СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКРОДВИГАТЕЛЬ С АНИЗОТРОПНОЙ МАГНИТНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ РОТОРА
SYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR WITH ANISOTROPIC MAGNETIC CONDUCTIVITY OF ROTOR

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, у которых с целью снижения пульсаций электромагнитного момента конструкция ротора выполнена со скосом полюсов. Оно может быть использовано в устройствах электропривода с повышенными требованиями к пульсациям момента.
Известна конструкция асинхронного электродвигателя со скосом полюсов ротора на одно зубцовое деление статора [Гурин Я.С., Кузнецов Б.И. Проектирование серий электрических машин. - М.: Энергия, 1978. - 480 с., ил.], предназначенным для уменьшения пульсаций электромагнитного момента, вызываемых зубцово-пазовой геометрией ротора и, как следствие, воздействием высших гармоник проводимостей воздушного зазора. Такая конструкция обладает следующим недостатком: наряду с уменьшением пульсаций, из-за наличия скоса зубцов на роторе, при его вращении возникает осевое усилие, которое увеличивает нагрузку на подшипниковые щиты, что приводит к возникновению вибраций, ускорению износа подшипников и повышению механических потерь.
Известна конструкция синхронной реактивной электрической машины с постоянными магнитами на роторе [Способы уменьшения пульсаций электромагнитного момента в электрических машинах с постоянными магнитами тангенциальной намагниченности / В.В. Гребеников, М.В. Прыймак // Вiсник НТУ «ΧΠΙ». 2014. №38], полюса которой выполнены со скосом. Такая машина содержит статор с трехфазной электрической обмоткой и ротор, выполненный с использованием постоянных магнитов. Такая конструкция имеет следующие недостатки: несмотря на то, что наличие скоса полюсов ротора снижает пульсации электромагнитного момента, оно также приводит к возникновению осевых усилий и скручивающих моментов, которые приводят к возникновению вибраций и ускорению износа подшипников; помимо этого материалы, из которых изготавливается ротор, имеют высокую стоимость, а также ротор сложен в исполнении.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является выбранное в качестве прототипа устройство синхронной электрической машины [Патент РФ №2541513, кл. Н02К 19/20, 2013] с анизотропной магнитной проводимостью, содержащей статор с электрической обмоткой и ротор, выполненный цилиндрическим, набранным из листов ферромагнитного материала с шихтовкой вдоль оси вала машины. Техническим результатом такой конструкции является повышение эффективности работы синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора и улучшение ее энергетических показателей. Недостатком такой конструкции является наличие пульсаций электромагнитного момента, вызываемых зубцово-пазовой геометрией статора, приводящих к нежелательным вибрациям и шуму, в свою очередь, вибрации приводят к ускорению изнашивания подшипников.
Задачей предлагаемого технического решения является уменьшение электромагнитных потерь в синхронной электрической машине и улучшение вибро-шумовых характеристик синхронной электрической машины.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является уменьшение пульсации электромагнитного момента, а также исключение осевых усилий и скручивающих моментов, вызывающих неравномерное распределение нагрузки на подшипники и вибрации, а также за счет разделения ротора на две части уменьшение электромагнитных потерь в полюсах ротора.
Указанный технический результат достигается тем, что в синхронной электрической машине с анизотропной магнитной проводимостью ротора, содержащей статор с магнитопроводом и статорные электрические обмотки, подшипниковые щиты и цилиндрический ротор, набранный из листов ферромагнитного материала с шихтовкой вдоль оси вала машины, по изобретению каждый полюс ротора поперечно разделен на две половины, при этом скос на каждой из них направлен встречно от торцов полюса в середину под углом, равным зубцовому делению статора.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора, где:
1 - статор
2 - магнитопровод
3 - статорные обмотки
4 - подшипниковые щиты
5 - ротор
6 - полюса ротора
7 - листы электротехнической стали
На фиг. 2 показан ротор синхронной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора.
Принцип действия предложенного технического решения работает следующим образом.
Синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора содержит статор 1, состоящий из магнитопровода 2 и статорных обмоток 3, подшипниковые щиты 4 и ротор 5, полюса которого 6 набраны из листов электротехнической стали 7 с шихтовкой вдоль оси вала машины (Фиг. 1). Причем полюса ротора выполнены явными, каждый из них поперечно разделен на две половины, при этом скос на каждой из них направлен встречно от торцов полюса в середину под углом, равным зубцовому делению статора.
Статор 1 машины выполнен таким же образом, как и в обычной электрической машине переменного тока. Предположим, что статорная обмотка выполнена трехфазной, каждая из катушек обмоток сдвинута относительно двух других в поперечном разрезе машины на угол 120 градусов. При подаче на статорные обмотки 3 переменного синусоидального питающего напряжения, одинакового по амплитуде, но сдвинутого на 120 электрических градусов, по обмоткам потекут токи, которые будут создавать вращающееся магнитное поле. Электромагнитный момент в реактивном электрическом двигателе обусловлен разницей магнитных проводимостей по продольной и поперечной осям. Явно выраженные полюса электрической машины стремятся принять такое положение, чтобы магнитная проводимость для силовых линий поля была максимальной. Вследствие чего появляются силы, образующие вращающий момент, при этом ротор вращается в том же направлении, что и поле, и с той же скоростью.
Для уменьшения пульсаций электромагнитного момента, возникающих из-за зубцово-пазового исполнения статора, полюса ротора двигателя предлагается выполнять со скосом, таким образом, чтобы каждый из полюсов был поперечно разделен на две половины, при этом скос на каждой из них был бы направлен встречно от торцов полюса в середину под углом, равным зубцовому делению статора. При такой конфигурации ротора в каждой из половин полюса возникает осевое усилие, при этом векторно эти усилия направлены встречно по одной прямой, вследствие чего обеспечивается взаимная компенсация осевых усилий и скручивающих моментов.
Таким образом, вышеописанная конфигурация ротора позволяет уменьшить пульсации электромагнитного момента, вызванные зубцово-пазовым исполнением ротора, за счет взаимной компенсации осевых усилий и скручивающих моментов, отрицательно влияющих на виброшумовые характеристики машины и ускоряющих износ подшипников, а также разделение ротора на две части позволяет уменьшить вихревые токи, наводящиеся в стали ротора, и, следовательно, уменьшить электромагнитные потери в синхронной электрической машине.