МНОГОПОЛЮСНЫЙ РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ Российский патент 1994 года по МПК H02K1/27 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к конструкции ротора электрической машины с постоянными магнитами цилиндрического типа, и может быть использовано при изготовлении многополюсных роторов электрической машины, особенно крупногабаритных.

Известна конструкция ротора электрической машины типа "звездочка" (1). Ротор содержит прикрепленные к валу из магнитопроводящего материала постоянные магниты в виде пластин, поперечное сечение которых имеет форму сегмента с плоскопараллельными боковыми гранями. Количество магнитов определяется количеством полюсов ротора.

Недостатком рассматриваемой конструкции является наличие в этом роторе потоков рассеивания с боковых и торцовых граней полюсов ротора.

Наличие магнитопроводящего вала, на который крепятся постоянные магниты, активизирует (усиливает) потоки рассеивания. Кроме этого описываемый ротор обладает невысокой устойчивостью с размагничиванию.

Известен ротор электрической машины типа "звездочка" с полным заполнением объема ротора постоянными магнитами, т. е. при этом боковые грани полюсов ротора отличны от плоскопараллельных и соприкасаются друг с другом (2). Полюсные участки выполнены из анизотропного магнитотвердого материала. Применение такой конструкции ротора позволяет снизить потоки рассеивания с боковых граней полюсных магнитов и за счет этого повысить поток с ротора. Данный ротор выбран за прототип.

Недостатком описанной конструкции является также невысокая устойчивость к размагничиванию.

Целью предлагаемого изобретения является повышение магнитного потока и устойчивости к размагничиванию.

Поставленная цель достигается тем, что в многополюсном роторе электрической машины с постоянными магнитами, выполненном в форме цилиндра и содержащем 2р (р ≥2) полюсных секторных участков из анизотропного магнитотвердого материала, установленных на втулке, текстура секторных участков выполнена в виде дуг, выгнутых к оси цилиндра, а втулка из магнитонепроводящего материала.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый ротор имеет отличительные признаки:
1. Текстура секторных участков представляет из себя дуги, выгнутые к оси цилиндра.

2. Втулка изготовлена из магнитонепроводящего материала.

Таким образом, техническое решение удовлетворяет критерию "новизна". Анализ отличительных признаков показывает, что применение магнитов с текстурой в виде дуг и выполнение вала из магнитонепроводящего материала авторам известны. Но в известном изобретении (3) текстура представлена в магните монолитного исполнения, секторные участки отсутствуют. Кроме того, предлагаемая авторами текстура, а также применение вала из магнитонепроводящего материала обеспечивают получение иного положительного эффекта, а именно: повышение магнитного потока и устойчивости к размагничиванию.

Таким образом, техническое решение удовлетворяет критерию "существенные отличия".

На фиг. 1а и б представлен заявляемый ротор. На фиг. 1а втулка 1 из магнитонепроводящего материала - в форме граненного цилиндра, на фиг. 1б - в форме круглого цилиндра, секторные участки ( постоянные магниты) 2 имеют текстуру в виде дуг, выгнутых к оси цилиндра. Постоянные магниты 2 крепятся на втулку с помощью клея.

На фиг. 2 представлено устройство для получения постоянных магнитов со сложной дугообразной текстурой. Оно состоит из верхнего 3 и нижнего 4 пуансонов, индуктора 5, рабочего объема 6. Верхний и нижний пуансоны изготовлены из немагнитных материалов. В индукторе магнитопровод 7 заложен таким образом, чтобы в рабочей области пресс-инструмента создавалось сложное магнитное поле. Магнитопровод 7 выполнен из шихтованного железа.

На фиг. 3 представлен график распределения нормальной составляющей магнитной индукции над полюсом ротора. Постоянные магниты с текстурой в виде дуг могут быть изготовлены методом порошковой металлургии, например из феррита стронция или самарий-кобальта. В рабочий объем 6 (фиг. 2), который представляет из себя в сечении сегмент, засыпают порцию магнитотвердого порошка, например, феррита стронция. Затем порошок ориентируют в магнитном поле, которое создается путем пропускания постоянного или импульсного тока через обмотку 7. После ориентации порошка производят прессование его путем приложения давления к пуансону 3. Величина давления при прессовании, например, порошка феррита стронция составляет 600-800 кг/см². Величина ориентирующего магнитного поля не менее 800 кА/м (10 кЭ).

Полученные вышеуказанным способом магниты имеют сложную текстуру в виде выгнутых дуг. Длина силовой магнитной линии (l) таких магнитов больше, чем у магнитов с плоскопараллельной текстурой, комплектующих ротор типа "звездочка". Величина магнитного потока магнита определяется его проводимостью
G = k , r где k - к-т формы полюса;
S - площадь полюса магнита;
l - длина магнитной силовой линии.

Теоретически устойчивость к размагничиванию ротора будет также пропорциональна длине (l) комплектующих его магнитов, т. е. будет определяться величиной магнитодвижущей силы (Р)
F = H˙ l где Н - напряженность магнитного поля.

Экспериментально это подтверждено результатами, проведенными на фиг. 3. На графике кривые 1а, 1б - распределение нормальной составляющей магнитной индукции над полюсом ротора типа "звездочка" и предлагаемой конструкции, кривые 2а, 2б - те же величины после воздействия размагничивающего поля. Как видно из графика, кривая 2б значительно выше кривой 2а, а значит устойчивость к размагничиванию также выше.

Проведенные испытания ротора конструкции типа "звездочка", комплектуемого магнитами с плоскопараллельной текстурой и заявляемого ротора позволяют сделать вывод, что величина потока последнего на 10-15% выше, что подтверждает выполнение поставленной цели.

Предлагаемый ротор может применяться для электрической машины различных габаритов, но особенно эффективно его применение для э/машин с большим моментом (более 47 нМ).

Использование предлагаемого ротора позволяет снизить расход материала магнита, уменьшает массу всей системы на 15-20% . (56) Буг Д. А. "Бесконтактные электрические машины". М. , Высшая школа, 1985, с. 62.

Авторское свидетельство СССР N 1525829, кл. Н 02 К 21/14, 1989.

Авторское свидетельство СССР N 1541720, кл. Н 02 К 21/14, 1990.

Использование изобретения: в многополюсных роторах электрической машины, особенно в крупногабаритных. Сущность изобретения: втулка ротора 1 выполнена из магнитонепроводящего материала. Постоянные магниты 2 в виде секторов имеют текстуру в виде дуг, выгнутых к оси цилиндра. Они крепятся на втулку с помощью клея. Изобретение позволяет повысить магнитный поток и устойчивость к размагничиванию. 3 ил.

МНОГОПОЛЮСНЫЙ РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ, выполненный в форме цилиндра и содержащий 2p (p ≥ 2) полюсных секторных участков из анизотропного магнитотвердого материала, установленных на втулке, отличающийся тем, что текстура секторных участков выполнена в виде дуг, выгнутых к оси цилиндра, а втулка - магнитонепроводящего материала.