РОТОР СИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ

Полезная модель относится к электромашиностроению, в частности к электрическим машинам с возбуждением от постоянных магнитов, и касается выполнения конструктивной защиты, фиксации и центрирования хрупких редкоземельных магнитов.
Известно, что в электрических машинах, содержащих неподвижный статор и вращающийся ротор, между полюсами которых образуется немагнитный зазор, действуют магнитные, центробежные и вибрационные силы, которые способствуют выпадению и разрушению магнитов, что снижает надежность и долговечность электрической машины.
Известно устройство трехфазного синхронного двигателя повышенной эффективности с возбуждением от постоянных магнитов из патента РФ №2334341 с датой приоритета от 16.05.2007, состоящее из трехфазного статора и ротора с полюсами из постоянных магнитов с протяженностью полюсов ротора, при этом между полюсами ротора размещены немагнитные вставки.
Известно изобретение «Высокооборотный ротор с постоянными магнитами электрической машины» из патента ЕАПО №014510 с датой приоритета от 22.03.2010, содержащий вал, на котором закреплены сборные диски с постоянными магнитами, при этом постоянные магниты размещены вдоль оси ротора в зазорах между полюсными пластинами.
Известно из уровня техники изобретение «Ротор электромашины» по патенту РФ №2444108 с датой приоритета от 12.07.2010, содержащий полый вал и надетый на него цилиндр, в продольных радиальных пазах которого размещены постоянные магниты, торцы ротора жестко скреплены с цилиндрическими втулками, выполненными из немагнитного металла, повторяющих поперечное сечение сквозных проточек цилиндрических втулок, и размещены с натягом в сквозных проточках, в контакте с торцами постоянных магнитов.
Недостатками вышеуказанных технических решений являются:
- низкая эффективность тяговой электрической машины из-за наличия конструктивно повышенного зазора между статором и магнитом ротора;
- низкая надежность ротора из-за наличия открытой части магнита, что способствует разрушению магнита;
- сложность в изготовлении деталей для электрических машин среднего и большого габарита, вызванная допусками на изготовление центрирующих посадок для равномерного распределения усилия прижатия на каждый магнит, а также их геометрическим положением на цилиндрическом роторе.
Наиболее близким техническим решение к заявленной полезной модели является изобретение «Электрическая машина» из евразийского патента №010775 с датой приоритета от 24.01.2008, содержащая явнополюсные статор и ротор, установленный снаружи статора и образованный силовым кольцом и магнитной системой, включающей пакеты секторных пластин с выемками, и намагниченные магнитные блоки, расположенные между пакетами секторных и полюсных пластин, при этом магнитные блоки примыкают к двум сторонам указанного пакета секторных пластин.
Недостатками данного изобретения являются:
- сложность в изготовлении деталей ротора;
- неэффективность использования магнитной системы ротора за счет наличия поля рассеивания в толщине крепежа магнита;
- повышение диаметрального размера ротора, связанного с конструктивной особенностью крепления магнитов и, как следствие, повышение центробежной и инерционной массы ротора.
Технической проблемой заявленной полезной модели является повышение механической прочности крепления магнитных блоков и качества крепления магнитных блоков на роторе с обеспечением минимального воздушного зазора между магнитными блоками и статором.
Техническими результатами полезной модели являются повышение надежности крепления магнитов при минимальном немагнитном зазоре в эксплуатации и ремонтопригодности роторов мощных тяговых электрических машин. В случае неисправностей магнитных блоков (магнитов) обеспечивается доступ к неисправному магнитному блоку для его замены.
Технические результаты обеспечиваются за счет того, что ротор состоит из цилиндрического магнитопровода, по наружному диаметру которого выполнены резьбовые отверстия и установлены магнитные блоки, закрепленные прижимными планками, которые зафиксированы винтами к магнитопроводу. По длине магнитопровода под винтами расположена пластина с отверстиями, длина которой равна прижимной планке, а между магнитными блоками и прижимной планкой нанесен высокотемпературный клей. Прижимные планки имеют ножки крепления, выполненные с разницей по высоте на толщину металла планки. Прижимные планки имеют форму магнитных блоков и образуют замкнутый круг равномерно размещенных магнитных блоков относительно друг друга, а по торцам ротора магнитные блоки закрыты торцевыми кольцами.
Прижимные планки могут быть выполнены из нешихтованного немагнитного металла или магнитного металла. Фиксирование прижимных планок может осуществляться с помощью резьбового анаэробного герметика или с помощью механических отгибных шайб. Магнитные блоки могут быть размещены на внутренней поверхности цилиндрического магнитопровода. Магнитные блоки могут быть выполнены со скругленными кромками или фасками.
На фигуре 1 представлен ротор синхронной электрической машины с постоянными магнитами.
На фигуре 2 представлено сечение ротора, на котором показана конструкция фиксации постоянных магнитов ротора.
На фигуре 3 представлен внешний вид прижимной планки.
Ротор синхронной электрической машины с постоянными магнитами, образованный магнитной системой, включающей цилиндрический магнитопровод 1, по наружному диаметру которого выполнены резьбовые отверстия 2 и установлены магнитные блоки 3, закрепленные прижимными планками 4, которые зафиксированы винтами 5 к цилиндрическому магнитопроводу 1. По длине цилиндрического магнитопровода 1 под винтами 5 расположена пластина с отверстиями 6, длина которой равна прижимной планке 4. Между магнитными блоками 3 и прижимной планкой 4 нанесен высокотемпературный клей. Прижимные планки 4 имеют ножки крепления 7, выполненные с разницей по высоте на толщину металла планки 4. Прижимные планки 4 имеют форму магнитных блоков 3 и образуют замкнутый круг равномерно размещенных магнитных блоков 3 относительно друг друга, а по торцам ротора магнитные блоки 3 закрыты торцевыми кольцами 8. Магнитные блоки 3 могут быть размещены на внутренней поверхности цилиндрического магнитопровода 1, то есть крепление с помощью прижимных планок 4 можно реализовать в обращенной конструкции ротора синхронной электрической машины с постоянными магнитами. Магнитные блоки 3 могут быть выполнены со скругленными кромками или фасками.
На цилиндрический магнитопровод 1 по диаметру устанавливаются прижимные планки 4 с одновременным размещением пластины с отверстиями 6 и с длиной, равной прижимной планке 4. Прижимная планка изготавливается посредством штампования. Вначале крепление прижимных планок 4 осуществляется посредством винтов 5 не до упора, что позволяет ввести под прижимную планку 4 магнитный блок 3, покрытый высокотемпературным клеем. После чего выполняют завинчивание винтов 5 до упора.
При работе электрической машины, в частности, на магнитные блоки 3 ротора действуют магнитные, центробежные и вибрационные силы, которые способствуют разрушению магнитных блоков 3. Для предотвращения разрушения магнитных блоков 3 служат прижимные планки 4, которые с помощью пластины с отверстиями 6 и винтов 5 создают натяжения на каждый магнитный блок 3 к цилиндрическому магнитопроводу 1 ротора. Для полного прилегания и лучшей фиксации магнитных блоков 3 к прижимным планкам 4 и цилиндрическому магнитопроводу 1 используется высокотемпературный клей. Действующие силы, в том числе силы притяжения магнитных блоков 3 к цилиндрическому магнитопроводу 1, распределяются равномерно на винты 5, прижимные планки 4, пластины с отверстиями 6 и клеевые соединения. Геометрия и материал прижимных планок 4 и крепящие винты 5 выбираются из условия достаточной прочности к воздействию перечисленных сил во всех режимах работы электрической машины. Применение в качестве материала прижимной планки нешихтованного немагнитного металла позволяет выполнить минимальной величину немагнитного зазора электрической машины, при этом не происходит шунтирование части магнитного потока через арматуру крепления магнитов.
Данная конструкция позволяет использовать небольшие по размерам и массе магнитные блоки за счет снижения зазора между ними и статором, а также более эффективного расположения магнитных блоков на роторе электродвигателя. В случае неисправностей магнита обеспечивается доступ к неисправному магниту для его замены.