Вращающаяся электрическая машина с постоянными магнитами

 

Изобретение относится к электрическим машинам с постоянными магнитами. Целью изобретения является улучшение скоростных характеристик машины при малых нагрузках и увеличение стопорного момента. Машина содержит статор 1 с цилиндрическим магнитопроводящим ярмом 2. На ярме 2 установлены полюса 3 из постоянных магнитов. Ротор 4 установлен на валу 5. Между внешней поверхностью ротора 4 и полюсами 3 существует воздушный зазор. В пазах ротора 4 размещена обмотка 6. Полюса 3 выполнены из материала с относительно большой коэрцитивной силой и малой остаточной намагниченностью, например из феррита. С сильным краем каждого полюса 3 взаимодействует магнитный шунт 7, выполненный в виде @ - образной детали. Шунты 7 выполнены из материала с большой индукцией насыщения. Каждый шунт содержит первую часть, утопленную в поверхности полюса 3, вторую часть 9, прилегающую к ярму 2. Части 8 и 9 соединяются радиально направленной частью. Назначение шунта 7 при малых токах якоря в создании пути для пропускания магнитного потока напрямую между воздушным зазором и ярмом. При большом токе якоря увеличенная магнитная индукция у сильного края полюса дополнительно усиливается шунтом, в результате чего возрастает вращающийся момент. При малой нагрузке шунт отводит часть магнитного потока непосредственно на ярмо, что приводит к увеличению скорости якоря. Даны варианты выполнения шунта. 13 з.п.ф-лы, 22 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (И) (51) 4 Н 02 К 23/04, 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTKPbITHSIM

ПРИ П(НТ СССР (21) 3673514/24-07 (22) 21.11.83 (31) 8233268 (32) 22.11.82 (33) GB (46) 15.12.89. Бюл. II 46 (71) Лукас Индастриз Паблик Лимитед

Компани (СВ) (72) Джон Годфри Уилсон Вест (СВ) (53) 621.313.2 (088.8) (56) .Авторское свидетельство СССР

У 131397, кл. Н 02 К 23/04, 1959.

Патент ФРГ У 2512273, кл, Н 02 К 23/04, 1975. (54) ВРАЩАВ)РУГАЯСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

С ПОСТОЯННИ%1 МАГНИТАМИ (57) Изобретение относится к электрическим машинам с постоянными магнитами. Целью изобретения является улучшение скоростных характеристик машины при малых нагрузках и увеличение стопорного момента. Машина содержит

2 статор 1 с цилиндрическим магнитопроводящим ярмом 2. На ярме 2 установлены полюса 3 из постоянных магнитов.

Ротор 4 установлен на валу 5. Между внешней поверхностью ротора 4 и полюсами 3 существует воздушный зазор.

В пазах ротора 4 размещена обмотка 6.

Полюса 3 выполнены иэ материала с относительно большой коэрцитивной силой и малой остаточной намагниченностью, например из феррита. С сильным краем каждого полюса 3 взаимодействует магнитный шунт 7, выполненный в виде S -образной детали. Шунты 7 выполнены иэ материала с большой индукцией насыщения. Каждый шунт содержит первую часть, утопленную в поверхности полюса 3, вторую часть 9, прилегающую к ярму 2. Части 8 и 9 соединяются радиально направленной частью.

Шунт 7 при малых токах якоря создает путь для пропускания магнитного потока напрямую между воздушным зазором

1530105

35.

55 и ярмом. Прн большом токе якоря увеличенная магнитная индукция у сильного края полюса дополнительно усиливается шунтом, в результате чего возрастает вращающийся момент. Ири

Изобретение относится к электрическим машинам с постоянными магнитами.

Цель изобретейия — улучшение скоростных характеристик машины при малых нагрузках и увеличение стопорного момента.

На фиг. 1 изображена машина, об1щий вид; на фиг. 2-22 — шунты и экраны предлагаемой машины, примеры исполнения.

Машина содержит статор 1 с цилиндрическим магнитопроводя((им ярмом 2. На ярме 2 установлены полюса

3 из постоянных магнитов. Ротор 4 установлен на валу 5. Между внешней поверхностью ротора 4 и полюсами 3 существует воздушный зазор. В нлзах ротора 4 размещена обмотка б. Полюса

3 выполнены »з материала с относительно большой коэрцитив»ой с»лой и малой остаточной намагниченностью, например из феррита. По форме клждь(й полюс является сегментом цилиндра.

Если принять показанное на ф»г. 1 стрелкой А направление вращения ротора 4 (против часовой стрелки), то расположенную по окружности по часовой стрелке половину каждого полюса 3 можно рассматривать как набегающую часть, тогда как другую часть, расположенную против часовой стрелки, можно рассматривать как сбегающую часть. В двигательном режиме при протекании тока по обмотке 6 возникает реакция якоря и под ее влиянием магнитная индукция концентрируется у набегаюц1его края каждого полюса, тогда как у сбегающего края полюса магнитная индукция уменьшается. На фиг. 1 расположенная по часовой стрелке торцовая область каждого полюса является сильным краем, а расположенная против часовой стрелкислабым краем. С сильным краем каждого полюса 3 взаимодействует магнитный шунт 7, выполненный в виде 3 --образной детали. Шунты 7 выполнены из материала с больной индукцией насыщения. Каждый шунт проходит по всей малой нагрузке нунт отводит часть магнитного потока непосредственно на ярмо, что приводит к увеличению скорости якоря. Даны варианты выполнения шунта. 13 з.п,ф-лы, 22 ил. аксиапьной длине полюса н содержит первую члсть 8, утопленную в поверхности нолюсл 3, » вторую часть 9, пр»легающую к ярму 2. Части 8 и 9 соединяится рлд»аль»о направленной частью. Ири малых токах якоря шунт 7 создлет путь дпя пропускав»(я магнитного потокл нлпрямуи между воздушным злзорол(и ярмом. Ири больном токе якоря увеличенная магнитная индукция у с»пьного крля полиса дополнительно ус»л»влется (((y((rn((, в результате чего возрлстлет врлшлющпйся момент. При малой »a(руз,е пу((т отвод»т часть ((ar»»(((n(n »oa< xa »епосредствеуно на ярмо, что приводит к увеJ(» (e(IH!o сКо рости якоря. Веде»»е шунтов 7 меняет рлбоч»е хлрлктери<.т»кн двигателя при остлнове » малой нлгрузке. Обычно шупть(7 кре((ятся к ярму 2. Шунты 7 используют в качестве средства для злкреп.пе»ия полю(оп 3 (ф»г. 2). Каждый шунт 7 пр» пыпол((енин согллсно фиг. 2 состлвляет члсть зажима для прикрепления к ярму 2 смежных полюсов 3. Шунт 7 снабжен экраном 10 со стороны слабого края полюса. Необходимо, чтобы экран 10 сллбого края не

1 образовывал шунтл, чтобы не пропускать магнитный поток напрямую

»з воздушного злзорл у торца слабого края полюса 3 к ярму 2. Поэтому в рлд»аль»ой ветви экрана 10 имеется большое отверстие 11, благодаря нему внутри между ярмом 2 и экраном 10 имеется малое количество магнитопроводящего материала. Экраны 10 желательно также врезать в поверхность полюса 3. Каждый экран и каждый шунт могут быть выполнены по отдельности из малоуглеродистой стали и отдельно крепиться с помощью заклепок к ярму 2. Согласно фиг. 3 — 5 экраны

10 и шунты 7 образуют часть кольца из малоуглеродистой стали. Соединение части 8 нунта 7 с экраном 10 этого же полюса выполняется с помощью фигурных фланцев 12, входящих в соединение с противоположными лксиальными краями полюса 3. 11а фиг. 4 пока153010 тока якоря.

1. Вращающаяся электрическая машина с постоянными магнитами, содержащая систему возбуждения, выполненную в виде полюсов из постоянных магнитов, укрепленных на магнитопроводящем ярме, якорь с обмоткой и магнитные шунты, отличающаяся тем, что, с целью улучшения скоростных характеристик машины при малых нагрузках и увеличения стопорного момента, шунты выполнены из материала с большой индукцией насыщения и зано отверстие 13, сквозь которое выступает полюс 3. На Лиг. 5 представлена секция заготовки для получения кольца. На фиг. 6 и 7 ттоказаны варианты конструкции кольца. Плоскую полоску стали подвергают штамповке для получения отверстий 13 и 14, Согласно фиг. 8 — 10 конструкция также имеет форму кольца, однако с компонентами, полученными эа счет прессования кольцо 15 иэ стали образует такую конструкцию. Материал кольца сравнительно тонок, поэтому карманы образуют выступы 16 внутри кольца.

Из фиг. 10 видно, что экран 10 магнитно отделен от оставшейся части кольца 15 отверстиями 11, имеется лишь соедитпттельный материал. На фиг. 12 показан вариант выполнения 20 кольца 15. Полоса 17 из стали, длина которой равна внутренней окружности ярма 2, пробивается в местах, соответствующих размещению полюсов, при этом образуются отверстия 18, а также щитки 19 и 20, отгибаемые от полосы для образования шунта и экрана.

В ттитке 19, образующем экран 10, выполняются отверстия 21 для удаления металла, шунтирующего магнитный поток. В конструкции по фиг. 13 и 14 и шунты, и экраны выполнены из полосы стали. Шунты и экраны удерживаются друг относительно друга с помощью двух колец ?? из немагнитного материала. На фиг. 15-18 представттены чарианты, обеспечивающие получение широкой дуги охвата при сохранении достоинств малой дуги. По фиг. 15 дуговая длина каждого полюса 3 уменьшена примерно на 20/. К нунту дополни40 тельно присоединен полюсный наконечник Г-образной формы с частями 23 и

24, скрепленными с радиальной частью шунта, часть 25 наконечника направтлена копланарно с частью 8 шунта и в 45 противоположную сторону. Из фиг. 16 видно, что части 8 и 9 и радиальная часть шунта проходят по всей длине полюса, с которым они взаимодействуют. Часть 23 наконечника короче и 50 равна по аксиальной длине сердечнику ротора 4 машины. Согласно фиг. 18 полюсный наконечник выполнен S-образной формы и содержит часть 26, находящуюся в зацеплении с частью 9 55 шунта. Часть 27 наконечника расположена параллельно и на расстоянии от радиальной части шунта. Имеется также часть 28 наконечника, направлен"

5 6 ная к части 8 шунта, но не касающаяся шунта. Между частью Я шунта и частью 28 наконечника имеется воздушный зазор 29. На фиг. 19-22 показан полюс 3, выполненный с отверстием, направленным от поверхности, обращенной к воздушному зазору, к ярму 2.

Отверстие 30 выполнено в виде аксиально удлиненной щели. Радиальттая частт

3l шунта имеет в поперечном сечении

Т-образную форму, причем часть 32 является ножкой Х", а поперечина

"Т проходит по всей аксиальной длине полюса 3 и утоплена в его поверхности. Из фиг. 19 видно, что часть

33 не доходит до края полюса 3. На фиг. 21 тт 22 изображена модттфикация конструкции по фиг. 19 и 20, в которой радиальная часть 32, проходящая сквозь полюс 3, не используется. В этом случае нунт имеет форму радиально направленной полосы 34, в которой имеется центральньп» участок 35. По концам полосы имеются радиально направленные участки 36, проходящие вдоль аксиальных торцовых поверхнос.iåé полюсов и отогнутые по концам наружу для образования участков 37, входящих в зацепление с внутренней поверхностью ярма 2.

Применение магнитного щунта у сильного края может быть использовано в генераторах постоянного тока. Возможно применение шунтов и в генераторах переменного тока, при этом шунт обеспечивает дополнительное возбуждение с увеличением тока, т гда как при малых токах происходит уменьшение магнитного потока тт сокращаются потери стали. Применение шунта обеспечивает также защитный эффект для постоянного магнита полюса и уменьшает размагничивание полюса от

Формула изобретения

1З3010З

30 размещены на набегающей стороне каждого полюса, причем одна часть шунта примыкает к ярму, вторая часть — к боковой поверхности полюса, а третья — 5 к поверхности полюса, обращенной к зазору машины

2. Машина по п. 1, о т и и ч а ющ а я с я тем, что магнитные шунты укреплены на ярме. 10

3. Машина по п. 2, о т л и ч а ющ а я с я тем, что магнитные шунты снабжены средством крепления к ярму.

4. Машина по пп. 1-3, о т л ич а ю щ а я с я тем, что каждый полюс со сбегающей стороны снабжен экраном, ввпчолненным по форме шуыта с отверстиями в нем

5. Машина по пп. 1-3, о т л ич а ю щ а я с я тем, что шунты сое- 20 динены мелку собой и образуют единый кольцевой элемент из материала с большой индукцией насыщения..

6. Машина по пп. 1-3, о т л ич а ю щ а я с я тем, что каждый 25 шунт соединен с экраном и вместе они образуют единый кольцевой элемент, причем число шунтов равно числу экранов.

7. Машина по пп. 1-6, о т л ичающая с я тем, что на поверхности полюса, обраг енной к зазору машины, выполнены выемки, в которых размещена часть шунта, причем глубина выемок равна ширине устанавливае35 мой части нунта.

8. Машина по пп. 1-7, о т л ич а ю щ а я с я тем,что длина по- . верхности полюса, обращенной к злзору1на которой установлен шунт, со«тавляет не более 50Х и не менее 107 длины поверхности всего полюса.

9. Машина по пп. 1-7, о т л ич а ю щ а я с я тем, что длина поверхности полюса, обращенной к зазору, на которой установлен шунт, составляет не более 407. и не менее 207

11. Машина по и, 10, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что часть наконечника, обращенная к зазору, выполнена на одном уровне с частью шунта, примыкающего к зазору.

12. Машина по п. 10, о т л и ч а ю щ л я с я тем, что наконечник установлен с зазором относительно шунтл, расположенного на полюсе. по пп. 1-3, о т л ия тем, что шунт выполксилльной длине полюса. по п. 12, о т л и я тем, что наконеч5 -образным, à его

1 3. Машина ющаяс по всей л

4. Машина ч а нен

1 чающая< ник

Выполнен ток, обрл относител шинный к шунту, располоьно щунтл с. зазором. учас жен

) длины поверхности всего полюса.

10, Машина по пп. 1-3, о т л ич а ю щ а я с я тем, что каждый шунт снабжен полюсным наконечником, одна часть которого примыкает к средней части шунта, л другая — к зазору и обращена в сторону, противоположную полюсу, к которому шунт примыкает.

8 фыр

10

1530105

1530105

j11

gdz, 10

@Llz. 11

1530105

Фиг. 15

Фиг. 1б

1> 3010

10 3!

Фиг.19

Фиг. 20

4ьг.21

Фиг. 22

Составитель С.Шутова

Техред Л.Сердюкова

Корректор М.Пожо

Редактор А.Огар

Заказ 7767/59 Тираж 648 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101