СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ ТОРЦЕВОЙ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к торцевым электрическим машинам с постоянными магнитами на роторе, и может быть использована в системах возбуждения торцевых электрических машин.
Известен моментный вентильный двигатель торцевого типа (Патент на полезную модель RU №72367, МПК Н02К 26/00, 2008 г.) содержащий два статора с тороидальными магнитопроводами и кольцевыми обмотками и ротор дискового типа с постоянными магнитами чередующейся полярности и осевой намагниченностью, ротор выполнен из двух дисков, соосно расположенных и жестко связанных между собой, при этом диски ротора снабжены системой возбуждения, включающей магнитопроводы и постоянные магниты, охватывающие через рабочие торцевые зазоры наружные поверхности обоих статоров и жестко соединенные с рабочими валами, выполненными полыми.
Недостатком системы возбуждения указанного двигателя является необходимость надежного крепления плоских магнитов на плоской поверхности сердечника, часть стали под магнитом остается недоиспользованной ввиду малого ее насыщения, созданная плоскими магнитами форма поля в зазоре близка к трапецеидальной и содержит достаточное количество высших гармонических составляющих.
Известна система возбуждения торцевой электрической машины (Авторское свидетельство на полезную модель RU №4419, МПК Н02К 1/27, 1997 г.), содержащая магнитопровод, выполненный в виде цилиндра из магнитомягкого материала с аксиальными отверстиями, в которых установлены постоянные магниты, выполненные в виде колец, намагниченных радиально, при этом полюса выполнены в виде цилиндрических стержней, расположенных внутри указанных магнитов, и по торцам имеют выступы.
Недостатком указанного технического решения является сложность в изготовлении, а так же то, что при реализации тихоходности (большого числа пар полюсов) уменьшится эффективность использования материалов, масса и габариты машины будут завышенными.
Известна система возбуждения электрических машин с постоянными магнитами (Паластин Л.М., Электрические машины автономных источников питания, М: «Энергия», 1972, стр.115-119), принятая за прототип, в которой постоянные магниты выполнены в виде брусков и намагничены в аксиальном направлении. Магниты расположены на вращающемся диске таким образом, что на торцевых его поверхностях, обращенных к неподвижным статорам с якорными обмотками, образуется ряд полюсов чередующейся полярности.
Недостатком указанной системы возбуждения является то, что часть стали под магнитом остается недоиспользованной ввиду малого ее насыщения, созданная плоскими магнитами форма поля в зазоре близка к трапецеидальной и содержит высшие гармонические составляющие, в конструкции нет элементов, препятствующих тангенциальному сдвигу магнита под действием вращающего момента.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в увеличении полезной мощности при сохранении объема машины, в улучшении формы поля возбуждения в рабочем зазоре, а также в повышении надежности за счет увеличения площади крепления постоянных магнитов к магнитопроводу и наличия конструктивного препятствования их тангенциальному сдвигу.
Технический результат достигается тем, что система возбуждения торцевой магнитоэлектрической машины содержит магнитопровод с равномерно размещенными по окружности аксиально намагниченными постоянными магнитами, образующими полюса чередующейся полярности. Постоянные магниты в поперечном сечении имеют форму пятиугольника и зафиксированы в треугольных выемках, выполненных на торцевой поверхности кольцевого магнитопровода по осям полюсов, проходящих через вершины выемок. Плоские поверхности магнитов, обращенные к рабочему зазору, имеют форму прямоугольника, трапеции или сектора кольца. Кольцевой магнитопровод может быть выполнен сборным из модулей трапецеидального сечения, установленных на роторе.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена система возбуждения торцевой магнитоэлектрической машины.
На фиг.2 изображено распределение магнитного поля в торцевой магнитоэлектрической машине с магнитами прямоугольного сечения на полюсном делении.
На фиг.3 изображено распределение магнитного поля в торцевой магнитоэлектрической машине с магнитами пятиугольного сечения на полюсном делении.
На фиг.4 изображено распределение силовых линий на двух полюсных делениях ротора.
На фиг.5 изображен магнитопровод ротора, выполненный из модулей трапецеидального сечения.
Система возбуждения торцевой магнитоэлектрической машины содержит магнитопровод 1, выполненный в форме кольца из ферромагнитного материала. На одной из торцевых поверхностей магнитопровода 1 по окружности равномерно выполнены выемки треугольного сечения, второй торцевой поверхностью магнитопровод крепится к ротору. Аксиально намагниченные постоянные магниты 2, имеющие в поперечном сечении форму пятиугольника, жестко закреплены в треугольных выемках магнитопровода 1 таким образом, что образуют выступы. Поверхности магнита 2, обращенные к рабочему зазору, плоские и могут иметь форму прямоугольника, трапеции или сектора кольца. Полярность постоянных магнитов чередующаяся. Магнитопровод ротора может быть выполнен сборным из модулей 6 трапецеидального сечения, закрепленных на роторе 7, например, при помощи болтов (фиг.5). При таком варианте исполнения магнитопровода полностью устраняется путь для замыкания потоков реакции якоря, изготовление магнитопровода ротора становится малоотходным и технологичным.
Система возбуждения торцевой магнитоэлектрической машины работает следующим образом: магнитный поток возбуждения (фиг.4), создаваемый аксиально намагниченным постоянным магнитом 2, пересекает рабочий зазор 4, пересекает контуры витков обмотки 5 статора и замыкается по магнитопроводу статора 3, повторно пересекает рабочий зазор 4, складывается с магнитным потоком соседнего магнита противоположной полярности, замыкается по магнитопроводу 1 ротора и возвращается в исходный магнит. В режиме генератора при вращении ротора внешним вращающим моментом магнитный поток возбуждения движется относительно витков обмотки статора и наводит в них ЭДС. Эта ЭДС суммируется по всем катушкам фазы и подается на выводные клеммы генератора. В режиме двигателя вращающееся поле, созданное токами обмоток статора, взаимодействует с полем, созданным полем возбуждения, и приводит ротор во вращение.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает увеличение полезной мощности при сохранении объема машины, улучшение формы поля возбуждения в рабочем зазоре, а также повышение надежности за счет увеличения площади крепления постоянных магнитов к магнитопроводу и наличия конструктивного препятствования их тангенциальному сдвигу.