Многополюсный ротор электрической машины с постоянными магнитами

 

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - улучшение использования объема ротора. Ротор с постоянными магнитами состоит из n полюсов 1 и n межполюсных элементов 3 (n - количество полюсов магнита) с прямолинейной кристаллической и магнитной текстурой. Полюсные участки имеют в сечении форму секторов, а межполюсные участки - форму равнобедренных трапеций. Размеры участков позволяют достичь максимального значения магнитного потока при минимальной массе постоянных магнитов. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение касается электрических машин, а именно многополюсных роторов с постоянными магнитами для электрических машин. Целью изобретения является улучшение использования объема ротора. На фиг. 1 показано сечение ротора с 2р 4 полюсами для случая, когда межполюсные элементы в сечении представляют собой равнобедренные трапеции; на фиг. 2 - силовые линии вектора намагниченности в намагниченном до насыщения состоянии всех участков ротора. Многополюсный (в частности, четырехполюсный) ротор состоит из 2р полюсов 1 из анизотропного магнитотвердого материала с кристаллической и магнитной текстурой, параллельной осям соответствующих полюсов 1, выполненных в сечении по форме секторов, ограниченных полюсной дугой, равной (выраженной в радианах), и двумя отрезками хорд 2, проведенных из концов полюсной дуги до их пересечения на оси полюса. Ротор состоит также из 2р межполюсных элементов 3 из такого же или другого анизотропного магнитотвердого материала, в сечении заполняющих полностью или частично оставшуюся после заполнения полюсами 1 часть круга, причем боковые грани межполюсных элементов 3 прилегают к соответствующим боковым граням полюсов 1 по всей поверхности их разноименными полюсами. Оси легкого намагничивания межполюсных элементов 3 направлены перпендикулярно их радиальным плоскостям симметрии. Вал 4 ротора при неполном заполнении приосевого пространства магнитотвердым материалом изготовлен из немагнитного материала. Отрезки хорд 2, ограничивающие полюса 1, могут быть размещены под углом α= (60°+ ), где β - величина дуги полюса ротора; τ - величина полюсного деления ротора. Многополюсный ротор с постоянными магнитами для электрических машин изготавливается и работает следующим образом. Из магнитотвердого материала, имеющего прямолинейную кpисталлическую и магнитную текстуру (например, ЮНДК-35Т5БА), вырезаются цилиндрические участки, имеющие в сечении описанную выше форму, с направлением осей легкого намагничивания, параллельным радиальным осям для полюсов 1 и перпендикулярным радиальным плоскостям симметрии для межполюсных элементов 3. Затем эти участки соединяются, например склеиваются. При этом боковые грани полюсов 1 склеиваются с боковыми гранями межполюсных элементов. В процессе сборки межполюсные элементы 3 ротора можно наклеивать на немагнитный вал 4 с соответствующей формой сечения, если межполюсные элементы 3 занимают не все оставшееся после заполнения полюсными участками пространство кругового цилиндра и если при намагничивании в приосевую полость не будут помещаться проводники с током. После сборки ротор намагничивается в том устройстве, в котором будет работать, или в обычном индукторе. При намагничивании ротора в индукторе после намагничивания он перемещается с сохранением магнитной цепи в устройство (электрическую машину), в котором будет работать, создавая магнитный поток возбуждения, внутренняя свободная от материала часть ротора, если она имеется, заполняется немагнитным материалом (ротор насаживается на вал 4). При отсутствии приосевой свободной части пространства вал 4 присоединяется (например, приклеивается) к торцовым поверхностям ротора. Выполнение межполюсных цилиндрических элементов из анизотропного магнитотвердого материала позволяет достичь того, что в намагниченном до насыщения состоянии всех участков ротора вдоль осей легкого намагничивания магнитное поле ротора создается магнитными зарядами, расположенными на поверхности полюсов 1, имеющих в сечении форму дуги окружности по величине, равной дуге полюса ротор β (меньшей или равной полюсному делению τ). Кроме этих зарядов на границах раздела полюсов 1 и межполюсных элементов 3 возникают магнитные заряды того же знака, что и на поверхности соответствующего полюса 1. Величина потока поля внутренних зарядов зависит от положения точки пересечения границ раздела полюсных и межполюсных участков с осью полюса 1, т. е. от угла α. Например, для четырехполюсного ротора поток поля внутренних зарядов при оптимальном угле α. , выполненном по указанной формуле, и β = 0,5 τ составляет 26% от потока поверхностных зарядов, т. е. предлагаемый ротор будет создавать поток на 26% больший, чем прототип, изготовленный из того же материала. При увеличении количества полюсов 1 вклад поля внутренних зарядов в магнитный поток растет. Так, для 14-полюсного ротора при β = 0,5 τ и α, выполненном по формуле, поток поля внутренних зарядов составляет 53% от потока поля поверхностных зарядов. Если межполюсные участки полностью в сечении заполняют оставшуюся после заполнения полюсами часть круга, то возникают дополнительные магнитные заряды на поверхности ротора и на границах между межполюсными элементами 3. И те и другие заряды увеличивают магнитный поток. Многополюсный ротор с постоянными магнитами по сравнению с прототипом создает существенно больший магнитный поток на полюс за счет формы участков с прямолинейной кристаллической и магнитной текстурой, способствующей появлению внутренних магнитных зарядов, создающих дополнительный положительный поток: количество полюсов магнита может быть существенно увеличено с сохранением суммарного (на все полюсы) магнитного потока: масса ротора убывает с возрастанием количества полюсов, что обеспечивает существенно больший, чем у прототипа, магнитный поток на единицу массы ротора для роторов с большим количеством полюсов: отпадает необходимость во втулке из магнитомягкого материала: вал ротора электрической машины может быть изготовлен из легкого немагнитного материала, при этом существенно уменьшится масса машины и момент инерции ротора; свободное пространство в окрестности оси ротора (если оно имеется) может быть использовано для размещения стержней с током с целью получения оптимальной топографии намагничивающего поля. (56) Авторское свидетельство СССР N 608239, кл. Н 02 К 21/14, 1977. Авторское свидетельство СССР N 647797, кл. Н 02 К 21/14, 1978.

Формула изобретения

1. МНОГОПОЛЮСНЫЙ РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ, содержащий 2p ≥ 4 полюсов из анизотропного магнитотвердого материала, намагниченных вдоль осей полюсов, межполюсные элементы из магнитного материала, отличающийся тем, что, с целью улучшения использования объема ротора, полюса в сечении выполнены в форме секторов, ограниченных отрезками хорд, межполюсные элементы выполнены из анизотропного магнитотвердого материала, оси легкого намагничивания которых расположены перпендикулярно радиальным плоскостям симметрии межполюсных участков, которые намагничены в направлении указанной оси и прилегают к боковым граням полюсов по всей их поверхности разноименными полюсами. 2. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что отрезки хорд, ограничивающие секторы сечений полюсов, размещены под углом α= 60°+ где β - величина дуги полюса ротора; τ - величина полюсного деления ротора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2