МНОГОПОЛЮСНАЯ МАГНИТНАЯ СИСТЕМА
MULTIPOLAR MAGNETIC SYSTEM

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения магнитных систем на постоянных магнитах.
Известны «Сложный магнит и магнитная система» (США №4544904, Н01F 7/02, опубл. 01.10.1985), используемые в роторах синхронных двигателей. Магнитная система состоит из сложных постоянных магнитов в виде секторных магнитов и магнитов в форме параллелепипеда, расположенных по обе стороны секторного магнита одинаковыми магнитными полюсами. Постоянные магниты образуют явный магнитный полюс ротора, магнитный поток которого направлен вдоль оси вращения ротора. С внешней (нерабочей) стороны магнитных полюсов ротора поток замыкается через магнитопровод из магнитомягкого материала. Недостатком известного устройства является то, что часть потока постоянных магнитов рассеивается на поверхности магнитопровода, уменьшая, тем самым, величину рабочего потока. Кроме того, добавление дополнительных магнитов в форме параллелепипеда к секторным магнитам увеличивает рассеяние магнитного потока в появившихся дополнительных воздушных зазорах, что также уменьшает рабочий поток и, следовательно, индукцию в рабочем зазоре.
Наиболее близким к заявляемой магнитной системе является «Многополюсный ротор электрической машины с постоянными магнитами» (СССР №1731012 A1, H02K 21/14, опубл. 15.04.1994), состоящий из n полюсов и n межполюсных элементов из постоянных магнитов, соединенных между собой в мозаичную структуру (замкнутую фигуру) с прилеганием разноименными магнитными полюсами. Полюсные магниты имеют в сечении форму секторов, а межполюсные магниты - форму равнобедренных трапеций. В указанном «Многополюсном роторе…», выбранном в качестве прототипа, благодаря межполюсным элементам из тангенциально намагниченных постоянных магнитов изменяется не только направление магнитного потока, но и увеличивается индукция рабочего потока за счет увеличения активной длины магнитов в направлении их намагниченности. Однако представленная конструкция ротора не позволяет без потерь рабочего потока осуществить его ориентацию в торцевом (осевом) направлении, а также увеличить активную длину межполюсных магнитов без уменьшения длины дуги полюсных магнитов.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании магнитной системы с рабочим потоком в осевом направлении, имеющей максимально возможные удельные характеристики.
Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в увеличении значения индукции рабочего потока при минимальных габаритах магнитной системы (или получении при заданных габаритах магнитной системы максимального значения индукции рабочего потока).
Это достигается тем, что в многополюсной магнитной системе, содержащей полюсные и намагниченные тангенциально межполюсные постоянные магниты, соединенные между собой в мозаичную структуру с прилеганием разноименными магнитными полюсами, новым является то, что магнитная система выполнена в виде кольцевого цилиндра, каждый межполюсный постоянный магнит выполнен в виде фигуры, ограниченной частью одной из торцевых поверхностей цилиндра в виде кольцевого сектора, угол которого выбран из соотношения α=360°/2P, где P - число пар полюсов, и двумя поверхностями, проходящими через ограничивающие кольцевой сектор радиусы и проекцию точки пересечения биссектрисы угла α и внешней дуги указанного сектора на противоположную торцевую поверхность кольцевого цилиндра, а полюсные постоянные магниты намагничены в осевом направлении и выполнены так, что дополняют межполюсные магниты до кольцевого цилиндра.
В заявляемом устройстве полюсные магниты намагничены в осевом направлении, а межполюсные магниты - в тангенциальном. Указанные магниты образуют мозаичную структуру в виде кольцевого цилиндра. При этом активная длина в направлении намагниченности межполюсных магнитов имеет максимально возможный размер при сохранении размеров полюсных магнитов (например, для магнитной системы с двумя парами полюсов длина межполюсного магнита определяется углом α=360°/(2·2)=90°). Активная длина полюсных магнитов, ориентированная в осевом направлении намагниченности, равна высоте кольца. Таким образом, полюсные и межполюсные постоянные магниты с максимально возможной активной длиной «организуют» прохождение рабочего потока в направлении своей намагниченности с максимально возможной намагничивающей силой и минимальным рассеянием (ввиду отсутствия пассивных элементов - магнитопроводов), следствием чего является максимально возможная индукция в рабочем зазоре.
На фиг.1 представлен внешний вид заявляемой конструкции магнитной системы с двумя парами полюсов.
На фиг.2 представлен вид сверху магнитной системы с двумя парами полюсов. Стрелками указаны направления намагниченности межполюсных магнитов 2.
На фиг.3 представлен вид сбоку магнитной системы с двумя парами полюсов. Стрелками указаны направления намагниченности постоянных магнитов.
На фиг.4 приведена схема построения межполюсного магнита.
На фиг.5 приведен внешний вид межполюсного магнита.
На фиг.6 показана магнитная система индукционного демпфера, вид сбоку.
На фиг.7 приведена развертка наружной поверхности магнитной системы, используемой в индукционном демпфере.
На фиг.1 изображена магнитная система, которая содержит четыре полюсных 1 и четыре межполюсных 2 постоянных магнита. Полюсные магниты 1 намагничены в осевом направлении (фиг.3), а межполюсные магниты - в тангенциальном (фиг.2, 3). Указанные магниты соединены в мозаичную структуру в виде кольцевого цилиндра (фиг.1) с прилеганием разноименными магнитными полюсами.
Для пояснения выполнения межполюсного магнита приведена схема его построения (фиг.4). В качестве примера рассмотрено построение межполюсного магнита в виде фигуры, ограниченной кольцевым сектором с углом α=360°/2P (для двух пар полюсов P=2, α=90°) и поверхностями в виде плоскостей, проходящих через радиусы R и R' указанного кольцевого сектора и проекцию точки А пересечения биссектрисы ОА угла α и внешней дуги кольцевого сектора на противоположную торцевую поверхность кольцевого цилиндра (точка А'). Плоскости отсекают от кольцевого сектора части объема кольцевого цилиндра, образуя межполюсный магнит (фиг.5).
Полюсные магниты 1 (фиг.1) дополняют межполюсные магниты 2 до кольцевого цилиндра, образуя мозаичную структуру. То есть полюсные магниты 1 (фиг.1) являются дополнением до кольцевого цилиндра фигуры, состоящей из соответствующих числу полюсов межполюсных магнитов 2, составленных таким образом, что своей поверхностью, параллельной направлению намагниченности, образуют торцевую поверхность кольцевого цилиндра (фиг.2). При этом кольцевой цилиндр будет иметь высоту, равную высоте полюсного магнита в направлении его намагниченности (отрезок АА', фиг.4). Полюсные и межполюсные магниты собираются в мозаичный кольцевой цилиндр с прилеганием разноименными магнитными полюсами.
Форма поверхности, ограничивающей полюсные и межполюсные магниты, определяется технологическими возможностями изготовления постоянных магнитов и здравым смыслом. В качестве примера можно привести винтовые поверхности, проходящие также через радиусы R и R' (фиг.4) кольцевого сектора и проекцию точки А пересечения биссектрисы ОА угла α и внешней дуги кольцевого сектора на противоположную торцевую поверхность кольцевого цилиндра (точка А').
Работа заявляемой магнитной системы показана на примере ее использования в индукционном демпфере дискового типа, где в рабочий зазор магнитной системы (фиг.6), состоящей из двух одинаковых мозаичных кольцевых цилиндров, помещен с возможностью вращения электропроводящий ротор 3, в котором при пересечении силовых линий индукции (фиг.7) индуцируются вихревые токи, магнитное поле которых, взаимодействуя с магнитным полем магнитов, создает тормозящий момент. Магниты 1 и 2 с максимально возможной активной длиной «организуют» прохождение рабочего потока в направлении своей намагниченности с максимально возможной намагничивающей силой и минимальным рассеянием, при этом создается максимально возможная индукция в рабочем зазоре, где находится ротор 3 и создается максимальный тормозящий момент, находящийся в зависимости от квадрата величины индукции.
Для проверки эффективности предложенного решения была изготовлена магнитная система, состоящая из двух мозаичных кольцевых цилиндров (фиг.6), и измерена индукция в рабочем зазоре. Результаты измерений показали, что значение магнитной индукции в рабочем зазоре увеличилось в три раза по сравнению с аналогичными по габаритам индукционными демпферами, при этом тормозящий момент увеличился в девять раз.