации СЭПМ, направленного на предотвращение необратимого размагничивания ГМЭ под действием магнитных полей, воздействующих по меньшей мере на одну деталь ГМЭ, расположенную в зоне перегрева ротора электромашины.The technical result consists in increasing the efficiency of the operation of the electric magnetic circuit by minimizing the influence of temperature heating on the magnetic characteristics of permanent magnets (parts of the electric magnetic circuit) during the operation of the electric magnetic circuit, aimed at preventing irreversible demagnetization of the electric magnetic circuit under the influence of magnetic fields acting on at least one part of the electric magnetic circuit located in the overheating zone of the rotor of the electric machine.

В частности, повышение эффективности функционирования СЭПМ достигается повышением силовых параметров электромашины - мощности, величины крутящего момента электромашины, создаваемого постоянными магнитами, за счет оптимизации значений магнитных параметров ГМЭ - остаточной индукции, максимального энергетического произведения, коэрцитивной силы, при обеспечении необходимой прочности и рабочей температуры ротора, а также минимизации величин вибраций, шумов и зубцового момента.In particular, the increase in the efficiency of the operation of the electric motor is achieved by increasing the power parameters of the electric machine - power, the magnitude of the torque of the electric machine generated by permanent magnets, due to the optimization of the values of the magnetic parameters of the GME - residual induction, maximum energy product, coercive force, while ensuring the necessary strength and operating temperature of the rotor, as well as minimizing the magnitude of vibration, noise and tooth torque.

Технический результат достигается за счет выполнения гибридного магнитного элемента (ГМЭ) ротора электромашины в виде пакета из соединенных между собой по меньшей мере двух деталей из магнитных материалов, химический состав которых, число деталей, их форма, размер и порядок расположения в составе ГМЭ, выбраны с возможностью обеспечения предотвращения необратимого размагничивания под действием магнитных полей, воздействующих по меньшей мере на одну деталь ГМЭ, расположенную в зоне перегрева ротора электромашины, при обеспечении заданных эксплуатационных характеристик электромашины в рабочем диапазоне оборотов вращения ротора (мощности, крутящего момента, КПД, биения, шумы, зубцовый момент и др.); при этом по меньшей мере одна деталь ГМЭ, расположенная в зоне перегрева ротора, образует магнитотвердую зону, характеризующуюся оптимальными значениями параметров: максимального энергетического произведения (BH)max - до 445 кДж/м3, остаточной индукции Br - до 1,5 Тл, величины коэрцитивной силы по намагниченности Hcj - до 35 кЭ, величины коэрцитивной силы по индукции Hcb - до 15 кЭ, максимальной рабочей температуры - до 550°С.The technical result is achieved by making a hybrid magnetic element (HME) of the rotor of an electric machine in the form of a package of at least two parts made of magnetic materials connected to each other, the chemical composition of which, the number of parts, their shape, size and order of arrangement in the HME are selected with the possibility of preventing irreversible demagnetization under the action of magnetic fields acting on at least one part of the HME located in the overheating zone of the rotor of the electric machine, while ensuring the specified operational characteristics of the electric machine in the operating range of rotor speed (power, torque, efficiency, beating, noise, tooth moment, etc.); wherein at least one part of the magnetic field element located in the rotor overheating zone forms a magnetically hard zone characterized by optimal values of the parameters: maximum energy product (BH)max - up to 445 kJ/ m3 , residual induction Br - up to 1.5 T, value of coercive force by magnetization Hcj - up to 35 kOe, value of coercive force by induction Hcb - up to 15 kOe, maximum operating temperature - up to 550°C.

По меньшей мере одна деталь ГМЭ, расположенная в зоне перегрева ротора, образующая магнитотвердую зону, может быть дополнительно охарактеризована значением температурного коэффициента по остаточной индукции α(Т), выбранного из диапазона значений от минус 0,05 до 0%/°C, и значением температурного коэффициента по коэрцитивной силе β(Т), выбранным из диапазона значений от минус 0,35 до минус 0,15%/°C, с обеспечением оптимальных параметров электромашины.At least one part of the magnetic field electric machine, located in the rotor overheating zone, forming a hard magnetic zone, can be further characterized by the value of the temperature coefficient for residual induction α(T), selected from a range of values from minus 0.05 to 0%/°C, and the value of the temperature coefficient for coercive force β(T), selected from a range of values from minus 0.35 to minus 0.15%/°C, ensuring optimal parameters of the electric machine.

Для предотвращения размагничивания под действием магнитных полей, воздействующих на по меньшей мере одну деталь ГМЭ, расположенную в зоне перегрева ротора, ГМЭ может быть сформирован из деталей из различных магнитных материалов, часть из которых характеризуется более высоким значением максимальной рабочей температуры по сравнению со значением максимальной рабочей температуры по меньшей мере одной детали, входящей в состав ГМЭ, с чередованием деталей ГМЭ в направлении магнитного момента ГМЭ, и/или в продольном и поперечном направлениях относительно направления магнитного момента ГМЭ, и/или с направлением магнитных моментов соседних деталей под углом друг к другу от 1 до 60°.In order to prevent demagnetization under the action of magnetic fields acting on at least one part of the magnetic field magnetometer located in the overheating zone of the rotor, the magnetic field magnetometer can be formed from parts made of different magnetic materials, some of which are characterized by a higher value of the maximum operating temperature compared to the value of the maximum operating temperature of at least one part included in the magnetic field magnetometer, with alternating parts of the magnetic field magnetometer in the direction of the magnetic moment of the magnetic field magnetometer, and/or in the longitudinal and transverse directions relative to the direction of the magnetic moment of the magnetic field magnetometer, and/or with the direction of the magnetic moments of adjacent parts at an angle to each other from 1 to 60°.

Детали ГМЭ могут быть выполнены из магнитных материалов на основе редкоземельных металлов, а также типа альнико (AlNiCo) и типа FeCrCo; из магнитов типа NdFeB, и/или магнитов типа SmCo; возможны комбинации с другими типами магнитов.GME parts can be made of magnetic materials based on rare earth metals, as well as alnico (AlNiCo) and FeCrCo types; from NdFeB type magnets, and/or SmCo type magnets; combinations with other types of magnets are possible.

Детали ГМЭ могут быть выполнены в виде пластин и/или в виде призм: треугольной, и/или четырехугольной, и/или прямоугольной, и/или Т-образной, и/или ступенчатой и/или с одинарной ступенькой, при этом детали соединены полюсными поверхностями, которые имеют одну или более полюсных плоскостей с различной ориентацией в пространстве, включая поперечную ориентацию относительно направления магнитного момента ГМЭ, ориентацию в последовательности Хальбаха, а также с отклонением направления магнитного момента соседних деталей от продольного.The parts of the GME can be made in the form of plates and/or in the form of prisms: triangular, and/or quadrangular, and/or rectangular, and/or T-shaped, and/or stepped and/or with a single step, wherein the parts are connected by pole surfaces that have one or more pole planes with different orientation in space, including transverse orientation relative to the direction of the magnetic moment of the GME, orientation in the Halbach sequence, as well as with a deviation of the direction of the magnetic moment of adjacent parts from the longitudinal one.

При выполнении деталей в виде пластин они имеют размер вдоль направления магнитного момента предпочтительно от 0,1 до 10 мм.When producing parts in the form of plates, their size along the direction of the magnetic moment is preferably from 0.1 to 10 mm.

В одном из вариантов реализации изобретения ГМЭ содержит три детали, выполненные в виде пластин, с различной комбинаций деталей из различных магнитных материалов, например, внешние пластины могут быть выполнены из магнита типа SmCo и/или магнита типа NdFeB, а внутренняя - из магнита типа альнико; внешние пластины могут быть выполнены из магнита типа SmCo и/или альнико, а внутренняя - из магнита типа NdFeB; внешние пластины могут быть выполнены из магнита типа NdFeB и/или типа альнико, а внутренняя - из магнита типа SmCo; внешние пластины могут быть выполнены из магнита типа SmCo, а внутренняя - из магнита типа NdFeB, при этом объемная доля магнитов типа SmCo составляет не менее 20%, предпочтительно от 20 до 86% от всего объема ГМЭ, магнита типа NdFeB - не более 80%, предпочтительно от 14 до 80% от всего объема ГМЭ. Перечисленные варианты использования магнитных материалов не ограничивает возможность использования в составе ГМЭ другого количества деталей и других магнитных материалов.In one embodiment of the invention, the GME comprises three parts made in the form of plates, with different combinations of parts from different magnetic materials, for example, the outer plates can be made of a SmCo magnet and/or a NdFeB magnet, and the inner one - of an alnico magnet; the outer plates can be made of a SmCo magnet and/or alnico, and the inner one - of a NdFeB magnet; the outer plates can be made of a NdFeB magnet and/or alnico, and the inner one - of a SmCo magnet; the outer plates can be made of a SmCo magnet, and the inner one - of a NdFeB magnet, wherein the volume fraction of SmCo magnets is at least 20%, preferably from 20 to 86% of the total volume of the GME, NdFeB type magnet - no more than 80%, preferably from 14 to 80% of The total volume of the GME. The listed options for using magnetic materials do not limit the possibility of using a different number of components or other magnetic materials in the GME.

Возможен вариант осуществления изобретения, согласно которому ГМЭ содержит по меньшей мере две детали в виде пластин, одна из деталей в составе ГМЭ выполнена из магнита типа SmCo, а другая - из магнита типа NdFeB или типа альнико; при этом детали имеют разные максимальные рабочие температуры и характеризуются: одинаковыми значениями коэрцитивной силы с возможным отклонением не более 2,5%; и/или одинаковыми значениями остаточной индукции с возможным отклонением не более 2,5%; и/или одинаковыми значениями максимального энергетического произведения с возможным отклонением не более 4%.An embodiment of the invention is possible, according to which the GME contains at least two parts in the form of plates, one of the parts in the GME is made of a magnet of the SmCo type, and the other is made of a magnet of the NdFeB type or the Alnico type; wherein the parts have different maximum operating temperatures and are characterized by: the same values of the coercive force with a possible deviation of no more than 2.5%; and/or the same values of the residual induction with a possible deviation of no more than 2.5%; and/or the same values of the maximum energy product with a possible deviation of no more than 4%.

Еще в одном из вариантов воплощения изобретения при выполнении ГМЭ из трех и более деталей в виде пластин, направления магнитного момента у внешних (крайних) деталей расположены перпендикулярно к направлению магнитного момента центральной части постоянного магнита, при выполнении из 5 и более деталей, по меньшей мере одна деталь, расположенная в центральной части, выполнена многослойной с направлениями магнитных моментов соседних слоев в одной детали, отличающихся на 180°.In another embodiment of the invention, when making a GME from three or more parts in the form of plates, the directions of the magnetic moment of the outer (extreme) parts are located perpendicular to the direction of the magnetic moment of the central part of the permanent magnet; when made from 5 or more parts, at least one part located in the central part is made multilayer with the directions of the magnetic moments of adjacent layers in one part differing by 180°.

Возможны другие варианты выполнения ГМЭ, отличные от пластинчатой конфигурации составляющих его деталей.Other variants of the GME design are possible, different from the plate configuration of its constituent parts.

В частности, возможно выполнение ГМЭ в виде прямоугольной призмы, образованной тремя деталями в виде треугольных призм, одна из которых в сечении, перпендикулярном оси ротора, представляет собой равнобедренный треугольник с основанием, совпадающим с длинной стороной прямоугольной призмы, при этом вершина треугольника расположена в центральной точке на противоположной стороне прямоугольной призмы. В конкретном варианте воплощения данной схемы ГМЭ деталь с равнобедренным треугольником в поперечном сечении выполнена из магнита типа NdFeB, две другие детали - из магнита типа SmCo. Данная схема исполнения ГМЭ представлена на фиг.6. В данной схеме в отдельных вариантах ее реализации возможно использование детали, характеризующейся конфигурацией, отличной от равнобедренной треугольной призмы, где вершина данной призмы может быть смещена от центра противоположной стороны ГМЭ в его поперечном сечении.In particular, it is possible to implement the GME in the form of a rectangular prism formed by three parts in the form of triangular prisms, one of which, in a section perpendicular to the rotor axis, represents an isosceles triangle with a base coinciding with the long side of the rectangular prism, wherein the apex of the triangle is located at the central point on the opposite side of the rectangular prism. In a specific embodiment of this GME circuit, the part with an isosceles triangle in cross-section is made of a NdFeB magnet, and the other two parts are made of an SmCo magnet. This GME design is shown in Fig. 6. In this circuit, in certain embodiments, it is possible to use a part characterized by a configuration different from an isosceles triangular prism, where the apex of this prism can be offset from the center of the opposite side of the GME in its cross-section.

Возможно выполнение ГМЭ в виде прямоугольной призмы, содержащей две детали - треугольную и четырехугольную призмы, соединенные по продольной плоскости сечения, проходящей в поперечном сечении (перпендикулярном оси ротора) через угловую точку прямоугольной призмы, расположенную на одной длинной стороне призмы, и центральную точку, расположенную на противоположной длинной стороне прямоугольной призмы. Или другими словами, треугольная призма в поперечном сечении представляет собой прямоугольный треугольник с основанием на стороне четырехугольной призмы, один катет треугольника совпадает с одним ребром ГМЭ, а другой катет совпадает с половиной другого ребра ГМЭ. Данная схема выполнения ГМЭ продемонстрирована на фиг. 7. В данном варианте осуществления изобретения деталь в форме прямоугольной треугольной призмы может быть выполнена из магнита типа NdFeB, а деталь в форме четырехугольной призмы - из магнита типа SmCo. Однако, когда зона перегрева, и, соответственно, зона возможного размагничивания большая, то наоборот - деталь в форме прямоугольной треугольной призмы может быть выполнена из магнита типа SmCo, а деталь в форме четырехугольной призмы - из магнита типа NdFeB.It is possible to implement the GME in the form of a rectangular prism, containing two parts - a triangular and a quadrangular prism, connected along a longitudinal cross-sectional plane passing in cross-section (perpendicular to the rotor axis) through a corner point of the rectangular prism, located on one long side of the prism, and a central point, located on the opposite long side of the rectangular prism. Or, in other words, the triangular prism in cross-section is a right triangle with a base on the side of the quadrangular prism, one leg of the triangle coincides with one edge of the GME, and the other leg coincides with half of the other edge of the GME. This diagram of the GME implementation is shown in Fig. 7. In this embodiment of the invention, the part in the form of a rectangular triangular prism can be made of a NdFeB magnet, and the part in the form of a quadrangular prism - from a SmCo magnet. However, when the overheating zone, and, accordingly, the zone of possible demagnetization is large, then, on the contrary, a part in the form of a rectangular triangular prism can be made from a magnet of the SmCo type, and a part in the form of a quadrangular prism - from a magnet of the NdFeB type.

Возможно выполнение ГМЭ в виде прямоугольной призмы, образованной тремя деталями, одна из которых в поперечном сечении имеет Т-образную конфигурацию, с расположением двух остальных деталей в угловых зонах гибридного элемента с противоположных сторон от вертикальной части «Т». Данная схема выполнения ГМЭ продемонстрирована на фиг. 2. В частном случае детали Т-образной конфигурации состоят из блочных субдеталей того же материала - данная схема выполнения ГМЭ продемонстрирована на фиг. 16.It is possible to construct a hybrid element in the form of a rectangular prism formed by three parts, one of which has a T-shaped cross-section, with the remaining two parts positioned in the corner zones of the hybrid element on opposite sides of the vertical portion of the "T." This design for the hybrid element is shown in Fig. 2. In a particular case, the T-shaped parts consist of block sub-parts of the same material—this design for the hybrid element is shown in Fig. 16.

Возможно выполнение ГМЭ в виде прямоугольной призмы, образованной тремя деталями, одна из которых в поперечном сечении имеет Т-образную конфигурацию со ступенчатым характером горизонтальной части «Т», и с расположением двух остальных деталей в угловых зонах гибридного элемента с противоположных сторон от вертикальной части «Т». Данная схема выполнения ГМЭ продемонстрирована на фиг. 3. В частном случае детали Т-образной конфигурации со ступенчатым характером горизонтальной части «Т» состоят из блочных субдеталей того же типа материала - данная схема выполнения ГМЭ продемонстрирована на фиг. 17.It is possible to implement a hybrid element in the form of a rectangular prism formed by three parts, one of which has a T-shaped cross-section with a stepped horizontal portion "T," and with the remaining two parts positioned in the corner zones of the hybrid element on opposite sides of the vertical portion "T." This design for implementing a hybrid element is shown in Fig. 3. In a particular case, parts of a T-shaped configuration with a stepped horizontal portion "T" consist of block sub-parts of the same type of material—this design for implementing a hybrid element is shown in Fig. 17.

Оптимальным в конструкции ГМЭ является размещение в двух угловых зонах, расположенных с противоположных сторон на длинной стороне ГМЭ в дальних углах от центра ротора, двух деталей (по меньшей мере по одной детали в одной угловой зоне), фокусирующих магнитный поток, полностью или частично перекрывающих собой зону/зоны перегрева гибридного магнитного элемента и характеризующихся более высоким значением максимальной рабочей температуры и достаточной от перемагничивания коэрцитивной силой, с направлением магнитного момента, отличным от направления магнитного момента детали/деталей остальной части ГМЭ, расположенных вне зоны/зон перегрева. При этом возможен вариант осуществления изобретения, согласно которому одна или несколько деталей, которые расположены между фокусирующими магнитами (деталями), характеризуются более высокими значениями рабочей температуры и совместно с фокусирующими магнитами полностью перекрывают зону/зоны перегрева.The optimal design for the hybrid magnetic element (HME) is to place two components (at least one component per each corner) in two corner zones located on opposite sides of the HME's long side, in the far corners from the rotor center. These components focus the magnetic flux and completely or partially overlap the overheating zone(s) of the hybrid magnetic element. These components are characterized by a higher maximum operating temperature and a coercive force sufficient to prevent magnetization reversal, with a magnetic moment direction different from that of the component(s) of the remaining HME located outside the overheating zone(s). An embodiment of the invention is also possible, whereby one or more components located between the focusing magnets (components) are characterized by higher operating temperatures and, together with the focusing magnets, completely overlap the overheating zone(s).

При выполнении ГМЭ магниты, обладающие различными свойствами, могут соприкасаться между собой полюсными поверхностями, или полюсными поверхностями и дополнительно боковыми поверхностями, при этом площадь соприкосновения с боковыми поверхностями составляет до 40% от площади полюсных поверхностей.When performing GME, magnets with different properties can be in contact with each other via their pole surfaces, or via their pole surfaces and additionally via their side surfaces, with the area of contact with the side surfaces being up to 40% of the area of the pole surfaces.

Возможен вариант выполнения ГМЭ, согласно которому он состоит из нескольких деталей в виде прямоугольных призм, расположенных по меньшей мере в один ряд, крайние из которых имеют направление магнитного момента, ориентированное к центру ГМЭ, по меньшей мере одна деталь, расположенная в центральной части ГМЭ имеет направление магнитного момента, перпендикулярное направлению ряда, а промежуточные детали, которые расположены между крайними деталями и центральной деталью, характеризуются переходным/переходными направлением/направлениями магнитного момента/магнитных моментов, при этом крайние детали полностью перекрывают собой зону/зоны перегрева ГМЭ и характеризуются более высоким значением рабочей температуры и достаточной от перемагничивания коэрцитивной силой.A possible embodiment of the GME is one in which it consists of several parts in the form of rectangular prisms arranged in at least one row, the outermost of which have a magnetic moment direction oriented toward the center of the GME, at least one part located in the central part of the GME has a magnetic moment direction perpendicular to the direction of the row, and the intermediate parts, which are located between the outermost parts and the central part, are characterized by a transitional direction/directions of the magnetic moment/magnetic moments, wherein the outermost parts completely cover the overheating zone/zones of the GME and are characterized by a higher value of the operating temperature and a coercive force sufficient against magnetization reversal.

Соединение деталей ГМЭ может быть реализовано различными, известными из уровня техники, способами, например, посредством склейки и/или за счет магнитного взаимодействия намагниченных деталей, при этом при выполнении ГМЭ из трех деталей и более, детали могут быть соединены между собой своими полюсными или не полюсными поверхностями. Возможно сочетание сборки и склейки, например, детали из одного материала - цельные и склеенные, а из разного материала - собранные магнитным взаимодействием и склеенные. При использовании клея параметры клея выбирают из условия обеспечения функционирования ротора электромашины.The joining of the components of a GME can be accomplished by various methods known in the art, such as gluing and/or magnetic interaction of magnetized parts. When constructing a GME from three or more parts, the parts can be joined together by their polar or non-polar surfaces. A combination of assembly and gluing is also possible: for example, parts of the same material can be solid and glued, while parts of different materials can be assembled by magnetic interaction and glued. When using adhesive, the adhesive parameters are selected to ensure the proper functioning of the electric machine rotor.

Кроме того, по меньшей мере одна деталь ГМЭ может быть сформирована из 2-5 субдеталей, выполненных из одного магнитного материала. Соединение деталей может быть выполнено с обеспечением последовательного изменения направления магнитного момента соседних деталей - от направления магнитного момента по меньшей мере одной крайней детали к направлению магнитного момента центральной детали - с постепенным отклонением на угол до 90 градусов.Furthermore, at least one GME component can be formed from 2-5 sub-components made of the same magnetic material. The components can be connected to ensure a sequential change in the direction of the magnetic moment of adjacent components—from the direction of the magnetic moment of at least one outer component to the direction of the magnetic moment of the central component—with a gradual deviation of up to 90 degrees.

Технический результат достигается также выполнением ротора электромашины, содержащего ГМЭ, реализованными в соответствии с представленным выше описанием. Детали ГМЭ выполнены из материала/материалов, имеющих максимальные значения рабочей температуры (или температуры размагничивания), превышающие температуру перегрева магнитного элемента ротора в условиях эксплуатации электромашины, при этом детали расположены в зонах возможного перегрева ротора электромашины с обеспечением перекрытия зон перегрева. Объем перекрытия зоны возможного перегрева ротора электромашины составляет не менее, чем от 1,1 раза до 20 раз.The technical result is also achieved by constructing an electric machine rotor containing a magnetic element (ME), implemented in accordance with the description provided above. The MME components are made of a material(s) with a maximum operating temperature (or demagnetization temperature) exceeding the rotor magnetic element's overheating temperature under electric machine operating conditions. The components are located in potential overheating zones of the electric machine rotor, ensuring overlapping of these overheating zones. The overlapping volume of the potential overheating zone of the electric machine rotor ranges from at least 1.1 to 20 times.

Технический результат достигается также способом формирования ГМЭ для ротора электромашины, характеризующимся тем, что на первом шаге задают эксплуатационные параметры электромашины, включая номинальные и пиковые значения мощности электромашины и крутящих моментов, значения токов в обмотке статора, а также зависимости перечисленных параметров от скорости вращения ротора; далее определяют зоны возможного перегрева ротора электромашины, с учетом которых формируют пакет из соединенных между собой по меньшей мере двух деталей из магнитных материалов, химический состав материала деталей ГМЭ, число деталей, при необходимости, субдеталей, их форму, размер и порядок расположения в составе ГМЭ, а также схему расположения ГМЭ в роторе электромашины, выбирают с возможностью обеспечения предотвращения размагничивания под действием магнитных полей, воздействующих на по меньшей мере одну деталь ГМЭ, расположенную в зоне перегрева ротора электромашины, при обеспечении заданных эксплуатационных характеристик электромашины в рабочем диапазоне оборотов вращения ротора; при этом по меньшей мере одна деталь ГМЭ, расположенная в зоне перегрева ротора, образует магнитотвердую зону, характеризующуюся значениями параметров (BH)max - максимального энергетического произведения, до 445 кДж/м3, Br - остаточной индукции до 1,5 Тл, Hcj - величины коэрцитивной силы по намагниченности, до 35 кЭ, Hcb - величины коэрцитивной силы по индукции до 15 кЭ, рабочей температуры до 550°С. Т.е. химический состав материала деталей, число деталей, при необходимости, субдеталей, их форму, размеры и схему расположения в ГМЭ, а также схему расположения ГМЭ в роторе электромашины выбирают с возможностью перекрытия зоны перегрева ротора при эксплуатации электромашины по меньшей мере одной деталью или ее частью, характеризуемой более высоким значением рабочей температуры.The technical result is also achieved by the method of forming a GME for the rotor of an electric machine, characterized in that, at the first step, the operating parameters of the electric machine are set, including the nominal and peak values of the electric machine power and torque, the values of the currents in the stator winding, as well as the dependence of the listed parameters on the rotor speed; then, the zones of possible overheating of the electric machine rotor are determined, taking into account which a package of at least two parts made of magnetic materials connected to each other is formed, the chemical composition of the material of the magnetic component parts, the number of parts, if necessary, sub-parts, their shape, size and arrangement order within the magnetic component, as well as the arrangement diagram of the magnetic component in the rotor of the electric machine, are selected with the possibility of ensuring the prevention of demagnetization under the action of magnetic fields acting on at least one part of the magnetic component located in the overheating zone of the electric machine rotor, while ensuring the specified operating characteristics of the electric machine in the operating range of rotor speeds; wherein at least one part of the magnetic field element located in the rotor overheating zone forms a magnetically hard zone characterized by the values of the parameters (BH)max - the maximum energy product, up to 445 kJ/m3, Br - residual induction up to 1.5 T, Hcj - values of coercive force by magnetization, up to 35 kOe, Hcb - values of coercive force by induction up to 15 kOe, operating temperature up to 550°C. That is, the chemical composition of the material of the parts, the number of parts, if necessary, sub-parts, their shape, dimensions and arrangement diagram in the GME, as well as the arrangement diagram of the GME in the rotor of the electric machine are selected with the possibility of covering the rotor overheating zone during operation of the electric machine by at least one part or its part, characterized by a higher operating temperature.

Например, для обеспечения частоты вращения ротора от 1 до 30 тысяч об./мин и мощности СЭПМ от 10 до 650 кВт магнитотвердую зону составляют предпочтительно из типов материалов, характеризуемых параметрами: максимального энергетического произведения ((BH)max) от 72 до 445 кДж/м3; остаточной индукции (Br) от 1,05 до 1,5 Тл; величины коэрцитивной силы по намагниченности (Hcj) от 1,3 до 35 кЭ; величины коэрцитивной силы по индукции (Hcb) от 1,3 до 15 кЭ; максимальной рабочей температурой (Траб.) от 120 до 550°С.For example, to ensure a rotor speed of 1 to 30 thousand rpm and a power of the electric power plant from 10 to 650 kW, the hard magnetic zone is preferably made up of the types of materials characterized by the following parameters: maximum energy product ((BH)max) from 72 to 445 kJ/ m3 ; residual induction (Br) from 1.05 to 1.5 T; the value of the coercive force by magnetization (Hcj) from 1.3 to 35 kOe; the value of the coercive force by induction (Hcb) from 1.3 to 15 kOe; maximum operating temperature (Twork) from 120 to 550°C.

Таким образом, согласно изобретению, гибридный магнитный элемент ротора СЭПМ (далее по тексту описания может упоминаться как гибридный магнит) выполнен в форме пакета из соединенных между собой по меньшей мере двух деталей из магнитных материалов, параметры которых, а также схема установки ГМЭ в роторе СЭПМ реализованы с обеспечением минимизации влияния температурного нагрева (перегрева) ротора на магнитные характеристики ГМЭ в процессе эксплуатации СЭПМ. Данный результат достигается за счет того, что в зонах возможного перегрева ротора СЭПМ расположена по меньшей мере часть детали ГМЭ, выполненной из материала, имеющего температуру размагничивания (максимальное значение рабочей температуры), превышающую температуру перегрева ротора в упомянутой зоне в условиях эксплуатации СЭПМ. В конструкции ротора, окружающей ГМЭ, могут быть сформированы области, проводящие магнитный поток, и выполняющие функцию проводящих мостиков, конфигурация которых соответствуют наиболее оптимальному проведению магнитного потока от гибридного магнитного элемента (гибридных магнитных элементов) и учитывает необходимость минимизации нагрева ГМЭ и обеспечения прочности ротора. В этом случае зона перегрева ротора СЭПМ полностью и даже с запасом перекрывается объемом детали/деталей гибридного магнитного элемента, характеризуемой/характеризуемых более высокой рабочей температурой. Мостики, ГЭМ, воздушные барьеры и форма ротора могут быть оптимизированы одновременно исходя из оптимального распределения магнитного потока в роторе, а также прочностных, температурных и виброшумовых характеристик электромашины. Геометрические размеры каждого мостика и их конфигурацию (направление расположения) выбирают с возможностью обеспечения прочности ротора при максимальных оборотах вращения при многократном (до миллиона раз) действии центробежных сил.Thus, according to the invention, the hybrid magnetic element of the rotor of the electric magnetic power plant (hereinafter referred to as a hybrid magnet) is designed as a package of at least two interconnected components made of magnetic materials, the parameters of which, as well as the installation scheme of the hybrid magnetic element in the rotor of the electric magnetic power plant, are implemented to minimize the impact of thermal heating (overheating) of the rotor on the magnetic characteristics of the hybrid magnetic element during the operation of the electric magnetic power plant. This result is achieved due to the fact that in the zones of possible overheating of the rotor of the electric magnetic power plant, at least a portion of the hybrid magnetic element is located, made of a material having a demagnetization temperature (maximum operating temperature) exceeding the rotor overheating temperature in the aforementioned zone under the operating conditions of the electric magnetic power plant. The rotor structure surrounding the hybrid magnetic element (HME) can incorporate magnetic flux-conducting regions that act as conductive bridges. These bridges are configured to optimally conduct magnetic flux from the hybrid magnetic element (HMEs) and take into account the need to minimize HME heating and ensure rotor strength. In this case, the overheating zone of the HME rotor is fully and even more than covered by the volume of the hybrid magnetic element component(s), characterized by a higher operating temperature. Bridges, HMEs, air barriers, and rotor shape can be optimized simultaneously based on optimal magnetic flux distribution in the rotor, as well as the strength, temperature, and vibration-noise characteristics of the electric machine. The geometric dimensions of each bridge and its configuration (direction of arrangement) are selected to ensure rotor strength at maximum rotational speeds under repeated (up to a million times) centrifugal forces.

Моделирование работы электромашины в программе Motor CAD для рабочих температур 120, 150, 170, 200 и 210°С (градусов Цельсия) показывает, что в результате использования ГМЭ, сформированных по схемам, показанным на фиг. 2-17, происходит уменьшение размагничивания в процессе нагрева и обеспечиваются более высокие номинальные значения мощности и крутящего момента СЭПМ, чем у СЭПМ на основе негибридных магнитов, при этом пиковые значения мощности и крутящего момента СЭПМ на основе гибридных и негибридных магнитов не существенно отличаются и могут рассматриваться на равных для применения (фиг. 33-38). Эмпирические исследования магнитных параметров: остаточная индукция (Br), коэрцитивная сила по намагниченности (Hcj), коэрцитивная сила по индукции (Hcb) и максимальное энергетическое произведение (BH)max) ГМЭ, в сравнении с параметрами негибридных ГМЭ (НГМЭ) при предельно высоких рабочих температурах (неодимовых, например, марки N52UH) показали, что параметры не существенно отличаются и магниты по техническим и физическим параметрам могут рассматриваться на равных для применения, например, при температуре 170°С. При более высоких температурах, например, при 200-210°С, перечисленные параметры выше у ГМЭ. При равных мощностях, крутящем моменте и максимальных значениях рабочих температур магнитные элементы ГМЭ и НГМЭ типа Nd-Fe-B в диапазоне низких оборотов (от 0 до 1/2 от максимально выдаваемой СЭПМ величины) характеризуются небольшим разбросом значений токов в обмотке статора, при этом в диапазоне высоких оборотов (от 1/2 до максимально выдаваемой СЭПМ величины) все ГМЭ характеризуются большей эффективностью - требуемые значения тока существенно ниже (фиг. 28).Modeling of the operation of an electric machine in the Motor CAD program for operating temperatures of 120, 150, 170, 200 and 210°C (degrees Celsius) shows that as a result of using the HMEs formed according to the schemes shown in Fig. 2-17, there is a decrease in demagnetization during the heating process and higher nominal values of power and torque of the EPSM are provided than for EPSMs based on non-hybrid magnets, while the peak values of power and torque of EPSMs based on hybrid and non-hybrid magnets do not differ significantly and can be considered equal for application (Fig. 33-38). Empirical studies of magnetic parameters: residual induction (Br), coercivity by magnetization (Hcj), coercivity by induction (Hcb) and maximum energy product (BH)max) of GME, in comparison with the parameters of non-hybrid GME (NGME) at extremely high operating temperatures (neodymium, for example, brand N52UH) showed that the parameters do not differ significantly and magnets in terms of technical and physical parameters can be considered equal for use, for example, at a temperature of 170 °C. At higher temperatures, for example, at 200-210 °C, the listed parameters are higher for GME. With equal power, torque and maximum values of operating temperatures , the magnetic elements of the Nd-Fe-B type GME and NGME in the low speed range (from 0 to 1/2 of the maximum value produced by the SEPM) are characterized by a small spread of current values in the stator winding, while in the high speed range (from 1/2 to the maximum value produced by the SEPM) all GME are characterized by greater efficiency - the required current values are significantly lower (Fig. 28).

Гибридный магнитный элемент (ГМЭ) ротора согласно предлагаемому изобретению выполнен в форме пакета из соединенных между собой деталей из ферромагнитных материалов, число и последовательность расположения которых в направлении, параллельном и/или перпендикулярном магнитному моменту ГМЭ, химический состав материала деталей, показатель коэрцитивной силы (коэрцитивная сила по намагниченности (Hcj), и коэрцитивная сила по индукции (Hcb)), максимальное значение рабочей температуры, выбраны из условия обеспечения более высоких значений номинальных и пиковых значений мощности и крутящего момента электромашины, и достигается это тем, что каждая зона возможного перегрева перекрывается деталью/деталями, которая/которые выполняется/выполняются из материала/материалов, имеющих температуру размагничивания, превышающую температуру перегрева магнитного элемента ротора в условиях эксплуатации электромашины, при этом деталь/детали целиком или только своей/своими частью/частями полностью перекрывают зону перегрева, причем допускается перекрытие объемом до 20 раз превышающим объем блока зоны перегрева. Блоком зоны перегрева называют область, сформированную треугольной или четырехугольной призмой, у которой как минимум три грани параллельны граням ГМЭ, и все грани касаются зоны перегрева. Зона перегрева и, соответственно, сам блок зоны перегрева могут быть определены с использованием программы Motor CAD. Примеры блоков зон перегрева магнитов 1 и 2 показаны на фиг. 25. Блоки зон перегрева выделены черным прямоугольником, длина и ширина которого составляет 1 мм, а высота равна высоте ГМЭ.The hybrid magnetic element (HME) of the rotor according to the proposed invention is made in the form of a package of interconnected parts made of ferromagnetic materials, the number and sequence of arrangement of which in the direction parallel and/or perpendicular to the magnetic moment of the HME, the chemical composition of the material of the parts, the coercive force index (coercive force by magnetization (Hcj), and coercive force by induction (Hcb)), the maximum value of the operating temperature, are selected from the condition of ensuring higher values of the nominal and peak values of the power and torque of the electric machine, and this is achieved by the fact that each zone of possible overheating is covered by a part/parts that is/are made of a material/materials having a demagnetization temperature exceeding the overheating temperature of the magnetic element of the rotor under operating conditions of the electric machine, while the part/parts entirely or only their/their part/parts completely cover the overheating zone, and an overlap of a volume up to 20 times greater than the volume of the block is allowed Overheating zones. A hot zone block is defined as a region formed by a triangular or quadrangular prism with at least three faces parallel to the faces of the magnetoelectric element, and all faces touching the hot zone. The hot zone, and consequently the hot zone block itself, can be defined using Motor CAD software. Examples of hot zone blocks for magnets 1 and 2 are shown in Fig. 25. The hot zone blocks are highlighted by a black rectangle, the length and width of which are 1 mm, and the height equals the height of the magnetoelectric element.

Гибридные магниты представляют собой сборки по меньшей мере из двух, предпочтительно от 2 до 10, деталей из различных магнитотвердых материалов. Первый материал может быть выбран из следующего перечня: альнико, феррит, магнитный материал на основе редкоземельного металла, магнитный материал на основе марганца, магнитный материал на основе переходного металла и платины, нитрид железа. Второй, и последующие магнитные материалы также могут быть выбраны из указанного перечня материалов. Как было указано выше, по меньшей мере две детали, подбираемые в состав гибридного магнита, отличаются максимальным значением рабочей температуры материала, а также температурными коэффициентами, химическим составом, способом производства ГМЭ, совпадают или отличаются направлением магнитного момента, при этом отличаются по меньшей мере одним из следующих параметров: Br - остаточная индукция, Hcj - коэрцитивная сила по намагниченности, Hcb - коэрцитивная сила по индукции, (BH)max - максимальное энергетическое произведение, а те детали, которые имеют один параметр, одинаковый или близкий, характеризуются разбросом его значений: остаточной индукции, коэрцитивной силы +/-2,5%; максимального энергетического произведения +/-4%. Возможно изготовление нескольких деталей из одного материала, в этом случае в состав ГМЭ должны входить не менее одной детали из другого материала. Угол между направлениями магнитных моментов соседних деталей выбирают из диапазона от 0 до 60°. Форма деталей и их расположение в ГМЭ в соответствии с заявляемым изобретением показаны на фиг. 2-17. Соотношение размеров на схемах условное и не обязательно отражает реальные размеры деталей и гибридного магнита. Возможно изготовление каждой детали из 2-5 субдеталей из одного материала, из того, что и сама деталь. При этом допускается соединение субдеталей в одну сборку (за счет собственного притяжения) и склейкой.Hybrid magnets are assemblies of at least two, preferably two to 10, components made of different hard magnetic materials. The first material can be selected from the following list: alnico, ferrite, a rare earth magnetic material, a manganese magnetic material, a transition metal-platinum magnetic material, and iron nitride. The second and subsequent magnetic materials can also be selected from the above list. As indicated above, at least two parts selected to comprise a hybrid magnet differ in the maximum operating temperature of the material, as well as in temperature coefficients, chemical composition, and HME manufacturing method; they may or may not have the same magnetic moment direction and differ in at least one of the following parameters: Br — residual induction, Hcj — coercive force by magnetization, Hcb — coercive force by induction, (BH)max — maximum energy product; and those parts that have the same or similar parameter are characterized by a spread of its values: residual induction, coercive force +/- 2.5%; maximum energy product +/- 4%. It is possible to manufacture several parts from one material; in this case, the HME must include at least one part made of another material. The angle between the directions of magnetic moments of adjacent parts is selected from the range from 0 to 60°. The shape of the components and their arrangement in the hybrid magnet according to the claimed invention are shown in Figs. 2-17. The size relationships in the diagrams are approximate and do not necessarily reflect the actual dimensions of the components and the hybrid magnet. Each component can be manufactured from 2-5 sub-components made from the same material as the component itself. In this case, the sub-components can be joined into a single assembly (via their own attraction) and by gluing.

В схемах расположения деталей в ГМЭ в соответствии с предлагаемым изобретением, магниты, обладающие различными свойствами, соприкасаются между собой полюсными поверхностями и только в некоторых схемах еще дополнительно боковыми, но с меньшей - до 40%, площадью соприкосновения, чем площадь полюсных поверхностей. Поэтому детали ГМЭ не создают взаимных помех и, например, деталь (слой) из AlNiCo, а по сути магнит в трехслойном ГМЭ, не подвержен размагничиванию от соседних деталей (слоев), по сути более сильных магнитов типов Nd-Fe-B и Sm-Co. Также он защищен и от других факторов размагничивания, поскольку расположен в ГМЭ не самым крайним от центра ротора, а в середине, например, между слоями Sm2Co17 и Nd-Fe-B. При этом из этих двух более температуроустойчивый высококоэрцитивный слой, например, на основе Sm2Co17, расположен ближе к зоне возможного перегрева. Он заслоняет собой слой AlNiCo, и, таким образом, защищает его от размагничивания более сильными внешними полями.In the arrangement of components in the GME according to the proposed invention, magnets with different properties contact each other via their pole surfaces and, in some arrangements, also via their side surfaces, but with a smaller contact area—up to 40%—than the pole surface area. Therefore, the GME components do not interfere with each other, and, for example, an AlNiCo component (layer), which is essentially a magnet in a three-layer GME, is not susceptible to demagnetization from adjacent components (layers), which are essentially stronger magnets of the Nd-Fe-B and Sm-Co types. It is also protected from other demagnetization factors, since it is located in the GME not at the outermost point from the rotor center, but in the middle, for example, between the Sm2Co17 and Nd-Fe-B layers. Moreover, of these two , the more temperature-resistant , high-coercivity layer, for example, based on Sm2Co17 , is located closer to the potential overheating zone. It shields the AlNiCo layer and thus protects it from demagnetization by stronger external fields.

Схемы ГМЭ в соответствии с настоящим изобретением, а также схемы в соответствии с описанием аналога, были исследованы в программе Motor CAD. Сравнение результатов моделирования работы СЭПМ, показало, что СЭПМ с ГМЭ, изготовленными в соответствии с заявленным изобретением (фиг. 2-17), лучше, чем СЭПМ с ГМЭ, собранными по известным схемам.The circuit diagrams of the GME in accordance with the present invention, as well as the circuit diagrams according to the description of the analog, were studied in the Motor CAD program. A comparison of the simulation results of the EPMS operation showed that the EPMS with GME manufactured in accordance with the claimed invention (Figs. 2-17) are better than the EPMS with GME assembled according to known circuit diagrams.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Изобретения поясняются чертежами.The inventions are explained with drawings.

На фигуре 1 представлены графики, характеризующие размагничивание электромашины на основе постоянных магнитов марки N33, из которых следует, что постоянные магниты данной марки могут работать до температуры 100°С при B/H=0,2 и до температуры 175°С при B/H=2,0, где В/H=Pd, а Pd - коэффициент в рабочей точке. Рабочей точкой называется точка пересечения на прямом участке кривой размагничивания B(H) и линией нагрузки, а B - значение индукции при величине обратного поля H. L/D=N, где L - длина образца исследуемого материала магнита, D - диаметр образца исследуемого материала магнита, а N - размагничивающий фактор формы образца исследуемого материала магнита.Figure 1 shows graphs characterizing the demagnetization of an electric machine based on N33 permanent magnets, from which it follows that permanent magnets of this brand can operate at temperatures up to 100°C at B/H=0.2 and up to 175°C at B/H=2.0, where B/H=Pd, and Pd is the coefficient at the operating point. The operating point is the intersection point on the straight section of the demagnetization curve B(H) and the load line, and B is the value of induction at the magnitude of the reverse field H. L/D=N, where L is the length of the sample of the magnet material under study, D is the diameter of the sample of the magnet material under study, and N is the demagnetization factor of the shape of the sample of the magnet material under study.

На фигурах 2-17 показаны схемы сборки ГМЭ согласно предлагаемому изобретению с вариантами размещения составляющих их деталей, перекрывающих собой зону перегрева меньшей или большей частью детали/деталей, на которых позициями 1, 2 и 3 показаны детали, характеризующиеся разной температурой размагничивания (максимальным значением рабочей температуры) материала детали. Детали, которые перекрывают собой зону перегрева, характеризуются более высоким значением максимальной рабочей температуры, чем температура в зоне перегрева. Для перекрытия зоны перегрева в ГМЭ используют детали из разных материалов с более высоким значением максимальной рабочей температуры. Схемы таких ГМЭ содержат не менее 3 разных материалов.Figures 2-17 show the assembly diagrams of the GME according to the proposed invention with variants of the placement of their component parts, covering the overheating zone with a smaller or larger part of the part/parts, In which positions 1, 2, and 3 show components characterized by different demagnetization temperatures (maximum operating temperatures) of the component material. Components that overlap the overheating zone are characterized by a higher maximum operating temperature than the temperature in the overheating zone. To overlap the overheating zone, components made of different materials with higher maximum operating temperatures are used in the GME. The circuits of such GMEs contain at least three different materials.

На фигурах 18-21 показаны возможные варианты выполнения и расположения ГМЭ в роторе электромашины.Figures 18-21 show possible options for the implementation and location of the GME in the rotor of an electric machine.

В частности, на фигуре 18 показан диск ротора, где в каждом из четырех квадрантов диска показаны зоны для расположения 4 «малых» блочных магнита (обозначения I-IV) и 4 «больших» блочных магнита (обозначения 1-4); таким образом, в данном варианте реализации ротора электромашины предусмотрены зоны для расположения 16 «малых» блочных и 16 «больших» блочных магнитов; такое расположение пар магнитов по отношению к их оси симметрии называют «двойная V» или «рыбья кость».In particular, Figure 18 shows a rotor disk, where in each of the four quadrants of the disk, zones are shown for the location of 4 "small" block magnets (designations I-IV) and 4 "large" block magnets (designations 1-4); thus, in this embodiment of the rotor of the electric machine, zones are provided for the location of 16 "small" block magnets and 16 "large" block magnets; such an arrangement of pairs of magnets with respect to their axis of symmetry is called a "double V" or "fishbone".

На фигуре 19 показаны ротор и статор, при этом в пазах ротора размещены парные магниты «большого» и «малого» блочного типа; в каждом квадранте диска расположено 4 «малых» блочных магнита (обозначения I-IV) и 4 «больших» блочных магнита (обозначения 1-4); таким образом, в данном варианте реализации ротора электромашины предусмотрены зоны для расположения 16 «малых» блочных и 16 «больших» блочных магнитов, где расположение магнитов в каждой паре - «на одной оси», между парами - «параллельно».Figure 19 shows a rotor and a stator, wherein paired magnets of the "large" and "small" block type are placed in the slots of the rotor; in each quadrant of the disk there are 4 "small" block magnets (designations I-IV) and 4 "large" block magnets (designations 1-4); thus, in this embodiment of the rotor of the electric machine, zones are provided for the location of 16 "small" block and 16 "large" block magnets, where the location of the magnets in each pair is "on the same axis", between the pairs - "parallel".

На фигуре 20 показан ротор с ГМЭ; в роторе расположено 8 «малых» блочных магнитов (обозначения I-VIII) и 16 «больших» блочных магнита (обозначения 1-16); где расположение «больших» блочных магнитов относительно «малых» - «параллельное с осью симметрии».Figure 20 shows a rotor with a GME; the rotor contains 8 “small” block magnets (designations I-VIII) and 16 “large” block magnets (designations 1-16); where the arrangement of the “large” block magnets relative to the “small” ones is “parallel to the axis of symmetry”.

На фигуре 21 показан сектор диска и расположение магнитов двух типов - «больших» и «малых» блочных магнитов в конфигурации «двойная V» или «Рыбья кость», где W1 и L1 - ширина и длина «больших» блочных магнитов, W2 и L2 - ширина и длина «малых» блочных магнитов, МП - место пустот, либо зона расположения магнитопластов (постоянных магнитов на связке).Figure 21 shows a disk sector and the arrangement of magnets of two types - "large" and "small" block magnets in a "double V" or "Fishbone" configuration, where W1 and L1 are the width and length of the "large" block magnets, W2 and L2 are the width and length of the "small" block magnets, MP is the location of voids, or the area where the magnetoplasts (permanent magnets on a bundle) are located.

На фигурах 22-25 показаны блоки зон перегрева, при этом на фигуре 22 показан срез электромашины на магнитах N52UH; иллюстрация получена путем моделирования при температуре магнитов Tmag=120°C и рабочей температуре Tw=150°C; на фигуре 23 показан срез электромашины на магнитах N52UH, иллюстрация получена путем моделирования при температуре магнитов Tmag=150°C и рабочей температуре Tw=150°C; на фигуре 24 показан срез электромашины на магнитах N52UH, иллюстрация получена путем моделировании при температуре магнитов Tmag=180°C и рабочей температуре Tw=180°C; на фигуре 25 показаны блоки зон перегрева магнитов 1 и 2, выделенные черным прямоугольником.Figures 22-25 show blocks of overheating zones, wherein Figure 22 shows a cross-section of an electric machine on N52UH magnets; the illustration was obtained by modeling at a magnet temperature of Tmag=120°C and an operating temperature of Tw=150°C; Figure 23 shows a cross-section of an electric machine on N52UH magnets, the illustration was obtained by modeling at a magnet temperature of Tmag=150°C and an operating temperature of Tw=150°C; Figure 24 shows a cross-section of an electric machine on N52UH magnets, the illustration was obtained by modeling at a magnet temperature of Tmag=180°C and an operating temperature of Tw=180°C; Figure 25 shows blocks of overheating zones of magnets 1 and 2, highlighted with a black rectangle.

На фигурах 26-27 приведены схемы расположения магнитов двух типов, по две схемы каждого типа в каждом сегменте ротора электромашины - 2 шт. двуслойных ГМЭ и 2 шт. НГМЭ из более термоустойчивого (БТУ) материала типа Sm-Co; двуслойные ГМЭ состоят из более термоустойчивого (БТУ) материала типа Sm-Co и менее термоустойчивого (МТУ) материала типа Nd-Fe-B с разным соотношением объемов магнитных материалов; слой БТУ материала на фиг. 26 больше (ширина W=3,8 мм), чем слой БТУ материала на фиг. 27 (ширина W=2,0 мм) при ширине ГМЭ W=5,8 мм на обеих иллюстрациях.Figures 26-27 show the arrangement diagrams of two types of magnets, two diagrams of each type in each segment of the rotor of the electric machine - 2 pcs. of double-layer GME and 2 pcs. of NGME made of a more heat-resistant (HTR) material of the Sm-Co type; the double-layer GME consist of a more heat-resistant (HTR) material of the Sm-Co type and a less heat-resistant (LTR) material of the Nd-Fe-B type with different ratios of the volumes of magnetic materials; the layer of HTR material in Fig. 26 is larger (width W=3.8 mm) than the layer of HTR material in Fig. 27 (width W=2.0 mm) with the width of the GME W=5.8 mm in both illustrations.

На фигуре 28 показано сравнение токов в обмотке статора СЭПМ с магнитами разных типов; сравнение по токам в обмотке статора позволяет косвенно определять более эффективные и менее энергозатратные схемы формирования ГМЭ при равных номинальных и пиковых крутящих моментах и мощностях в диапазоне частот вращения; для сравнения использовали «малые» блочные магниты марки S28G и «большие» блочные магниты (см. фиг. 21): Nd52UH, S28G; трехслойный ГМЭ из слоев равных толщин: Nd52UH, альнико (A9.0B), S28G; двухслойный: N52UH(W=3,8 мм), S28G(W=2,0 мм); двухслойный: N52UH(W=2,0 мм), S28G(W=3,8 мм), ступенчатый (в соответствии с фигурой 3, где 1 - S28G, 2 - N52UH). Во всем диапазоне частот вращения наилучшие характеристики показали трехслойный, ступенчатый и двуслойный ГМЭ с большей объемной долей слоя марки S28G (W=3,8 мм). Сравнение характеристик ГМЭ также показывает, что НГМЭ марки N52UH требует больших величин тока, чем ГМЭ - см. частоты вращения вала от 0,53 до 1 усл. ед., при этом на частотах вращения вала от 0 до 0,53 усл. ед. он уступает ступенчатому ГМЭ.Figure 28 shows a comparison of currents in the stator winding of the EPM with magnets of different types; comparison of currents in the stator winding allows indirectly determining more efficient and less energy-consuming schemes for forming the GME at equal nominal and peak torques and powers in the range of rotation frequencies; for comparison, "small" block magnets of the S28G brand and "large" block magnets were used (see Fig. 21): Nd52UH, S28G; three-layer GME from layers of equal thicknesses: Nd52UH, alnico (A9.0B), S28G; two-layer: N52UH (W = 3.8 mm), S28G (W = 2.0 mm); Two-layer: N52UH (W = 2.0 mm), S28G (W = 3.8 mm), stepped (in accordance with Figure 3, where 1 is S28G, 2 is N52UH). Over the entire range of rotational speeds, the best characteristics were demonstrated by three-layer, stepped and two-layer GME with a higher volume fraction of the S28G layer (W = 3.8 mm). Comparison of the GME characteristics also shows that the N52UH NGME requires higher current values than the GME - see shaft rotational speeds from 0.53 to 1 conventional unit, while at shaft rotational speeds from 0 to 0.53 conventional units it is inferior to the stepped GME.

На фигурах 29-30 приведены иллюстрации возможных расположений магнитов двух типов, по два магнита каждого типа в каждом сегменте ротора СЭПМ. На фиг. 29 каждый ГМЭ выполнен в соответствии с фиг. 6. - по схеме гибридного магнита, составленного из треугольных призм, на фигуре 30 - W1 и L1 - ширина и длина «больших» блочных магнитов, W2 и L2 - ширина и длина «малого» блочного магнита.Figures 29-30 show illustrations of possible arrangements of magnets of two types, two magnets of each type in each segment of the rotor of the SEPM. In Fig. 29, each HME is made in accordance with Fig. 6 - according to the scheme of a hybrid magnet composed of triangular prisms, in Fig. 30 - W1 and L1 are the width and length of the "large" block magnets, W2 and L2 are the width and length of the "small" block magnet.

На фигуре 31 приведена иллюстрация перегрева для еще одного из возможных расположений магнитов двух типов в каждом сегменте ротора электромашины. Перегреву подвержены: в большей степени «малые» блочные магниты, поскольку они дальше от центра ротора, и в меньшей степени «большие» блочные магниты, особенно их пара углов, которые, расположены дальше от центра ротора.Figure 31 shows an illustration of overheating for another possible arrangement of two magnet types in each segment of the electric machine rotor. Overheating is more pronounced in the "small" block magnets, as they are farther from the rotor center, and less so in the "large" block magnets, especially their corner pairs, which are located farther from the rotor center.

На фигуре 32 для сравнения приведены графики измерения необратимых термических потерь магнитного потока разных по конфигурации гибридных магнитов и магнита марки N52UH, измеренных в разомкнутой цепи с помощью веберметра и катушки Гельмгольца; первое измерение проводили сразу после намагничивания образцов, последующие измерения проводили после каждого цикла нагрева, один цикл нагрева представлял из себя выдержку магнита в печи, нагретой до 200°С, в течение 1 часа; для каждого магнита было проведено 5 таких циклов; в качестве образцов были взяты магниты марок N52UH и гибридные магниты в соответствии с фиг.5 (количество слоев - 3) с разным объемами магнитов марки N52UH и S28G и фиг.10 с увеличенным количеством слоев от 3 до 7 при сохранении соотношения объемов магнитов марок N52UH и S28G. Детали склеивали между собой клеем К400. Гибридные магниты имели следующие размеры (с учетом возможных допусков): 20,8 (+0/-0,1)×17,5 (+0/-0,1)×7 (+0/-0,3) мм, при этом направление намагниченности всех магнитов - вдоль размера 7 мм.For comparison, Figure 32 shows graphs of the measurement of irreversible thermal losses of magnetic flux of hybrid magnets of different configurations and an N52UH magnet, measured in an open circuit using a webermeter and a Helmholtz coil; the first measurement was carried out immediately after magnetization of the samples, subsequent measurements were carried out after each heating cycle, one heating cycle consisted of holding the magnet in a furnace heated to 200 °C for 1 hour; 5 such cycles were carried out for each magnet; the samples were N52UH magnets and hybrid magnets in accordance with Fig. 5 (number of layers - 3) with different volumes of N52UH and S28G magnets and Fig. 10 with an increased number of layers from 3 to 7 while maintaining the ratio of the volumes of N52UH and S28G magnets. The parts were glued together with K400 glue. The hybrid magnets had the following dimensions (taking into account possible tolerances): 20.8 (+0/-0.1)×17.5 (+0/-0.1)×7 (+0/-0.3) mm, while the direction of magnetization of all magnets was along the 7 mm dimension.

На фиг. 32 представлены: гибридный магнит S87N13 с объемными долями деталей: 87% марки S28G, 13% марки N52UH (Пример 2, фиг. 5); гибридный магнит S74N26 с объемными долями деталей: 74% марки S28G, 26% марки N52UH (Пример 3, фиг. 5); трехслойный гибридный магнит S60N40 с объемными долями деталей: 60% марки S28G, 40% марки N52UH (Пример 4, фиг. 5); семислойный гибридный магнит S60N40 с объемными долями деталей: 60% марки S28G, 40% марки N52UH (Пример 5, фиг.10); магнит марки N52UH.Fig. 32 shows: a hybrid magnet S87N13 with volume fractions of parts: 87% of the S28G brand, 13% of the N52UH brand (Example 2, Fig. 5); a hybrid magnet S74N26 with volume fractions of parts: 74% of the S28G brand, 26% of the N52UH brand (Example 3, Fig. 5); a three-layer hybrid magnet S60N40 with volume fractions of parts: 60% of the S28G brand, 40% of the N52UH brand (Example 4, Fig. 5); a seven-layer hybrid magnet S60N40 with volume fractions of parts: 60% of the S28G brand, 40% of the N52UH brand (Example 5, Fig. 10); a magnet of the N52UH brand.

Из графиков фиг. 32 следует, что трехслойные гибридные магниты, собранные в соответствии с примером 2, характеризуются наименьшими необратимыми термическими потерями магнитного потока и их стабилизация происходит при наименьшем количестве циклов - после первого цикла. Наибольшими необратимыми термическими потерями магнитного потока характеризуются магниты марки N52UH и их стабилизация происходит при наибольшем количестве циклов.The graphs in Fig. 32 show that the three-layer hybrid magnets assembled according to Example 2 exhibit the lowest irreversible thermal losses of magnetic flux, and their stabilization occurs after the fewest number of cycles—after the first cycle. N52UH magnets exhibit the highest irreversible thermal losses of magnetic flux, and their stabilization occurs after the greatest number of cycles.

На фигуре 33 приведены графики зависимости крутящего момента электромашин в номинальном режиме при температуре 200°С с цельными магнитами марки N52UH и гибридными слоистыми (двухслойными) магнитами (S28G+N52UH), собранными в соответствии с фиг. 4 (пример 8) и трехслойными ГМЭ (S28G+AlNiCo+N52UH), собранными в соответствии с фиг. 8 (пример 9); в роторе обе схемы соответствуют фиг. 21 (с расположением слоя из S28G в ГМЭ дальше от центра ротора). Графики приведены для сравнения результатов моделирования двух электромашин, отличающиеся только материалом постоянных магнитов в роторе. Красной линией показаны результаты моделирования электромашины с цельными магнитами марки N52UH, а голубой линией - гибридные магниты двуслойной схемы 3 (фиг. 4), состоящий из деталей, магнитов марок N52UH и S28G. Максимальная температура магнитов при моделировании была выставлена 200°С. Сравнительный анализ графиков показывает, что крутящий момент у гибридных магнитов в номинальном режиме при температуре 200°С при частоте вращения от 0,3 до 1 усл. ед. выше у гибридных магнитов, чем у магнитов марки N52UH.Figure 33 shows the graphs of the torque dependence of electric machines in the nominal mode at a temperature of 200°C with solid magnets of the N52UH brand and hybrid layered (two-layer) magnets (S28G+N52UH), assembled in accordance with Fig. 4 (example 8) and three-layer GME (S28G+AlNiCo+N52UH), assembled in accordance with Fig. 8 (example 9); in the rotor, both schemes correspond to Fig. 21 (with the location of the S28G layer in the GME further from the center of the rotor). The graphs are given to compare the results of modeling two electric machines, differing only in the material of the permanent magnets in the rotor. The red line shows the results of modeling an electric machine with solid magnets of the N52UH brand, and the blue line shows the hybrid magnets of the two-layer scheme 3 (Fig. 4), consisting of parts, magnets of the N52UH and S28G brands. The maximum magnet temperature during simulation was set to 200°C. A comparative analysis of the graphs shows that the torque of the hybrid magnets in nominal mode at a temperature of 200°C and a rotational speed of 0.3 to 1 conventional unit is higher for the hybrid magnets than for the N52UH magnets.

На фигуре 34 приведены графики зависимости мощности и крутящего момента в номинальном режиме при температуре 170°С для СЭПМ на магнитах различных схем и магнитах марки N52UH от частоты вращения в диапазоне от 0 до 1 усл. ед.Figure 34 shows graphs of the dependence of power and torque in the nominal mode at a temperature of 170°C for the ECM on magnets of various designs and N52UH brand magnets on the rotation speed in the range from 0 to 1 conventional unit.

На фигуре 35 приведены графики зависимости мощности и крутящего момента в пиковом режиме при температуре 170°С для СЭПМ на магнитах различных схем и магнитах марки N52UH от частоты вращения.Figure 35 shows graphs of the dependence of power and torque in peak mode at a temperature of 170°C for the EPSM on magnets of various designs and N52UH brand magnets on the rotation speed.

На фигуре 36 приведены графики зависимости фазового тока в пиковом режиме при температуре 170°С для СЭПМ на магнитах различных схем и магнитах марки N52UH от частоты вращения.Figure 36 shows graphs of the dependence of the phase current in peak mode at a temperature of 170°C for the EPCM on magnets of various designs and N52UH magnets on the rotation frequency.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Описание осуществления изобретения носит пояснительный характер, демонстрирующий возможность достижения заявленного технического результата. Настоящие техническое решение может подвергаться различным изменениям и модификациям, понятным специалисту на основе прочтения данного описания. Такие изменения не ограничивают объем притязаний. Например, может изменяться количественный состав деталей ГМЭ, форма, геометрия и химический состав материала выполнения деталей ГМЭ, массогабаритные характеристики ГМЭ, и др., которые зависят от эксплуатационных характеристик электромашины.The description of the invention is explanatory in nature, demonstrating the feasibility of achieving the claimed technical result. This technical solution is subject to various changes and modifications, as understood by a person skilled in the art based on this description. Such changes do not limit the scope of the claims. For example, the quantitative composition of the GME components, the shape, geometry, and chemical composition of the GME component material, the GME weight and size characteristics, and other characteristics may vary, depending on the operational characteristics of the electric machine.

При описании настоящего изобретения использованы следующие термины и определения:The following terms and definitions are used in describing the present invention:

«Зона перегрева» - объем магнитного материала, который нагревается выше максимального значения рабочей температуры материала и отличается от остального объема магнитного материала тем, что по этой причине магнитный материал приобретает необратимые потери по остаточной индукции."Overheating zone" is the volume of magnetic material that is heated above the maximum operating temperature of the material and differs from the rest of the magnetic material in that, for this reason, the magnetic material acquires irreversible losses due to residual induction.

«Зона перекрытия» - это объем магнитного материала, который больше объема зоны перегрева по меньшей мере на 10 % и не касается её границ внутри ГМЭ.The "overlap zone" is the volume of magnetic material that is at least 10% larger than the volume of the hot zone and does not touch its boundaries inside the GME.

«Магнитотвердая зона» - это зона по меньшей мере одной детали из магнитотвердого материала. Согласно ГОСТ Р 56512-2015, магнитотвердый материал - магнитный материал с коэрцитивной силой по индукции не менее 4 кА/м.A "hard magnetic zone" is a zone of at least one component made of a hard magnetic material. According to GOST R 56512-2015, a hard magnetic material is a magnetic material with a coercive force of at least 4 kA/m.

«Магнитомягкая зона» - это зона по меньшей мере одной детали из магнитомягкого материала. Согласно ГОСТ Р 56512-2015, магнитомягкий материал - это магнитный материал с коэрцитивной силой по индукции не более 4 кА/м.A "soft magnetic zone" is the zone of at least one component made of a soft magnetic material. According to GOST R 56512-2015, a soft magnetic material is a magnetic material with a coercive force of no more than 4 kA/m.

«Рабочая температура (максимальное значение рабочей температуры)» - это предельная температура нагрева магнитотвердого материала, при которой значение коэрцитивной силы по намагниченности (Hcj) остаётся больше 400 кА/м.“Working temperature (maximum working temperature value)” is the maximum heating temperature of a hard magnetic material at which the value of the coercive force by magnetization (Hcj) remains greater than 400 kA/m.

Тип материала детали ГМЭ - тип материала, который характеризуется рабочей температурой, отличной от рабочей температуры другого типа материала.The material type of a GME part is a type of material that is characterized by an operating temperature that differs from the operating temperature of another type of material.

«Температурный коэффициент остаточной магнитной индукции α(Br) или dBr/dT или α(T)» - это величина, которая определяет, насколько сильно остаточная магнитная индукция изменяется от температуры."Temperature coefficient of remanence α(Br) or dBr/dT or α(T)" is a quantity that determines how much the remanence changes with temperature.

где: Br(Т1) - остаточная индукция при температуре Т1, Br(Т0) - остаточная индукция при температуре Т0, Т1 > Т0.where: Br(T 1 ) is the residual induction at temperature T 1 , Br(T 0 ) is the residual induction at temperature T 0 , T 1 > T 0 .

«Температурный коэффициент коэрцитивной силы β(Hcb) или dHc/dT или β(Т)» - это параметр, который используют для оценки температурной стабильности магнитов."Temperature coefficient of coercivity β(Hcb) or dHc/dT or β(T)" is a parameter used to evaluate the temperature stability of magnets.

где: Нс(Т1) - коэрцитивная сила по индукции при температуре Т1, Нс(Т0) - коэрцитивная сила по индукции при температуре Т0, Т1 > Т0. where: Hc(T 1 ) is the coercive force by induction at temperature T 1 , Hc(T 0 ) is the coercive force by induction at temperature T 0 , T 1 > T 0.

«На связке (магнит на связке)» - это вид магнитного материала, который представляет собой магнит, полученный путем смешивания между собой порошка магнитного сплава (то есть магнитного порошка) и связки (например, полимера или металла с низкой температурой плавления)."Bundle magnet" is a type of magnetic material that is a magnet obtained by mixing magnetic alloy powder (i.e. magnetic powder) and a binder (such as a polymer or a metal with a low melting point) together.

«Спеченный (спечённый магнит)» - это вид магнитного материала, изготовленный по технологии порошковой металлургии, когда мелкий порошок запрессовывается в форму, затем спекается и остужается."Sintered magnet" is a type of magnetic material made using powder metallurgy technology, where fine powder is pressed into a mold, then sintered and cooled.

Далее представлено более детальное описание изобретения.A more detailed description of the invention is provided below.

ГМЭ представляет собой пакет из соединенных между собой деталей из магнитных материалов. Число деталей в пакете, геометрия деталей, схема расположения деталей в пакете, химический состав материала деталей, максимальное энергетическое произведение, остаточная намагниченность ГМЭ, величина коэрцитивной силы, рабочая температура, определяются исходя из условия обеспечения градиентных изменений величины магнитного сопротивления магнитомягких зон ротора (от воздуха до магнитного сопротивления используемой электротехнической стали) и величины максимального энергетического произведения ((BH)max от 0 до 445 кДж/м3), а также величин магнитных характеристик магнитотвердых зон ротора СЭПМ и их частей (Br остаточная индукция, Hcj - коэрцитивная сила по намагниченности, Hcb - коэрцитивная сила по индукции, рабочая температура, температурный коэффициент, магнитный момент) в местах расположения постоянных магнитов с (BH)max от 10 до 445 кДж/м3.The magnetic magnetic element (MLE) is a package of interconnected parts made of magnetic materials. The number of parts in the package, the geometry of the parts, the layout of the parts in the package, the chemical composition of the material of the parts, the maximum energy product, the residual magnetization of the MLE, the value of the coercive force, the operating temperature, are determined based on the condition of ensuring gradient changes in the magnetic resistance of the rotor soft magnetic zones (from air to the magnetic resistance of the electrical steel used) and the value of the maximum energy product ((BH)max from 0 to 445 kJ/m 3 ), as well as the values of the magnetic characteristics of the hard magnetic zones of the rotor of the EPSM and their parts (Br residual induction, Hcj - coercive force by magnetization, Hcb - coercive force by induction, operating temperature, temperature coefficient, magnetic moment) in the locations of permanent magnets with (BH)max from 10 to 445 kJ/m 3 .

Возможные варианты выполнения гибридного магнитного элемента (ГМЭ) ротора СЭПМ представлены на фиг. 2-17. Вектор магнитного момента ГМЭ на фигурах приведен в одном направлении, соответственно и описание деталей, его составляющих приведено относительно этого вектора магнитного момента. При этом следует отметить, что в соответствии с принципом работы СЭПМ, соседние магнитные полюса, создаваемые каждой группой магнитов, чередуются по рабочему полюсу ротора: NS-SN-NS-SN и т.д. Примеры групп магнитов, создающих один рабочий полюс показаны на фиг. 18, 19 и 21 (группа состоит из 4 магнитных элементов, 2 больших и 2 малых) и на фиг. 20 (группа состоит из 3 магнитных элементов, 2 больших и 1 малого). Например, на фиг. 20 группа магнитов VII, 13, 14 создает северный рабочий полюс, а соседние к ней группа магнитов VI, 11, 12 и группа магнитов VIII, 15 и 16, создают южные рабочие полюса и т.д. по кругу. Чтобы количество северных (SN) и южных (NS) рабочих полюсов ротора, создаваемых группами магнитов было одинаковым, количество групп должно быть четным.Possible embodiments of the hybrid magnetic element (HME) of the rotor of the EPSM are shown in Fig. 2-17. The magnetic moment vector of the HME in the figures is shown in one direction, and accordingly, the description of the parts that make it up is given relative to this magnetic moment vector. It should be noted that, in accordance with the operating principle of the EPSM, adjacent magnetic poles created by each group of magnets alternate along the working pole of the rotor: NS-SN-NS-SN, etc. Examples of groups of magnets that create one working pole are shown in Fig. 18, 19 and 21 (the group consists of 4 magnetic elements, 2 large and 2 small) and in Fig. 20 (the group consists of 3 magnetic elements, 2 large and 1 small). For example, in Fig. 20 magnet groups VII, 13, 14 create the north working pole, and the adjacent magnet groups VI, 11, 12 and magnet groups VIII, 15, and 16 create the south working poles, and so on in a circle. To ensure that the number of north (SN) and south (NS) working poles of the rotor created by magnet groups is equal, the number of groups must be even.

В нижеприведенных таблицах перечислены возможные типы материалов деталей, составляющих ГМЭ:The tables below list the possible types of materials for the parts that make up the GME:

1) Nd2Fe14B (спеченный) - магнит изготовленный на основе сплавов системы Nd-Fe-B, в том числе с легирующими элементами, в основе которого лежит стехиометрическое соединение Nd2Fe14B, в технологической производственной цепочке которого используют спекание.1) Nd 2 Fe 14 B (sintered) - a magnet made on the basis of alloys of the Nd-Fe-B system, including alloying elements, which is based on the stoichiometric compound Nd 2 Fe 14 B, in the technological production chain of which sintering is used.

2) Nd2Fe14B (на связке) - композитный магнитный материал изготовленный из порошка на основе сплавов системы Nd-Fe-B, в том числе с легирующими элементами, в основе которого лежит стехиометрическое соединение Nd2Fe14B, в технологической производственной цепочке которого используют диспергирование в матрице полимера или смолы. Магнитный порошок и полимерное связующее смешивают, а затем впрыскивают в форму под высоким давлением и температурой. В результате получают магнит сложной формы, что делает его подходящим для приложений, где требуется точная геометрия.2) Nd 2 Fe 14 B (bonded) is a composite magnetic material made from Nd-Fe-B alloy powder, including alloying elements. The stoichiometric compound Nd 2 Fe 14 B is the core of the material. The production process involves dispersion in a polymer or resin matrix. The magnetic powder and polymer binder are mixed and then injected into a mold under high pressure and temperature. The resulting magnet has a complex shape, making it suitable for applications requiring precise geometry.

3) AlNiCo - постоянный магнит, изготовленный из сплава альнико, включающего алюминий, никель и кобальт. В состав сплава могут входить небольшие количества железа, меди и иногда титана. Этот тип магнитов известен и под названием ЮНДК.3) AlNiCo - a permanent magnet made from an alnico alloy containing aluminum, nickel, and cobalt. The alloy may also contain small amounts of iron, copper, and sometimes titanium. This type of magnet is also known as YUNDK.

4) FeCrCo - это постоянные магниты, состоящие из железа, хрома и кобальта. Основной состав сплавов: 20-33% Cr, 3-25% Co, остальное - Fe.4) FeCrCo are permanent magnets composed of iron, chromium, and cobalt. The basic composition of the alloys is: 20-33% Cr, 3-25% Co, the remainder is Fe.

5) Sm-Co - постоянный магнит, который изготавливают из сплавов самария и кобальта.5) Sm-Co is a permanent magnet made from samarium and cobalt alloys.

6) Sm-Co №1 - постоянный магнит, который изготавливают из сплавов самария и кобальта, и который характеризуется большим значением максимальной рабочей температуры, чем постоянный магнит типа Sm-Co №2.6) Sm-Co No. 1 is a permanent magnet made from samarium and cobalt alloys and is characterized by a higher maximum operating temperature than the permanent magnet type Sm-Co No. 2.

7) Sm-Co №2 - постоянный магнит, который изготавливают из сплавов самария и кобальта, и который характеризуется меньшим значением максимальной рабочей температуры, чем постоянный магнит типа Sm-Co №1.7) Sm-Co No. 2 is a permanent magnet made from samarium and cobalt alloys and is characterized by a lower maximum operating temperature than the permanent magnet type Sm-Co No. 1.

8) Nd2Fe14B №1 - постоянный магнит, который изготавливают из сплавов самария и кобальта, и который характеризуется большим значением максимальной рабочей температуры, чем постоянный магнит типа Nd2Fe14B №2.8) Nd 2 Fe 14 B No. 1 is a permanent magnet made from samarium and cobalt alloys and is characterized by a higher maximum operating temperature than the permanent magnet type Nd 2 Fe 14 B No. 2.

9) Nd2Fe14B №2 - постоянный магнит, который изготавливают из сплавов самария и кобальта, и который характеризуется большим значением максимальной рабочей температуры, чем постоянный магнит типа Nd2Fe14B №1.9) Nd 2 Fe 14 B No. 2 is a permanent magnet made from samarium and cobalt alloys and is characterized by a higher maximum operating temperature than the permanent magnet type Nd 2 Fe 14 B No. 1.

ГМЭ, представленные на фиг. 2-4, 7 и 10, могут состоять из деталей двух типов материалов, примеры которых представлены в Таблице 1.The GMEs shown in Figs. 2-4, 7 and 10 can consist of parts of two types of materials, examples of which are presented in Table 1.

Таблица 1.Table 1.

1 - Sm-Co, 2 - Nd2Fe14B (спеченный);1 - Sm-Co, 2 - Nd 2 Fe 14 B (sintered); 2 - Sm-Co, 1 - Nd2Fe14B (спеченный);2 - Sm-Co, 1 - Nd 2 Fe 14 B (sintered); 1 - Sm-Co, 2 - Nd2Fe14B (на связке);1 - Sm-Co, 2 - Nd 2 Fe 14 B (on a bundle); 2 - Sm-Co, 1 - Nd2Fe14B (на связке);2 - Sm-Co, 1 - Nd 2 Fe 14 B (on a bundle); 1 - AlNiCo, 2 - Sm-Co.1 - AlNiCo, 2 - Sm-Co. 2 - AlNiCo, 1 - Sm-Co.2 - AlNiCo, 1 - Sm-Co. 1 - FeCrCo, 2 - Sm-Co.1 - FeCrCo, 2 - Sm-Co. 2 - FeCrCo, 1 - Sm-Co.2 - FeCrCo, 1 - Sm-Co. 1 - Nd2Fe14B №1,
2 - Nd2Fe14B №2.
1 - Nd 2 Fe 14 B No. 1,
2 - Nd 2 Fe 14 B No. 2.
2 - Nd2Fe14B №2.
1 - Nd2Fe14B №1,
2 - Nd 2 Fe 14 B No. 2.
1 - Nd 2 Fe 14 B No. 1,
1 - Sm-Co №1,
2 - Sm-Co №2.
1 - Sm-Co No. 1,
2 - Sm-Co №2.
2 - Sm-Co №2,
1 - Sm-Co №1,
2 - Sm-Co No. 2,
1 - Sm-Co No. 1,

ГМЭ, представленные на фиг. 5-6, 9, 12-15, могут состоять из деталей двух типов материалов, представленных в левом столбце Таблицы 1 (типы: Sm-Co, спеченный Nd2Fe14B, Nd2Fe14B на связке, AlNiCo, FeCrCo, Nd2Fe14B №1, Nd2Fe14B №2, Sm-Co №1, Sm-Co №2).The GMEs shown in Figs. 5-6, 9, 12-15 can consist of parts of two types of materials shown in the left column of Table 1 ( types: Sm-Co, sintered Nd 2 Fe 14 B, Nd 2 Fe 14 B on a binder, AlNiCo, FeCrCo, Nd 2 Fe 14 B No. 1, Nd 2 Fe 14 B No. 2, Sm-Co No. 1, Sm-Co No. 2).

ГМЭ, представленные на фиг. 8 и 11, могут состоять из деталей трех типов материалов, примеры которых представлены в Таблице 2.The GMEs shown in Figs. 8 and 11 can consist of parts of three types of materials, examples of which are presented in Table 2.

Таблица 2.Table 2.

1 - Sm-Co, 2 - Nd2Fe14B (спеченный),
3 - AlNiCo;
1 - Sm-Co, 2 - Nd 2 Fe 14 B (sintered),
3 - AlNiCo;
1 - Sm-Co, 2 - AlNiCo,
3 - Nd2Fe14B (спеченный);
1 - Sm-Co, 2 - AlNiCo,
3 - Nd 2 Fe 14 B (sintered);
1 - Sm-Co, 2 - Nd2Fe14B (на связке),
3 - AlNiCo;
1 - Sm-Co, 2 - Nd 2 Fe 14 B (on a bundle),
3 - AlNiCo;
1 - Sm-Co, 2 - AlNiCo,
3 - Nd2Fe14B (на связке);
1 - Sm-Co, 2 - AlNiCo,
3 - Nd 2 Fe 14 B (on a binder);
1 - AlNiCo, 2 - Sm-Co,
3 - Nd2Fe14B (спеченный);
1 - AlNiCo, 2 - Sm-Co,
3 - Nd 2 Fe 14 B (sintered);
1 - AlNiCo, 2 - Nd2Fe14B (спеченный);
3 - Sm-Co;
1 - AlNiCo, 2 - Nd 2 Fe 14 B (sintered);
3 - Sm-Co;
1 - AlNiCo, 2 - Sm-Co,
3 - Nd2Fe14B (на связке).
1 - AlNiCo, 2 - Sm-Co,
3 - Nd 2 Fe 14 B (on a binder).
1 - AlNiCo, 2 - Nd2Fe14B (на связке).
3 - Sm-Co.
1 - AlNiCo, 2 - Nd 2 Fe 14 B (on a bond).
3 - Sm-Co.
1 - Sm-Co, 2 - Nd2Fe14B (спеченный) №1,
3 - Nd2Fe14B (спеченный) №2,
1 - Sm-Co, 2 - Nd 2 Fe 14 B (sintered) No. 1,
3 - Nd 2 Fe 14 B (sintered) No. 2,
1 - Sm-Co, 2 - Nd2Fe14B (на связке),
3 - Nd2Fe14B (спеченный),
1 - Sm-Co, 2 - Nd 2 Fe 14 B (on a bundle),
3 - Nd 2 Fe 14 B (sintered),
1 - Sm-Co №1, 2 - Sm-Co №2,
3 - Nd2Fe14B (спеченный),
1 - Sm-Co No. 1, 2 - Sm-Co No. 2,
3 - Nd 2 Fe 14 B (sintered),
1 - Sm-Co, 2 - Nd2Fe14B (спеченный),
3 - Nd2Fe14B (на связке),
1 - Sm-Co, 2 - Nd 2 Fe 14 B (sintered),
3 - Nd 2 Fe 14 B (on a binder),
1 - AlNiCo, 2 - Sm-Co №1,
3 - Sm-Co №2.
1 - AlNiCo, 2 - Sm-Co No. 1,
3 - Sm-Co №2.
1 - Sm-Co №1, 2 - Sm-Co №2,
3 - Nd2Fe14B (на связке),
1 - Sm-Co No. 1, 2 - Sm-Co No. 2,
3 - Nd 2 Fe 14 B (on a binder),

Во всех вышеуказанных вариантах для изготовления деталей, представленных в Таблицах 1 и 2, вместо материала типа AlNiCo может быть использован материал типа FeCrCo.In all the above options for the production of parts presented in Tables 1 and 2, instead of AlNiCo type material, a material of the type can be used FeCrCo.

Схемы ГМЭ, показанные на фиг. 2-6, 8 и 11-17 подходят для ГМЭ, расположение которых в роторе электромашины приводит к появлению в каждом магнитном элементе двух угловых зон перегрева (см. фиг. 24), расположенных со стороны статора электромашины. В данном случае предпочтительным является использование ГМЭ с симметричным расположением деталей, характеризующихся более высоким значением максимальной рабочей температуры с перекрытием зон перегрева.The GME circuits shown in Figs. 2-6, 8, and 11-17 are suitable for GMEs whose placement in the electric machine rotor results in the appearance of two angular hot spots in each magnetic element (see Fig. 24), located on the stator side of the electric machine. In this case, it is preferable to use a GME with a symmetrical arrangement of components, characterized by a higher maximum operating temperature with overlapping hot spots.

Более эффективными при наличии зоны перегрева только со стороны одного угла являются схемы ГМЭ, представленные на фиг. 7 и 9, а также девять схем, которые являются производными от схем, показанных на фиг. 3, 6, 11-17. Девять производных схем - это схемы, производные из каждой фигуры, где одна половина, например, слева, - это половина схемы одной из фигур 3, 6, 11-17, а вторая, например, справа, - это деталь из одного типа материала, который имеет меньшее значение максимальной рабочей температуры и идентичен такому же материалу с самым малым значением рабочей температуры левой половины схемы. Например, схема на фиг. 9 является производной схемы на фиг. 2. Например, перегрев ГМЭ только со стороны одного угла возможен в роторах с более острым углом расположения пар магнитов в V-образной конфигурации «рыбья кость» (см. фиг. 18) и у пар «больших» блочных магнитов в параллельной конфигурации (см. фиг. 19-20).More efficient in the presence of an overheating zone only on the side of one corner are the GME schemes shown in Fig. 7 and 9,and also nine schemes that are derived from the circuits shown in Figs. 3, 6, 11-17. The nine derivative circuits are circuits derived from each figure, where one half, for example, on the left, is a half of the circuit of one of the figures 3, 6, 11-17, and the second, for example, on the right, is a part made of one type of material that has a lower maximum operating temperature value and is identical to the same material with the lowest operating temperature value of the left half of the circuit. For example, the circuit in Fig. 9 is a derivative of the circuit in Fig. 2. For example, overheating of the GME from only one corner is possible in rotors with a sharper angle of arrangement of pairs of magnets in the V-shaped "fishbone" configuration (see Fig. 18) and in pairs of "large" block magnets in a parallel configuration (see Figs. 19-20).

Примыкать к поверхностям ГМЭ могут не только края или поверхности пакета тонколистовой стали ротора электромашины. Форма краев всех блочных ГМЭ может немного отличаться от идеально прямоугольной призмы. ГМЭ могут иметь радиусные закругления, фаски, примыкающий к ним вплотную магнитопласт, но сами ГМЭ при этом по-прежнему характеризуются соответствующей им схемой сборки. Один из вариантов примыкания магнитопласта к ГМЭ показан на фиг. 21, где в роторе кроме ГМЭ, собираемых по одной из более эффективных схем фиг. 2-17, стрелочками показаны места пустоты (МП), которые могут оставаться пустыми, либо могут быть заполнены магнитопластом - постоянным магнитом на связке (не спеченным и не литым), например, типа Nd2Fe14B (на связке). Дополнительный вариант позволяет увеличить объем ГМЭ, магнитный поток и силу связи между постоянными магнитами и сталью. В данном случае магнитопласты располагают вплотную к ответной части поверхности ГМЭ, вместе с которым они формируют модифицированный ГМЭ. Совмещение ГМЭ с магнитопластами является актуальным и для ГМЭ, схемы которых представлены на фиг. 7 и 9 (схемы с одной угловой вставкой) и для девяти вариантов сборки ГМЭ, предназначенных для перекрытия одной зоны перегрева - с одной стороны угла ГМЭ.The edges or surfaces of the thin-sheet steel stack of the electric machine rotor may not be the only objects that may be adjacent to the surfaces of the GME. The shape of the edges of all block GMEs may differ slightly from a perfectly rectangular prism. GMEs may have radial roundings, chamfers, and a tightly adjacent magnetoplast, but the GMEs themselves are still characterized by their corresponding assembly scheme. One variant of adjoining the magnetoplast to the GME is shown in Fig. 21, where in the rotor, in addition to the GMEs assembled according to one of the more efficient schemes of Figs. 2-17, the arrows indicate the void spaces (VS) that may remain empty or can be filled with magnetoplast—a permanent magnet on a bond (not sintered or cast), for example, of the Nd 2 Fe 14 B type (on a bond). This additional variant allows for increasing the volume of the GME, the magnetic flux, and the coupling strength between the permanent magnets and the steel. In this case, the magnetoplasts are placed close to the mating surface of the HME, with which they form a modified HME. Combining the HME with magnetoplasts is also relevant for the HMEs shown in Figs. 7 and 9 (diagrams with a single corner insert) and for nine HME assembly variants designed to cover a single overheating zone—one side of the HME corner.

Варианты роторов, для которых могут быть предложены заявленные ГМЭ, показаны на фиг. 18-21.Rotor variants for which the claimed GMEs can be proposed are shown in Figs. 18-21.

Параметры ГМЭ зависят от параметров СЭПМ. После того, как определены параметры СЭПМ, могут быть определены:The parameters of the GME depend on the parameters of the SEPM. Once the SEPM parameters are determined, the following can be determined:

- количество ГМЭ каждого типа в роторе;- the number of GME of each type in the rotor;

- геометрические размеры каждого типа ГМЭ - их точная внешняя геометрия, наличие фасок и габаритные размеры, количество гибридных и негибидридных магнитных элементов (НГМЭ), когда последние тоже необходимы для оптимальной работы электромашины;- geometric dimensions of each type of GME - their precise external geometry, the presence of chamfers and overall dimensions, the number of hybrid and non-hybrid magnetic elements (NHME), when the latter are also necessary for the optimal operation of the electric machine;

- характер расположения каждого ГМЭ - углы и оси симметрий различных типов ГМЭ, а также самих ГМЭ каждого типа относительно друг друга и осей q в роторе. Аналогичные требования предъявляются и к НГМЭ, когда они необходимы в дополнение к ГМЭ;- the nature of the arrangement of each HME - the angles and axes of symmetry of the various types of HME, as well as the HMEs of each type relative to each other and the q-axes in the rotor. Similar requirements apply to the NGMEs when they are necessary in addition to the HME;

- внутренняя структура каждого типа ГМЭ или ГМЭ в комбинации с НГМЭ, а именно характер расположения, количество и точную геометрию деталей и субдеталей (постоянных магнитов) из которых состоит каждый ГМЭ и НГМЭ.- the internal structure of each type of GME or GME in combination with NGME, namely the nature of the arrangement, quantity and exact geometry of the parts and sub-parts (permanent magnets) of which each GME and NGME consists.

Размещенные ГМЭ в роторе должны обеспечивать достижение требуемых значений мощности, крутящего момента, виброшумовых характеристик и биений крутящего момента, а также требуемых прочностных и температурных характеристик ротора, при минимальной массе постоянных магнитов (в диапазоне 1-100 г/кВт в зависимости от оборотов вращения), максимальной рабочей температуре 150-550°С и наиболее высоком КПД в рабочем цикле в одной или нескольких областях диапазона оборотов вращения - наибольшего преобразования подводимой электрической энергии в механическую энергию на валу (в режиме электропривода) или механической энергии в электрическую (в режиме электрогенератора).The permanent magnets placed in the rotor must ensure the achievement of the required values of power, torque, vibration and noise characteristics and torque beats, as well as the required strength and temperature characteristics of the rotor, with a minimum mass of permanent magnets (in the range of 1-100 g/kW depending on the rotation speed), a maximum operating temperature of 150-550°C and the highest efficiency in the working cycle in one or several areas of the rotation speed range - the greatest conversion of the supplied electrical energy into mechanical energy on the shaft (in the electric drive mode) or mechanical energy into electrical energy (in the electric generator mode).

Далее представлен пример формирования слоистого ГМЭ для конкретной СЭПМ, который не ограничивает настоящее изобретение, при этом поясняет последовательность шагов по разработке ГМЭ, который обеспечивает достижение технического результата.The following is an example of the formation of a layered GME for a specific SEPM, which does not limit the present invention, but explains the sequence of steps for developing a GME that ensures the achievement of the technical result.

Шаг 1. С помощью одного из методов, описанных в работе (Review of surrogate model assisted multi-objective design optimization of electrical machines: New opportunities and challenges. Liyang Liu and coauthors. June 2025. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Volume 215, 115609) добиваются повышения эффективности функционирования СЭПМ на магнитах марки N52UH или иной высокотемпературной марки типа Nd-Fe-B силовых параметров электромашины, мощности, величины суммарного крутящего момента электромашины при обеспечении необходимой прочности и рабочей температуры ротора, а также минимизации величин вибраций, шумов и зубцового момента.Step 1. Using one of the methods described in the work (Review of surrogate model assisted multi-objective design optimization of electrical machines: New opportunities and challenges. Liyang Liu and coauthors. June 2025. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Volume 215, 115609), an increase in the operating efficiency of the surrogate model-assisted multi-objective design optimization of electrical machines is achieved, based on magnets of the N52UH brand or another high-temperature brand of the Nd-Fe-B type, the power parameters of the electric machine, the power, the value of the total torque of the electric machine while ensuring the required strength and operating temperature of the rotor, as well as minimizing the values of vibration, noise and tooth torque.

На этом шаге определяют:At this step we determine:

- допустимые диаметр и осевую длину пакета ротора и статора;- permissible diameter and axial length of the rotor and stator package;

- прочностные и магнитные характеристики используемой для изготовления пакета ротора электротехнической стали;- strength and magnetic characteristics of the electrical steel used to manufacture the rotor package;

- требуемые номинальные и пиковые величины мощности и крутящего момента для заданного диапазона оборотов вращения электромашины;- required nominal and peak values of power and torque for a given range of rotational speeds of the electric machine;

- допустимые значения температур, шумов, вибраций и биений крутящего момента;- permissible values of temperatures, noise, vibrations and torque fluctuations;

- все технологически допустимые ограничения на геометрические размеры ротора, зуба и спинки статора и параметры обмотки статора;- all technologically permissible limitations on the geometric dimensions of the rotor, tooth and back of the stator and the parameters of the stator winding;

- допустимые максимальные токи и напряжения;- permissible maximum currents and voltages;

- допустимые габариты электромашины включая систему охлаждения;- permissible dimensions of the electric machine including the cooling system;

- допустимые методы охлаждения;- acceptable cooling methods;

- требуемые коэффициенты полезного действия и cos ϕ (power factor) в различных режимах работы;- required efficiency factors and cos ϕ (power factor) in various operating modes;

- режимы работы электромашины,- operating modes of the electric machine,

- существующие технологические, производственные и другие ограничения.- existing technological, production and other limitations.

Шаг. 2. С помощью программы, использующей FEM (finite element method - метод конечных элементов - численный метод для уравнений в частных производных, широко используемый в инженерии и математическом моделировании, например, Motor CAD, Ansys Maxwell, Comsol) моделируют электромашину на постоянных магнитах, например, марки N52UH или иной высокотемпературной марки типа Nd-Fe-B (НГМЭ), с разным расположением и количеством магнитов по отношению к их оси симметрии, например, «рыбья кость», «парные на одной оси, перпендикулярно оси симметрии пар», и др., в которых ось симметрии находится вдоль радиуса диска/ротора, а именно вдоль оси d, и с разным расположением магнитов относительно оси q. Примеры расположения магнитов и осей показаны на фиг. 18-20. Для этого задают различные углы расположения магнитных элементов в роторе, например, двойной V-образной конфигурации, как показано на фиг. 21. При моделировании определяют геометрические размеры каждого типа магнитных элементов (МЭ), например, от 3 до 50 мм, количество геометрически-размерных типов МЭ, например, от 1 до 8, и количество каждого типа МЭ, например, от 2 до 64 в роторе, которые обеспечивают максимально близкий к требуемым параметрам задачи результат. На фиг. 21 показаны параметры - длина L1 и L2, ширина W1 и W2, двух типов магнитов, соответственно, которые задаются при моделировании в программе, использующей FEM.Step 2. Using a program that uses the FEM (finite element method - a numerical method for partial differential equations, widely used in engineering and mathematical modeling, for example, Motor CAD, Ansys Maxwell, Comsol), an electric machine is modeled on permanent magnets, for example, brand N52UH or another high-temperature brand such as Nd-Fe-B (NGME), with different arrangement and number of magnets in relation to their axis of symmetry, for example, "fishbone", "paired on one axis, perpendicular to the axis of symmetry of the pairs", etc., in which the axis of symmetry is along the radius of the disk/rotor, namely along the d-axis, and with different arrangement of magnets relative to the q-axis. Examples of the arrangement of magnets and axes are shown in Figs. 18-20. For this, different angles of the arrangement of magnetic elements in the rotor are specified, for example, a double V-shaped configuration, as shown in Fig. 21. During modeling, the geometric dimensions of each type of magnetic elements (ME), for example, from 3 to 50 mm, the number of geometric-dimensional types of ME, for example, from 1 to 8, and the number of each type of ME, for example, from 2 to 64 in the rotor, are determined, which ensure a result as close as possible to the required parameters of the problem. Fig. 21 shows the parameters - length L1 and L2, width W1 and W2, respectively, of two types of magnets, which are specified during modeling in a program using FEM.

Шаг 3. С помощью программы, использующей FEM, определяют возможную границу зоны перегрева. Для этого моделируют электромашину, состоящую из менее температуроустойчивых (далее по тексту МТУ) магнитотвердых материалов, например, магнитов типа Nd-Fe-B, при рабочей температуре и при не менее двух температурах от одного до нескольких десятков выше рабочей. Пример результата такого моделирования показан на фиг. 22-25. На фиг.25 показаны определенные размеры зон перегрева для магнитов одной пары.Step 3. Using FEM software, determine the potential boundary of the hot zone. To do this, simulate an electric machine consisting of less temperature-resistant (hereinafter referred to as MTR) magnetically hard materials, such as Nd-Fe-B magnets, at the operating temperature and at least two temperatures from one to several tens of degrees higher than the operating temperature. An example of the results of such a simulation is shown in Figs. 22-25. Fig. 25 shows the determined hot zone dimensions for magnets in a pair.

Шаг 4. Определяют характеристики ГМЭ, которые по определению состоят из МТУ деталей и более температуроустойчивых деталей (далее по тексту БТУ). Для БТУ магнитотвердого материала выбирают геометрию, её размеры вдоль длины и ширины ГМЭ, так, чтобы она перекрывала зону перегрева с запасом не менее чем на 10%. При формировании слоистого ГМЭ, длину выбирают равной длине ГМЭ, а ширину и количество слоев - исходя из ширины ГМЭ. Изготавливать слои во всю длину ГМЭ технико-экономически эффективнее, и даже при разном удалении от направления движения тепла, вызывающего перегрев - от края ротора к центру, у магнитов нагреваться может более одного угла, а не только угол, ближе расположенный к источнику нагрева (см. фиг.24). Например, для ширины ГМЭ 5,8 мм и ширины зоны перегрева 2,5 мм может быть взята ширина слоя БТУ не менее 2,5+10%=2,75 мм, но не более, чем разность 5,8 и 2 мм (5,8-2=3,8 мм), где 2 мм - ширина МТУ детали, поскольку в связи со снижением количества брака и отходов слой из МТУ материала технико-экономически целесообразно вырезать шириной не менее 2 мм. Таким образом, ширину БТУ выбирают из диапазона 2,75-3,8 мм. Среднеарифметическим этого диапазона является значение 3,525 мм, однако выбирают ширину 3,8 мм, поскольку 5,8-2=3,8 мм. В итоге получают размеры двуслойного ГМЭ:Step 4. Determine the characteristics of the HME, which by definition consists of hard magnetic components and more temperature-resistant components (hereinafter referred to as HRE). For the HRE of the hard magnetic material, select the geometry and dimensions along the length and width of the HME so that it covers the overheating zone with a margin of at least 10%. When forming a layered HME, the length is selected equal to the HME length, and the width and number of layers are based on the HME width. Fabricating layers across the entire HME length is more technically and economically efficient, and even at different distances from the direction of heat flow causing overheating—from the rotor edge to the center—more than one corner of the magnets can heat up, not just the corner closest to the heat source (see Fig. 24). For example, for a GME width of 5.8 mm and an overheating zone width of 2.5 mm, a BTU layer width of at least 2.5 + 10% = 2.75 mm can be taken, but no more than the difference between 5.8 and 2 mm (5.8 - 2 = 3.8 mm), where 2 mm is the MTU part width, since, due to the reduction in defects and waste, it is technically and economically feasible to cut a layer of MTU material at least 2 mm wide. Thus, the BTU width is selected from the range of 2.75-3.8 mm. The arithmetic mean of this range is 3.525 mm, but a width of 3.8 mm is selected, since 5.8 - 2 = 3.8 mm. The resulting dimensions of the two-layer GME are:

- слой БТУ материала (Sm-Co): W=3,8 мм.- layer of BTU material (Sm-Co): W=3.8 mm.

- слой МТУ материала (NdFeB): W=2 мм;- layer of MTU material (NdFeB): W=2 mm;

Шаг 5. Определяют при различных рабочих температурах, Траб.=22°С (комнатная температура), Траб., Траб.+10°С, Траб.+20°С на гистерезиграфе магнитотвердые свойства (Br, Hcb, Hcj, (BH)max) двуслойного ГМЭ с соотношением ширин, определенных на шаге 3, и при необходимости - НГМЭ. Измеренные значения заносят в программу, использующую FEM.Step 5. Determine the hard magnetic properties (Br, Hcb, Hcj, (BH)max) of the two-layer GME with the width ratio determined in step 3, and, if necessary, the NGME, at various operating temperatures: Tr.=22°C (room temperature), Tr., Tr.+10°C, Tr.+20°C, using the hysteresis graph. The measured values are entered into the program using FEM.

Шаг 6. Определяют путем моделирования в программе, использующей FEM величины тока в обмотке статора во всем диапазоне частоты вращения электромашины для двуслойного ГМЭ с отношением ширин, определенных в п.3. Пример конфигурации ротора для моделирования показан на фиг. 26. В данном примере ГМЭ выполнен с НГМЭ, где ГМЭ «большого» блочного типа, у которого слой БТУ материала выполнен из Sm-Co, расположен ближе к периферии ротора, а НГМЭ «малого» блочного типа целиком выполнен из Sm-Co.Step 6. The values of the current in the stator winding are determined by modeling in a program using FEM over the entire range of rotational speed of the electric machine for a two-layer GME with the width ratio determined in paragraph 3. An example of a rotor configuration for modeling is shown in Fig. 26. In this example, the GME is made with an NGME, where the GME of the "large" block type, in which the BTU layer of the material is made of Sm-Co, is located closer to the periphery of the rotor, and the NGME of the "small" block type is entirely made of Sm-Co.

В роторах могут быть использованы комбинации «больших» и «малых» блочных магнитов. Например, ширина W1=4,5-50 мм может быть отнесена к характеристике «больших» блочных магнитов. Из-за отсутствия в настоящее время технико-экономической эффективности получения деталей шириной W2 ≤ 1,5 мм не рассматривают трехслойные магниты шириной W ≤ 4,5 мм, а при ширине блочного магнита W2 ≤ 3,0 мм, не рассматривают двуслойные магниты. Величины W1, W2, L1 и L2 показаны на фиг. 21 Например, для блочного магнита шириной 4 мм рассматривают только двуслойные магниты, либо цельные из материала типа Sm-Co или типа Nd-Fe-B. Марку «малого» блочного магнита выбирают в зависимости от того, где находится магнит, целиком в зоне перегрева, или частично, или вне зоны перегрева. В примере, показанном на фиг. 24, «малые» блочные магниты находятся ближе к источнику нагрева и перегреваются целиком, поэтому их изготавливают из БТУ материала, например, типа Sm-Co.Combinations of "large" and "small" block magnets may be used in rotors. For example, a width of W1 = 4.5-50 mm may be classified as "large" block magnets. Due to the current lack of technical and economic efficiency in producing parts with a width of W2 ≤ 1.5 mm, three-layer magnets with a width of W ≤ 4.5 mm are not considered, and for a block magnet width of W2 ≤ 3.0 mm, two-layer magnets are not considered. The values of W1, W2, L1, and L2 are shown in Fig. 21. For example, for a block magnet with a width of 4 mm, only two-layer magnets are considered, or solid ones made of Sm-Co or Nd-Fe-B material. The grade of "small" block magnet is selected depending on where the magnet is located, entirely in the overheating zone, or partially, or outside the overheating zone. In the example shown in Fig. 24, "small" block magnets are closer to the heat source and overheat as a whole, so they are made from a BTU material, for example, Sm-Co.

Шаг 7. В случае, если ширина БТУ слоя меньше ширины зоны перегрева, величина тока в обмотке статора требуется выше в диапазоне больших частот вращения ротора, а значит отсутствует преимущество. Убедиться в этом можно по результатам моделирования в программе, использующей FEM. Для этого выполняют следующие шаги 7-9.Step 7. If the BTU layer width is smaller than the overheating zone width, the required stator winding current is higher at higher rotor speeds, meaning there is no advantage. This can be verified by using FEM simulation results. To do this, follow steps 7-9.

Шаг 8. Определяют при различных температурах, Т=20°С, Траб., Траб.+10°С, Траб.+20°С на гистерезисграфе магнитотвердые свойства Br, Hcb, Hcj, (BH)max двуслойного ГМЭ с соотношением ширин, в соответствии с описанием шага 3:Step 8. Determine the hard magnetic properties Br, Hcb, Hcj, (BH)max of the two-layer GME with the width ratio at different temperatures, T=20°C, Trab., Trab.+10°C, Trab.+20°C, using the hysteresis graph, in accordance with the description of step 3:

- слой БТУ материала (Sm-Co): W=2,0 мм;- layer of BTU material (Sm-Co): W=2.0 mm;

- слой МТУ материала (NdFeB): W=3,8 мм.- layer of MTU material (NdFeB): W=3.8 mm.

Заносят измеренные значения в программу, использующей FEM.The measured values are entered into a program using FEM.

Шаг 9. Определяют путем моделирования в программе, использующей FEM, величины тока в обмотке статора во всем диапазоне частоты вращения электромашины для двуслойного ГМЭ с отношением ширин, указанных в шаге 7. Пример конфигурации ротора для моделирования показан на фиг.27.Step 9. The values of the current in the stator winding are determined by modeling in a program using FEM over the entire range of rotation speed of the electric machine for a two-layer GME with the width ratio specified in step 7. An example of a rotor configuration for modeling is shown in Fig. 27.

Шаг 10. Сравнивают две электромашины с равными мощностями и крутящими моментами в номинальном режиме. Обе электромашины содержат ГМЭ, при этом одна электромашина содержит ГМЭ, характеризуемые полным, а вторая - частичным, перекрытием зоны перегрева. Графики показаны на фиг.28. Красным цветом выделен график, характеризующий полное перекрытие зоны перегрева, голубым цветом - с частичным перекрытием. Аналогичным сравнением подтверждается преимущество заявленного изобретения по сравнению с ближайшим аналогом.Step 10. Two electric machines with equal power and torque in nominal mode are compared. Both electric machines contain a GME, with one electric machine containing a GME characterized by complete, and the other by partial, overlap of the overheating zone. The graphs are shown in Fig. 28. The graph showing complete overlap of the overheating zone is highlighted in red, while the graph showing partial overlap is highlighted in blue. This comparison confirms the advantage of the claimed invention over its closest analogue.

Шаг 11. Слой из БТУ материала разбивают на два слоя из разных БТУ материалов, например, с разной рабочей температурой типов альнико и Sm-Co. В этом случае получают трехслойный магнит:Step 11. The BTU layer is split into two layers of different BTU materials, such as Alnico and Sm-Co, each with a different operating temperature. This results in a three-layer magnet:

- слой БТУ материала №1 (типа Sm-Co): W=1,93 мм;- layer of BTU material No. 1 (Sm-Co type): W=1.93 mm;

- слой БТУ материала №2 (типа AlNiCo): W=1,93 мм;- layer of BTU material No. 2 (AlNiCo type): W=1.93 mm;

- слой МТУ материала (типа Nd-Fe-B): W=1,93 мм.- layer of MTU material (Nd-Fe-B type): W=1.93 mm.

Технико-экономически эффективнее выполнять слои равной ширины, поэтому все три ширины слоев принимают равными.It is more technically and economically efficient to make layers of equal width, therefore all three layer widths are taken to be equal.

Величины требуемых токов в обмотке статора третьего варианта СЭПМ, с трехслойными ГМЭ, характеризуемыми полным перекрытием зоны перегрева, также показаны на графиках фиг.28, из которых следует, что трехслойный ГМЭ, который полностью перекрывает зону перегрева, тоже имеет преимущество перед двуслойным ГМЭ, в котором слой БТУ материала только частично перекрывает зону перегрева.The values of the required currents in the stator winding of the third variant of the SEPM, with three-layer GME, characterized by complete overlap of the overheating zone, are also shown in the graphs of Fig. 28, from which it follows that the three-layer GME, which completely covers the overheating zone, also has an advantage over the two-layer GME, in which the layer of BTU material only partially covers the overheating zone.

Шаг 12. Определяют при различных температурах на гистерезисграфе магнитотвердые свойства ГМЭ и при необходимости НГМЭ.Step 12. Determine the hard magnetic properties of the HME and, if necessary, the NHME at different temperatures using a hysteresis graph.

Шаг 13. Осуществляют проверку магнитных свойств ГМЭ, характеристика которых на шаге 3 найдена как оптимальная, используя метрологическое оборудование: гистерезисграф, печку с возможностью создания температуры в камере от 20 до 350°С (при необходимости до 550°С), катушку Гельмгольца, веберметр, тесламетр и позициометр датчика Холла тесламетра, а также установку определения направления магнитного момента каждого типа магнитов из их партий.Step 13. The magnetic properties of the magnetic field element (GME), the characteristics of which were found to be optimal in step 3, are tested using metrology equipment: a hysteresis graph, an oven with the ability to create a temperature in the chamber from 20 to 350°C (up to 550°C if necessary), a Helmholtz coil, a webermeter, a teslameter, and a Hall sensor positioner of the teslameter, as well as a device for determining the direction of the magnetic moment of each type of magnet from their batches.

Шаг 14. Осуществляют проверку параметров, найденных на шагах 1 и 2 путем моделирования в программе, использующей FEM, электромашин с различными параметрами (например: геометрия и угол оси расположения пар и/или одиночных магнитов, их размеры; допустимые значения температур, шумов, вибраций и биений крутящего момента; технологически допустимые ограничения на геометрические размеры ротора, зуба и спинки статора и параметры обмотки статора; допустимые максимальные токи и напряжения; допустимые габариты электромашины включая систему охлаждения; допустимые методы охлаждения; требуемые коэффициенты полезного действия в различных режимах работы; режимы работы электромашины; допустимые диаметр и осевую длину пакета ротора и статора; прочностные и магнитные характеристики используемой для изготовления пакета ротора электротехнической стали) с полученными характеристиками ГМЭ или ГМЭ в комбинации с НГМЭ, вместо марки N52UH, предварительно используемой на шагах 1 и 2. Убеждаются, что с выбранной характеристикой ГМЭ или ГМЭ и НГМЭ, параметры, определенные на шагах 1 и 2 как оптимальные, остаются без изменений, а те параметры, к увеличению или снижению которых стремятся для эффективности работы электромашины, соответственно стали выше или ниже.Step 14. The parameters found in steps 1 and 2 are checked by simulating electric machines with different parameters in a program using FEM (for example: geometry and axis angle of pairs and/or single magnets, their dimensions; Permissible values of temperatures, noise, vibrations and torque beats; technologically permissible limitations on the geometric dimensions of the rotor, tooth and back of the stator and the parameters of the stator winding; permissible maximum currents and voltages; permissible dimensions of the electric machine including the cooling system; permissible cooling methods; required efficiency in various operating modes; operating modes of the electric machine; permissible diameter and axial length of the rotor and stator package; strength and magnetic characteristics of the electrical steel used for the manufacture of the rotor package) with the obtained characteristics of GME or GME in combination with NGME, instead of the N52UH grade previously used in steps 1 and 2. They make sure that with the selected characteristic of GME or GME and NGME, the parameters determined in steps 1 and 2 as optimal remain unchanged, and those parameters, the increase or decrease of which they strive to achieve the efficiency of the electric machine, have become higher or lower, respectively.

Шаг 15. Формируют итоговые, необходимые для электромашины, искомые параметры и характеристики ГМЭ или ГМЭ с НГМЭ. При необходимости выполняют корректировку параметров, повторяя перечисленные выше шаги.Step 15. Generate the final required parameters and characteristics of the electric machine, either the GME or the GME with the NGME. If necessary, adjust the parameters by repeating the steps above.

Указанный алгоритм формирования ГМЭ используют для формирования ГМЭ, показанных на фиг. 2-17, а также для 9 (девяти) ГМЭ, представляющих собой половины фиг. 2, 3, 6, 11-17 (половины, получают путем разделения схем по оси симметрии - описание в разделе «Осуществление изобретения» под таблицей 3). При этом на определенных этапах могут быть сформированы определенные конфигурации и схемы размещения ГМЭ в роторе СЭПМ, некоторые из которых в качестве примеров показаны на фиг. 18-20 и 29-31.The specified algorithm for forming the GME is used to form the GMEs shown in Figs. 2-17, as well as for 9 (nine) GMEs, which are the halves of Figs. 2, 3, 6, 11-17 (the halves are obtained by dividing the circuits along the axis of symmetry - described in the section "Implementation of the invention " under Table 3). In this case, at certain stages, certain configurations and circuits for placing the GME in the rotor of the SEPM can be formed, some of which are shown as examples in Figs. 18-20 and 29-31.

Примеры конкретного выполненияExamples of specific implementation

Размеры гибридного магнита в соответствии с примерами 1-5 составляли: длина L=17,5 мм, ширина W=7 мм, высота H=20,8 мм. Изготовленные гибридные магниты использовали для сравнения необратимых термических потерь магнитного потока, измеренного в разомкнутой цепи с помощью веберметра и катушки Гельмгольца (фиг. 32).The dimensions of the hybrid magnet, according to examples 1-5, were: length L = 17.5 mm, width W = 7 mm, height H = 20.8 mm. The manufactured hybrid magnets were used to compare the irreversible thermal losses of magnetic flux measured in an open circuit using a webermeter and a Helmholtz coil (Fig. 32).

ПРИМЕР 1.EXAMPLE 1.

1. Размеры гибридного магнита - длина, ширина, высота: 17,5×7×20,8 мм.1. Dimensions of the hybrid magnet - length, width, height: 17.5×7×20.8 mm.

2. Количество деталей в пакете гибридного магнита - 3 штуки.2. The number of parts in the hybrid magnet package is 3 pieces.

3. Детали в пакете и их материал: 2 внешних слоя марки S28G, размеры слоя: длина, ширина, высота: 17,5×2,5×20,8 мм; 1 внутренний слой марки N52UH, размеры: длина, ширина, высота: 17,5×2×20,8 мм.3. Parts in the package and their material: 2 outer layers of grade S28G, layer dimensions: length, width, height: 17.5×2.5×20.8 mm; 1 inner layer of grade N52UH, dimensions: length, width, height: 17.5×2×20.8 mm.

4. Схема слоеного гибридного магнита из 3-х слоев приведена на фиг. 5.4. The diagram of a layered hybrid magnet consisting of 3 layers is shown in Fig. 5.

5. Материал клея: DELO® MONOPOX HT2999, толщина склейки - 15 μм.5. Adhesive material: DELO® MONOPOX HT2999, bond thickness - 15 μm.

6. Объемные доли деталей в гибридном магните: 74% марки S28G, 26% марки N52UH.6. Volume fractions of parts in the hybrid magnet: 74% grade S28G, 26% grade N52UH.

7. Возможные сокращенные названия: S74N26 и S74N26 (3 слоя).7. Possible abbreviated names: S74N26 and S74N26 (3 layers).

8. Полученные характеристики гибридного магнита представлены в Таблицах 3 и 4.8. The obtained characteristics of the hybrid magnet are presented in Tables 3 and 4.

Таблица 3. Измерения магнитного потока.Table 3. Magnetic flux measurements.

Ф0 (магнитный поток после намагничивания), ВбФ0 (magnetic flux after magnetization), Wb 164/165164/165 Ф1 (магнитный поток после выдержки в печке при 200°С
в течение 1 часа, измеренный при комнатной температуре), Вб
F1 (magnetic flux after holding in an oven at 200°C
within 1 hour, measured at room temperature), Wb
158158

Таблица 4. Измерения магнитной индукцииTable 4. Magnetic induction measurements

B0 (N) (магнитная индукция на расстоянии 0,5 мм от полюса N после намагничивания образца), мТлB0 (N) (magnetic induction at a distance of 0.5 mm from the N pole after magnetization of the sample), mT 296296 B0 (S) (магнитная индукция на расстоянии 0,5 мм от полюса S после намагничивания образца), мТлB0 (S) (magnetic induction at a distance of 0.5 mm from the pole S after magnetization of the sample), mT 291291 B1 (N) (магнитная индукция на расстоянии 0,5 мм от полюса N после первого нагрева в печи при 200°С в течение 1 часа и последующего остывания до комнатной температуры), мТлB1 (N) (magnetic induction at a distance of 0.5 mm from the N pole after first heating in a furnace at 200°C for 1 hour and subsequent cooling to room temperature), mT 269269 B1 (S) (магнитная индукция на расстоянии 0,5 мм от полюса S после первого нагрева в печи при 200°С в течение 1 часа и последующего остывания до комнатной температуры), мТлB1 (S) (magnetic induction at a distance of 0.5 mm from the pole S after first heating in a furnace at 200°C for 1 hour and subsequent cooling to room temperature), mT 262262

ПРИМЕР 2.EXAMPLE 2.

1. Размеры гибридного магнита - длина, ширина, высота: 17,5×7×20,8 мм.1. Dimensions of the hybrid magnet - length, width, height: 17.5×7×20.8 mm.

2. Количество деталей в пакете гибридного магнита - 3 штуки.2. The number of parts in the hybrid magnet package is 3 pieces.

3. Детали в пакете и их материал: 2 внешних слоя марки S28G, размеры слоя: длина, ширина, высота: 17,5×3×20,8 мм; 1 внутренний слой марки N52UH, размеры: длина, ширина, высота: 17,5×1×20,8 мм.3. Parts in the package and their material: 2 outer layers of grade S28G, layer dimensions: length, width, height: 17.5×3×20.8 mm; 1 inner layer of grade N52UH, dimensions: length, width, height: 17.5×1×20.8 mm.

4. Схема слоеного гибридного магнита из 3-х слоев приведена на фиг. 5.4. The diagram of a layered hybrid magnet consisting of 3 layers is shown in Fig. 5.

5. Материал клея: DELO® MONOPOX HT2999, толщина склейки - 15 μм.5. Adhesive material: DELO® MONOPOX HT2999, bond thickness - 15 μm.

6. Объемные доли деталей в гибридном магните: 87% марки S28G, 13% марки N52UH.6. Volume fractions of parts in the hybrid magnet: 87% grade S28G, 13% grade N52UH.

7. Возможные сокращенные названия: S87N13 и S87N13 (3 слоя).7. Possible abbreviated names: S87N13 and S87N13 (3 layers).

ПРИМЕР 3.EXAMPLE 3.

1. Размеры гибридного магнита - длина, ширина, высота: 17,5×7×20,8 мм.1. Dimensions of the hybrid magnet - length, width, height: 17.5×7×20.8 mm.

2. Количество деталей в пакете гибридного магнита - 3 штуки.2. The number of parts in the hybrid magnet package is 3 pieces.

3. Детали в пакете и их материал: 2 внешних слоя марки S28G, размеры слоя: длина, ширина, высота: 17,5×2,5×20,8 мм; 1 внутренний слой марки N52UH, размеры: длина, ширина, высота: 17,5×2×20,8 мм.3. Parts in the package and their material: 2 outer layers of grade S28G, layer dimensions: length, width, height: 17.5×2.5×20.8 mm; 1 inner layer of grade N52UH, dimensions: length, width, height: 17.5×2×20.8 mm.

4. Схема слоеного гибридного магнита из 3-х слоев приведена на фиг. 5.4. The diagram of a layered hybrid magnet consisting of 3 layers is shown in Fig. 5.

5. Материал клея: DELO® MONOPOX HT2999, толщина склейки - 15 μм.5. Adhesive material: DELO® MONOPOX HT2999, bond thickness - 15 μm.

6. Объемные доли деталей в гибридном магните: 74% марки S28G, 26% марки N52UH.6. Volume fractions of parts in the hybrid magnet: 74% grade S28G, 26% grade N52UH.

7. Возможные сокращенные названия: S74N26 и S74N26 (3 слоя).7. Possible abbreviated names: S74N26 and S74N26 (3 layers).

ПРИМЕР 4.EXAMPLE 4.

1. Размеры гибридного магнита - длина, ширина, высота: 17,5×7×20,8 мм.1. Dimensions of the hybrid magnet - length, width, height: 17.5×7×20.8 mm.

2. Количество деталей в пакете гибридного магнита - 3 штуки.2. The number of parts in the hybrid magnet package is 3 pieces.

3. Детали в пакете и их материал: 2 внешних слоя марки S28G, размеры слоя: длина, ширина, высота: 17,5×2×20,8 мм; 1 внутренний слой марки N52UH, размеры: длина, ширина, высота: 17,5×3×20,8 мм.3. Parts in the package and their material: 2 outer layers of grade S28G, layer dimensions: length, width, height: 17.5×2×20.8 mm; 1 inner layer of grade N52UH, dimensions: length, width, height: 17.5×3×20.8 mm.

4. Схема слоеного гибридного магнита из 3-х слоев приведена на фиг. 5.4. The diagram of a layered hybrid magnet consisting of 3 layers is shown in Fig. 5.

5. Материал клея: DELO® MONOPOX HT2999, толщина склейки - 15 μм.5. Adhesive material: DELO® MONOPOX HT2999, bond thickness - 15 μm.

6. Объемные доли деталей в гибридном магните: 60% марки S28G, 40% марки N52UH.6. Volume fractions of parts in the hybrid magnet: 60% grade S28G, 40% grade N52UH.

7. Возможные сокращенные названия: S60N40 (3 слоя).7. Possible abbreviated names: S60N40 (3 layers).

ПРИМЕР 5.EXAMPLE 5.

1. Размеры гибридного магнита - длина, ширина, высота: 17,5×7×20,8 мм.1. Dimensions of the hybrid magnet - length, width, height: 17.5×7×20.8 mm.

2. Количество деталей в пакете гибридного магнита - 7 штук.2. The number of parts in the hybrid magnet package is 7 pieces.

3. Детали в пакете расположены в чередующейся последовательности слоев двух материалов: 4 слоя марки S28G (2 внешних и 2 внутренних слоя), размеры слоя: длина, ширина, высота: 17,5×1×20,8 мм; 3 слоя марки N52UH (все три слоя внутренние), размеры слоя: длина, ширина, высота: 17,5×1×20,8 мм.3. The parts in the package are arranged in an alternating sequence of layers of two materials: 4 layers of grade S28G (2 external and 2 internal layers), layer dimensions: length, width, height: 17.5 × 1 × 20.8 mm; 3 layers of grade N52UH (all three layers are internal), layer dimensions: length, width, height: 17.5 × 1 × 20.8 mm.

4. Схема слоеного гибридного магнита из 7 слоев приведена на фиг. 10.4. The diagram of a layered hybrid magnet consisting of 7 layers is shown in Fig. 10.

5. Материал клея: DELO® MONOPOX HT2999, толщина склейки - 15 μм.5. Adhesive material: DELO® MONOPOX HT2999, bond thickness - 15 μm.

6. Объемные суммарные доли деталей в гибридном магните: 60% марки S28G, 40% марки N52UH.6. Total volumetric proportions of parts in the hybrid magnet: 60% grade S28G, 40% grade N52UH.

7. Возможные сокращенные названия: S60N40 (7 слоев).7. Possible abbreviated names: S60N40 (7 layers).

ПРИМЕР 6EXAMPLE 6

1. Размеры гибридного магнита - длина, ширина, высота: 17,5×7×20,8 мм.1. Dimensions of the hybrid magnet - length, width, height: 17.5×7×20.8 mm.

2. Направление намагниченности: вдоль размера 7 мм.2. Direction of magnetization: along the 7mm dimension.

3. Количество деталей в пакете гибридного магнита - 3 штуки.3. The number of parts in the hybrid magnet package is 3 pieces.

4. Размеры деталей гибридного магнита следующие:4. The dimensions of the hybrid magnet parts are as follows:

4.1. Размеры детали марки N52UH - длина, ширина, высота: 17,5×2,33×20,8 мм.4.1. Dimensions of the N52UH part - length, width, height: 17.5×2.33×20.8 mm.

4.2. Размеры детали марки S28G - длина, ширина, высота: 17,5×2,33×20,8 мм.4.2. Dimensions of the S28G part - length, width, height: 17.5×2.33×20.8 mm.

4.3. Размеры детали марки A9.0B - длина, ширина, высота: 17,5×2,33×20,8 мм.4.3. Dimensions of part grade A9.0B - length, width, height: 17.5×2.33×20.8 mm.

5. Последовательность расположения деталей от центра ротора к периферии:5. The sequence of arrangement of parts from the center of the rotor to the periphery:

- деталь марки N52UH ближе к центру ротора;- part of brand N52UH closer to the center of the rotor;

- деталь марки S28G между деталями марок N52UH и A9.0B;- part of brand S28G between parts of brands N52UH and A9.0B;

- деталь марки A9.0B дальше от центра ротора.- part of brand A9.0B further from the rotor center.

6. Схема «132» слоеного гибридного магнита из 3-х слоев представлена на фиг. 8.6. The diagram of the “132” layered hybrid magnet made of 3 layers is shown in Fig. 8.

ПРИМЕР 7EXAMPLE 7

1. Размеры гибридного магнита - длина, ширина, высота: 17,5×7×20,8 мм.1. Dimensions of the hybrid magnet - length, width, height: 17.5×7×20.8 mm.

2. Направление намагниченности: вдоль размера 7 мм.2. Direction of magnetization: along the 7mm dimension.

3. Количество деталей в пакете гибридного магнита - 2 штуки.3. The number of parts in the hybrid magnet package is 2 pieces.

4. Размеры деталей гибридного магнита следующие:4. The dimensions of the hybrid magnet parts are as follows:

4.1. Размеры детали марки A9.0B - длина, ширина, высота: 17,5×2,33×20,8 мм.4.1. Dimensions of part grade A9.0B - length, width, height: 17.5×2.33×20.8 mm.

4.2. Размеры детали марки S28G - длина, ширина, высота: 17,5×4,67×20,8 мм.4.2. Dimensions of the S28G part - length, width, height: 17.5×4.67×20.8 mm.

5. Последовательность расположения деталей от центра ротора наружу:5. The sequence of arrangement of parts from the center of the rotor outward:

- деталь марки A9.0B дальше от центра ротора;- part of brand A9.0B further from the rotor center;

- деталь марки S28G ближе к центру ротора.- part of brand S28G closer to the center of the rotor.

6. Схема слоеного гибридного магнита из 2-х слоев представлена на фиг. 4.6. The diagram of a layered hybrid magnet consisting of 2 layers is shown in Fig. 4.

ПРИМЕР 8EXAMPLE 8

В модели ротора используется два типа магнитов, отличающихся размерами.The rotor model uses two types of magnets, differing in size.

1. Характеристика первого типа магнитов:1. Characteristics of the first type of magnets:

1.1. Размеры первого типа гибридных магнитов - длина, ширина, высота: 21×4×26 мм.1.1. Dimensions of the first type of hybrid magnets - length, width, height: 21×4×26 mm.

1.2. Направление намагниченности: вдоль размера 4 мм.1.2. Direction of magnetization: along the 4 mm dimension.

1.3. Размеры деталей гибридного магнита с размерами первого типа следующие:1.3. The dimensions of the hybrid magnet parts with the first type dimensions are as follows:

1.3.1. Размеры детали марки N52UH - длина, ширина, высота: 21×3×26 мм,1.3.1. Dimensions of part brand N52UH - length, width, height: 21×3×26 mm,

1.3.2. Размеры детали марки S28G - длина, ширина, высота: 21×1×26 мм.1.3.2. Dimensions of the S28G part - length, width, height: 21×1×26 mm.

1.3.3. Схема слоеного гибридного магнита из 2-х слоев приведена на фиг. 4.1.3.3. The diagram of a layered hybrid magnet made of 2 layers is shown in Fig. 4.

2. Характеристика второго типа магнитов:2. Characteristics of the second type of magnets:

2.1. Размеры второго типа магнитов равны 13,5×3×26 мм.2.1. The dimensions of the second type of magnets are 13.5×3×26 mm.

2.2. Направление намагниченности: вдоль размера 3 мм.2.2. Direction of magnetization: along the 3 mm dimension.

2.3. Размеры деталей гибридного магнита с размерами второго типа следующие:2.3. The dimensions of the hybrid magnet parts with the second type dimensions are as follows:

2.3.1. Размеры детали марки N52UH - длина, ширина, высота: 13,5×2×26 мм2.3.1. Dimensions of the N52UH part - length, width, height: 13.5×2×26 mm

2.3.2. Размеры детали марки S28G - длина, ширина, высота: 13,5×1×26 мм.2.3.2. Dimensions of the S28G part - length, width, height: 13.5×1×26 mm.

2.3.3. Схема слоеного гибридного магнита из 2-х слоев приведена на фиг. 4.2.3.3. The diagram of a layered hybrid magnet made of 2 layers is shown in Fig. 4.

ПРИМЕР 9.EXAMPLE 9.

В модели ротора используется два типа магнитов, отличающихся размерами.The rotor model uses two types of magnets, differing in size.

1. Характеристика первого типа магнитов:1. Characteristics of the first type of magnets:

1.1. Размеры первого типа гибридных магнитов - длина, ширина, высота: 21×4×26 мм.1.1. Dimensions of the first type of hybrid magnets - length, width, height: 21×4×26 mm.

1.2. Направление намагниченности: вдоль размера 4 мм.1.2. Direction of magnetization: along the 4 mm dimension.

1.3. Размеры деталей гибридного магнита с размерами первого типа следующие:1.3. The dimensions of the hybrid magnet parts with the first type dimensions are as follows:

1.3.1. Размеры детали марки N52UH - длина, ширина, высота: 21×1,3×26 мм,1.3.1. Dimensions of the N52UH part - length, width, height: 21×1.3×26 mm,

1.3.2. Размеры детали марки A9.0B - длина, ширина, высота: 21×1,3×26 мм,1.3.2. Dimensions of part brand A9.0B - length, width, height: 21×1.3×26 mm,

1.3.3. Размеры детали марки S28G - длина, ширина, высота: 21×1,3×26 мм.1.3.3. Dimensions of the S28G part - length, width, height: 21×1.3×26 mm.

1.4. Последовательность расположения деталей от центра ротора наружу:1.4. Sequence of arrangement of parts from the center of the rotor outward:

- деталь марки N52UH ближе к центру ротора;- part of brand N52UH closer to the center of the rotor;

- деталь марки A9.0B между деталями марок N52UH и S28G;- part of brand A9.0B between parts of brands N52UH and S28G;

- деталь марки S28G дальше от центра ротора.- part of brand S28G further from the center of the rotor.

1.5. Схема «132» слоеного гибридного магнита из 3-х слоев приведена на фиг. 8 (схема 7).1.5. The diagram of the “132” layered hybrid magnet made of 3 layers is shown in Fig. 8 (diagram 7).

2. Характеристика второго типа магнитов:2. Characteristics of the second type of magnets:

2.1. Размеры второго типа магнитов равны 13,5×3×26 мм.2.1. The dimensions of the second type of magnets are 13.5×3×26 mm.

2.2. Направление намагниченности: вдоль размера 3 мм.2.2. Direction of magnetization: along the 3 mm dimension.

2.3. Размеры деталей гибридного магнита с размерами второго типа следующие:2.3. The dimensions of the hybrid magnet parts with the second type dimensions are as follows:

2.3.1. Размеры детали марки N52UH - длина, ширина, высота: 13,5×1×26 мм2.3.1. Dimensions of part brand N52UH - length, width, height: 13.5×1×26 mm

2.3.2. Размеры детали марки A9.0B - длина, ширина, высота: 13,5×1×26 мм.2.3.2. Dimensions of part grade A9.0B - length, width, height: 13.5×1×26 mm.

2.3.2. Размеры детали марки S28G - длина, ширина, высота: 13,5×1×26 мм.2.3.2. Dimensions of the S28G part - length, width, height: 13.5×1×26 mm.

2.4. Последовательность расположения деталей от центра ротора наружу:2.4. Sequence of arrangement of parts from the center of the rotor outward:

- деталь марки N52UH ближе к центру ротора;- part of brand N52UH closer to the center of the rotor;

- деталь марки A9.0B между деталями марок N52UH и S28G;- part of brand A9.0B between parts of brands N52UH and S28G;

- деталь марки S28G дальше от центра ротора.- part of brand S28G further from the center of the rotor.

2.5. Схема слоеного гибридного магнита из 3-х слоев приведена на фиг. 8.2.5. The diagram of a layered hybrid magnet consisting of 3 layers is shown in Fig. 8.

Сравнение результатов моделирования трех электромашин, отличающихся только материалом постоянных магнитов в роторе показано на фиг. 33. V-образное расположение магнитов в роторе показано на фиг. 27. Максимальная температура магнитов - 200°С. Голубой линией показаны результаты работы электромашины с цельными магнитами марки N52UH, красной линией - гибридные магниты двуслойной схемы фиг. 4, состоящий из деталей - магнитов марок N52UH и S28G, а желтой - гибридные магниты трехслойной схемы фиг. 8, состоящий из деталей материалов S28G, AlNiCo, N52UH. Во всем диапазоне частот вращения электромашина с гибридными магнитам обеих схем продемонстрировала больший крутящий момент, чем электромашина с цельными магнитами марки N52UH.A comparison of the simulation results for three electric machines that differ only in the material of the permanent magnets in the rotor is shown in Fig. 33. The V-shaped arrangement of the magnets in the rotor is shown in Fig. 27. The maximum temperature of the magnets is 200°C. The blue line shows the operating results of the electric machine with solid magnets of the N52UH brand, the red line shows the hybrid magnets of the two-layer scheme of Fig. 4, consisting of parts - magnets of the N52UH and S28G brands, and the yellow line shows the hybrid magnets of the three-layer scheme of Fig. 8, consisting of parts of the S28G, AlNiCo, N52UH materials. Over the entire range of rotation frequencies, the electric machine with hybrid magnets of both schemes demonstrated a higher torque than the electric machine with solid magnets of the N52UH brand.

ПРИМЕР 10EXAMPLE 10

В модели ротора используется два типа магнитов, отличающихся размерами.The rotor model uses two types of magnets, differing in size.

1. Характеристика первого типа магнитов:1. Characteristics of the first type of magnets:

1.1. Размеры первого типа гибридных магнитов - длина, ширина, высота: 21×4×26 мм.1.1. Dimensions of the first type of hybrid magnets - length, width, height: 21×4×26 mm.

1.2. Направление намагниченности: вдоль размера 4 мм.1.2. Direction of magnetization: along the 4 mm dimension.

1.3. Размеры деталей гибридного магнита с размерами первого типа следующие:1.3. The dimensions of the hybrid magnet parts with the first type dimensions are as follows:

1.3.1. Размеры детали марки S28G - длина, ширина, высота: 21×1,3×26 мм,1.3.1. Dimensions of the S28G part - length, width, height: 21×1.3×26 mm,

1.3.2. Размеры детали марки A9.0B - длина, ширина, высота: 21×1,3×26 мм,1.3.2. Dimensions of part brand A9.0B - length, width, height: 21×1.3×26 mm,

1.3.3. Размеры детали марки S28G - длина, ширина, высота: 21×1,3×26 мм.1.3.3. Dimensions of the S28G part - length, width, height: 21×1.3×26 mm.

1.4. Последовательность расположения деталей от центра ротора наружу:1.4. Sequence of arrangement of parts from the center of the rotor outward:

- деталь марки S28G ближе к центру ротора;- part of brand S28G closer to the center of the rotor;

- деталь марки A9.0B между деталями марок S28G и S28G;- part of brand A9.0B between parts of brands S28G and S28G;

- деталь марки S28G дальше от центра ротора.- part of brand S28G further from the center of the rotor.

1.5. Схема слоеного гибридного магнита из 3-х слоев приведена на фиг. 5.1.5. The diagram of a layered hybrid magnet consisting of 3 layers is shown in Fig. 5.

2. Характеристика второго типа магнитов:2. Characteristics of the second type of magnets:

2.1. Размеры второго типа магнитов равны 13,5×3×26 мм.2.1. The dimensions of the second type of magnets are 13.5×3×26 mm.

2.2. Направление намагниченности: вдоль размера 3 мм.2.2. Direction of magnetization: along the 3 mm dimension.

2.3. Размеры деталей гибридного магнита с размерами второго типа следующие:2.3. The dimensions of the hybrid magnet parts with the second type dimensions are as follows:

2.3.1. Размеры детали марки S28G - длина, ширина, высота: 13,5×1×26 мм2.3.1. Dimensions of the S28G part - length, width, height: 13.5×1×26 mm

2.3.2. Размеры детали марки A9.0B - длина, ширина, высота: 13,5×1×26 мм.2.3.2. Dimensions of part grade A9.0B - length, width, height: 13.5×1×26 mm.

2.3.3. Размеры детали марки S28G - длина, ширина, высота: 13,5×1×26 мм.2.3.3. Dimensions of the S28G part - length, width, height: 13.5×1×26 mm.

2.4. Последовательность расположения деталей от центра ротора наружу:2.4. Sequence of arrangement of parts from the center of the rotor outward:

- деталь марки S28G ближе к центру ротора;- part of brand S28G closer to the center of the rotor;

- деталь марки A9.0B между деталями марок S28G и S28G;- part of brand A9.0B between parts of brands S28G and S28G;

- деталь марки S28G дальше от центра ротора.- part of brand S28G further from the center of the rotor.

2.5. Схема слоеного гибридного магнита из 3-х слоев приведена на фиг. 5.2.5. The diagram of a layered hybrid magnet consisting of 3 layers is shown in Fig. 5.

ПРИМЕР 11EXAMPLE 11

В модели ротора используется два типа магнитов, отличающихся размерами.The rotor model uses two types of magnets, differing in size.

1. Характеристика первого типа магнитов:1. Characteristics of the first type of magnets:

1.1. Размеры первого типа гибридных магнитов - длина, ширина, высота: 21×4×26 мм.1.1. Dimensions of the first type of hybrid magnets - length, width, height: 21×4×26 mm.

1.2. Направление намагниченности: вдоль размера 4 мм.1.2. Direction of magnetization: along the 4 mm dimension.

1.3. Количество деталей в сборке одного гибридного магнита - 3 шт.1.3. The number of parts in the assembly of one hybrid magnet is 3 pcs.

1.4. Размеры деталей гибридного магнита с размерами первого типа следующие:1.4. The dimensions of the hybrid magnet parts with the first type dimensions are as follows:

1.4.1. Размеры деталей марки S28G - большой катет, малый катет, основание, высота:1.4.1. Dimensions of S28G grade parts - large leg, small leg, base, height:

10,5×4×11,24×26 мм,10.5×4×11.24×26 mm,

1.4.2. Размеры детали марки N52UH - равные боковые стороны, основание, высота:1.4.2. Dimensions of part brand N52UH - equal sides, base, height:

11,24×11,24×21×26 мм.11.24×11.24×21×26 mm.

1.5. Последовательность расположения деталей от центра ротора к периферии:1.5. Sequence of arrangement of parts from the center of the rotor to the periphery:

- детали марки S28G дальше от центра ротора;- S28G brand parts further from the rotor center;

- деталь марки N52UH ближе к центру ротора.- part of brand N52UH closer to the center of the rotor.

1.6. Схема соединения деталей приведена на фиг. 6.1.6. The connection diagram of the parts is shown in Fig. 6.

2. Характеристика второго типа магнитов:2. Characteristics of the second type of magnets:

2.1. Размеры второго типа магнитов - высота, длина, ширина: 13,5×3×26 мм.2.1. Dimensions of the second type of magnets - height, length, width: 13.5×3×26 mm.

2.2. Направление намагниченности: вдоль размера 3 мм.2.2. Direction of magnetization: along the 3 mm dimension.

2.3. Количество деталей в сборке одного гибридного магнита - 3 шт.2.3. The number of parts in the assembly of one hybrid magnet is 3 pcs.

2.4. Размеры деталей гибридного магнита с размерами второго типа следующие:2.4. The dimensions of the hybrid magnet parts with the second type dimensions are as follows:

1.4.1. Размеры деталей марки S28G - большой катет, малый катет, основание, высота:1.4.1. Dimensions of S28G grade parts - large leg, small leg, base, height:

6,75×3×7,39×26 мм,6.75×3×7.39×26 mm,

1.4.2. Размеры детали марки N52UH - равные боковые стороны, основание, высота:1.4.2. Dimensions of part brand N52UH - equal sides, base, height:

7,39×10,92×21×26 мм.7.39×10.92×21×26 mm.

2.5. Последовательность расположения деталей от центра ротора наружу:2.5. Sequence of arrangement of parts from the center of the rotor outward:

- детали марки S28G дальше от центра ротора;- S28G brand parts further from the rotor center;

- деталь марки N52UH ближе к центру ротора.- part of brand N52UH closer to the center of the rotor.

2.6. Схема соединения деталей приведена на фиг. 6.2.6. The connection diagram of the parts is shown in Fig. 6.

3. Иллюстрация одного из возможных расположений (V-образного) магнитов двух типов в соответствии с примером 11, по два элемента в каждом сегменте ротора, показано на фиг. 29. Магниты шириной 3 мм располагаются дальше от центра ротора, а магниты шириной 4 мм ближе к центру ротора.3. An illustration of one of the possible arrangements (V-shaped) of magnets of two types in accordance with example 11, two elements in each rotor segment, is shown in Fig. 29. Magnets of 3 mm width are located further from the center of the rotor, and magnets of 4 mm width are closer to the center of the rotor.

ПРИМЕР 12EXAMPLE 12

В модели ротора используется два типа магнитов, отличающихся размерами.The rotor model uses two types of magnets, differing in size.

1. Характеристика первого типа магнитов:1. Characteristics of the first type of magnets:

1.1. Размеры 1-го типа гибридных магнитов - длина, ширина, высота: 19,8×5,8×26 мм.1.1. Dimensions of type 1 hybrid magnets - length, width, height: 19.8×5.8×26 mm.

1.2. Количество деталей в сборке одного гибридного магнита - 5 шт.1.2. The number of parts in the assembly of one hybrid magnet is 5 pcs.

1.3. Размеры деталей гибридного магнита с размерами первого типа следующие:1.3. The dimensions of the hybrid magnet parts with the first type dimensions are as follows:

1.3.1. Размеры угловых деталей марки S28G - длина, ширина, высота:1.3.1. Dimensions of corner pieces of brand S28G - length, width, height:

4,35×2,9×26 мм. Направление намагниченности: от основания длиной 4,35 мм4.35×2.9×26 mm. Magnetization direction: from the base with a length of 4.35 mm

под углом 60 градусов в направлении оси симметрии гибридного магнита.at an angle of 60 degrees in the direction of the axis of symmetry of the hybrid magnet.

1.3.2. Размеры детали марки S28G - длина, ширина, высота:1.3.2. Dimensions of part grade S28G - length, width, height:

11,1×1,45×26 мм.11.1×1.45×26 mm.

1.3.3. Размеры детали марки A9.0B - длина, ширина, высота:1.3.3. Dimensions of part grade A9.0B - length, width, height:

11,1×1,45×26 мм.11.1×1.45×26 mm.

1.3.4. Размеры детали марки N52UH - длина, ширина, высота:1.3.4. Dimensions of part brand N52UH - length, width, height:

19,8×2,9×26 мм.19.8×2.9×26 mm.

1.4. Схема соединения деталей: фиг. 11 с измененной текстурой на углах - «Фокусирующий трехслойный». Стрелками на схеме показаны направления намагниченности.1.4. Connection diagram of the components: Fig. 11 with modified texture at the corners - "Focusing three-layer". The arrows in the diagram indicate the directions of magnetization.

1.5. Марки деталей в данном примере, расположение деталей соответствует фиг.11:1.5. Part marks in this example, the arrangement of parts corresponds to Fig. 11:

- Цифра 1 - детали марки S28G дальше от центра ротора;- Number 1 - S28G brand parts further from the rotor center;

- Цифра 2 - деталь марки N52UH ближе к центру ротора.- Number 2 is the N52UH part closer to the center of the rotor.

- Цифра 3 - деталь марки A9.0B между деталями марок S28G и A9.0B.- Number 3 is a part of brand A9.0B between parts of brands S28G and A9.0B.

2. Характеристика второго типа магнитов:2. Characteristics of the second type of magnets:

2.1. Размеры второго типа магнитов - длина, ширина, высота: 13,3×2×26 мм.2.1. Dimensions of the second type of magnets - length, width, height: 13.3×2×26 mm.

2.2. Направление намагниченности: вдоль размера 2 мм.2.2. Direction of magnetization: along the 2 mm dimension.

2.3. Количество деталей в сборке одного магнита - 1 шт.2.3. The number of parts in the assembly of one magnet is 1 pc.

2.4. Марка S28G.2.4. Brand S28G.

ПРИМЕР 13EXAMPLE 13

В модели ротора используется два типа магнитов, отличающихся размерами.The rotor model uses two types of magnets, differing in size.

1. Характеристика первого типа магнитов:1. Characteristics of the first type of magnets:

1.1. Размеры 1-го типа гибридных магнитов - длина, ширина, высота: 19,8×5,8×26 мм.1.1. Dimensions of type 1 hybrid magnets - length, width, height: 19.8×5.8×26 mm.

1.2. Количество деталей в сборке одного гибридного магнита - 4 шт.1.2. The number of parts in the assembly of one hybrid magnet is 4 pcs.

1.3. Размеры деталей гибридного магнита с размерами первого типа следующие:1.3. The dimensions of the hybrid magnet parts with the first type dimensions are as follows:

1.3.1. Размеры угловых деталей марки S28G - длина, ширина, высота:1.3.1. Dimensions of corner pieces of brand S28G - length, width, height:

4,35×2,9×26 мм. Направление намагниченности: от основания длиной 4,35 мм4.35×2.9×26 mm. Magnetization direction: from the base with a length of 4.35 mm

под углом 60 градусов в направлении оси симметрии гибридного магнита.at an angle of 60 degrees in the direction of the axis of symmetry of the hybrid magnet.

1.3.2. Размеры детали марки S28G - длина, ширина, высота:1.3.2. Dimensions of part grade S28G - length, width, height:

11,1×2,9×26 мм.11.1×2.9×26 mm.

1.3.3. Размеры детали марки N52UH - длина, ширина, высота:1.3.3. Dimensions of part brand N52UH - length, width, height:

19,8×2,9×26 мм.19.8×2.9×26 mm.

1.4. Схема соединения деталей: фиг. 12 с измененной текстурой на углах - «Фокусирующий ступенчатый». Стрелками на схеме показаны направления намагниченности.1.4. Connection diagram of the components: Fig. 12 with modified texture at the corners - "Focusing stepped". The arrows in the diagram indicate the directions of magnetization.

1.5. Марки деталей в данном примере по схеме фиг.12:1.5. Part marks in this example according to the diagram in Fig. 12:

- Цифра 1 - детали марки S28G дальше от центра ротора;- Number 1 - S28G brand parts further from the rotor center;

- Цифра 2 - детали марки N52UH. 1-я деталь марки N52UH ближе к центру ротора, 2-я деталь ближе к центру ротора, в сумме образуют ступенчатый массив.- Number 2 - N52UH parts. The first N52UH part is closer to the rotor center, the second part is closer to the rotor center, and together they form a stepped array.

2. Характеристика второго второго типа магнитов:2. Characteristics of the second type of magnets:

2.1. Размеры второго типа магнитов - длина, ширина, высота: 13,3×2×26 мм.2.1. Dimensions of the second type of magnets - length, width, height: 13.3×2×26 mm.

2.2. Направление намагниченности: вдоль размера 2 мм.2.2. Direction of magnetization: along the 2 mm dimension.

2.3. Количество деталей в сборке одного магнита - 1 шт.2.3. The number of parts in the assembly of one magnet is 1 pc.

2.4. Марка S28G.2.4. Brand S28G.

ПРИМЕР 14EXAMPLE 14

В модели ротора используется два типа магнитов, отличающихся размерами.The rotor model uses two types of magnets, differing in size.

1. Характеристика первого типа магнитов:1. Characteristics of the first type of magnets:

1.1. Размеры 1-го типа гибридных магнитов - длина, ширина, высота: 19,8×5,8×26 мм.1.1. Dimensions of type 1 hybrid magnets - length, width, height: 19.8×5.8×26 mm.

1.2. Количество деталей в сборке одного гибридного магнита - 4 шт.1.2. The number of parts in the assembly of one hybrid magnet is 4 pcs.

1.3. Размеры деталей гибридного магнита с размерами первого типа следующие:1.3. The dimensions of the hybrid magnet parts with the first type dimensions are as follows:

1.3.1. Размеры угловых деталей марки S28G - длина, ширина, высота:1.3.1. Dimensions of corner pieces of brand S28G - length, width, height:

4,33×2,9×26 мм. Направление намагниченности: от основания длиной 4,35 мм4.33×2.9×26 mm. Magnetization direction: from the base with a length of 4.35 mm

под углом 60 градусов в направлении оси симметрии гибридного магнита.at an angle of 60 degrees in the direction of the axis of symmetry of the hybrid magnet.

1.3.2. Размеры средней детали марки S28G - длина, ширина, высота:1.3.2. Dimensions of the average part of brand S28G - length, width, height:

11,1×2,9×26 мм.11.1×2.9×26 mm.

1.3.3. Размеры детали марки N52UH - длина, ширина, высота:1.3.3. Dimensions of part brand N52UH - length, width, height:

19,8×2,9×26 мм.19.8×2.9×26 mm.

1.4. Схема соединения деталей: по схеме фиг. 13 с измененной текстурой и соответственно направлением магнитного момента на углах - «фокусирующий двуслойный». Стрелками на схеме показаны направления намагниченности.1.4. Connection diagram of the components: according to the diagram in Fig. 13 with a modified texture and, accordingly, the direction of the magnetic moment at the corners – "focusing double-layer". The arrows in the diagram indicate the directions of magnetization.

1.5. Марки деталей в данном примере по фиг.13:1.5. Part marks in this example according to Fig. 13:

- Цифра 1 - три детали марки S28G дальше от центра ротора;- Number 1 - three S28G parts further from the rotor center;

- Цифра 2 - деталь марки N52UH ближе к центру ротора.- Number 2 is the N52UH part closer to the center of the rotor.

2. Характеристика второго типа магнитов:2. Characteristics of the second type of magnets:

2.1. Размеры второго типа магнитов - длина, ширина, высота: 13,3×2×26 мм.2.1. Dimensions of the second type of magnets - length, width, height: 13.3×2×26 mm.

2.2. Направление намагниченности: вдоль размера 2 мм.2.2. Direction of magnetization: along the 2 mm dimension.

2.3. Количество деталей в сборке одного магнита - 1 шт.2.3. The number of parts in the assembly of one magnet is 1 pc.

2.4. Марка S28G.2.4. Brand S28G.

ПРИМЕР 15EXAMPLE 15

В модели ротора используется два типа магнитов, отличающихся размерами.The rotor model uses two types of magnets, differing in size.

1. Характеристика первого типа магнитов:1. Characteristics of the first type of magnets:

1.1. Размеры 1-го типа гибридных магнитов - длина, ширина, высота: 19,8×5,8×26 мм.1.1. Dimensions of type 1 hybrid magnets - length, width, height: 19.8×5.8×26 mm.

1.2. Количество деталей в сборке одного гибридного магнита - 7 шт.1.2. The number of parts in the assembly of one hybrid magnet is 7 pcs.

1.3. Схема соединения деталей «1222221» гибридного магнита со структурой Хальбаха - схема фиг. 14. Стрелками на схеме показаны направления намагниченности.1.3. Connection diagram of the parts “1222221” of the hybrid magnet with the Halbach structure - diagram Fig. 14. The arrows in the diagram indicate the directions of magnetization.

1.4. Размеры деталей гибридного магнита первого типа, длина, ширина, высота: 5,8×2,83×26 мм.1.4. Dimensions of the first type hybrid magnet parts, length, width, height: 5.8×2.83×26 mm.

1.5. Направление намагниченности в соответствии со стрелками на схеме фиг. 14.1.5. The direction of magnetization in accordance with the arrows in the diagram in Fig. 14.

1.6. Марки деталей.1.6. Part brands.

1.6.1. Марка двух крайних деталей обозначенных на схеме фиг. 14 цифрой 1 - S28G1.6.1. The brand of the two outer parts indicated in the diagram in Fig. 14 by the number 1 is S28G.

1.6.2. Марка деталей, обозначенных на схеме фиг. 14 цифрой 2 - N52UH1.6.2. The brand of the parts indicated in the diagram in Fig. 14 by the number 2 is N52UH

2. Характеристика второго типа магнитов:2. Characteristics of the second type of magnets:

2.1. Размеры второго типа магнитов - длина, ширина, высота: 13,3×2×26 мм.2.1. Dimensions of the second type of magnets - length, width, height: 13.3×2×26 mm.

2.2. Направление намагниченности: вдоль размера 2 мм.2.2. Direction of magnetization: along the 2 mm dimension.

2.3. Количество деталей в сборке одного магнита - 1 шт.2.3. The number of parts in the assembly of one magnet is 1 pc.

2.4. Марка S28G.2.4. Brand S28G.

ПРИМЕР 16EXAMPLE 16

В модели ротора используется два типа магнитов, отличающихся размерами.The rotor model uses two types of magnets, differing in size.

1. Характеристика первого типа магнитов:1. Characteristics of the first type of magnets:

1.1. Размеры 1-го типа гибридных магнитов - длина, ширина, высота: 19,8×5,8×26 мм.1.1. Dimensions of type 1 hybrid magnets - length, width, height: 19.8×5.8×26 mm.

1.2. Количество деталей в сборке одного гибридного магнита - 7 шт.1.2. The number of parts in the assembly of one hybrid magnet is 7 pcs.

1.3. Схема соединения деталей «1122211» гибридного магнита со структурой Хальбаха -схема фиг. 15. Стрелками на схеме показаны направления намагниченности.1.3. Connection diagram of the parts “1122211” of the hybrid magnet with the Halbach structure - diagram Fig. 15. The arrows in the diagram indicate the directions of magnetization.

1.4. Размеры деталей гибридного магнита первого типа, длина, ширина, высота: 5,8×2,83×26 мм.1.4. Dimensions of the first type hybrid magnet parts, length, width, height: 5.8×2.83×26 mm.

1.5. Направление намагниченности в соответствии со стрелками на схеме фиг. 15.1.5. The direction of magnetization in accordance with the arrows in the diagram in Fig. 15.

1.6. Марки деталей.1.6. Part brands.

1.6.1. Марка двух крайних деталей обозначенных на схеме фиг. 15 цифрой 1 - S28G .1.6.1. The brand of the two outer parts indicated in the diagram in Fig. 15 by the number 1 is S28G.

1.6.2. Марка деталей, обозначенных на схеме фиг. 15 цифрой 2 - N52UH.1.6.2. The brand of the parts indicated in the diagram in Fig. 15 by the number 2 is N52UH.

2. Характеристика 2-го типа магнитов:2. Characteristics of the 2nd type of magnets:

2.1. Размеры второго типа магнитов - длина, ширина, высота: 13,3×2×26 мм.2.1. Dimensions of the second type of magnets - length, width, height: 13.3×2×26 mm.

2.2. Направление намагниченности: вдоль размера 2 мм.2.2. Direction of magnetization: along the 2 mm dimension.

2.3. Количество деталей в сборке одного магнита - 1 шт.2.3. The number of parts in the assembly of one magnet is 1 pc.

2.4. Марка S28G.2.4. Brand S28G.

В примерах 1-16 магнитные свойства материала марки N52UH: Br=1,440 - 1,445 Тл, Hcb ≥ 1030 - 1990 кА/м, (BH)max=398 - 414 кДж/м3; магнитные свойства материала марки S28G: Br > 1,08 Тл; Hcb > 780 кА/м; Hcj > 1 900 кА/м; (BH)max > 220 кДж/м3; магнитные свойства материала марки A9.0B (класс альнико): Br>1,06 Тл; Hcb>119 кА/м; (BH)max>72 кДж/м3.In examples 1-16, the magnetic properties of N52UH grade material are: Br=1.440-1.445 T, Hcb ≥ 1030-1990 kA/m, (BH)max=398-414 kJ/ m3 ; the magnetic properties of S28G grade material are: Br> 1.08 T; Hcb> 780 kA/m; Hcj> 1,900 kA/m; (BH)max> 220 kJ/ m3 ; the magnetic properties of A9.0B grade material (alnico class): Br>1.06 T; Hcb>119 kA/m; (BH)max>72 kJ/ m3 .

В примерах 12-16 при малой толщине второго типа магнитов - менее 4 мм, допускается использование не гибридного магнита, например, марки класса «Nd-Fe-B» или класса «Sm2Co17».In examples 12-16, with a small thickness of the second type of magnets - less than 4 mm, it is permissible to use a non-hybrid magnet, for example, of the “Nd-Fe-B” class or the “Sm 2 Co 17 ” class.

В частных вариантах реализации настоящего изобретения вместо марки N52UH возможно использование высокотемпературных марок спеченных магнитов на основе сплавов системы Nd-Fe-B, в том числе легированных редко-земельными металлами (РЗМ) и их нитридами, рассчитанных на такие же и более высокие рабочие температуры. Вместо марки S28G возможно использование высокотемпературных марок спеченных магнитов на основе соединения Sm2Co17, а вместо марки A9.0B - высокотемпературных марок магнитов типа AlNiCo (ЮНДК, альнико) и типа Fe-Cr-Co, рассчитанных на такие же и более высокие рабочие температуры.In particular embodiments of the present invention, high-temperature grades of sintered magnets based on Nd-Fe-B alloys, including those alloyed with rare-earth metals (REM) and their nitrides, designed for the same and higher operating temperatures, can be used instead of the N52UH grade. High-temperature grades of sintered magnets based on the Sm2Co17 compound can be used instead of the S28G grade, and high-temperature grades of AlNiCo (UNDK, alnico) and Fe-Cr-Co magnets designed for the same and higher operating temperatures can be used instead of the A9.0B grade.

В таблицах 5-7 приведены параметры марок материалов магнитов: (BH)max - максимальное энергетическое произведение; Br - остаточная индукция; Hcj - коэрцитивная сила по намагниченности; Hcb - коэрцитивная сила по индукции: Траб. - максимальная рабочая температура.Tables 5-7 show the parameters of magnet material grades: (BH)max - maximum energy product; Br - residual induction; Hcj - coercive force by magnetization; Hcb - coercive force by induction: Tr. - maximum operating temperature.

В таблице 5 приведены в качестве примера некоторые высокотемпературные марки спеченных магнитов на основе сплавов системы Nd-Fe-B, которые использованы в приведенных примерах и схемах формирования ГМЭ и схемах расположения ГМЭ в роторах СЭПМ.Table 5 shows, as an example, some high-temperature grades of sintered magnets based on Nd-Fe-B alloys, which are used in the given examples and diagrams of the formation of the GME and the diagrams of the arrangement of the GME in the rotors of the SEPM.

Таблица 5.Table 5.

No. Обозначение марки
магнита
в АМТ&С
Brand designation
magnet
in AMT&S
(ВН)max кДж/м3 (ВН)max kJ/ m3 Вr, ТлBr, Tl Hcb, кА/мHcb, kA/m Hcj, кА/мHcj, kA/m Максимальная рабочая
температура
Траб.
Maximum working
temperature
Trab.
минmin максMax минmin максMax 11 N30SHN30SH 223223 247247 1,091.09 1,141.14 836836 15921592 150°С150°C 22 N33SHN33SH 247247 271271 1,141.14 1,181.18 876876 15921592 33 N35SHN35SH 271271 287287 1,181.18 1,231.23 900900 15921592 44 N38SHN38SH 287287 310310 1,231.23 1,261.26 939939 15921592 55 N40SHN40SH 302302 326326 1,261.26 1,291.29 963963 15921592 66 N42SHN42SH 318318 342342 1,291.29 1,331.33 987987 15921592 77 N45SHN45SH 342342 366366 1,331.33 1,371.37 10031003 15921592 88 N48SHN48SH 358358 390390 1,371.37 1,411.41 10591059 15921592 99 N50SHN50SH 374374 406406 1,391.39 1,431.43 10591059 15921592 1010 N52SHN52SH 402402 416416 1,451.45 14.514.5 10591059 15921592 1111 N54SHN54SH 416416 430430 1,461.46 14.614.6 10591059 15921592 1212 N56SHN56SH 430430 448448 1,491.49 14.914.9 10591059 15921592 1313 N58SHN58SH 448448 461461 1,521.52 1,521.52 10591059 15921592 1414 N60SHN60SH 461461 477477 1,551.55 1,551.55 10591059 15921592 1515 N25UHN25UH 190190 210210 1,001.00 1,071.07 764764 19901990 180°С180°C 1616 N28UHN28UH 210210 223223 1,071.07 1,091.09 812812 19901990 1717 N30UHN30UH 223223 247247 1,091.09 1,141.14 844844 19901990 1818 N33UHN33UH 247247 271271 1,141.14 1,181.18 860860 19901990 1919 N35UHN35UH 271271 287287 1,181.18 1,231.23 892892 19901990 2020 N38UHN38UH 287287 310310 1,231.23 1,261.26 923923 19901990 2121 N40UHN40UH 302302 326326 1,261.26 1,291.29 955955 19901990 2222 N42UHN42UH 318318 342342 1,291.29 1,331.33 971971 19901990 2323 N45UHN45UH 342342 366366 1,331.33 1,361.36 979979 19901990 2424 N48UHN48UH 358358 390390 1,361.36 1,421.42 10101010 19901990 2525 N50UHN50UH 390390 398398 1,421.42 1,441.44 10301030 19901990 2626 N52UHN52UH 398398 414414 1,441.44 1,451.45 10301030 19901990 2727 N54UHN54UH 414414 430430 1,451.45 1,461.46 10301030 19901990 2828 N56UHN56UH 430430 445445 1,461.46 1,491.49 10301030 19901990 2929 N26EHN26EH 207207 2626 1,001.00 1,041.04 764764 23882388 200°С200°C 3030 N28EHN28EH 223223 2828 1,041.04 1,081.08 780780 23882388 3131 N30EHN30EH 239239 3030 1,081.08 1,141.14 812812 23882388 3232 N33EHN33EH 263263 3333 1,141.14 1,181.18 835835 23882388 3333 N35EHN35EH 279279 3535 1,181.18 1,221.22 860860 23882388 3434 N38EHN38EH 287287 310310 1,221.22 1,261.26 915915 23882388 3535 N40EHN40EH 302302 326326 1,251.25 1,291.29 915915 23882388 3636 N42EHN42EH 310310 342342 1,281.28 1,331.33 915915 23882388 3737 N45EHN45EH 318318 358358 1,331.33 1,351.35 915915 23882388 3838 N48EHN48EH 350350 383383 1,341.34 1,371.37 915915 23882388 3939 N50EHN50EH 378378 398398 1,371.37 1,401.40 915915 23882388 4040 N52EHN52EH 400400 414414 1,401.40 1,431.43 915915 23882388 4141 N54EHN54EH 410410 430430 1,431.43 1,461.46 915915 23882388 4242 N56EHN56EH 445445 445445 1,461.46 1,491.49 915915 23882388 4343 N33GHN33GH 239239 263263 1,141.14 1,211.21 859859 26302630 210°С210°C 4444 N35GHN35GH 255255 295295 1,171.17 1,241.24 875875 26302630 4545 N38GHN38GH 271271 310310 1,211.21 1,271.27 907907 26302630 4646 N40GHN40GH 286286 326326 1,251.25 1,311.31 939939 26302630 4747 N42GHN42GH 320320 334334 1,291.29 1,321.32 939939 26302630 4848 N45GHN45GH 358358 357357 1,311.31 1,341.34 939939 26302630 4949 N47GHN47GH 350350 374374 1,341.34 1,371.37 939939 26302630 5050 N28AHN28AH 214214 231231 1,031.03 1,091.09 780780 27852785 230°С230°C 5151 N30AHN30AH 231231 255255 1,091.09 1,141.14 804804 27852785 5252 N33AHN33AH 255255 279279 1,141.14 1,171.17 812812 27852785 5353 N35AHN35AH 279279 286286 1,171.17 1,211.21 844844 27852785 5454 N38AHN38AH 286286 310310 1,211.21 1,271.27 860860 27852785 5555 N40AHN40AH 310310 318318 1,281.28 1,281.28 860860 27852785 5656 N42AHN42AH 318318 334334 1,281.28 1,311.31 860860 27852785 5757 N45AHN45AH 334334 358358 1,311.31 1,341.34 860860 27852785

В таблице 6 приведены в качестве примера некоторые высокотемпературные марки спеченных магнитов типа Sm-Co, использованные в приведенных примерах и схемах формирования ГМЭ и схемах их расположения в роторах СЭПМ.Table 6 shows, as an example, some high-temperature grades of sintered magnets of the Sm-Co type, used in the given examples and schemes of the formation of GME and schemes of their arrangement in the rotors of the SEPM.

Таблица 6.Table 6.

В таблице 7 приведены в качестве примера некоторые высокотемпературные марки спеченных магнитов типа альнико, использованные в приведенных примерах и схемах формирования ГМЭ и схемах их расположения в роторах СЭПМ.Table 7 shows, as an example, some high-temperature grades of sintered magnets of the Alnico type, used in the given examples and diagrams of the formation of GME and diagrams of their arrangement in the rotors of the SEPM.

Таблица 7.Table 7.

Одним из этапов определения оптимальной эффективной схемы ГМЭ является определение наибольших значений мощности и крутящего момента в пиковом и номинальном режимах по их зависимостям от частоты вращения вала при максимальной рабочей температуре магнитотвердой зоны ротора (ГМЭ) с применением моделирования, например, в программе Motor CAD. В программе возможно построение зависимости мощности и крутящего момента в пиковом и номинальном режимах для всего диапазона частот вращения ротора при заданной рабочей температуре ГМЭ. Фигуры 34-36 отражают результаты этого моделирования.One of the steps in determining the optimal, efficient GME design is to determine the maximum power and torque values in peak and nominal modes based on their dependence on the shaft speed at the maximum operating temperature of the rotor's hard magnetic zone (HMZ) using simulation, for example, in Motor CAD. The program can plot the power and torque dependences in peak and nominal modes for the entire range of rotor speeds at a given HMZ operating temperature. Figures 34-36 show the results of this simulation.

На фигурах 34-36 представлены графики, полученные при использовании магнитов следующих типов: N52UH - магнит марки N52UH; слоистый AlNiCo+S28G, собранный в соответствии с фиг. 4 (пример 7); слоистый S28G+N52UH, собранный в соответствии с фиг. 4 (пример 8); слоистый S28G+AlNiCo+N52UH, собранный в соответствии с фиг. 8 (пример 6); треугольники S28G+N52UH, собранный в соответствии с фиг. 6 (пример 11).Figures 34-36 show graphs obtained using magnets of the following types: N52UH - magnet of the N52UH brand; layered AlNiCo+S28G, assembled in accordance with Fig. 4 (example 7); layered S28G+N52UH, assembled in accordance with Fig. 4 (example 8); layered S28G+AlNiCo+N52UH, assembled in accordance with Fig. 8 (example 6); triangles S28G+N52UH, assembled in accordance with Fig. 6 (example 11).

Из графиков фиг. 34-36 следует, что во всем диапазоне частот вращения при заданной температуре 170°С наилучшие номинальные значения показала схема гибридных магнитов «Слоистый S28G+AlNiCo+N52UH», собранный в соответствии с фиг. 8 (пример 6). Полученные значения оказались выше и в некоторых интервалах равны заданным при проектировании СЭПМ.From the graphs in Figs. 34–36, it follows that, across the entire range of rotational speeds at a given temperature of 170°C, the best nominal values were demonstrated by the hybrid magnet design "Layered S28G+AlNiCo+N52UH", assembled in accordance with Fig. 8 (example 6). The obtained values were higher and, in some ranges, equal to those specified during the design of the EPSM.

Магниты марки N52UH не обеспечили требуемые для проектируемого СЭПМ номинальные значения, номинальные значения оказались ниже. Относительно хорошие номинальные значения показала также двухслойная схема гибридных магнитов «Слоистый S28G+N52UH», собранная в соответствии с фиг. 4 (пример 8). Полученные номинальные значения удовлетворяют требуемым для частот вращения от 0 до 0,7 усл. ед. и оказываются выше для всего диапазона частот вращения, чем у СЭПМ с магнитами марки N52UH.N52UH magnets did not provide the required nominal values for the designed EPSM; the nominal values were lower. The two-layer hybrid magnet arrangement "Layered S28G + N52UH," assembled in accordance with Fig. 4 (example 8), also demonstrated relatively good nominal values. The resulting nominal values satisfy the requirements for rotational speeds from 0 to 0.7 conventional units and are higher across the entire rotational speed range than those of EPSMs with N52UH magnets.

Из графика фиг. 35 следует, что во всем диапазоне частот вращения от 0 до 1 усл. ед. при заданной температуре 170°С наилучшие пиковые значения мощности и крутящего момента показали СЭПМ с магнитами марки N52UH, с гибридными магнитами «Слоистый S28G+N52UH», собранными в соответствии с фиг. 4 (пример 8) и с гибридными магнитами «Треугольники S28G+N52UH», собранными в соответствии с фиг. 6 (пример 11). Полученные значения оказались выше и в некоторых интервалах равны заданным при проектировании СЭПМ.From the graph in Fig. 35 it follows that in the entire range of rotation frequencies from 0 to 1 conventional unit at a given temperature of 170°C, the best peak values of power and torque were demonstrated by the EPSM with N52UH magnets, with "Layered S28G+N52UH" hybrid magnets assembled in accordance with Fig. 4 (example 8) and with "Triangles S28G+N52UH" hybrid magnets assembled in accordance with Fig. 6 (example 11). The obtained values turned out to be higher and in some intervals equal to those specified during the design of the EPSM.

Из графиков фиг. 34-35 следует, что номинальные и пиковые значения мощности и крутящего момента СЭПМ с гибридными магнитами «Слоистый S28G+ AlNiCo+N52UH», собранными в соответствии с фиг. 8 (пример 6), СЭПМ с гибридными магнитами «Слоистый S28G+N52UH собранными в соответствии фиг. 4 (пример 8), СЭПМ с гибридными магнитами «Треугольники S28G+N52UH», собранными в соответствии с фиг. 6 (пример 11), наиболее близки к требуемым, чего нельзя сказать о СЭПМ с магнитами марки N52UH.From the graphs in Fig. 34-35 it follows that the nominal and peak values of power and torque of the SEPM with hybrid magnets “Layered S28G+AlNiCo+N52UH”, assembled in accordance with Fig. 8 (example 6), SEPM with hybrid magnets “Layered S28G+N52UH” assembled in accordance with Fig. 4 (example 8), SEPM with hybrid magnets “Triangles S28G+N52UH”, assembled in accordance with Fig. 6 (example 11), are closest to the required ones, which cannot be said about the SEPM with magnets of the N52UH brand.

Из графиков фиг. 36 следует, что в диапазоне частот вращения от 0,75 до 1 усл. ед. требуется больше тока в пиковом режиме при температуре 170°С для СЭПМ на основе магнитов марки N52UH (НГМЭ), чем на основе ГМЭ. Наименьшее значение тока требуется в СЭПМ на основе ГМЭ «Слоистый AlNiCo+S28G+N52UH», собранный в соответствии с фиг. 8 (пример 6), и слоистый AlNiCo+S28G, собранный в соответствии с фиг. 4 (пример 7).From the graphs in Fig. 36 it follows that in the rotation frequency range from 0.75 to 1 conventional unit, more current is required in the peak mode at a temperature of 170°C for the EPSM based on N52UH (NGME) magnets than for the GME based ones. The lowest current value is required in the EPSM based on the GME "Layered AlNiCo+S28G+N52UH", assembled in accordance with Fig. 8 (example 6), and layered AlNiCo+S28G, assembled in accordance with Fig. 4 (example 7).

Таким образом, по результатам приведенных исследований следует, что гибридные магниты позволяют объединить положительные качества магнитов на основе сплавов системы Nd-Fe-B и магнитов на основе соединения Sm2Co17, а также магнитов на основе сплавов системы Nd-Fe-B, магнитов на основе соединения Sm2Co17 и магнитов типа AlNiCo или магнитов типа Fe-Cr-Co, т.е. неодимовых, самариевых, альнико, FeCrCo, в том числе не только перечисленных в примерах марок, получить прирост крутящего момента и мощности СЭПМ в широком диапазоне температур и частот вращения, без использования дорогих и постоянно растущих в цене тербия и диспрозия. Изобретение демонстрирует возможность использования ГМЭ, обеспечивающих более высокие номинальные значения крутящего момента и мощности СЭПМ, и более высокие или сопоставимые требуемым пиковые значения крутящего момента и мощности СЭПМ во всем диапазоне частот вращения. При этом детали ГМЭ, используемые в предлагаемом изобретении, характеризуются большим количеством форм: треугольная призма, четырехугольная призма, прямоугольная призма, Т-образная призма, ступенчатая призма. Полюсные поверхности деталей ГМЭ имеют одну или более плоскостей, причем допускается их различная ориентация в пространстве. Возможна склейка деталей ГМЭ в последовательности Хальбаха, а также с отклонением направления магнитного момента соседних деталей ГМЭ от параллельного. Детали ГМЭ могут быть соединены или склеены полюсными поверхностями и не полюсными поверхностями, когда количество соединяемых или склеиваемых деталей более двух. Использование изобретения позволяет подобрать наиболее оптимальный способ формирования гибридного магнита для конкретной задачи с учетом расположения детали относительно зоны перегрева и взаимного влияния гибридных магнитных элементов, находящихся в роторе электромашины. Способ формирования ГМЭ с учетом результатов моделирования по шаблону электромашины позволяет выбрать оптимальную схему (конфигурацию) ГМЭ для ротора с учетом сравнения номинальных и пиковых мощностей электромашины и крутящих моментов, а также их графиков зависимости от скорости вращения ротора.Thus, based on the results of the presented studies, it follows that hybrid magnets make it possible to combine the positive qualities of magnets based on Nd-Fe-B alloys and magnets based on the Sm 2 Co 17 compound, as well as magnets based on Nd-Fe-B alloys, magnets based on the Sm 2 Co 17 compound and AlNiCo magnets or Fe-Cr-Co magnets, i.e. neodymium, samarium, alnico, FeCrCo, including not only those brands listed in the examples, to achieve an increase in the torque and power of the EPSM over a wide range of temperatures and rotation speeds, without the use of expensive and constantly increasing in price terbium and dysprosium. The invention demonstrates the possibility of using HMEs that provide higher nominal values of torque and power of the EPSM, and higher or comparable to the required peak values of torque and power of the EPSM over the entire range of rotation speeds. Moreover, the HME components used in the proposed invention are characterized by a wide variety of shapes: triangular prisms, quadrangular prisms, rectangular prisms, T-shaped prisms, and stepped prisms. The pole surfaces of the HME components have one or more planes, and various spatial orientations are permitted. Gluing HME components in the Halbach sequence is possible, as well as with the magnetic moment of adjacent HME components deviating from parallel. HME components can be joined or glued by pole surfaces and non-polar surfaces when the number of components being joined or glued exceeds two. The invention allows for the selection of the most optimal method for forming a hybrid magnet for a specific task, taking into account the component's location relative to the overheating zone and the mutual influence of the hybrid magnetic elements located in the electric machine rotor. The method of forming the GME taking into account the results of modeling using an electric machine template allows selecting the optimal scheme (configuration) of the GME for the rotor, taking into account the comparison of the nominal and peak powers of the electric machine and torques, as well as their dependence graphs on the rotor speed.

Claims (37)

1. Гибридный магнитный элемент (ГМЭ) ротора электромашины, выполненный в виде пакета из соединенных между собой по меньшей мере двух деталей из магнитных материалов, отличающийся тем, что химический состав материала деталей, число деталей, их форма, размер и порядок расположения в составе ГМЭ выбраны с возможностью обеспечения предотвращения размагничивания под действием магнитных полей, воздействующих по меньшей мере на одну деталь ГМЭ, расположенную в зоне перегрева ротора электромашины, при обеспечении заданных эксплуатационных характеристик электромашины в рабочем диапазоне оборотов вращения ротора;1. A hybrid magnetic element (HME) of an electric machine rotor, made in the form of a package of at least two parts made of magnetic materials connected to each other, characterized in that the chemical composition of the material of the parts, the number of parts, their shape, size and order of arrangement in the HME are selected with the possibility of preventing demagnetization under the influence of magnetic fields acting on at least one part of the HME located in the overheating zone of the electric machine rotor, while ensuring the specified operational characteristics of the electric machine in the operating range of rotor speeds; при этом по меньшей мере одна деталь ГМЭ, расположенная в зоне перегрева ротора, образует магнитотвердую зону, характеризующуюся значениями параметров максимального энергетического произведения (BH)max - до 445 кДж/м3, остаточной индукции Br - до 1,5 Тл, величины коэрцитивной силы по намагниченности Hcj - до 35 кЭ, величины коэрцитивной силы по индукции Hcb - до 15 кЭ, рабочей температуры - до 550°С.wherein at least one part of the magnetic field element located in the rotor overheating zone forms a magnetically hard zone characterized by the values of the parameters of the maximum energy product (BH)max - up to 445 kJ/ m3 , residual induction Br - up to 1.5 T, the value of the coercive force by magnetization Hcj - up to 35 kOe, the value of the coercive force by induction Hcb - up to 15 kOe, and the operating temperature - up to 550°C. 2. Гибридный магнитный элемент по п.1, характеризующийся тем, что по меньшей мере одна из деталей характеризуется значением температурного коэффициента по остаточной индукции α(T) из диапазона значений от минус 0,05 до 0%/°С и значением температурного коэффициента по коэрцитивной силе β(T) из диапазона значений от минус 0,35 до минус 0,15%/°С с обеспечением заданных эксплуатационных параметров электромашины, включая номинальные и пиковые значения мощности электромашины и крутящих моментов, значения токов в обмотке статора, а также зависимости перечисленных параметров от скорости вращения ротора.2. A hybrid magnetic element according to claim 1, characterized in that at least one of the parts is characterized by a value of the temperature coefficient of residual induction α(T) from a range of values from minus 0.05 to 0%/°C and a value of the temperature coefficient of coercive force β(T) from a range of values from minus 0.35 to minus 0.15%/°C, ensuring the specified operating parameters of the electric machine, including the nominal and peak values of the electric machine power and torques, the values of currents in the stator winding, as well as the dependence of the listed parameters on the rotor speed. 3. Гибридный магнитный элемент по п.1, характеризующийся тем, что для предотвращения размагничивания под действием магнитных полей, воздействующих на по меньшей мере одну деталь ГМЭ, расположенную в зоне перегрева ротора, ГМЭ сформирована из деталей из различных магнитных материалов, часть из которых характеризуется более высоким значением максимальной рабочей температуры по сравнению со значением максимальной рабочей температуры по меньшей мере одной детали, входящей в состав ГМЭ, с чередованием деталей ГМЭ в направлении магнитного момента ГМЭ, и/или в продольном и поперечном направлениях относительно направления магнитного момента ГМЭ, и/или с направлением магнитных моментов соседних деталей под углом друг к другу от 1 до 60°.3. The hybrid magnetic element according to claim 1, characterized in that in order to prevent demagnetization under the action of magnetic fields acting on at least one part of the HME located in the overheating zone of the rotor, the HME is formed from parts made of different magnetic materials, some of which are characterized by a higher value of the maximum operating temperature compared to the value of the maximum operating temperature of at least one part included in the HME, with alternating parts of the HME in the direction of the magnetic moment of the HME, and/or in the longitudinal and transverse directions relative to the direction of the magnetic moment of the HME, and/or with the direction of the magnetic moments of adjacent parts at an angle to each other from 1 to 60°. 4. Гибридный магнитный элемент по п.1, характеризующийся тем, что детали выполнены из магнитных материалов на основе редкоземельных металлов, а также типа альнико и типа FeCrCo. 4. A hybrid magnetic element according to claim 1, characterized in that the parts are made from magnetic materials based on rare earth metals, as well as alnico type and FeCrCo type. 5. Гибридный магнитный элемент по п.1, характеризующийся тем, что детали выполнены из магнитов типа NdFeB, и/или магнитов типа SmCo, и/или магнитов типа альнико, и/или типа FeCrCo.5. A hybrid magnetic element according to claim 1, characterized in that the parts are made from NdFeB type magnets, and/or SmCo type magnets, and/or Alnico type magnets, and/or FeCrCo type magnets. 6. Гибридный магнитный элемент по п.1, характеризующийся тем, что детали ГМЭ выполнены в виде пластин, при этом детали соединены полюсными поверхностями, которые имеют одну или более полюсных плоскостей с различной ориентацией в пространстве, включая поперечную ориентацию относительно направления магнитного момента ГМЭ, ориентацию в последовательности Хальбаха, а также с отклонением направления магнитного момента соседних деталей от продольного.6. A hybrid magnetic element according to claim 1, characterized in that the parts of the HME are made in the form of plates, wherein the parts are connected by pole surfaces that have one or more pole planes with different orientations in space, including a transverse orientation relative to the direction of the magnetic moment of the HME, an orientation in the Halbach sequence, as well as with a deviation of the direction of the magnetic moment of adjacent parts from the longitudinal one. 7. Гибридный магнитный элемент по п.6, характеризующийся тем, что детали выполнены в виде пластин, имеющих размер вдоль направления магнитного момента от 0,1 до 10 мм.7. A hybrid magnetic element according to claim 6, characterized in that the parts are made in the form of plates having a size along the direction of the magnetic moment from 0.1 to 10 mm. 8. Гибридный магнитный элемент по п.6, характеризующийся тем, что содержит три детали в виде пластин, при этом внешние пластины выполнены из магнита типа SmCo и/или магнита типа NdFeB, а внутренняя - из магнита типа альнико.8. A hybrid magnetic element according to claim 6, characterized in that it contains three parts in the form of plates, wherein the outer plates are made of an SmCo magnet and/or an NdFeB magnet, and the inner plate is made of an Alnico magnet. 9. Гибридный магнитный элемент по п.6, характеризующийся тем, что содержит три детали в виде пластин, при этом внешние пластины выполнены из магнита типа SmCo и/или альнико, а внутренняя - из магнита типа NdFeB.9. A hybrid magnetic element according to claim 6, characterized in that it contains three parts in the form of plates, wherein the outer plates are made of a magnet of the SmCo and/or alnico type, and the inner plate is made of a magnet of the NdFeB type. 10. Гибридный магнитный элемент по п.6, характеризующийся тем, что содержит три детали в виде пластин, при этом внешние пластины выполнены из магнита типа NdFeB и/или типа альнико, а внутренняя - из магнита типа SmCo.10. A hybrid magnetic element according to claim 6, characterized in that it contains three parts in the form of plates, wherein the outer plates are made of a magnet of the NdFeB type and/or the alnico type, and the inner plate is made of a magnet of the SmCo type. 11. Гибридный магнитный элемент по п.6, характеризующийся тем, что содержит три детали в виде пластин, при этом внешние пластины выполнены из магнита типа SmCo, а внутренняя - из магнита типа NdFeB, при этом объемная доля магнитов типа SmCo составляет не менее 20% от всего объема ГМЭ, магнита типа NdFeB - не более 80% от всего объема ГМЭ.11. A hybrid magnetic element according to claim 6, characterized in that it contains three parts in the form of plates, wherein the outer plates are made of a magnet of the SmCo type, and the inner plate is made of a magnet of the NdFeB type, wherein the volume fraction of the magnets of the SmCo type is no less than 20% of the total volume of the HME, and the magnet of the NdFeB type is no more than 80% of the total volume of the HME. 12. Гибридный магнитный элемент по п.6, характеризующийся тем, что содержит по меньшей мере две детали в виде пластин, одна из которых выполнена из магнита типа SmCo, а другая из магнита типа NdFeB или типа альнико; при этом детали имеют разные рабочие температуры и характеризуются: одинаковыми значениями коэрцитивной силы с возможным отклонением не более 2,5%; и/или одинаковыми значениями остаточной индукции с возможным отклонением не более 2,5%; и/или одинаковыми значениями максимального энергетического произведения с возможным отклонением не более 4%.12. A hybrid magnetic element according to claim 6, characterized in that it contains at least two parts in the form of plates, one of which is made of a SmCo magnet and the other of a NdFeB or Alnico magnet; wherein the parts have different operating temperatures and are characterized by: the same values of coercive force with a possible deviation of no more than 2.5%; and/or the same values of residual induction with a possible deviation of no more than 2.5%; and/or the same values of the maximum energy product with a possible deviation of no more than 4%. 13. Гибридный магнитный элемент по п.6, характеризующийся тем, что при выполнении из трех и более деталей в виде пластин направления магнитного момента у внешних (крайних) деталей расположены перпендикулярно к направлению магнитного момента центрального постоянного магнита, при выполнении из пяти и более деталей по меньшей мере одна деталь, расположенная в центральной части, выполнена многослойной с направлениями магнитных моментов соседних слоев в одной детали, отличающихся на 180°.13. A hybrid magnetic element according to claim 6, characterized in that when made from three or more parts in the form of plates, the directions of the magnetic moment of the outer (outer) parts are located perpendicular to the direction of the magnetic moment of the central permanent magnet; when made from five or more parts, at least one part located in the central part is made multilayer with the directions of the magnetic moments of adjacent layers in one part differing by 180°. 14. Гибридный магнитный элемент по п.1, характеризующийся тем, что детали ГМЭ выполнены в виде прямоугольной призмы, при этом детали соединены полюсными поверхностями, которые имеют одну или более полюсных плоскостей с различной ориентацией в пространстве, включая поперечную ориентацию относительно направления магнитного момента ГМЭ, ориентацию в последовательности Хальбаха, а также с отклонением направления магнитного момента соседних деталей от продольного.14. A hybrid magnetic element according to claim 1, characterized in that the parts of the HME are made in the form of a rectangular prism, wherein the parts are connected by pole surfaces that have one or more pole planes with different orientations in space, including a transverse orientation relative to the direction of the magnetic moment of the HME, an orientation in the Halbach sequence, as well as with a deviation of the direction of the magnetic moment of adjacent parts from the longitudinal one. 15. Гибридный магнитный элемент по п.14, характеризующийся тем, что выполнен в виде прямоугольной призмы, образованной тремя деталями в виде треугольных призм, одна из которых в сечении, перпендикулярном оси ротора, представляет собой равнобедренный треугольник с основанием, совпадающим с длинной стороной прямоугольной призмы, при этом вершина треугольника расположена в центральной точке на противоположной стороне прямоугольной призмы.15. A hybrid magnetic element according to claim 14, characterized in that it is made in the form of a rectangular prism formed by three parts in the form of triangular prisms, one of which, in a section perpendicular to the rotor axis, is an isosceles triangle with a base coinciding with the long side of the rectangular prism, wherein the apex of the triangle is located at the central point on the opposite side of the rectangular prism. 16. Гибридный магнитный элемент по п.15, характеризующийся тем, что деталь с равнобедренным треугольником в поперечном сечении выполнена из магнита типа NdFeB, две другие детали - из магнита типа SmCo.16. A hybrid magnetic element according to claim 15, characterized in that the part with an isosceles triangle in cross-section is made of a NdFeB type magnet, and the other two parts are made of a SmCo type magnet. 17. Гибридный магнитный элемент по п.14, характеризующийся тем, что выполнен в виде прямоугольной призмы, содержащей две детали - треугольную и четырехугольную призмы, соединенные по продольной плоскости сечения, проходящей в поперечном сечении через угловую точку прямоугольной призмы, расположенную на одной длинной стороне призмы, и центральную точку, расположенную на противоположной длинной стороне призмы.17. A hybrid magnetic element according to claim 14, characterized in that it is made in the form of a rectangular prism containing two parts - a triangular and a quadrangular prism, connected along a longitudinal cross-sectional plane passing in cross-section through the corner point of the rectangular prism, located on one long side of the prism, and the central point, located on the opposite long side of the prism. 18. Гибридный магнитный элемент по п.17, характеризующийся тем, что деталь в форме прямоугольной треугольной призмы выполнена из магнита типа NdFeB, а деталь в форме четырехугольной призмы - из магнита типа SmCo.18. A hybrid magnetic element according to claim 17, characterized in that the part in the form of a rectangular triangular prism is made from a magnet of the NdFeB type, and the part in the form of a quadrangular prism is made from a magnet of the SmCo type. 19. Гибридный магнитный элемент по п.14, характеризующийся тем, что выполнен в виде прямоугольной призмы, образованной тремя деталями, одна из которых в поперечном сечении имеет Т-образную конфигурацию, с расположением двух остальных деталей в угловых зонах гибридного элемента с противоположных сторон от вертикальной части «Т».19. A hybrid magnetic element according to claim 14, characterized in that it is made in the form of a rectangular prism formed by three parts, one of which has a T-shaped configuration in cross-section, with the other two parts located in the corner zones of the hybrid element on opposite sides from the vertical part “T”. 20. Гибридный магнитный элемент по п.14, характеризующийся тем, что выполнен в виде прямоугольной призмы, образованной тремя деталями, одна из которых в поперечном сечении имеет Т-образную конфигурацию со ступенчатым характером горизонтальной части «Т», и с расположением двух остальных деталей в угловых зонах гибридного элемента с противоположных сторон от вертикальной части «Т».20. A hybrid magnetic element according to claim 14, characterized in that it is made in the form of a rectangular prism formed by three parts, one of which in cross-section has a T-shaped configuration with a stepped nature of the horizontal part “T”, and with the location of the other two parts in the corner zones of the hybrid element on opposite sides from the vertical part “T”. 21. Гибридный магнитный элемент по п.1, характеризующийся тем, что детали ГМЭ выполнены в виде призм: треугольной, и/или четырехугольной, и/или прямоугольной, и/или Т-образной, и/или ступенчатой, при этом детали соединены полюсными поверхностями, которые имеют одну или более полюсных плоскостей с различной ориентацией в пространстве, включая поперечную ориентацию относительно направления магнитного момента ГМЭ, ориентацию в последовательности Хальбаха, а также с отклонением направления магнитного момента соседних деталей от продольного.21. A hybrid magnetic element according to claim 1, characterized in that the parts of the HME are made in the form of prisms: triangular, and/or quadrangular, and/or rectangular, and/or T-shaped, and/or stepped, wherein the parts are connected by pole surfaces that have one or more pole planes with different orientations in space, including a transverse orientation relative to the direction of the magnetic moment of the HME, an orientation in the Halbach sequence, as well as with a deviation of the direction of the magnetic moment of adjacent parts from the longitudinal one. 22. Гибридный магнитный элемент по п.1, характеризующийся тем, что содержит по меньшей мере в одной угловой зоне по меньшей мере одну деталь, фокусирующую магнитный поток, полностью или частично перекрывающую собой зону/зоны перегрева гибридного магнитного элемента и характеризующуюся более высоким значением максимальной рабочей температуры и достаточной от перемагничивания коэрцитивной силой, с направлением магнитного момента, отличным от направления магнитного момента детали/деталей остальной части ГМЭ, расположенных вне зоны/зон перегрева. 22. The hybrid magnetic element according to claim 1, characterized in that it contains, in at least one corner zone, at least one component focusing the magnetic flux, completely or partially overlapping the overheating zone/zones of the hybrid magnetic element and characterized by a higher value of the maximum operating temperature and a coercive force sufficient against magnetization reversal, with a direction of the magnetic moment different from the direction of the magnetic moment of the component/components of the rest of the HME located outside the overheating zone/zones. 23. Гибридный магнитный элемент по п.1, характеризующийся тем, что содержит в угловых зонах по меньшей мере две детали, фокусирующие магнитный поток, которые полностью или частично перекрывают собой зону/зоны перегрева гибридного магнитного элемента и характеризуемые более высокой рабочей температурой и достаточной от перемагничивания коэрцитивной силой, с направлением магнитного момента, отличным от направления магнитного момента остальной части ГМЭ. 23. A hybrid magnetic element according to claim 1, characterized in that it contains at least two parts in the corner zones that focus the magnetic flux, which completely or partially overlap the overheating zone/zones of the hybrid magnetic element and are characterized by a higher operating temperature and a coercive force sufficient against magnetization reversal, with a direction of the magnetic moment different from the direction of the magnetic moment of the rest of the HME. 24. Гибридный магнитный элемент по п.6, характеризующийся тем, что магниты, обладающие различными свойствами, соприкасаются между собой полюсными поверхностями или полюсными поверхностями и дополнительно боковыми, при этом площадь соприкосновения с боковыми поверхностями составляет до 40% от площади полюсных поверхностей.24. A hybrid magnetic element according to claim 6, characterized in that magnets with different properties are in contact with each other by their polar surfaces or by their polar surfaces and additionally by their side surfaces, wherein the area of contact with the side surfaces is up to 40% of the area of the polar surfaces. 25. Гибридный магнитный элемент по п.1, характеризующийся тем, что состоит из нескольких деталей в виде прямоугольных призм, расположенных по меньшей мере в один ряд, крайние из которых имеют направление магнитного момента, ориентированное к центру ГМЭ, по меньшей мере одна деталь, расположенная в центральной части ГМЭ, имеет направление магнитного момента, перпендикулярное направлению ряда, а промежуточные детали, которые расположены между крайними деталями и центральной деталью, характеризуются переходным/переходными направлением/направлениями магнитного момента/магнитных моментов, при этом крайние детали полностью перекрывают собой зону/зоны перегрева ГМЭ и характеризуются более высокой рабочей температурой и достаточной от перемагничивания коэрцитивной силой.25. The hybrid magnetic element according to claim 1, characterized in that it consists of several parts in the form of rectangular prisms, arranged in at least one row, the outermost of which have a magnetic moment direction oriented toward the center of the HME, at least one part, located in the central part of the HME, has a magnetic moment direction perpendicular to the direction of the row, and the intermediate parts, which are located between the outer parts and the central part, are characterized by a transitional direction/directions of the magnetic moment/magnetic moments, wherein the outer parts completely cover the overheating zone/zones of the HME and are characterized by a higher operating temperature and a coercive force sufficient against magnetization reversal. 26. Гибридный магнитный элемент по п.1, характеризующийся тем, что соединение деталей осуществляют посредством склейки и/или за счет магнитного взаимодействия намагниченных деталей.26. A hybrid magnetic element according to claim 1, characterized in that the connection of the parts is carried out by gluing and/or due to the magnetic interaction of the magnetized parts. 27. Гибридный магнитный элемент по п.1, характеризующийся тем, что при выполнении ГМЭ из трех деталей и более детали соединены своими полюсными или неполюсными поверхностями.27. A hybrid magnetic element according to claim 1, characterized in that when a hybrid magnetic element is made from three or more parts, the parts are connected by their polar or non-polar surfaces. 28. Гибридный магнитный элемент по п.1, характеризующийся тем, что по меньшей мере одна деталь сформирована из 2-5 субдеталей, выполненных из одного магнитного материала.28. A hybrid magnetic element according to claim 1, characterized in that at least one part is formed from 2-5 sub-parts made from one magnetic material. 29. Гибридный магнитный элемент по п.1, характеризующийся тем, что соединение деталей выполнено с обеспечением последовательного изменения направления магнитного момента соседних деталей - от направления магнитного момента по меньшей мере одной крайней детали к направлению магнитного момента центральной детали - с постепенным отклонением на угол до 90°.29. A hybrid magnetic element according to claim 1, characterized in that the connection of the parts is made with the provision of a sequential change in the direction of the magnetic moment of adjacent parts - from the direction of the magnetic moment of at least one extreme part to the direction of the magnetic moment of the central part - with a gradual deviation at an angle of up to 90°. 30. Гибридный магнитный элемент по п.1, характеризующийся тем, что по меньшей мере одна деталь ГМЭ выполнена в виде ступенчатой прямоугольной призмы, которая своей полюсной поверхностью поперечна направлению магнитного момента ГМЭ.30. A hybrid magnetic element according to claim 1, characterized in that at least one part of the HME is made in the form of a stepped rectangular prism, which, with its pole surface, is transverse to the direction of the magnetic moment of the HME. 31. Ротор электромашины, содержащий ГМЭ, характеризующийся тем, что химический состав материала деталей ГМЭ, число деталей, их форма, размер и порядок расположения в составе ГМЭ, а также схема расположения ГМЭ в роторе электромашины выбраны с возможностью обеспечения предотвращения размагничивания под действием магнитных полей, воздействующих на по меньшей мере одну деталь ГМЭ, расположенную в зоне перегрева ротора электромашины, при обеспечении заданных эксплуатационных характеристик электромашины в рабочем диапазоне оборотов вращения ротора; при этом по меньшей мере одна деталь ГМЭ, расположенная в зоне перегрева ротора, образует магнитотвердую зону, характеризующуюся значениями параметров (BH)max - максимального энергетического произведения до 445 кДж/м3, Br - остаточной индукции до 1,5 Тл, Hcj - величины коэрцитивной силы по намагниченности до 35 кЭ, Hcb - величины коэрцитивной силы по индукции до 15 кЭ, рабочей температуры до 550°С.31. A rotor of an electric machine containing a magnetic field element (GME), characterized in that the chemical composition of the material of the GME parts, the number of parts, their shape, size and arrangement order within the GME, as well as the arrangement pattern of the GME in the rotor of the electric machine are selected with the possibility of preventing demagnetization under the influence of magnetic fields acting on at least one GME part located in the overheating zone of the rotor of the electric machine, while ensuring the specified operational characteristics of the electric machine in the operating range of rotor speeds; wherein at least one part of the magnetic field element located in the rotor overheating zone forms a magnetically hard zone characterized by the values of the parameters (BH)max - maximum energy product up to 445 kJ/ m3 , Br - residual induction up to 1.5 T, Hcj - the value of the coercive force by magnetization up to 35 kOe, Hcb - the value of the coercive force by induction up to 15 kOe, and an operating temperature of up to 550°C. 32. Ротор по п.31, характеризующийся тем, что объем перекрытия зоны возможного перегрева ротора электромашины составляет не менее чем от 1,1 раза до 20 раз.32. The rotor according to paragraph 31, characterized in that the volume of overlap of the zone of possible overheating of the rotor of the electric machine is not less than 1.1 times to 20 times. 33. Способ формирования ГМЭ для ротора электромашины, характеризующийся тем, что 33. A method for forming a GME for the rotor of an electric machine, characterized in that задают эксплуатационные параметры электромашины, включая номинальные и пиковые значения мощности электромашины и крутящих моментов, значения токов в обмотке статора, а также зависимости перечисленных параметров от скорости вращения ротора,set the operating parameters of the electric machine, including the nominal and peak values of the electric machine power and torque, the values of currents in the stator winding, as well as the dependence of the listed parameters on the rotor speed, определяют зоны возможного перегрева ротора электромашины, с учетом которых формируют пакет из соединенных между собой по меньшей мере двух деталей из магнитных материалов, химический состав материала деталей ГМЭ, число деталей, их форму, размер и порядок расположения в составе ГМЭ, а также схему расположения ГМЭ в роторе электромашины выбирают с возможностью обеспечения предотвращения размагничивания под действием магнитных полей, воздействующих на по меньшей мере одну деталь ГМЭ, расположенную в зоне перегрева ротора электромашины, при обеспечении заданных эксплуатационных характеристик электромашины в рабочем диапазоне оборотов вращения ротора;zones of possible overheating of the rotor of the electric machine are determined, taking into account which a package is formed from at least two parts made of magnetic materials connected to each other, the chemical composition of the material of the magnetic component parts, the number of parts, their shape, size and order of arrangement in the magnetic component, as well as the arrangement pattern of the magnetic component in the rotor of the electric machine are selected with the possibility of ensuring the prevention of demagnetization under the influence of magnetic fields acting on at least one part of the magnetic component located in the overheating zone of the rotor of the electric machine, while ensuring the specified operational characteristics of the electric machine in the operating range of rotor speeds; при этом по меньшей мере одна деталь ГМЭ, расположенная в зоне перегрева ротора, образует магнитотвердую зону, характеризующуюся значениями параметров (BH)max - максимального энергетического произведения, до 445 кДж/м3, Br - остаточной индукции до 1,5 Тл, Hcj - величины коэрцитивной силы по намагниченности, до 35 кЭ, Hcb - величины коэрцитивной силы по индукции до 15 кЭ, рабочей температуры до 550°С.wherein at least one part of the magnetic field element located in the rotor overheating zone forms a magnetically hard zone characterized by the values of the parameters (BH)max - maximum energy product, up to 445 kJ/ m3 , Br - residual induction up to 1.5 T, Hcj - the value of the coercive force by magnetization, up to 35 kOe, Hcb - the value of the coercive force by induction up to 15 kOe, and an operating temperature of up to 550°C.
RU2025108029A 2025-04-01 Hybrid magnetic element for electric machine rotor, resistant to irreversible demagnetisation under overheating conditions, and method for its formation RU2852784C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2852784C1 true RU2852784C1 (en) 2025-12-16

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103475123A (en) * 2011-12-28 2013-12-25 瑞美技术有限责任公司 Internal permanent magnet electric machines
CN105449967B (en) * 2015-12-21 2017-11-03 哈尔滨工业大学 Composite poles formula built-in radial V-type permagnetic synchronous motor
US10714988B2 (en) * 2017-08-24 2020-07-14 Uchicago Argonne, Llc Permanent magnet design to enable higher magnetic flux density
RU2783857C1 (en) * 2022-01-19 2022-11-21 Общество С Ограниченной Ответственностью "Ампермагнит" Method for manufacturing segmented permanent magnets from off-conditional magnetic hard sintered raw

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103475123A (en) * 2011-12-28 2013-12-25 瑞美技术有限责任公司 Internal permanent magnet electric machines
CN105449967B (en) * 2015-12-21 2017-11-03 哈尔滨工业大学 Composite poles formula built-in radial V-type permagnetic synchronous motor
US10714988B2 (en) * 2017-08-24 2020-07-14 Uchicago Argonne, Llc Permanent magnet design to enable higher magnetic flux density
RU2783857C1 (en) * 2022-01-19 2022-11-21 Общество С Ограниченной Ответственностью "Ампермагнит" Method for manufacturing segmented permanent magnets from off-conditional magnetic hard sintered raw
RU2827925C1 (en) * 2023-11-22 2024-10-03 Общество С Ограниченной Ответственностью "Амт" Method of forming hybrid magnetic element for electric machine rotor, which is resistant to irreversible demagnetization under conditions of overheating

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Parviainen Design of axial-flux permanent-magnet low-speed machines and performance comparison between radial-flux and axial-flux machines
Eskandari et al. An improved 9/12 two-phase E-core switched reluctance machine
KR102393551B1 (en) Sleeve rotor synchronous reluctance electric machine
JP5502571B2 (en) Permanent magnet rotating electric machine
Damiano et al. Design of a high-speed ferrite-based brushless DC machine for electric vehicles
WO2008154358A1 (en) Conical magnets and rotor-stator structures for electrodynamic machines
Nasiri-Zarandi et al. A novel hybrid hysteresis motor with combined radial and axial flux rotors
Liu et al. Development of a new low-cost 3-D flux transverse flux FSPMM with soft magnetic composite cores and ferrite magnets
Hekmati et al. Design and analysis of a novel axial-flux slotless limited-angle torque motor with trapezoidal cross section for the stator
Profumo et al. Novel axial flux interior PM synchronous motor realized with powdered soft magnetic materials
Abramenko et al. Influence of magnetic and nonmagnetic layers in an axially laminated anisotropic rotor of a high-speed synchronous reluctance motor including manufacturing aspects
JP5761068B2 (en) Manufacturing method of rotor for IPM motor
JP4900775B2 (en) Rotor for motor and manufacturing method thereof
WO2025002463A1 (en) Rotor structure and motor
Lang et al. Analytical modeling of an axial flux magnetic-geared double-rotor machine with interior-modulating rotor
JP7426569B1 (en) Surface magnet type synchronous machine, its rotor and rotor manufacturing method
JP2018046703A (en) Permanent magnet rotary electric machine and manufacturing method thereof
RU2852784C1 (en) Hybrid magnetic element for electric machine rotor, resistant to irreversible demagnetisation under overheating conditions, and method for its formation
Gori et al. Sensitivity analysis of YASA axial flux permanent magnet machines
CN106849403B (en) Motor stator laminations with dual phase magnetic material
Wan et al. Design, analysis and prototyping of a flux switching transverse flux machine with ferrite magnets
Cui et al. High-speed synchronous reluctance motors with additively manufactured rotors
Li et al. Novel hybrid-flux-path moving-iron linear oscillatory machine with magnets on stator
Potgieter et al. Design optimisation methodology of a high-speed switched reluctance motor for automotive traction applications
Andrada Gascón et al. Electromagnetic evaluation of an in-wheel double rotor axial-flux switched reluctance motor for electric traction