ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2003 года по МПК H02K21/14 H02K1/28 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромашиностроению, и может быть использовано при проектировании синхронных высокооборотных генераторов и электродвигателей.

Известна электрическая машина, содержащая статор и ротор, выполненный в виде магнитного вала, на котором равномерно по его окружности расположены постоянные магниты и магнитные полюса, разделенные на две части клиньями, обеспечивающими стабильность конструкции [1]. Данное устройство позволяет обеспечить высокую надежность работы и стабильность магнитных характеристик, однако характеризуется сложностью конструкции магнитного вала и низкой технологичностью.

Наиболее близким к данному изобретению устройством является электрическая машина, содержащая статор и ротор, между которыми имеется зазор, при этом ротор содержит магнитопровод с размещенными на нем намагниченными в радиальном направлении постоянными магнитами с полюсными наконечниками, между постоянными магнитами с полюсными наконечниками имеются зазоры, а на наружной поверхности полюсных наконечников выполнены концентричные оси ротора кольцевые канавки, образующие равномерно чередующиеся выступы и пазы, при этом в кольцевых канавках размещен бандаж из немагнитного материала, охватывающий все полюсные наконечники.

При работе данной электрической машины центробежное усилие от постоянных магнитов воспринимается бандажом, что при увеличении скорости вращения ротора может привести к снижению его надежности и, как следствие, снижению надежности всего устройства. Обеспечение надежной работы при повышенных скоростях вращения ротора может быть достигнуто за счет увеличения поперечного сечения бандажа, ограниченного размерами кольцевых канавок.

Техническим результатом, который может быть достигнут при использовании данного изобретения, является улучшение массогабаритных показателей за счет расширения предела скоростных характеристик путем увеличения надежности работы устройства на высоких скоростях вращения.

Технический результат достигается тем, что в электрической машине, содержащей статор и ротор, между которыми имеется зазор δ, при этом ротор содержит магнитопровод с размещенными на нем намагниченными в радиальном направлении постоянными магнитами с полюсными наконечниками, между постоянными магнитами с полюсными наконечниками имеются зазоры, а на наружной поверхности полюсных наконечников выполнены концентричные оси ротора кольцевые канавки, образующие равномерно чередующиеся выступы и пазы, при этом в кольцевых канавках размещен бандаж из немагнитного материала, охватывающий все полюсные наконечники [2], в зазорах между постоянными магнитами с полюсными наконечниками размещены выполненные из немагнитного материала удерживающие элементы, с одной стороны жестко зафиксированные в магнитопроводе, а с другой стороны жестко соединенные с бандажом. Бандаж может быть выполнен из композиционного материала в виде колец, составляющих с удерживающими элементами единое целое. Ширину каждого из пазов предпочтительно выбирать не более двойной величины указанного зазора δ, отношение ширины выступов к ширине пазов - от 0,2 до 20, а высоту оснований полюсных наконечников - не менее половины ширины выступов.

Введение удерживающих элементов позволяет передать нагрузки, возникающие из-за действия центробежных сил при вращении ротора, от постоянных магнитов и полюсных наконечников на магнитопровод. Введение методики выбора оптимальных размеров кольцевых канавок, в которых размещен бандаж, обеспечивает при минимальных габаритах сохранить целостность конструкции полюсных наконечников при повышенных скоростях вращения.

На фиг.1 представлена конструкция электрической машины.

На фиг.2 изображена конструкция ротора в разрезе.

Устройство состоит из статора и ротора, между которыми имеется немагнитный зазор, например, воздушный δ (фиг.1). Ротор содержит магнитопровод 1, установленный, например, на валу, с равномерно размещенными на нем намагниченными в радиальном направлении постоянными магнитами 2, соединенными с полюсными наконечниками 3, выполненными из магнитного материала. Между постоянными магнитами 2 с размещенными на них полюсными наконечниками 3 имеются немагнитные зазоры. На наружной поверхности полюсных наконечников 3 выполнены концентричные оси ротора кольцевые канавки, образующие равномерно чередующиеся выступы и пазы по всей длине полюсных наконечников 3. В кольцевых канавках размещен бандаж из немагнитного материала, охватывающий все полюсные наконечники 3. Бандаж выполнен в виде колец 4, изготовленных из высокопрочного немагнитного материала, например композиционного. Для придания конструкции ротора дополнительной прочности и надежности на высоких скоростях вращения в зазорах между постоянными магнитами 2 с полюсными наконечниками 3 размещены удерживающие элементы 5, с одной стороны жестко зафиксированные в магнитопроводе 2, например, с помощью соединения типа "ласточкин хвост", а с другой стороны жестко соединенные с бандажом (фиг.2). Для фиксации конструкции ротора на его обеих торцевых поверхностях установлены фиксирующие фланцы 6. Удерживающие элементы 5 могут быть выполнены как отдельные детали либо могут быть частью колец 4, составляя с ними единое целое, т. е. могут быть выполненными с ними заодно. При выполнении удерживающих элементов 5 заодно с кольцами 4 композиционный материал может быть армирован высокопрочными нитями преимущественно в тангенциальном направлении в кольцевой зоне и преимущественно в радиальном направлении в зоне удерживающих элементов. Выбор ширины пазов (Ш_п), ширины выступов (Ш_в) и высоты основания полюсных наконечников (Н_осн), равной разнице между высотой полюсного наконечника и глубиной паза (фиг.1), осуществляется из следующих соотношений:
- величина высоты основания (Н_осн) полюсных наконечников составляет не менее половины ширины выступов;
- ширина каждого из пазов (Ш_п) составляет не более двойной величины зазора между статором и ротором δ;
- отношение ширины выступов (Ш_в) к ширине пазов (Ш_п) составляет от 0,2 до 20.

При работе устройства перегрузки, возникающие от действия центробежных сил, не могут вызвать разрушения бандажа, следовательно, ротора, т.к. они передаются удерживающими элементами с постоянных магнитов и полюсных наконечников на магнитопровод, имеющий значительное сечение. Данная конструкция ротора позволяет обеспечить высокую надежность работы на высоких скоростях вращения, расширить скоростной диапазон и тем самым улучшить массогабаритные показатели.

Источники информации
1. SU 1406689 А1, Н 02 К 17/28, 1987.

2. SU 1677806 A1, H 02 К 21/14, 1989.

Использование: в электромашиностроении, в электрических машинах с постоянными магнитами на роторе. Ротор электрической машины содержит магнитопровод с размещенными на нем постоянными магнитами с полюсными наконечниками. Между полюсными наконечниками имеются зазоры, в которых установлены удерживающие элементы. На наружной поверхности полюсных наконечников имеются кольцевые канавки, в которых размещен бандаж из немагнитного материала, выполненный в виде колец. Жесткое соединение удерживающих элементов с магнитопроводом и бандажом позволяет передать нагрузки, возникающие при вращении ротора, на магнитопровод. Технический результат заключается в повышении надежности работы при повышенных скоростях оборотов ротора, увеличении его скоростного диапазона и улучшении массогабаритных показателей. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Электрическая машина, содержащая статор и ротор, между которыми имеется воздушный зазор δ, ротор содержит магнитопровод с размещенными на нем и намагниченными в радиальном направлении постоянными магнитами с полюсными наконечниками, между постоянными магнитами с полюсными наконечниками имеются зазоры, а на наружной поверхности полюсных наконечников выполнены концентричные оси ротора кольцевые канавки, образующие равномерно чередующиеся выступы и пазы, при этом в кольцевых канавках размещен бандаж из немагнитного материала, охватывающий все полюсные наконечники, отличающаяся тем, что в зазорах между постоянными магнитами с полюсными наконечниками размещены выполненные из немагнитного материала удерживающие элементы, с одной стороны жестко зафиксированные в магнитопроводе, а с другой стороны жестко соединенные с указанным бандажом. 2. Электрическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что указанный бандаж выполнен в виде колец, составляющих с указанными удерживающими элементами единое целое. 3. Электрическая машина по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что указанный бандаж выполнен в виде колец из немагнитного композиционного материала. 4. Электрическая машина по любому из пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что ширина каждого из указанных пазов на наружной поверхности полюсных наконечников составляет не более двойной величины воздушного зазора δ.
5. Электрическая машина по любому из пп. 1 - 4, отличающаяся тем, что отношение ширины выступов к ширине пазов на наружной поверхности полюсных наконечников составляет от 0,2 до 20,0. 6. Электрическая машина по любому из пп. 1 - 5, отличающаяся тем, что высота оснований полюсных наконечников составляет не менее половины ширины выступов на наружной поверхности полюсных наконечников.