ТОРЦЕВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2007 года по МПК H02K21/24 H02K21/12 

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к конструкции торцевых электрических машин, работающих в режиме генератора или двигателя.

Известна торцевая бесконтактная электрическая машина (патент России 2076434, М Кл. Н02K 21/24, 27.03.97), содержащая между двумя торцевыми статорами ротор, полюсная система которого выполнена из двух Р-полюсных систем противоположной полярности, одна из которых состоит из магнитомягких полюсов, а другая выполнена из магнитомягких сердечников, в виде призматических брусков, между которыми расположены постоянные магниты. К боковым граням брусков также прикреплены магниты.

Основной недостаток этой конструкции - сложность и низкая технологичность, обусловленная особенностями крепления постоянных магнитов на роторе. Кроме того, машина имеет увеличенные габариты из-за размещения обмотки возбуждения на внешнем магнитопроводе.

Известен также синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов (пат. №2273942, Н02K 21/22, Н02K 21/12), содержащий статор с кольцевым магнитопроводом, многофазной якорной обмоткой и несущим узлом с опорными подшипниками и кольцевой ротор с чередующимися в окружном направлении магнитами и полюсами.

Существенным недостатком этой конструкции является сложность обеспечения равенства рабочих воздушных зазоров за счет накопления погрешностей базирования в большой размерной цепи. Кроме того, поскольку решение реализовано в цилиндрической электрической машине с внешним ротором, увеличена масса магнитов и материалоемкость всей машины.

Наиболее близкой к заявляемой машине является торцевая электрическая машина (пат. РФ №2246167, МПК⁷ Н02K 21/24) со статором, закрепленным в корпусе, обращенным рабочей поверхностью к дискообразному ротору, установленному в подшипниках качения. На диске ротора со стороны статора выполнены два центрирующих пояска, между которыми смонтированы постоянные магниты, закрытые полюсными наконечниками.

Основной недостаток такой конструкции диска ротора - потребность в высокой точности углового позиционирования большого количества отверстий и магнитов полюсов, что увеличивает трудоемкость и стоимость изготовления.

В основу изобретения положена задача создания технологичной в производстве электрической машины переменного тока, с повышенными энергетическими показателями.

Поставленная задача решается тем, что в торцевой электрической машине, включающей статор, закрепленный на одном из двух подшипниковых щитов машины и выполненный с распределенной обмоткой в виде обмоточных модулей и ярма, навитого из стальной ленты, и ротор в виде диска с магнитами, смонтированный на остове и установленный в подшипниках качения, согласно изобретению, диск ротора содержит кольцо, на котором по периметру закреплены радиально ориентированные полюсы, имеющие в радиальном направлении форму трапеции, обращенной меньшим основанием к кольцу, и в поперечном сечении - двояковогнутого шестиугольника, между полюсами размещены постоянные магниты, имеющие форму, сопряженную с полюсами таким образом, что соседние магниты обращены друг к другу одноименными полюсами.

Крепление на кольце магнитомягких полюсов, чередующихся с постоянными магнитами, упрощает сборку ротора и автоматически обеспечивает высокую точность углового позиционирования полюсов и магнитов. Форма полюсов и магнитов предполагает получение их высокопроизводительным методом прессования. Кроме того, вдвое уменьшается количество отверстий в кольце. Все эти мероприятия существенно снижают трудоемкость и стоимость изготовления и сборки ротора.

Повышение энергетических показателей машины обусловлено несколькими причинами. Основная из них - концентрация магнитного поля, достигаемая суммированием в полюсе ротора магнитных потоков от соседних магнитов, обращенных друг к другу одноименными магнитными полюсами. В этом случае возможен отказ от дорогих редкоземельных магнитов. Дополнительный фактор повышения энергетических показателей машины - больший объем ферромагнитных материалов при тех же габаритах диска.

На фиг.1 изображена торцевая электрическая машина, на фиг.2 - фрагмент ротора.

Торцевая электрическая машина содержит статор 1, смонтированный на подшипниковом щите 2 машины, закрепленном в корпусе 3, и ротор. Ротор включает составной диск 4 и ступицу 5. Диск 4 закреплен на ступице 5, соединенной с валом 6, который установлен в подшипниках 7 и 8 подшипниковых щитов 2 и 9. Основой диска 4 ротора является кольцо 10 (фиг.2), на котором по периметру закреплены радиально ориентированные магнитомягкие полюсы 11, имеющие в радиальном направлении форму трапеции, обращенной меньшим основанием к кольцу, и двояковогнутого шестиугольника в поперечном сечении. Между полюсами 11 размещены постоянные магниты 12, имеющие в поперечном сечении форму выпуклого неправильного шестиугольника, которая сопряжена с поверхностями двух соседних полюсов в радиальном и осевом направлениях для фиксации магнитов на диске ротора так, что соседние магниты обращены друг к другу одноименными полюсами.

Торцевая электрическая машина может работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора.

При работе в режиме генератора вращающийся приводным двигателем ротор с постоянными магнитами 12 в зазоре машины создает вращающееся магнитное поле, силовые линии которого, пересекая витки обмотки статора, наводят в каждой фазе статора переменную ЭДС. Постоянные магниты 12 выбраны таким образом, что при номинальной нагрузке заявляемой электрической машины и заданном ее характере выходное напряжение равно номинальному. Использование на роторе постоянных магнитов 12 упрощает конструкцию, уменьшает расход активных материалов, снижает эксплуатационные расходы. Частота выходного напряжения определяется частотой вращения ротора и количеством пар полюсов, которое практически не ограничено. Это позволяет применить прямой привод между двигателем и торцевой электрической машиной (генератором) при практически любых частотах вращения приводного двигателя.

При работе торцевой электрической машины в режиме двигателя ток, протекающий по обмотке статора 1, взаимодействует с магнитным потоком ротора и создает вращающий момент. Частота вращения ротора определяется количеством пар полюсов 11 и частотой питающего напряжения и может варьироваться в зависимости от типоразмера торцевой электрической машины от 80 до 1500 об/мин.

Изменение формы полюсов 11 и магнитов 12, предполагающее их получение высокопроизводительным методом прессования, уменьшение количества отверстий в кольце 10 и точности их разметки существенно повышают технологичность машины.

Энергетические показатели улучшены за счет концентрации магнитного поля и большего объема ферромагнитных материалов при тех же габаритах диска 4. Все это говорит о решении поставленной задачи.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, а именно - к конструкции торцевых синхронных машин, работающих в режиме генератора или двигателя. Технический результат - упрощение технологии производства ротора, обеспечение безотходности его изготовления, повышение энергетических показателей торцевой электрической машины. Сущность изобретения состоит в следующем. Торцевая электрическая машина включает статор, закрепленный на одном из двух подшипниковых щитов машины и выполненный с распределенной обмоткой в виде обмоточных модулей и с ярмом, навитым из стальной ленты, а также ротор в виде диска с магнитами, смонтированный на остове и установленный в подшипниках качения. При этом, согласно изобретению, диск ротора содержит кольцо, на котором по периметру закреплены радиально ориентированные полюсы, имеющие в радиальном направлении форму трапеции, обращенной меньшим основанием к кольцу, и двояковогнутого шестиугольника в поперечном сечении, а между полюсами размещены постоянные магниты, имеющие форму, сопряженную с полюсами таким образом, что соседние магниты обращены друг к другу одноименными полюсами. Предложенное выполнение составного диска ротора упрощает сборку ротора и автоматически обеспечивает высокую точность углового позиционирования полюсов и магнитов. Повышение энергетических показателей машины обусловлено высокой концентрацией магнитного поля, что позволяет отказаться от дорогих редкоземельных магнитов. Увеличенный объем ферромагнитных материалов при тех же габаритах диска ротора обеспечивает повышение энергетических показателей торцевой электрической машины. 2 ил.

Торцевая электрическая машина, включающая статор, закрепленный на одном из двух подшипниковых щитов машины и выполненный с распределенной обмоткой в виде обмоточных модулей и ярмом, навитым из стальной ленты, и ротор в виде диска с магнитами, смонтированный на остове и установленный в подшипниках качения, отличающаяся тем, что диск ротора содержит кольцо, на котором по периметру закреплены радиально ориентированные полюсы, имеющие в радиальном направлении форму трапеции, обращенной меньшим основанием к кольцу, и - двояковогнутого шестиугольника в поперечном сечении, между полюсами размещены постоянные магниты, имеющие форму, сопряженную с полюсами таким образом, что соседние магниты обращены друг к другу одноименными полюсами.