Автoры: Сбитнев Станиcлав Алекcандрoвич, Шмелёв Вячеcлав Евгеньевич.
Изoбретение oтнocитcя к oблаcти электрoтехники и электрoмашинocтрoения и мoжет быть иcпoльзoванo при прoектирoвании и прoизвoдcтве вентильных электричеcких машин (двигателей и генератoрoв) клаccичеcкой и обращенной конcтрукций для улучшения их энергетичеcких характериcтик. Техничеcкий результат - увеличение магнитных потоков в рабочих зазорах клаccичеcкой и обращенной вентильных электрических машин, что достигается путем создания оптимальных форм полюсных и межполюсных магнитов в мозаичных магнитных системах роторов. 2 ил.
Проект относится к области электромашиностроения - к производству вентильных электрических машин (генераторов, двигателей). Одной из основных частей таких машин является ротор с постоянными магнитами для создания магнитного поля возбуждения.
Цель данного изобретения - увеличение магнитного потока полюсных магнитов путем применения межполюсных магнитов и оптимизации формы полюсных и межполюсных магнитов.
Радиальное сечение оптимальной конструкции ротора классической вентильной электрической машины показано на фигуре 1. Эта конструкция состоит из 2р геометрически одинаковых полюсных магнитов 1, намагниченных радиально, 2р геометрически одинаковых межполюсных магнитов 2, намагниченных тангенциально, вала 3 и бандажа 4; р - число пар полюсов ротора. Направления намагничивания полюсных и межполюсных магнитов показаны на фигуре стрелками. Вал и бандаж изготавливаются из немагнитных материалов. Часть окружности - дуга каждого полюсного магнита 1 ограничена отрезками хорд, пересекающимися на оси полюса в точке на внутреннем контуре магнитной системы. Эта дуга соответствует центральному углу =/р. Совокупность дуг всех 2р полюсных магнитов образует окружность. Совокупность всех одинаковых участков цилиндрической поверхности полюсных магнитов образует замкнутую наружную цилиндрическую поверхность ротора, обращенную к рабочему зазору машины. Радиальное сечение каждого межполюсного магнита 2 представляет собой равнобедренный треугольник, две равные стороны которого обращены к соседним полюсным магнитам, а третья сторона обращена к валу 3. Этой третьей стороне соответствует центральный угол =/р, поэтому совокупность всех 2р таких сторон образует правильный многоугольник. Совокупность всех одинаковых плоских поверхностей межполюсных магнитов, граничащих с валом, образует замкнутую внутреннюю поверхность мозаичной магнитной системы. Эта поверхность имеет 2р одинаковых плоских граней. Для такой системы магнитный поток полюсных магнитов 1 в рабочем зазоре будет максимальным при условии равенства нормальных составляющих вектора остаточной магнитной индукции Br на любой плоской границе между полюсными и межполюсными магнитами: Br1n=Br2n, где индекс 1 относится к полюсному магниту, а индекс 2 - к межполюсному. Указанное равенство выполняется при следующих условиях: величина остаточной магнитной индукции в полюсных и межполюсных магнитах одинакова (Br1=Br2) и угол скоса границ между полюсными и межполюсными магнитами равен =(р-1)/(4p). Это угол от указанной границы до нормали к оси полюсного магнита, проведенной из точки пересечения хорд на оси полюсного магнита. Эти условия должны выполняться для многополюсного мозаичного ротора с любым числом пар полюсов при р2.
Радиальное сечение оптимальной конструкции ротора обращенной вентильной электрической машины показано на фигуре 2. Эта конструкция состоит из 2р геометрически одинаковых полюсных магнитов 1, намагниченных радиально, 2р геометрически одинаковых межполюсных магнитов 2, намагниченных тангенциально, обоймы 3, фланца 4 и вала 5; р - число пар полюсов ротора. Направления намагничивания полюсных и межполюсных магнитов показаны на фигуре стрелками. Обойма 3 и фланец 4 изготавливаются из немагнитного материала. Часть окружности - дуга каждого полюсного магнита 1 ограничена отрезками хорд, пересекающимися на оси полюса в точке на наружном контуре магнитной системы. Эта дуга соответствует центральному углу =/р. Совокупность дуг всех 2р полюсных магнитов образует окружность. Совокупность всех одинаковых участков цилиндрической поверхности полюсных магнитов образует замкнутую внутреннюю цилиндрическую поверхность ротора, обращенную к рабочему зазору машины. Радиальное сечение каждого межполюсного магнита 2 представляет собой равнобедренный треугольник, две равные стороны которого обращены к соседним полюсным магнитам, а третья сторона обращена к обойме 3. Этой третьей стороне соответствует центральный угол =/р, поэтому совокупность всех 2р таких сторон образует правильный многоугольник. Совокупность всех одинаковых плоских поверхностей межполюсных магнитов, граничащих с обоймой, образует замкнутую наружную поверхность мозаичной магнитной системы. Эта поверхность имеет 2р одинаковых плоских граней. Для такой системы магнитный поток полюсных магнитов 1 в рабочем зазоре будет максимальным при условии равенства нормальных составляющих вектора остаточной магнитной индукции Br на любой плоской границе между полюсными и межполюсными магнитами: Br1n=Вr2n, где индекс 1 относится к полюсному магниту, а индекс 2 - к межполюсному. Указанное равенство выполняется при следующих условиях: величина остаточной магнитной индукции в полюсных и межполюсных магнитах одинакова (Br1=Вr2) и угол скоса границ между полюсными и межполюсными магнитами равен =(p+1)/(4p). Это угол от указанной границы до нормали к оси полюсного магнита, проведенной из точки пересечения хорд на оси полюсного магнита. Эти условия должны выполняться для многополюсного мозаичного ротора с любым числом пар полюсов при р2.
Формула изобретения
1. Многополюсный ротор классической вентильной электрической машины с постоянными магнитами, содержащий полюсные магниты, намагниченные радиально, межполюсные магниты, намагниченные тангенциально, вал и бандаж, изготовленные из немагнитных материалов, отличающийся тем, что для увеличения магнитного потока полюсных магнитов формы полюсных и межполюсных магнитов изменены так, что совокупность всех 2р одинаковых участков цилиндрической поверхности полюсных магнитов образует замкнутую наружную цилиндрическую поверхность ротора, совокупность всех 2р одинаковых плоских поверхностей межполюсных магнитов, граничащих с валом, образует замкнутую внутреннюю поверхность мозаичной магнитной системы, при этом величина остаточной индукции полюсных и межполюсных магнитов одинакова (Br1=Вr2), а угол скоса границы между полюсными и межполюсными магнитами равен =(р-1)/(4р) и этот угол образован указанной границей и нормалью к оси полюсного магнита, проведенной из точки пересечения хорд на оси полюсного магнита, а р2 - число пар полюсов ротора.
2. Многополюсный ротор обращенной вентильной электрической машины с постоянными магнитами, содержащий полюсные магниты, намагниченные радиально, обойму из магнитного материала, фланец из немагнитного материала, а также вал, отличающийся тем, что для увеличения магнитного потока с полюсных магнитов между этими магнитами устанавливаются межполюсные магниты, намагниченные тангенциально, формы полюсных и межполюсных магнитов такие, что совокупность всех 2р одинаковых участков цилиндрической поверхности полюсных магнитов образует замкнутую внутреннюю цилиндрическую поверхность ротора, совокупность всех 2р одинаковых плоских поверхностей межполюсных магнитов, граничащих с обоймой, образует замкнутую наружную поверхность мозаичной магнитной системы, при этом величина остаточной индукции полюсных и межполюсных магнитов одинакова (Br1=Br2), угол скоса границы между полюсными и межполюсными магнитами равен =(р+1)/(4p) и этот угол образован указанной границей и нормалью к оси полюсного магнита, проведенной из точки пересечения хорд на оси полюсного магнита, где р2 - число пар полюсов ротора, а обойма изготавливается из немагнитного материала.
