Магнитная система ротора электрической машины

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к устройству роторов электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов, расположенных на роторе. Технический результат заключается в увеличении магнитного потока в воздушном зазоре электрической машины. Магнитная система ротора содержит закрепленный на валу магнитопровод, выполненный из магнитомягкого материала без разрывов по внешнему и внутреннему диаметрам, с отверстием под размещение в нем постоянного магнита. Магнит образован отдельными элементами четырех в рассматриваемом случае (по числу полюсов) полых цилиндрических постоянных магнитов. Отверстие под магнит выполнено без разрывов, имеет симметричную относительно оси вала волнообразную форму с одинаковыми расстояниями между максимумами гребней волн, расположенных вблизи расточки ротора и отстоящих на одинаковом от нее расстоянии. Помещенные в отверстие элементы постоянных магнитов имеют одинаковую магнитную полярность между каждой парой соседних максимумов волнообразного отверстия, причём эта полярность меняется на противоположную при переходе через каждый максимум. 3 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к устройству роторов электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов, расположенных на роторе, и может быть использовано как в общем, так и в специальном электромашиностроении при производстве электродвигателей и генераторов.

Известна магнитная система ротора, содержащая закрепленный на валу магнитопровод, выполненный из магнитомягкого материала без разрывов по внешнему и внутреннему диаметрам и с отверстиями под размещение в них постоянных магнитов. Отверстия выполнены прямоугольной формы с наклоном к радиальным осям (расположены вдоль хорд) таким образом, что расстояние между обращенными друг к другу и к валу боковыми поверхностями их по мере приближения к расточке ротора уменьшается, а между противоположными поверхностями тех же отверстий и в том же направлении увеличивается. Магнитная система ротора с требуемым по условию ее работоспособности чередованием вдоль расточки ротора полярностью полюсов образуется путем установки в указанные прямоугольной формы отверстия ротора намагниченных перпендикулярно боковым поверхностям призматических постоянных магнитов, причем таким образом, что каждая пара обращенных друг к другу и в сторону расточки ротора поверхности соседних магнитов имеет одинаковую магнитную полярность и полярность следующих друг за другом и ориентированных указанным образом пар магнитов вдоль расточки чередуется (патент RU 2244370, МПК Н02K 1/06, опубл. 10.01.2005).

К недостаткам рассматриваемой магнитной системы ротора относятся также и значительные по величине потоки рассеяния, которые замыкаются между магнитами, обращенными друг к другу одноименными полюсами через ферромагнитные перемычки между отверстиями под магниты как со стороны расточки ротора, так и со стороны вала, что также приводит к уменьшению магнитного потока в рабочем воздушном зазоре электрической машины и к ухудшению ее массогабаритных и энергетических показателей [патент RU 2244370, кл. Н02K 1/06, опубл. 10.01.05].

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является магнитная система ротора (см. патент RU №2316103, МПК Н02K 1/27, МПК Н02K 21/14, опубл. 27. 01. 2008 г.), которая содержит закрепленный на валу магнитопровод, выполненный из магнитомягкого материала без разрывов по внутреннему и внешнему диаметрам и с отверстиями под размещение в них постоянных магнитов. Отверстия выполнены прямоугольными с наклоном к радиальным осям (расположены вдоль хорд) таким образом, что расстояние между обращенными друг к другу и к валу боковыми поверхностями их по мере приближения к расточке ротора уменьшается, а между противоположными поверхностями тех же отверстий и в том же направлении увеличивается. Магнитная система ротора с требуемой по условию ее работоспособности чередующейся по расточке ротора полярностью полюсов образуется путем установки в указанные прямоугольной формы отверстия ротора намагниченных перпендикулярно боковым поверхностям постоянных магнитов, причем таким образом, что каждая пара обращенных друг к другу и в сторону расточки ротора поверхностей соседних призматических магнитов имеет одинаковую магнитную полярность, а полярность следующих друг за другом таких пар магнитов вдоль расточки чередуется.

Однако такая магнитная система ротора отличается наличием воздушной полости, прилегающей к торцам постоянных магнитов со стороны вала, что способствует лишь уменьшению магнитных потоков рассеяния в этой области, но не устраняет их полностью.

Техническая задача изобретения заключается в полном устранении потоков рассеяния с поверхностей постоянных магнитов, расположенных вблизи вала.

Техническим результатом изобретения является увеличение магнитного потока постоянных магнитов в воздушном зазоре электрической машины и ее мощности при тех же размерах ротора или уменьшение размеров ротора при той же мощности.

Это достигается тем, что в известной магнитной системе ротора, содержащей закрепленный на валу, выполненный из магнитомягкого материала магнитопровод без разрывов по внутреннему и внешнему диаметрам, с отверстиями и расположенными в них постоянными магнитами, все отверстия объединены в одно симметрично расположенное относительно оси вала и полностью заполненное постоянными магнитами отверстие, имеющее волнообразную форму с одинаковыми расстояниями между максимумами гребней волн, расположенных вблизи расточки ротора и отстоящих на одинаковом от нее расстоянии, а помещенные в отверстие постоянные магниты имеют одинаковую магнитную полярность между каждой парой соседних максимумов и эта полярность поочередно меняется на противоположную при переходе через каждый максимум.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показано поперечное сечение одного из возможных вариантов магнитной системы четырехполюсного ротора с одним симметрично расположенным относительно оси вала волнообразным отверстием, образованным из прилегающих друг к другу участков четырех одинаковых цилиндрических отверстий и полностью заполненным материалом постоянных магнитов. На фиг.2 показана часть элементов цилиндрических постоянных магнитов, размещенных в этом отверстии с проставленными на них буквенными обозначениями этих же элементов постоянных магнитов на фиг.1. На фиг.3 в пределах половины полюсного деления ротора показаны контуры обращенных к расточке ротора участков поверхностей постоянных магнитов при их призматической, очерченной пунктирными линиями, и цилиндрической формах. На этом же чертеже приведены численные значения их длин L₂ и L₁ соответственно и отношения этих длин L₁/L₂.

Магнитная система ротора содержит закрепленный на валу 1 магнитопровод 2, выполненный из магнитомягкого материала без разрывов по внешнему и внутреннему диаметрам и с отверстием 3 под размещение в нем постоянного магнита, образованного отдельными элементами четырех в рассматриваемом случае (по числу полюсов) полых цилиндрических постоянных магнитов, два из которых показаны на фиг.2. Отверстие 3 выполнено без разрывов, имеет симметричную относительно оси вала 1 волнообразную форму с одинаковыми расстояниями между максимумами гребней волн, расположенных вблизи расточки ротора и отстоящих на одинаковом от нее расстоянии, а помещенные в отверстие элементы 6-17 постоянных магнитов имеют одинаковую магнитную полярность между каждой парой соседних максимумов волнообразного отверстия и эта полярность поочередно меняется на противоположную при переходе через каждый максимум.

Выполнение магнитной системы ротора указанным способом позволяет, как это следует из данных сравнения длин L₁ и L₂ (фиг.2) боковых поверхностей постоянных магнитов при призматической и волнообразной их форме, сформированной из отдельных элементов (участков) целостных цилиндрических постоянных магнитов (см. фиг.2), увеличить площадь активной поверхности постоянного магнита на полюсном делении при четырехполюсной магнитной системе ротора и соответственно магнитный поток полюса примерно на 25% (в 1,24 раза). При шестиполюсной магнитной системе ротора активная площадь постоянного магнита в пределах полюсного деления и поток полюса увеличиваются в 1,32 раза.

Это обстоятельство свидетельствует о преимуществе заявляемой магнитной системы ротора перед магнитными системами ротора с призматическими магнитами с точки зрения способности преобразования большего объема электрической энергии в механическую и обратного ее преобразования при одинаковых размерах ротора и с точки зрения получения одной и той же мощности при меньших размерах электрической машины. В заявляемой магнитной системе ротора отсутствует рассеяние магнитного потока с обращенной к ротору поверхности постоянного магнита, что способствует дополнительному увеличению магнитного потока, отдаваемого постоянным магнитом во внешнюю магнитную цепь, и улучшению его технических характеристик.

Соединение элементов магнитной системы ротора в единую механически прочную конструкцию можно обеспечить несколькими способами. Например, это можно осуществить, используя для этой цели, например, стержни 4 и 5, стягивающие напрессованные на вал с обеих торцевых сторон ротора немагнитные дисковые шайбы. Возможны и другие способы взаимного крепления конструктивных элементов ротора в единую механически прочную конструкцию.

Использование изобретения позволяет увеличить магнитный поток постоянных магнитов в воздушном зазоре электрической машины и ее мощность при тех же размерах ротора или уменьшить размеры ротора при той же мощности.

Магнитная система ротора электрической машины, содержащая закрепленный на валу магнитопровод, выполненный из магнитомягкого материала без разрывов по внешнему и внутреннему диаметрам с отверстиями и установленными в каждом из них постоянными магнитами, отличающаяся тем, что все отверстия объединены в одно симметрично расположенное относительно оси вала и полностью заполненное постоянными магнитами отверстие, имеющее волнообразную форму с одинаковыми расстояниями между максимумами гребней волн, расположенных вблизи расточки ротора и отстоящих на одинаковом от нее расстоянии, а помещенные в отверстие постоянные магниты имеют одинаковую магнитную полярность между каждой парой соседних максимумов, и эта полярность поочередно меняется на противоположную при переходе через каждый максимум.