Торцевая синхронная электрическая машина

Область техники
Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройств автоматических систем.
Предшествующий уровень техники
Известен ротор синхронной электрической машины, имеющий магнитную систему с полюсами, образованными постоянными магнитами с межполюсными вставками выполненный в виде набора соосно установленных модулей, каждый из которых имеет цилиндрический корпус с торцевыми крышками и перегородкой, перпендикулярной оси корпуса модуля с образованием полостей (см. ПМ РФ № 28296, Н02К 21/10). При этом постоянные магниты размещены в полостях, группы которых, образующие полюсы, разделены межполюсными вставками. А сами модули установлены на стяжке и зафиксированы при помощи торцевых элементов.
Основным недостатком данной конструкции является удельная мощность электродвигателя. Полезная отдача электродвигателя определяется площадью сечения ротора, занятая магнитами. Наличие межполюсных немагнитных вставок ведет к снижению площади, в поперечном сечении ротора, занятой магнитами. Это ведет к снижению полезного объема обеспечивающего создание вращающего момента.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является торцевая синхронная электрическая машина с внутренним статором (см ПМ РФ № 153653, Н02К 21/02). Торцевая синхронная электрическая машина содержит корпус и крышку с установленными в них статором с обмотками из сосредоточенных катушек, намотанных вокруг сердечников из ферромагнитного материала, радиально расположенных по окружности симметрично оси вращения. При этом катушки закреплены в каркасе статора, выполненном из диэлектрического материала, и двумя торцевыми роторами, каждый из которых состоит из магнитопровода в виде диска, выполненного из стального магнитопроводящего материала, на внутренней стороне которого смонтированы магниты трапецеидальной формы. Роторы установлены в корпусе таким образом, что противолежащие магниты, расположенные точно друг против друга и намагниченные в направлении, параллельном оси вращения роторов, чередуются по радиусу в порядке (...N-S-N-S...), формируя однонаправленные, относительно оси вращения роторов, рабочие магнитные потоки. Каждый из роторов выполнен составным по толщине из по меньшей мере диэлектрического каркаса с постоянными магнитами, стального диска-магнитопровода ротора и размещенного между ними шихтованного каркаса с подложками из композитного материала, при этом в диэлектрическом и шихтованном каркасах, выполненных в виде дисков, диаметры которых соответствуют диаметру стального диска-магнитопровода имеются сквозные отверстия, профили которых соответствуют контурам одинаковых по форме магнитов и подложек, а толщины диэлектрического и шихтованного дисков соответствуют толщинам установленных в них магнитов и подложек.
Недостатком известного решения является сложность конструкции ротора представляющего собой сборочную единицу, включающую значительное число деталей. Кроме того, сборка такой единицы представляет трудоемкий процесс, при котором крайне затруднительно точно выставить составляющие его детали, в силу того, что магниты притягиваются к магнитопроводящему диску с большой силой. При установке их на штатную позицию происходит смещение подложек.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в упрощение конструкции и повышение точности при сборке ротора электрической машины.
Раскрытие полезной модели
Техническая задача решается тем, что в торцевой синхронной электрической машине, содержащей корпус, крышку, статором с сосредоточенными катушками, радиально расположенными по окружности симметрично оси вращения, торцевой двухкорпусной ротор, каждая часть которого состоит из магнитопровода в виде диска, выполненного из стального магнитопроводящего материала, на внутренней стороне которого смонтированы магниты, каркас из немагнитного материала, магнитопроводящий диск выполнен с профильными ячейками по числу магнитов, с боковыми поверхностями расположенными идентично боковым поверхностям магнита, каждый из которых выполнен в виде кольцевого сектора, а один из каркасов закреплен на выходном валу.
Краткое описание фигур чертежей
Полезная модель поясняется изображениями:
- на фиг. 1 представлено схематичное изображение поперечного сечения торцевой электрической машины;
- на фиг. 2 представлен вид на магнитопроводящий диск;
- на фиг. 3 вид на магнит.
Вариант осуществления полезной модели
Торцевая синхронная электрическая машина включает корпус 1, крышку 2, статор 3 с катушками 4 и двухкорпусный ротор 5 (фиг.1). Катушки 4 размещены на корпусе 1 радиально по окружности симметрично оси вращения 6. Двухкорпусной ротор 5 включает два оппозитно расположенных корпуса 7 и 8. Корпуса 7 и 8 располагаются с противоположных сторон статора 3 и соединены между собой крышкой 2 без возможности относительного движения. В состав каждого корпуса 7 и 8 входит однотипный магнитопроводящий диск 9, выполненный из магнитопроводящей стали (фиг.2). На внутренней стороне диска 9 закреплены магниты 10 выполненные в виде кольцевых секторов. Каждый магнит 10 сопрягается с диском 9 по двум боковым поверхностям 11 и 12 и лицевой поверхности 13 (фиг.3). Положение боковых поверхностей 11 и 12 определяется углом α и радиусами а и b.
На диске 9 выполнены профильные ячейки 14 с боковыми поверхностями 15 и 16. Положение боковых поверхностей определяется углом β, радиусами с и d. Количество ячеек 14 совпадает с числом устанавливаемых магнитов 10. Боковые поверхности 15 и 16, каждой ячейки 14, идентичны боковым поверхностям 11 и 12 магнитов 10. Идентичность обеспечивается совпадением величин углов β = α и радиусов с = а,  d = b.
Идентичность боковых поверхностей 11, 12 и 15, 16 обеспечивает компактное, беззазорное положение каждого магнита 10 в ячейке 14. Форма магнитов 10 в виде кольцевых секторов реализует точное совпадение их контуров и контуров ячейки 14. Как следствие обеспечивается максимальное использование поверхностей диска 9 и магнита 10, повышается коэффициент их использования.
Диск 9, корпуса 8, установлен на каркасе 17, выполненном из немагнитного материала, по посадочной поверхности 18. Фиксация их взаимного расположения обеспечивается винтами 19, создающими на поверхности 20 силы нормального давления. Каркас 17 соединен с выходным валом 21 посредством винтов 22. Вал 21 устанавливается в корпус через подшипники 23 и 24.
Диск 9, корпуса 7 установлен на каркасе 25 и закреплен винтами 19. Крышка 2 соединяет между собой каркасы 17 и 25 в одну сборочную единицу.
Диски 9, входящие в состав корпусов 7 и 8, выполняются абсолютно идентичными. Так же идентичны магниты 10.
Сборка ротора.
Сборка ротора 5 в сборочную единицу осуществляется в следующей последовательности. Собирается отдельно корпус 8. Для этого на каркас 17 устанавливается диск 9 по посадочной поверхности 18. Взаимное положение фиксируется винтами 19. На поверхности контакта создается сила нормального давления, обеспечивающая передачу крутящего момента с диска 9 на каркас 17.
Магниты 10 устанавливаются в ячейки 14 диска 9 лицевой поверхностью 13. Для этого магнит 10 размещается в специальной платформе. На поверхность 13 наносится клей, а поверхности ячейки 14 обезжиривается. Магнит 10 размещается над ячейкой 14. Магнит 10 смещается в ячейку 14 по удерживающей платформе. Благодаря идентичности выполнения боковые поверхности 11, 12 и 15, 16 обеспечивается точное расположение магнита 10 в ячейке 14 исключающее перекос или смещение. Отпадает необходимость подгонки положения магнита 10 в ячейке 14. Точность его расположения обеспечивается точностью обработки боковых поверхностей 11, 12, 15, 16.
Каркас 17 соединяется с выходным валом 21 винтами 22.
Далее собирается корпус 7. На каркасе 25 устанавливается диск 9 и закрепляется винтами 19. Затем осуществляется установка магнитов 10 в ячейки 14, аналогично тому, как эта установка выполнялась на корпусе 8.
Корпуса 7 и 8 соединяются между собой через крышку 2. Положение крышки относительно корпусов 7 и 8 фиксируется винтами.
Уменьшение числа деталей, входящих в каждую часть 7 и 8 ротора 6 до трех позиций, упрощает процедуру сборки. Исключается необходимость выполнения точного расположения и промежуточной фиксации деталей характерная для технического решения в соответствии с прототипом.
Кроме того, точное расположение магнитов 10 на диске 9, с сопряжением по боковым поверхностям 11 - 15 и 12 -16, обеспечивает  точное расположение центра тяжести ротора 5 на оси вращения 6. Это исключает необходимость балансировки ротора 5 и установку дополнительных уравновешивающих деталей.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет упростить конструкцию ротора 5, повысить точность при его сборке, исключить необходимость балансировки и установки при этом дополнительных деталей.
Кроме того, обеспечивается максимальное использование поверхности деталей корпусов ротора.