Магнитная система синхронного двигателя с инкорпорированными постоянными магнитами и с асинхронным пуском.
MAGNETIC SYSTEM OF SYNCHRONOUS MOTOR WITH INCORPORATED PERMANENT MAGNETS AND WITH ASYNCHRONOUS START-UP

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к устройству роторов синхронного двигателя с инкорпорированными магнитами и асинхронным пуском, может быть использовано в электромашиностроении при производстве электродвигателей.
Известна магнитная система ротора (патент RU 2244370, МПК H02K 1/06, опубл. 10.01.2005), содержащая закрепленный на валу магнитопровод, выполненный из магнитомягкого материала без разрывов по внешнему и внутреннему диаметрам и с отверстиями под размещение в них постоянных магнитов. Отверстия выполнены прямоугольной формы с наклоном к радиальным осям (расположены вдоль хорд) 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 требуемым по условию ее работоспособности чередованием вдоль расточки ротора полярностью полюсов образуется путем установки в указанные прямоугольной формы отверстия ротора намагниченных перпендикулярно боковым поверхностям призматических постоянных магнитов, причем таким образом, что каждая пара обращенных друг к другу и в сторону расточки ротора поверхности соседних магнитов имеет одинаковую магнитную полярность и полярность следующих друг за другом и ориентированных указанным образом пар магнитов вдоль расточки чередуется.
Известна магнитная система ротора (патент RU №2316103, МПК H02K 1/27, МПК H02K 21/14, опубл. 27.01.2008 г.), которая содержит закрепленный на валу магнитопровод, выполненный из магнитомягкого материала без разрывов по внутреннему и внешнему диаметрам и с
отверстиями под размещение в них постоянных магнитов. Отверстия выполнены прямоугольными с наклоном к радиальным осям (расположены вдоль хорд) 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 прямоугольной формы отверстия ротора намагниченных перпендикулярно боковым поверхностям постоянных магнитов, причем таким образом, что каждая пара обращенных друг к другу и в сторону расточки ротора поверхностей соседних призматических магнитов имеет одинаковую магнитную полярность, а полярность следующих друг за другом таких пар магнитов вдоль расточки чередуется.
Недостатком является наличие воздушной полости, прилегающей к торцам постоянных магнитов со стороны вала, что способствует лишь уменьшению магнитных потоков рассеяния в этой области, но не устраняет их полностью.
Известна магнитная система синхронного двигателя с инкорпорированными магнитами [Синхронные электрические двигатели малой мощности: учеб. пособие для вузов / И.Л. Осин. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 216 с.: ил., стр. 74-77], содержащая, инкорпорированные призматические постоянные магниты, вмонтированные в магнитопровод ротора, по внешней стороне окружности магнитопровода ротора установлены электропроводящие стержни накоротко замкнутые посредством электропроводящих колец, расположенных с торцов магнитопровода ротора, электропроводящие стержни служат синхронному двигателя с инкорпорированными магнитами для асинхронного прямого пуска.
Недостатком представленной магнитной системы синхронного двигателя с инкорпорированными постоянными магнитами является
сложность конструкции, сравнительно малое полюсное деление ротора, несинусоидальное распределение магнитного поля на внешней стороне ротора.
Наиболее близкой к заявленной магнитной системе является бесщеточный двигатель с постоянными магнитами [US 2017/0098987 А1, H02K 21/46 (2013.01), H02K 1/26 (2013.01), H02K 21/14 (2013.01), H02K 1/2753 (2013.01), Apr. 6, 2017], содержащий, ротор, магнитные полюса выполненные из постоянных магнитов, между которыми расположены два ряда короткозамкнутых стержней, выполненные из разных электропроводящих материалов.
Недостатками ближайшего аналога являются сравнительно малое полюсное деление ротора, малый коэффициент мощности, низкий КПД, несинусоидальное распределение магнитного поля на внешней стороне ротора, ограниченные функциональные возможности.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей, увеличение полюсного деления, повышение механической жесткости.
Техническим результатом является повышение энергетических характеристик: полезной мощности, механического момента, коэффициента мощности, КПД при снижении массогабаритных показателей.
Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что в магнитной системе синхронного двигателя с инкорпорированными постоянными магнитами и с асинхронным пуском, содержащий, ротор, магнитные полюса, выполненные из постоянных 'магнитов, два ряда короткозамкнутых стержней, выполненных из разных электропроводящих материалов, согласно изобретению, внутри ротора, на внешней его стороне расположены постоянные магниты, образующие полюса, и короткозамкнутые стержни, а на внешней стороне ротора, поверх постоянных магнитов и короткозамкнутых стержней расположен бандаж, состоящий из двух электропроводящих цилиндров разного удельного электрического сопротивления.
Существо изобретения поясняется чертежом, на котором изображен поперечный разрез магнитной системы синхронного двигателя с инкорпорированными постоянными магнитами и с асинхронным пуском.
Предложенная конструкция - магнитная система синхронного двигателя с инкорпорированными постоянными магнитами и с асинхронным пуском содержит ротор 1, со стоящий из магнитопровода ротора 2 с отверстием 3 для монтажа вала, на внешней стороне магнитопровода ротора 2 по окружности расположен ряд короткозамкнутых стержней 4, состоящий из короткозамкнутых групп 5 (число короткозамкнутых групп равно числу полюсов магнитной системы ротора), между короткозамкнутыми группами 5 расположены постоянные магниты 6, шихтованные в аксиальном направлении, образующие n-полюсную магнитную систему, поверх ротора 1 расположен бандаж, состоящий из двух электропроводящих цилиндров 7 и 8, разного удельного электрического сопротивления.
Магнитная система синхронного двигателя с 'инкорпорированными постоянными магнитами и с асинхронным пуском работает следующим образом: для пуска синхронного двигателя с инкорпорированными постоянными магнитами статорная обмотка включается в сеть с заданным напряжением и частотой, протекающие по обмотке токи образуют вращающееся магнитное поле. Это магнитное поле будет индуцировать в короткозамкнутых стержнях 4 и электропроводящих цилиндрах бандажа 7 и 8 токи, которые, замыкаясь через электропроводящие кольца (на фиг. не показано), образуют короткозамкнутые контура. Токи в короткозамкнутых стержнях 4 и электропроводящих цилиндрах 7 и 8 имеют частоту скольжения, т.е. частоту, которая определяется разницей скоростей вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора 1. В результате взаимодействия токов, индуктируемых в короткозамкнутых контурах ротора 1 с вращающимся магнитным полем статора, на ротор 1 будет действовать электромагнитный момент, который будет разгонять ротор 1. Также на ротор 1 будут действовать тормозной момент, возникающий за счет
взаимодействия полей постоянных магнитов 6 с внешним полем статора. Чтобы компенсировать тормозной момент при пуске, ротор 1 имеет три короткозамкнутых контура: ряд короткозамкнутых стержней 4 и электропроводящие бандажи, выполненные в виде цилиндров 7 и 8. Причем ряд короткозамкнутых стержней 4 и электропроводящие цилиндры 7 и 8 имеют разное электрическое сопротивление с учетом уменьшения влияния вытеснения тока. Также стоит отметить, что электропроводящие цилиндры 7 и 8 находятся на всей внешний поверхности ротора 1, что дает возможность минимизировать количество стержней ряда короткозамкнутых стержней 4, тем самым увеличив ширину постоянных магнитов 6, которые образуют n-полюсную магнитную систему. Увеличение ширины постоянных магнитов 6 ведет к увеличению полюсного деления, которое увеличивает коэффициент использования энергии постоянных магнитов 6 в номинальном режиме работы. За счет предложенных технических решений, синхронный двигатель с инкорпорированными постоянными магнитами и с асинхронным пуском, после входа в синхронизм, будет иметь более жесткую механическую характеристику, меньшее потребление энергии из сети в номинальном режиме работы, увеличенный коэффициент мощности, чем в прототипе.
Итак, заявленное изобретение позволяет расширить функциональные возможности, увеличить полюсное деления, повысить механическую жесткость, а также повысить энергетические характеристики (повысить полезную мощность, механический момент, коэффициент мощности, КПД при снижении массогабаритных показателей).