РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области электротехники, а именно, к конструкции роторов с сердечниками из постоянных магнитов.
Из уровня техники известен ротор электрической машины, включающий пакет перфорированных пластин из магнитомягкого железа и постоянные магниты, установленные в пазах, которые образованы отверстиями в указанных пластинах и попарно расположены по периметру ротора в виде симметричных относительно радиуса ротора секций (см. патент US 2010181864, кл. H02K 1/06, опубл. 22.07.2010). Недостатками известного устройства являются недостаточная эффективность преобразования энергии и неравномерность вращения ротора.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в снижении потока рассеяния магнитной энергии постоянных магнитов за счет повышения равномерности создаваемого магнитного поля.
a
a
Согласно первому варианту поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в роторе электрической машины, включающем пакет перфорированных пластин из магнитомягкого железа и постоянные магниты, установленные в пазах, которые образованы отверстиями в указанных пластинах и попарно расположены по периметру ротора в виде симметричных относительно радиуса ротора секций, в каждой секции пазы состоят из двух участков - внутреннего участка, расположенного под углом =60-90° к радиусу ротора, и внешнего участка, расположенного под углом b=(0.2-03) к внутреннему участку, причем в каждом участке пазов расположен прямой постоянный магнит.
a
a
Согласно второму варианту поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в роторе электрической машины, включающем пакет перфорированных пластин из магнитомягкого железа и постоянные магниты, установленные в пазах, которые образованы отверстиями в указанных пластинах и попарно расположены по периметру ротора в виде симметричных относительно радиуса ротора секций, в каждой секции пазы состоят из двух участков - внутреннего участка, расположенного под углом =60-90° к радиусу ротора, и внешнего участка, расположенного под углом b=(0.2-0.3) к внутреннему участку, причем в обоих участках каждого паза расположен единый изогнутый магнит соответствующей формы.
На фиг. 1 представлен сектор предлагаемого ротора по первому варианту выполнения;
на фиг. 2 - участок ротора с тремя секторами по второму варианту выполнения;
на фиг. 3 - часть конструкции электрической машины с предлагаемым ротором по первому варианту выполнения (пунктирными линиями Φq показан магнитопровод);
на фиг. 4 изображено изменение крутящего момента на валу предлагаемого ротора во времени.
Основными задачами проектирования ротора является уменьшение потока рассеяния магнитной энергии постоянных магнитов в роторе, их надежная фиксация, снижение потоков рассеяния, возникающих от индуцируемых магнитных полей в зазоре между статором и ротором, уменьшение неравномерности крутящего момента на валу, способствующее подавлению шума и вибраций электрической машины, а также снижение массогабаритных показателей. В предлагаемом устройстве поставленные задачи решаются посредством снижения потоков рассеяния и как следствие увеличения магнитного потока при заданном габарите ротора за счет оптимального расположения магнитов и разделением полюса на составные части.
а
а
Предлагаемый ротор электрической машины состоит из пакета перфорированных пластин 1 из магнитомягкого железа и постоянных магнитов 2 из редкоземельных металлов с радиальной намагниченностью, установленных в пазах, образованных отверстиями в указанных пластинах 1. Пазы попарно расположены по периметру ротора в виде симметричных относительно радиуса ротора Lq V-образных секций. В каждой секции пазы состоят из двух участков - внутреннего 3 и внешнего 4 - и снабжены отверстиями 5 под клеевую основу. Внутренний участок 3 расположен под углом =60-90° к радиусу ротора Lq. Внешний участок 4 расположен под углом b=(0.2-0.3) к внутреннему участку.
В первом варианте выполнения предлагаемого ротора в каждом участке 3-4 пазов расположен прямой постоянный магнит 2 (см. фиг. 1, 3). Во втором варианте или в обоих участках 3-4 каждого паза расположен единый изогнутый магнит 2 соответствующей формы (см. фиг. 2).
Увеличение энергетических показателей при высокой технологичности ротора и, как следствие, увеличение рабочего магнитного потока и его равномерности достигается за счет снижения потоков рассеивания вдоль зоны c. Для этого постоянные магниты 2 призматической формы с радиальной намагниченностью N-S (стрелки показывают направление потока) установлены под наклоном. Магниты 2, образующие полюс, установлены таким образом, чтобы плоскость намагничивания магнитов была касательной к дуге окружности радиуса R. Угол b может быть определен как
а
Угол  может быть определен исходя из следующего уравнения
,
где t - ширина магнита;
R - конструктивная величина, выбор которой обусловлен обеспечением одинакового значения магнитной индукции как в статоре так и роторе;
X - величина перемычки между пазами (определяется прочностью конструкции ротора при заданной частоте вращения).
1
q
Равномерность магнитного поля в зоне полюса достигается за счет того что магниты 2, образующие полюс, расположены не на одной оси, а под углом друг к другу по касательным к плоскости намагничивания и вписаны в сектор кольца (внешний радиус кольца - R внутренний - R) с центром, обеспечивающим наиболее эффективное использование магнитопровода Φ. При этом лучший эффект достигается когда:
1
m
R-R→d,
m
где d - ширина постоянного магнита 2.
a
a
a
Данное требование достигается оптимизацией размеров самого магнита (шириной t) и, по описанным выше требованиям, подбора углов  и b. По указанным уравнениям расчетным путем были получены следующие значения углов: =60-90° и b=(0.2-0.3). Оптимальность указанных значений была впоследствии подтверждена экспериментально.
При воздействии внешнего магнитного поля в магнитах наводятся вихревые токи. Потери от действия внешнего магнитного поля на магнит можно представить следующим образом
где P - мощность потерь
t - ширина магнита, м
f - частота, Гц
Bm - магнитная индукция в зазоре, Тл
p - проводимость магнита, Гн/м
Как следствие, чем выше ширина воздействия магнитного поля на магнит и чем выше индукция в воздушном зазоре, тем выше потери, создаваемые внешним магнитным полем. Разделение магнитов на составные части (т.е. разделение пазов на участки, расположенные под углом друг к другу) обеспечит уменьшение указанных потерь.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет снизить поток рассеяния магнитной энергии постоянных магнитов в теле ротора, обеспечить равномерность магнитного поля (равномерное распределение вектора магнитной индукции в зазоре под полюсом), уменьшить неравномерность крутящего момента на валу и, как следствие, увеличить КПД электрической машины при сохранении оптимальных габаритов массы ротора.