РОТОР МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ Российский патент 2007 года по МПК H02K1/27 H02K21/12 

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к роторам магнитоэлектрических машин, преимущественно синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов, и может быть использовано в составе различных источников электроэнергии с магнитоэлектрическими генераторами, например, в составе синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов на автомобилях, катерах, а также в автономных энергоустановках в составе магнитоэлектрических машин (синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов) для снабжения электроэнергией различных потребителей (для освещения, приведения в действие разнообразного электроинструмента), а также для проведения различных технологических процессов, например, для проведения электродуговой сварки.

Известен ротор магнитоэлектрической машины, преимущественно синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, содержащий жестко скрепленную с опорным валом обойму магнитопровода, на которой смонтированы постоянные магниты возбуждения с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами (см., например, патент РФ №2178615, кл. H02K 1/27 по заявке №2000120729/09 от 02.08.2000 г.).

Недостатком известного ротора магнитоэлектрической машины является большая металлоемкость и значительные габариты, обусловленные значительными металлоемкостью и габаритами массивной цилиндрической формы обоймы магнитопровода, выполненной из двух отдельных, разделенных друг от друга в аксиальном направлении одинаковых секций с установленными в них отдельными постоянными магнитами возбуждения, намагниченными в радиальном направлении, обращенными в смежных секциях своими одноименными полюсами в диаметрально противоположном направлении и сдвинутыми в окружном направлении в смежных секциях своими полюсами на 180 электрических градусов друг относительно друга. К дополнительному недостатку известного ротора магнитоэлектрической машины следует отнести технологическую сложность, обусловленную требованием выполнения специальных радиальных пазов в обойме магнитопровода для размещения в них отдельных магнитов с целью их надежного удержания в обойме от выпадения при вращении с большой угловой скоростью ротора магнитоэлектрической машины, а также обусловленную наличием специальной немагнитной вставки между секциями обоймы магнитопровода, разделяющей последние друг от друга в аксиальном направлении.

Известен также ротор магнитоэлектрической машины, преимущественно синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, содержащий жестко скрепленную с опорным валом кольцевую обойму магнитопровода, на внутренней боковой стенке которой смонтирован кольцевой магнитный вкладыш, образованный постоянными магнитами возбуждения с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами (см., например, патент РФ №2141716, кл. Н02К 21/12 по заявке №4831043/09 от 02.03.1988 г.).

Недостатком известного ротора магнитоэлектрической машины является малая надежность его в эксплуатации вследствие технологической сложности конструкции составного кольцевого вкладыша с отдельными постоянными магнитами, имеющими переменную в радиальном направлении ширину и отделенными друг от друга магнитопроводными участками, а также обусловленная низкой надежностью крепления отдельных постоянных магнитов к внутренней боковой стенке кольцевой обоймы ротора (использование образующих кольцевую обойму ротора диамагнитной пластмассовой кольцевой проставки и бандажного кольца, воспринимающего радиально направленные и весьма значительные центробежные силы при вращении кольцевого магнитного вкладыша с отдельными постоянными магнитами). Дополнительным недостатком известного ротора магнитоэлектрической машины являются узкие эксплуатационные параметры, обусловленные малой величиной магнитного потока, создаваемого при вращении кольцевой обоймы магнитопровода ротора (вследствие незначительной ширины кольцевого магнитного вкладыша, образованного из отдельных постоянных магнитов, и неоднородности намагниченности полюсов постоянных магнитов).

Наиболее близким аналогом (прототипом) является ротор магнитоэлектрической машины, преимущественно синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, содержащий жестко скрепленную с опорным валом кольцевую обойму магнитопровода с упорным фланцем, на внутренней боковой стенке которой смонтированы постоянные магниты возбуждения, образующие между собой кольцевой магнитный вкладыш с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами (см., например, патент РФ №2069441, кл. Н02К 21/22 по заявке №4894702/07 от 01.06.1990 г.). Недостатком известного ротора магнитоэлектрической машины является малая надежность в эксплуатации, обусловленная низкой надежностью крепления отдельных постоянных магнитов, образующих между собой кольцевой магнитный вкладыш, к внутренней боковой стенке кольцевой обоймы ротора (распределение напряжений на участке сопряжения кольцевого магнитного вкладыша с внутренней боковой стенкой кольцевой обоймы магнитопровода является крайне неравномерным, со скачками и резкими перепадами в эпюре напряжений). Дополнительным недостатком известного ротора магнитоэлектрической машины являются узкие эксплуатационные параметры, обусловленные как малой величиной создаваемого при вращении ротора магнитного потока (вследствие использования довольно узкого кольцевого магнитного вкладыша, с учетом неоднородности намагниченности магнитных полюсов и дополнительного краевого эффекта ослабления магнитной индукции), так и технологической сложностью реализации значительного по ширине кольцевого магнитного вкладыша, образованного отдельными постоянными магнитами (требование применения специальных, преимущественно уникальных по своему составу, установок для намагничивания многополюсных кольцевых магнитов). Малая же величина магнитного потока, создаваемого кольцевым магнитопроводом ротора, приводит, как следствие, к незначительной активной мощности синхронного генератора, в составе которого используется данный ротор магнитоэлектрической машины.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности в эксплуатации ротора магнитоэлектрической машины и расширение его эксплуатационных параметров.

Поставленная цель достигается тем, что ротор магнитоэлектрической машины, преимущественно синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, содержащий жестко скрепленную с опорным валом кольцевую обойму магнитопровода с упорным фланцем, на внутренней боковой стенке которой смонтирован кольцевой магнитный вкладыш, образованный постоянными магнитами возбуждения с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами, в нем внутренняя боковая стенка кольцевой обоймы магнитопровода выполнена с кольцевой проточкой, а указанный кольцевой магнитный вкладыш выполнен из группы одинаковых монолитных кольцевых магнитов с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами, размещенных в упомянутой кольцевой проточке на внутренней боковой стенке кольцевой обоймы магнитопровода и сопряженных между собой по своим торцам и с боковой стенкой указанной кольцевой проточки, при этом одноименные чередующиеся в окружном направлении магнитные полюсы в смежных монолитных кольцевых магнитах расположены конгруэнтно друг другу в одних радиальных плоскостях. Дополнительным отличием предложенного ротора магнитоэлектрической машины, преимущественно синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, является то, что каждый из монолитных кольцевых магнитов выполнен в виде кругового полого цилиндра из порошкового магнитоанизотропного материала. Кроме того, участки сопряжения монолитных кольцевых магнитов между собой и с боковой стенкой упомянутой кольцевой проточки во внутренней боковой стенке кольцевой обоймы магнитопровода снабжены заполняющим их клеевым составом.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид предложенного ротора магнитоэлектрической машины, преимущественно синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, в продольном разрезе;

На фиг.2 - разрез А-А по фиг.1.

Ротор магнитоэлектрической машины, преимущественно синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, содержит (см. фиг.1 и 2) жестко скрепленную с опорным валом 1 кольцевую обойму 2 магнитопровода с упорным фланцем 3, на внутренней боковой стенке 4 которой смонтирован кольцевой магнитный вкладыш, образованный постоянными магнитами возбуждения с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами (S-N). Внутренняя боковая стенка 4 кольцевой обоймы 2 магнитопровода выполнена с кольцевой проточкой «а», а указанный кольцевой магнитный вкладыш выполнен из группы одинаковых монолитных кольцевых магнитов 5 с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами (S-N), размещенных в упомянутой кольцевой проточке «а» на внутренней боковой стенке 4 кольцевой обоймы 2 и сопряженных между собой по своим торцам «б» и с боковой стенкой указанной кольцевой проточки «а». Одноименные чередующиеся в окружном направлении магнитные полюсы (S-N) в смежных монолитных кольцевых магнитах 5 расположены конгруэнтно друг другу в одних радиальных плоскостях. Каждый из монолитных кольцевых магнитов 5 выполнен в виде кругового полого цилиндра из порошкового магнитоанизотропного материала. Участки сопряжения монолитных кольцевых магнитов 5 между собой и с боковой стенкой упомянутой кольцевой проточки «а» во внутренней боковой стенке 4 кольцевой обоймы 2 магнитопровода снабжены (в варианте исполнения) заполняющим их клеевым составом (на чертеже не показано). Для передачи крутящего момента кольцевая обойма 2 магнитопровода скреплена с опорным валом 1 посредством шпоночного соединения со шпонкой 6, размещенной в соответствующем пазу, выполненном в опорном валу 1.

Ротор магнитоэлектрической машины, преимущественно синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, собирается и эксплуатируется следующим образом. Каждый из монолитных кольцевых магнитов 5 из порошкового магнитоанизотропного материала, размещенный во вспомогательном технологическом кольце (на чертеже не показано) и намагниченный до заданных параметров (по числу полюсов и величине коэрцитивной силы по намагниченности материала монолитного кольцевого магнита) вместе с указанным вспомогательным технологическим кольцом в специальном индукторе установки для намагничивания кольцевых магнитов (на чертеже также не показано) после окончания процесса намагничивания выпрессовывается из вспомогательного технологического кольца и запрессовывается в кольцевую обойму 2 магнитопровода (в кольцевую проточку «а» во внутренней боковой стенке 4 кольцевой обоймы 2) до соответствующего упора. Далее процесс повторяется, и следующий намагниченный в специальном индукторе установки для намагничивания монолитный кольцевой магнит 5 из порошкового магнитоанизотропного материала выпрессовывается из вспомогательного технологического кольца и запрессовывается в кольцевую обойму 2 магнитопровода (в кольцевую проточку «а» во внутренней боковой стенке 4 кольцевой обоймы 2) до упора в предыдущий монолитный кольцевой магнит 5 (до упора в его торец «б»), после чего процесс снова повторяется до образования (или набора) в кольцевой обойме 2 магнитопровода (в кольцевой проточке «а» во внутренней боковой стенке 4) сплошного кольцевого магнитного вкладыша (пакета) из монолитных кольцевых магнитов 5, в котором одноименные чередующиеся в окружном направлении магнитные полюсы (S-N) в смежных монолитных кольцевых магнитах расположены конгруэнтно друг другу в одних радиальных плоскостях. Для повышения прочности и надежности крепления монолитных кольцевых магнитов 5 в кольцевой проточке «а» во внутренней боковой стенке 4 кольцевой обоймы 2 (в варианте исполнения ротора магнитоэлектрической машины) участки сопряжения монолитных кольцевых магнитов 5 между собой и с боковой стенкой упомянутой кольцевой проточки «а» во внутренней боковой стенке 4 кольцевой обоймы магнитопровода снабжены заполняющим их клеевым составом (для чего перед запрессовкой монолитных кольцевых магнитов 5 в кольцевую обойму 2 магнитопровода эти монолитные кольцевые магниты 5 и боковую стенку кольцевой проточки «а» в боковой стенке 4 кольцевой обоймы смазывают соответствующим клеевым составом (на чертеже не показано).

Выполнение кольцевого магнитного вкладыша из группы одинаковых монолитных кольцевых магнитов 5 с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами, размещенных в упомянутой кольцевой проточке «а», выполненной во внутренней боковой стенке 4 кольцевой обоймы 2 магнитопровода, обуславливает повышение надежности в эксплуатации ротора магнитоэлектрической машины, поскольку монолитные кольцевые магниты 5 обладают весьма большим запасом механической прочности (значительные центробежные силы, воздействующие на составной кольцевой магнитный вкладыш с постоянными магнитами и стремящиеся его деформировать или разорвать, не вызывают в нем таких напряжений, которые бы превышали предела его прочности), а в самом распределении напряжений на участке сопряжения монолитных кольцевых магнитов 5 и боковой стенки кольцевой проточки «а» во внутренней боковой стенке 4 кольцевой обоймы 2 магнитопровода отсутствуют какие-либо скачки и резкие перепады (в эпюре напряжений). Дополнительным преимуществом предложенного ротора магнитоэлектрической машины является расширение его эксплуатационных параметров, обусловленное тем, что весьма значительный по ширине кольцевой магнитный вкладыш выполняется (набирается) из группы относительно узких одинаковых монолитных кольцевых магнитов 5, что позволяет изменять в широких пределах общий магнитный поток (в зависимости от требуемой активной мощности магнитоэлектрической машины, преимущественно синхронного генератора, в составе которого используется предложенный ротор), улучшить и расширить область однородности создаваемого магнитного поля и повысить его напряженность, а также позволяет, как следствие, непосредственно повысить электрическую активную мощность магнитоэлектрического генератора при улучшенных массогабаритных характеристиках как самого ротора, так и генератора, и дополнительно позволяет снизить эксплуатационные затраты на изготовление предложенного ротора магнитоэлектрической машины за счет использования для намагничивания монолитных кольцевых магнитов 5 обычных индукторов в установках для намагничивания, не имеющих специально оговоренные уникальные параметры (например, по величине требуемого импульсного тока, обеспечивающего необходимую величину напряженности магнитного поля в индукторе установки для намагничивания, по параметрам теплопередачи специальной системы охлаждения токоподводов и разрядных цепей, необходимой для отвода весьма значительных тепловых потоков, возникающих в токоподводах и разрядных цепях в процессе намагничивания).

Изобретение относится к электротехнике и электромашиностроению, в частности к роторам магнитоэлектрических машин, преимущественно синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов. Технический результат состоит в повышении надежности в эксплуатации и расширении эксплуатационных параметров путем увеличения при вращении общего магнитного потока при улучшенных массогабаритных характеристиках. Ротор магнитоэлектрической машины содержит жестко скрепленную с опорным валом кольцевую обойму магнитопровода с упорным фланцем. На внутренней боковой стенке кольцевую обойму смонтирован кольцевой магнитный вкладыш, образованный постоянными магнитами возбуждения с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами. Внутренняя боковая стенка кольцевой обоймы магнитопровода выполнена с кольцевой проточкой. Кольцевой магнитный вкладыш выполнен из группы одинаковых монолитных кольцевых магнитов с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами, размещенных в упомянутой кольцевой проточке на внутренней боковой стенке кольцевой обоймы магнитопровода и сопряженных между собой по своим торцам и с боковой стенкой указанной кольцевой проточки. Одноименные чередующиеся в окружном направлении магнитные полюсы в смежных монолитных кольцевых магнитах расположены конгруэнтно друг другу в одних радиальных плоскостях. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ротор магнитоэлектрической машины, преимущественно синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, содержащий жестко скрепленную с опорным валом кольцевую обойму магнитопровода с упорным фланцем, на внутренней боковой стенке которой смонтирован кольцевой магнитный вкладыш, образованный постоянными магнитами возбуждения с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами, отличающийся тем, что внутренняя боковая стенка кольцевой обоймы магнитопровода выполнена с кольцевой проточкой, а указанный кольцевой магнитный вкладыш выполнен из группы одинаковых монолитных кольцевых магнитов с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами, размещенных в упомянутой кольцевой проточке на внутренней боковой стенке кольцевой обоймы.магнитопровода и сопряженных между собой по своим торцам и с боковой стенкой указанной кольцевой проточки, при этом одноименные чередующиеся в окружном направлении магнитные полюсы в смежных монолитных кольцевых магнитах расположены конгруэнтно друг-другу в одних радиальных плоскостях.2. Ротор магнитоэлектрической машины, преимущественно синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов по п.1, отличающийся тем, что каждый из монолитных кольцевых магнитов выполнен в виде кругового полого цилиндра из порошкового магнитоанизотропного материала.3. Ротор магнитоэлектрической машины, преимущественно синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов по п.1, отличающийся тем, что участки сопряжения монолитных кольцевых магнитов между собой и с боковой стенкой упомянутой кольцевой проточки во внутренней боковой стенке кольцевой обоймы магнитопровода снабжены заполняющим их клеевым составом.