Магнитная система ротора электрической машины
ELECTRICAL MACHINE ROTOR MAGNETIC SYSTEM

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 шихтованный или целостный магнитопровод, выполненный из магнитомягкого материала с отверстиями под размещение в них постоянных магнитов. Отверстия выполнены с наклоном к радиальным осям 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 отверстия ротора намагниченных перпендикулярно боковым поверхностям постоянных магнитов, причем таким образом, что каждая пара обращенных друг к другу и в сторону расточки ротора поверхности соседних магнитов имеет одинаковую магнитную полярность, а полярность следующих друг за другом таких пар магнитов вдоль расточки чередуется [Патент RU 2244370, МПК Н02К 1/06, опубл. 10.01.2005 г.].
Недостаток данной магнитной системы ротора состоит в том, что постоянные магниты в ней имеют призматическую форму, которая не является оптимальной с точки зрения величины исходящего из нее потока.
Наиболее близкой по техническому результату к изобретению является магнитная система ротора электрической машины, описанная в патенте RU №2543606, МПК Н02К 1/27 (2006.01), опубл. 10.03.2015. Магнитная система ротора этой машины содержит вал, магнитопровод, выполненный из двух концентричных валу частей из магнитомягкого материала, не имеющих разрывов по внешнему и внутреннему диаметрам, одна из которых жестко закреплена на валу, а вторая (наружная) отделена от нее симметрично расположенным относительно вала волнообразным отверстием с одинаковыми расстояниями между максимумами гребней волн, расположенных вблизи расточки ротора и отстоящих на одинаковом от нее расстоянии, а в само это отверстие установлены постоянные магниты, имеющие одинаковую магнитную полярность между каждой парой соседних приближенных к расточке максимумов волнового отверстия, и эта полярность поочередно меняется на противоположную при переходе через каждый максимум. В магнитной системе отсутствует жесткая механическая связь между отдельными разделенными боковыми поверхностями магнита участками манитопровода, а именно верхним, прилегающим к расточке, и нижним, прилегающим к валу. Следствием этого может явиться разрушение под действием центробежных сил конструкции верхней части магнитопровода и постоянных магнитов и полное разрушение машины. Применение для упрочнения конструкции ротора и исключения взаимного осевого и углового перемещения относительно друг друга стержней, стягивающих с торцевых сторон ротор, не может гарантировать устранение всех негативных последствий "расчлененной" по диаметру на отдельные части конструкции ротора, принятого за прототип предлагаемого изобретения.
Недостатком такого ротора является нагрев от высших гармонических сил магнитного поля ротора, деформация и частичное разрушение изоляции листов вследствие их принудительного сжатия.
Техническая задача изобретения заключается в повышении частоты вращения ротора и уменьшении в нем дополнительных потерь.
Технический результат заключается в упрочнении конструкции ротора, повышении надежности и работоспособности электрической машины, в которую он устанавливается, возможности применения ее при более высоких частотах вращения.
Это достигается тем, что известная магнитная система ротора, содержащая вал, магнитопровод, выполненный из двух концентричных валу частей из магнитомягкого материала, не имеющих разрывов по внешнему и внутреннему диаметрам, одна из которых жестко закреплена на валу, а вторая, наружная, отделена от нее симметрично расположенным относительно вала волнообразным отверстием с одинаковыми расстояниями между максимумами гребней волн, расположенных вблизи расточки ротора и отстоящих на одинаковом от нее расстоянии, а в указанном отверстии установлены постоянные магниты, имеющие одинаковую магнитную полярность между каждой парой соседних максимумов, при этом полярность поочередно меняется на противоположную при переходе через каждый максимум, снабжена перемычками, соединяющими внешнюю и внутреннюю части магнитопровода в области нижних максимумов волн, волнообразное отверстие выполнено разделенным перемычками на 2р частей, где р - число пар полюсов электрической машины.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано поперечное сечение четырехполюсного (2р=4) ротора с расположенным симметрично оси вала волнообразным отверстием, образованным из прилегающих друг к другу участков четырех (по числу полюсов 2р=4) одинаковых по форме участков и разделенным четырьмя соединяющими внешнюю и внутреннюю части магнитопровода ротора перемычками, на фиг. 2 показан вид А, где изображены установленные в отверстия магниты с проставленными на них буквенными обозначениями крайних их точек, при этом поверхности торцевых обращенных к постоянным магнитам перемычек выполнены овальной формы, на фиг. 3 представлена картина магнитного поля в поперечном сечении машины.
Магнитная система содержит закрепленный на валу 1 шихтованный или целостный магнитопровод 2, выполненный из магнитомягкого материала с отверстием 3 под размещение в нем составных постоянных магнитов 4. Отверстие 3 имеет симметричную относительно оси вала 1 волнообразную форму с одинаковыми расстояниями между максимумами гребней волн, обозначенных буквами L, М, R, Т, расположенных вблизи расточки ротора и отстоящих на одинаковом от нее расстоянии, разделено перемычками 5, соединяющими верхнюю и нижнюю части магнитопровода 2 в области нижних максимумов волноводного отверстия 3, а помещенные в волнообразное отверстие 3 между перемычками 5 постоянные магниты 4 имеют одинаковую магнитную полярность между каждой парой соседних приближенных к расточке максимумов, а эта полярность поочередно меняется на противоположную при переходе через каждый максимум. Вместе с ротором на фиг. 3 показан магнитопровод статора 6.
Магнитная система ротора электрической машины работает следующим образом.
Разделение на 2р частей (р - число пар полюсов электрической машины) перемычками 5 толщиной 1,7-2 мм, соединяющими внешнюю и внутреннюю части магнитопровода 2 в области нижних максимумов волн, создает механически прочные связи между внешним и внутренним участками магнитопровода 2 ротора. Выбранная толщина перемычек 5 обусловлена тем, что активная площадь постоянных магнитов 4 и отдаваемый ими во внешнюю магнитную цепь магнитный поток полюсов при выполнении перемычек 5 указанной толщины уменьшаются (магнитный поток, поступающий в статор 6, уменьшается на 2-3% за счет увеличения магнитного пока рассеяния через перемычки 5).
Для уменьшения магнитных потоков рассеяния с плоских торцевых сторон магнитов 4 обращенные к магнитам поверхности перемычек 5 выполнены овальной формы для образования воздушных полостей.
Использование изобретения обеспечивает упрощение конструкции, повышение надежности и работоспособности электрической машины и возможности применения ее при более высоких частотах вращения.