МАГНИТНАЯ СИСТЕМА РОТОРА

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к конструктивному исполнению магнитной системы ротора бесконтактной электрической машины, предназначенной, например, для использования в составе станочного привода робототехнических комплексов.
Известна магнитная система ротора, в которой возбуждение создается постоянными магнитами, имеющими радиальную намагниченность (1, стр.50-51, рис.3-1). Магниты имеют дуговую форму, размещены в теле сборного ротора. Для обеспечения механической прочности конструкции применено бандажное кольцо (рис.3-1, е, з). Наличие упрочняющего кольца приводит к изменению поперечной геометрии активных частей электрической машины, к изменению проводимости ее магнитной цепи, что отрицательно влияет на электромагнитные параметры, усложнению конструкции и технологии изготовления. Конструкция ротора (рис.3-1, ж) имеет увеличенный немагнитный зазор, что приводит к большой массе магнитов, увеличению диаметра ротора и электрической машины в целом.
Известна конструкция ротора, в которой постоянные магниты размещаются внутри пакета, изготовленного из листов электротехнической стали (2). Магниты закреплены в пластинах с помощью буртиков, что ведет к нарушению цилиндрической формы ротора, увеличивает аэродинамическое сопротивление, уменьшает полезную мощность. Вал ротора выполнен из магнитопроводящего материала. Для снижения магнитного потока внутрироторного рассеяния между валом и пакетом требуется применение немагнитных наполнителей, что увеличивает радиальные размеры ротора.
Известна также конструкция ротора (3), в которой для формирования магнитной системы ротора используется пакет с постоянными магнитами. Листы ротора имеют внутреннюю кольцевую зубчатую форму, предусмотрены немагнитная втулка и вкладыши, которые установлены ближе к центру ротора, на них опираются магниты ротора, введена магнитопроводящая перемычка, насыщающаяся от постоянных магнитов ротора, имеются соединяющие листы шпильки из магнитного материала. Недостатками конструкции являются сложная форма пластин, составляющих пакет, наличие втулки из немагнитного материала, увеличивающей диаметр ротора, и, как следствие, момент инерции ротора и габаритные размеры машины.
Известна конструкция магнитной системы ротора, содержащая пластины из магнитопроводящей стали с магнитами дуговой формы (4, стр.3-50), закрепленными на поверхности ротора с помощью клеевого состава.
Недостатками конструкции является невысокая надежность крепления и фиксации магнитов на роторе, обусловленная, например, отсутствием бандажа, а также, избыточная масса магнитопровода.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является магнитная система ротора (5, рис.14, 17), содержащая более чем две пластины магнитопроводящей стали, с полюсами, образованными магнитами дуговой формы с радиальной или диаметральной намагниченностью, находящимися внутри пакета пластин.
Недостатками такой конструкции является избыточное количество, магнитопроводящего материала в роторе. Это приводит к повышенным массе ротора и моменту инерции. Такая конструкция магнитной системы не предусматривает конструктивных элементов для передачи вращающего момента от магнитопровода ротора к валу, что снижает надежность функционирования двигателя в условиях динамических нагрузок. Между тем этот показатель качества является важным при использовании электрической машины в составе приводов, где требуется точное позиционирование ротора относительно статора при работе со значительными динамическими (до 5 раз в отношении к номинальному вращающему моменту) перегрузками.
Технический результат заключается в снижении момента инерции и массы ротора, улучшении динамических показателей электрической машины, повышении надежности крепления магнитопровода ротора на валу.
Указанный технический результат достигается за счет магнитной системы ротора, содержащей более чем две пластины магнитопроводящей стали, с полюсами, образованными постоянными магнитами дуговой формы с радиальной или диаметральной намагниченностью N-S и S-N, находящимися внутри пакета пластин, имеющей, кроме того, под магнитами воздушные полости, а на внутреннем диаметре ротора хотя бы один выступ для соединения с валом ротора, благодаря чему снижается момент инерции и масса ротора, улучшаются динамические показатели электрической машины, повышается надежность крепления магнитопровода ротора на валу.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая магнитная система ротора отличается тем, что под магнитами выполнены воздушные полости, а на внутреннем диаметре ротора имеется хотя бы один выступ для соединения с валом ротора.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».
Предлагаемая конструкция магнитной системы ротора имеет признаки, использование которых в заявленной совокупности дает возможность получить технический результат.
Заявляемое техническое решение промышленно применимо, так как может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно осуществимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Сущность технического решения поясняется на чертежах, где на фиг.1 показана пластина ротора без магнитов, на фиг.2 показана магнитная система ротора.
Магнитная система ротора (фиг.1) содержит пакеты из пластин магнитопроводящей электротехнической стали 1 с размещенными в них постоянными магнитами с радиальной или диаметральной намагниченностью N-S и S-N. Пластины изготовлены таким образом, что в центре круглой пластины 1 без разрывов по внешнему диаметру D имеется отверстие 2 для вала диаметром d. При сборке пакета из нескольких пластин полюса образуются за счет размещения в окнах 3 постоянных магнитов дуговой формы 7 (фиг.2), имеющих радиальную или диаметральную намагниченность N-S и S-N. Крепление и фиксация постоянных магнитов внутри тела пакета 8 (фиг.2) осуществляется в радиальном и угловом направлении за счет перемычек 4 и 5, в осевом - за счет склеивания или ограничения фланцами. Толщина перемычек над, под и между магнитами определяется из условий необходимой прочности, обеспечения технологичности и возможности снижения потоков рассеяния. При этом во всех направлениях обеспечивается минимальный гарантийный зазор между пакетом и магнитами, исключающий в магнитах дополнительные внутренние напряжения. Так как постоянные магниты оказываются внутри тела ротора, то дополнительного их крепления не требуется. Под магнитами расположены воздушные полости 6, способствующие рациональному распределению магнитного поля, уменьшению момента инерции и улучшению динамических показателей, уменьшению массы ротора и, соответственно, машины в целом. На внутреннем диаметре ротора имеется хотя бы один выступ для обеспечения высокой надежности соединения с валом ротора.
Такая конструкция магнитной системы ротора позволяет снизить момент инерции и массу ротора, улучшить динамические показатели электрической машины в целом, повысить надежность крепления магнитопровода ротора на валу и надежность работы электрической машины в условиях динамических нагрузок.
Источники информации
1. Адволоткин Н.П. и др. Управляемые бесконтактные двигатели постоянного тока, Л., Энергоатомиздат, 1984, 160 стр.
2. Описание изобретения к авторскому свидетельству №1098070, опубл. 15.06.84.
3. Описание изобретения к патенту РФ №2175162, опубл. 20.10.2001.
4. Hendershot Jr. J.R. Miller Т.Е. Design of Brushless Permanent Magnet Motors-Oxford: Magna physics publications and Claredon Press, 1994.
5. Описание к патенту JP 2004 064887, опубл 26.02.2004.