Ротор синхронной реактивной машины

Настоящая полезная модель относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и может быть использована в электроприводах переменного тока.
Известен ротор синхронной реактивной машины (Патент SU 1497687 A1 МПК H02K 19/14 от 11.01.1988), содержащий пакет из магнитопроводящего материала, в котором выполнены пазы сложной формы, увеличивающие магнитное сопротивление ротора в определенном направлении.
Недостатком роторов такой конструкции является сложность изготовления и пониженная механическая прочность пакета магнитопровода.
Кроме того, известна конструкция ротора синхронной реактивной машины (Синхронный реактивный электродвигатель. Патент РФ 2368993 МПК H02K 19/06, H02K 21/14, H02K 1/27 от 05.12.2008). Указанный ротор выполнен из ориентированных вдоль оси машины отделенных друг от друга ферромагнитных пакетов, причем между пакетами, расположенными наиболее близко к оси, установлен постоянный магнит, ось намагничивания которого соответствует нормали прилегающих к нему ферромагнитных пакетов. Это устройство наиболее близко к предлагаемой полезной модели и является прототипом.
Однако указанная конструкция ротора имеет трудоемкую технологию изготовления. Кроме того, в указанной конструкции часть полезного объема ротора занимают воздушные зазоры, разделяющие пакеты и выполняющие функцию магнитного сопротивления. Вследствие этого заполнение ротора сталью в конструкции прототипа ограничивается, что приводит к худшему использованию внутреннего объема электрической машины и ухудшению рабочих характеристик по сравнению с машинами аналогичных габаритных размеров, что, в свою очередь, влияет на показатели экономного использования электрической энергии.
Задачей (технический результат) предлагаемой конструкции является уменьшение трудоемкости производства.
Поставленная задача достигается тем, что в известном роторе синхронной реактивной машины, включающем вал, явнополюсный магнитопровод, на радиальных элементах магнитопровода, соединяющих полюса с втулкой вала, установлены постоянные магниты, а указанный явнополюсный магнитопровод собран из листов электротехнической стали с расположением листов в плоскости, перпендикулярной оси вала.
Также поставленная задача достигается тем, что:
- на оси симметрии радиального элемента магнитопровода может быть выполнен паз;
- на внешней поверхности магнитопровода могут быть выполнены пазы;
- на внешней поверхности магнитопровода могут быть выполнены пазы с уложенной в них обмоткой;
- на оси минимальной проводимости магнитопровода q могут быть установлены короткозамкнутые кольца.
На фиг. 1 показан структурный состав ротора синхронной реактивной машины и показаны пути замыкания магнитного потока для лучшего понимания принципа работы. На фиг. 2-4 показаны возможные варианты исполнения конструкции.
Ротор синхронной реактивной машины включает явнополюсный магнитопровод 1 (фиг. 1), на радиальных элементах которого установлены постоянные магниты 2 (фиг. 1). Для большей разницы в магнитных сопротивлений осей d и q на оси симметрии каждого радиального элемента магнитопровода может быть выполнен паз 3 (фиг. 2). Для уменьшения зубцовых пульсаций на поверхности радиальных элементов магнитопровода, примыкающей к воздушному зазору, могут быть выполнены пазы 4 (фиг. 3). Форма пазов может быть различной. Для улучшения пуска и лучшего демпфирования колебаний в пазы 4 (фиг. 3) может быть уложена обмотка (условно не показана). Обмотка может быть как короткозамкнутой, так и с внешним питанием. Для демпфирования потока по оси q в пространстве между радиальными элементами магнитопровода могут быть установлены короткозамкнутые витки 5 (фиг. 4).
Конструкция работает следующим образом: магнитное поле, созданное статором, может замыкаться через материал ротора по траектории d (фиг. 1) либо по траектории q (фиг. 1). Траектория d проходит полюсному наконечнику и имеет низкое магнитное сопротивление. Траектория q проходит по радиальным элементам магнитопровода через вал от одного полюса до другого. Постоянные магниты, установленные на радиальных элементах магнитопровода, своим полем приводят участки материала магнитопровода в состояние магнитного насыщения. В результате магнитное сопротивление по траектории q значительно выше, чем по траектории d.
Ротор прототипа набран из листов, уложенных в плоскостях, параллельных оси вала. Кроме того, принцип работы подразумевает магнитное изолирование листов пакета путем разделения их воздушными зазорами. Наличие воздушных зазоров уменьшает активное сечение стали ротора и потенциально уменьшает проводимость оси d. В предлагаемом роторе магнитное изолирование по оси q выполняется без использования множественных воздушных зазоров. Это позволяет более эффективно использовать пространство, занимаемое ротором внутри электрической машины, и увеличить за счет этого проводимость магнитопровода по оси d.
Показатели экономного использования энергии электрической машины (КПД, коэффициент мощности, удельный момент) синхронного реактивного двигателя определяются отношением магнитных проводимостей. Предложенный ротор при равных габаритных размерах имеет проводимость по оси d лучше, чем у прототипа, и магнитное сопротивление по оси q на уровне прототипа. Таким образом, показатели экономного использования электрической энергии предлагаемого ротора лучше, чем у прототипа.
В предлагаемом решении магнитопровод выполняется без воздушных зазоров между листами. Листы магнитопровода располагаются в плоскости, перпендикулярной оси вала ротора. Такая конструкция могут быть выполнена по общеизвестным технологиям. В отличие от прототипа предлагаемый ротор является монолитным и имеет существенно большую механическую прочность.
Таким образом, предлагаемый ротор имеет по сравнению с прототипом меньшую трудоемкость производства, больший запас прочности и меньшие габариты.