РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ Российский патент 2004 года по МПК H02K21/16 H02K21/14 

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к синхронным двигателям и генераторам с возбуждением от постоянных магнитов, и может быть использовано в промышленных роботах, в электроприводах лентопротяжных механизмов, киноаппаратуре, программных устройствах.

Известен ротор с постоянными магнитами и способ его изготовления /а.с. СССР №1032550, кл Н 02 К 15/02, опубликовано в 1983 г./, содержащий немагнитный вал и обойму, плоские постоянные магниты с тангенциальной намагниченностью, полюсные сердечники, изготовленные прессованием из магнитного порошкового материала, закрепление постоянных магнитов осуществляют путем допрессовки в собранной конструкции ротора с тангенциальным расположением постоянных магнитов брикетов полюсных сердечников до окончательной их плотности.

Недостатком такой конструкции является малая величина рабочего магнитного потока из-за большой величины воздушного зазора, определяемого толщиной немагнитной обоймы, а также из-за значительных потоков рассеяния с торцевых поверхностей ротора.

Известен ротор двигателя с постоянными магнитами /патент Франции №2655214, кл Н 02 К 15/03, опубликован в 1991 г./, содержащий по меньшей мере одну пару магнитных полюсов, между которыми установлены плоские магниты с тангенциальным намагничиванием. Полюса и магниты соединены между собой и с ротором посредством профильного элемента, имеющего в сечении участки в виде лепестков, число которых равно числу полюсов. Лепестки попарно соединены участками кривых в форме окружности с диаметром, близким к диаметру вала ротора.

Недостатком такой конструкции является малая величина рабочего магнитного потока из-за малой площади постоянных магнитов, создающих этот магнитный поток.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является ротор синхронного самосинхронизирующегося электродвигателя /патент Франции №2324150, кл Н 02 К 21/16, опубликован в 1977 г./, содержащий ярмо в виде крестовины, к сторонам плеч крестовины прижимаются плоские магниты с тангенциальной намагниченностью и полюсные наконечники, в пазах крестовины и полюсных сердечников размещена короткозамкнутая обмотка типа “беличья клетка”, все части ротора зажимаются боковыми щеками, стянутыми заклепками, проходящими через полюсные наконечники и удерживающими их. Ротор разбит на несколько элементов, немного сдвинутых по углу так, что при отливке беличьей клетки образуется ротор, эквивалентный ротору с наклонными пазами.

Недостатками такой конструкции является ее сложность из-за наличия большого количества элементов магнитной системы и их закрепления, малое значение рабочего магнитного потока ротора из-за ограниченной площади магнитов, прилегающих к полюсному сердечнику и больших потоков рассеяния с торцевых поверхностей ротора.

Технический результат - упрощение конструкции и повышение мощности путем увеличения магнитного потока.

Поставленная задача решается тем, что в известном роторе электрической машины с постоянными магнитами, содержащем магнитомягкое ярмо, полюсные наконечники, постоянные магниты, установленные на боковых поверхностях полюсных сердечников, короткозамкнутую обмотку из электропроводящего металла, ярмо ротора в виде правильной многоугольной призмы, на боковых гранях призмы в радиальном направлении выполнены круглые пазы, постоянные магниты выполнены в виде плоских круглых дисков и в виде полых круглых цилиндров и установлены в упомянутые пазы, причем плоские постоянные магниты размещены в выемках на дне пазов, полюсные сердечники с полюсными наконечниками выполнены круглыми цилиндрическими и установлены в полостях цилиндрических магнитов, короткозамкнутая обмотка выполнена в виде колец и размещена в упомянутых пазах на торцевой поверхности цилиндрических магнитов в непосредственной близости от воздушного зазора.

На фиг.1 изображен ротор электрической машины с постоянными магнитами в поперечном разрезе.

На фиг.2 изображен продольный разрез ротора по сечению А-А на фиг.1.

Ротор электрической машины с постоянными магнитами содержит магнитомягкое ярмо 1, плоские постоянные магниты 2, цилиндрические постоянные магниты 3, полюсные сердечники 4 с полюсными наконечниками 5, короткозамкнутую обмотку 6.

Магнитомягкое ярмо 1 выполнено в виде правильной многоугольной, например восьмиугольной, призмы, имеющей отверстие по оси призмы под вал ротора 7. Отверстие под вал выполняют круглым или квадратным. На боковых гранях призмы в радиальном направлении выполнены круглые пазы так, что оси пазов перпендикулярны оси ротора. Пазы равноудалены друг от друга, количество пазов в два раза меньше количества боковых граней призмы и равно числу полюсов ротора, постоянные магниты 2 изготовлены в виде плоских круглых дисков с небольшими центральными отверстиями. На дне каждого паза ярма выполнена выемка в виде кругового цилиндра с глубиной, равной длине магнита по направлению намагниченности, и диаметром, равным внутреннему диаметру постоянного магнита 3. В вышеупомянутых выемках размещены постоянные магниты 2, имеющие радиальную намагниченность, так, что они одной намагниченной поверхностью прилегают к ярму ротора, а другой - к торцевой поверхности полюсного сердечника 4. Короткозамкнутая обмотка 6 типа “беличья клетка” изготовлена из электропроводящего металла в виде массивного литого кольца или пакета, набранного из отштампованных колец из листового проката. Для изготовления короткозамкнутой обмотки используют алюминий, медь, латунь. Если электрическая машина работает только в режиме двигателя, то коротко-замкнутая обмотка выполняет роль пусковой обмотки и ее изготавливают из алюминия или латуни, если электрическая машина работает только в режиме генератора, то короткозамкнутая обмотка выполняет роль демпферной обмотки и ее изготавливают из меди. При работе электрической машины в режиме двигатель-генератор короткозамкнутая обмотка должна выполнять функции пусковой и демпферной обмоток, поэтому в данном случае короткозамкнутую обмотку выполняют в виде пакета, набранного из отштампованных колец из алюминия и меди, и размещенных в пакете послойно или в виде чередующихся слоев, например алюминий-медь-алюминий-медь. Пакет пусковой обмотки 6 выполняют так, чтобы внутренний и наружный диаметры были равны соответствующим диаметрам постоянного магнита 3, и размещают на торцевой поверхности магнита 3 в непосредственной близости от воздушного зазора. Общая высота магнита 3 и пакета пусковой обмотки 6 должна быть равна глубине паза ярма или больше нее, но не более чем на высоту пакета пусковой обмотки 6. Во внутренние полости постоянных магнитов 3 установлены круглые цилиндрические полюсные сердечники 4 с круговыми полюсными наконечниками 5 из магнитомягкого материала. Диаметр полюсного сердечника 4 равен внутреннему диаметру постоянных магнитов 3, а высота полюсного сердечника 4 равна глубине паза ярма ротора или больше нее, но не более чем на толщину пакета короткозамкнутой обмотки. Диаметр полюсных наконечников 5 больше диаметра полюсного наконечника 4. Полюсные сердечники 4 изготовлены совместно с полюсными наконечниками 5 или могут быть изготовлены отдельно друг от друга. По оси каждого полюсного сердечника 4 выполнено сквозное отверстие для крепления полюсного наконечника и сердечника к ярму ротора с помощью винта 8. Для этого в ярме ротора по оси полюсов выполняют отверстие с резьбой. Таким образом, к каждому полюсному сердечнику 4 прилегают одноименной полярностью плоские постоянные магниты 2 и цилиндрические постоянные магниты 3, а по наружной поверхности ротора имеет место чередование полярности. Магнитомягкое ярмо замыкает все разноименные поверхности постоянных магнитов полюсов, образуя замкнутую магнитную цепь ротора.

Сборку ротора осуществляют в следующей последовательности: ярмо ротора 1 насаживают на вал 7, в выемку паза ярма укладывают намагниченный плоский постоянный магнит 2, в паз ярма устанавливают намагниченный цилиндрический постоянный магнит 3, имеющий одноименную полярность внутренней поверхности с полярностью поверхности плоского магнита 2, обращенной в сторону паза ярма, на полюсный сердечник 4 с полюсным наконечником 5 надевают пакет колец короткозамкнутой обмотки и устанавливают сердечник внутрь магнита 3 со стороны наружной поверхности ротора, посредством винта 8 крепят полюсный сердечник 4 к ярму ротора 1, при этом торцевой поверхностью полюсный сердечник 4 прижимает магнит 2 к поверхности выемки, а выступающие части полюсного наконечника 5 прижимают пакет короткозамкнутой обмотки 6 к торцу постоянного магнита 3, в свою очередь постоянный магнит 3 прижат к дну паза ярма ротора 1, тем самым обеспечивается жесткое крепление всех деталей ротора. Для предотвращения повреждения постоянных магнитов 3 при затягивании винтов 8 между пакетом короткозамкнутой обмотки и магнитом 3 может быть установлена прокладка из мягкого металла. Установка деталей полюса в соседний паз аналогична, с тем лишь отличием, что для обеспечения чередования полярности по наружной поверхности ротора полюсный наконечник должен иметь противоположную полярность.

В заявляемом роторе электрической машины с постоянными магнитами упрощение конструкции достигается за счет того, что ярмо ротора 1 выполнено в виде правильной многоугольной призмы, на боковых гранях призмы выполнены круглые пазы, в каждый паз установлен плоский и полый цилиндрический магниты, во внутренней полости последнего размещен круглый цилиндрический полюсный сердечник 4 с полюсным наконечником 5, короткозамкнутая обмотка 6 выполнена в виде пакета колец, размещенных на полюсном сердечнике 4.

Вследствие того что к полюсному сердечнику 4 по всей его боковой поверхности и нижней торцевой поверхности прилегают постоянные магниты и полностью устраняют потоки рассеяния с поверхности полюсного сердечника 4, все это увеличивает рабочий магнитный поток ротора и повышает мощность электрической машины.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к роторам электрической машины с постоянными магнитами, и может быть использован в синхронных двигателях и генераторах, а также в вентильных двигателях, применяемых в электроприводах промышленных роботов, лентопротяжных механизмов, киноаппаратуре и программных устройствах. Технический результат - упрощение конструкции и повышение мощности путем увеличения магнитного потока. Сущность изобретения состоит в следующем. Ротор электрической машины с постоянными магнитами содержит магнитомягкое ярмо, плоские постоянные магниты, цилиндрические постоянные магниты, полюсные сердечники с полюсными наконечниками, короткозамкнутую обмотку. Согласно изобретению ярмо выполнено в виде правильной призмы с радиальными пазами, в которые установлены плоские и цилиндрические постоянные магниты, цилиндрические полюсные сердечники с полюсными наконечниками и кольцевая короткозамкнутая обмотка. 2 ил.

Ротор электрической машины с постоянными магнитами, содержащий магнитомягкое ярмо, полюсные наконечники, постоянные магниты, установленные на боковых поверхностях полюсных сердечников, короткозамкнутую обмотку из электропроводящего металла, отличающийся тем, что ярмо ротора выполнено в виде правильной многоугольной призмы, на боковых гранях призмы в радиальном направлении выполнены круглые пазы, постоянные магниты выполнены в виде плоских круглых дисков и в виде полых круглых цилиндров и установлены в упомянутые пазы, причем плоские постоянные магниты размещены в выемках на дне пазов, полюсные сердечники с полюсными наконечниками выполнены круглыми цилиндрическими и установлены в полостях цилиндрических магнитов, короткозамкнутая обмотка выполнена в виде колец и размещена в упомянутых пазах на торцевой поверхности цилиндрических магнитов в непосредственной близости от воздушного зазора.