ЭЛЕКТРОМАШИНА Российский патент 2015 года по МПК H02K21/12 H02K1/27 

Изобретение относится к области электротехники и, в частности к электромашиностроению.

Известна высокооборотная электромашина, содержащая корпус, выполненный с возможностью подвода в его полость охлаждающего газа, снабженный торцевыми щитами и средствами подвода охлаждающего газа к узлам, размещенным в полости корпуса, сердечник статора, снабженный обмоткой, в цилиндрической полости которого с зазором размещен ротор, содержащий индуктор и подшипниковый узел (см. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 280 с.).

Недостатком данного устройства является невозможность существенного уменьшения массогабаритных характеристик устройства за счет повышения окружной скорости индуктора. Поскольку нагрузочные характеристики подшипниковых узлов не допускают высокие скорости вращения ротора при увеличении его радиального размера.

Наиболее близким к предложенному решению является электромашина, содержащая корпус, в полости которого размещен шихтованный сердечник статора, снабженный пазами, в которых размещены катушки обмотки, причем в цилиндрической полости статора с возможностью вращения размещен ротор, включающий вал и индуктор с внешней цилиндрической поверхностью, содержащий чередующиеся по периметру полюса и постоянные магниты, зафиксированные в пазах индуктора немагнитными клиньями, и подшипниковый узел (см. патент РФ №2385523, МПК H02K 5/16, 2010 г.).

Недостатком данного устройства является повышенный немагнитный зазор из-за наличия втулки достаточно большой толщины, что уменьшает индукцию в зазоре между статором и ротором и, следовательно, ухудшает массогабаритные показатели машины.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является значительное снижение трения в подшипниках электромашины, повышение ее надежности работы, упрощение конструкции, увеличение окружной скорости индуктора без увеличения его массы.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в повышении ресурса электромашины, существенном уменьшении трения в подшипниках при повышенных и высоких окружных скоростях индуктора.

Поставленная задача решается тем, что электромашина, содержащая корпус, в полости которого размещен шихтованный сердечник статора, снабженный пазами, в которых размещены катушки обмотки, причем в цилиндрической полости статора с возможностью вращения размещен ротор, включающий вал и индуктор с внешней цилиндрической поверхностью, содержащий чередующиеся по периметру полюса и постоянные магниты, зафиксированные в пазах индуктора немагнитными клиньями, и подшипниковый узел, отличается тем, что между валом и индуктором размещена втулка, на которой жестко закреплен индуктор, которая жестко связана с валом продольными, предпочтительно, радиальными перемычками, кроме того, торцевые части ротора жестко скреплены с торцевыми крышками, внешний диаметр которых соответствует внешнему диаметру индуктора, при этом на первой торцевой крышке выполнены первый и второй кольцевые выступы, соосные оси вращения ротора, а на второй торцевой крышке выполнены третий и четвертый кольцевые выступы, соосные оси вращения ротора, при этом в кольцевых зазорах между первым и вторым и между третьим и четвертым кольцевыми выступами жестко закреплены составные постоянные магниты одинаковой высоты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых коаксиальных постоянных магнита, нечетные из которых, считая от крайних колец, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с осевым намагничиванием, кроме того, на стенках второго и четвертого кольцевых выступов, обращенных к оси вращения ротора, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита с одинаковым диаметром кольца, при этом нечетные кольца, считая от крайних, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, кроме того, корпус электромашины снабжен первым и вторым щитами, выполненными с возможностью жесткого скрепления с соответствующими торцевыми кромками корпуса, кроме того, центральная часть первого щита электромашины снабжена цилиндрическим выступом, выполненным с возможностью его размещения в полости, образованной вторым кольцевым выступом первой торцевой крышки, и снабжена центрально расположенным отверстием, через которое с возможностью вращения пропущен вал ротора, при этом на поверхности этого цилиндрического выступа, обращенной ко второму кольцевому выступу, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита одинакового внешнего диаметра, при этом нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на внутренней поверхности второго кольцевого выступа первой торцевой крышки ротора, кроме того, центральная часть второго щита корпуса электромашины снабжена цилиндрическим выступом, выполненным с возможностью его размещения в полости, образованной четвертым кольцевым выступом второй торцевой крышки, при этом на поверхности этого цилиндрического выступа, обращенной к четвертому кольцевому выступу, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита одинакового внешнего диаметра, при этом нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на внутренней поверхности четвертого кольцевого выступа второй торцевой крышки ротора, кроме того, на участках первого и второго щитов корпуса, совпадающих с местоположением кольцевых зазоров, образованных, соответственно, первым и вторым кольцевыми выступами первой торцевой крышки и третьим и четвертым кольцевыми выступами второй торцевой крышки, закреплены составные постоянные магниты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых коаксиальных постоянных магнита одинаковой высоты, причем нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с осевым намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на торцевых крышках ротора. Кроме того, стенки цилиндрических выступов щитов усилены ребрами жесткости, размещенными на поверхностях, обращенных к оси вращения ротора. Кроме того, торцевые части цилиндрических выступов снабжены упорными страховочными подшипниками, выполненными в виде шайб из углеситалла с зазором относительно обращенной к ним поверхности ротора, несколько меньшим зазора осевого магнитного подшипника, а также радиальными страховочными подшипниками, выполненными в виде тонкостенных втулок из углеситалла с радиальным зазором относительно обращенной к ним поверхности ротора, несколько меньшим радиального зазора магнитных подшипников.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения и существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом существенные признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки, указывающие, что «…между валом и индуктором размещена втулка, на которой жестко закреплен индуктор, которая жестко связана с валом продольными, предпочтительно, радиальными перемычками, кроме того, торцевые части ротора жестко скреплены с торцевыми крышками, внешний диаметр которых соответствует внешнему диаметру индуктора», обеспечивают необходимую жесткость и прочность конструкции ротора электромашины при минимальной массе и позволяют увеличить окружную скорость индуктора без существенного увеличения его массы.

Признаки, указывающие, что «на первой торцевой крышке ротора выполнены первый и второй кольцевые выступы, соосные оси вращения ротора, а на второй торцевой крышке ротора выполнены третий и четвертый кольцевые выступы, соосные оси вращения ротора, при этом в кольцевых зазорах между первым и вторым и между третьим и четвертым кольцевыми выступами жестко закреплены составные постоянные магниты одинаковой высоты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых коаксиальных постоянных магнита» образуют пяты упорных магнитных подшипников на торцевых поверхностях индуктора. При этом жесткое скрепление постоянных магнитов с пятой электромашины способствует уменьшению деформации магнитов магнитного подшипника и обеспечивает прочность пяты магнитного подшипника.

Признаки, указывающие, что «нечетные магниты, считая от крайних колец, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с осевым намагничиванием», формируют схему намагничивания (схему Хальбаха) постоянных магнитов пят, что обеспечивает увеличение магнитного потока, и направление его основной части в зону рабочего зазора упорного подшипникового узла для получения значительных сил отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов. Это повышает несущую способность и жесткость упорных магнитных подшипников, создает значительные силы отталкивания.

Признаки «…на стенках второго и четвертого кольцевых выступов, обращенных к оси вращения ротора, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита с одинаковым диаметром кольца…» образуют цапфы радиальных магнитных подшипников. При этом жесткое скрепление постоянных магнитов с цапфой магнитного подшипника способствует уменьшению деформации магнитов и обеспечивает прочность цапфы магнитного подшипника.

Признаки, указывающие, что «нечетные кольца, считая от крайних, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием», формируют схему намагничивания (схему Хальбаха) постоянных магнитов цапф, которая обеспечивает увеличение магнитного потока, и направление его основной части в зону рабочего зазора радиального магнитного подшипника для получения значительных сил отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов. Это повышает несущую способность и жесткость радиальных магнитных подшипников, создает значительные силы отталкивания.

Признаки, указывающие, что «корпус электромашины снабжен первым и вторым щитами, выполненными с возможностью жесткого скрепления с соответствующими торцевыми кромками корпуса, кроме того, центральная часть первого щита электромашины снабжена цилиндрическим выступом, выполненным с возможностью его размещения в полости, образованной вторым кольцевым выступом первой торцевой крышки, и снабжена центрально расположенным отверстием, через которое с возможностью вращения пропущен вал ротора», создают возможность размещения радиальных магнитных подшипников в щитах электромашины и пропуска приводного вала электромашины.

Признаки «…на поверхности этого цилиндрического выступа, обращенной ко второму кольцевому выступу, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита одинакового внешнего диаметра…» формируют вкладыш радиального магнитного подшипника и обеспечивают жесткое скрепление постоянных магнитов с кольцевым выступом крышки электромашины, необходимую прочность вкладыша, что способствует уменьшению деформации магнитов.

Признаки, указывающие, что «нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на внутренней поверхности второго кольцевого выступа первой торцевой крышки ротора», формируют схему намагничивания (схему Хальбаха) постоянных магнитов, которая обеспечивает увеличение магнитного потока, и направление его основной части в зону рабочих зазоров радиальных магнитных подшипников для получения значительных сил отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов. Это повышает несущую способность и жесткость радиального магнитного подшипника.

Признаки «…центральная часть второго щита корпуса электромашины снабжена цилиндрическим выступом, выполненным с возможностью его размещения в полости, образованной четвертым кольцевым выступом второй торцевой крышки, при этом на поверхности этого цилиндрического выступа, обращенной к четвертому кольцевому выступу, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита одинакового внешнего диаметра…» формируют вкладыш радиального магнитного подшипника. При этом жесткое скрепление постоянных магнитов с кольцевым выступом щита электромашины способствует уменьшению деформации магнитов и восприятию высоких радиальных нагрузок радиальным магнитным подшипником.

Признаки, указывающие, что «нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на внутренней поверхности четвертого кольцевого выступа второй торцевой крышки ротора», реализуют схему намагничивания (схему Хальбаха) постоянных магнитов, которая обеспечивает увеличение магнитного потока, и направление его основной части в зону рабочих зазоров радиального магнитного подшипника для получения значительных сил отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов. Это повышает несущую способность и жесткость радиального магнитного подшипника.

Признаки «…на участках первого и второго щитов корпуса, совпадающих с местоположением кольцевых зазоров, образованных, соответственно, первым и вторым кольцевыми выступами первой торцевой крышки и третьим и четвертым кольцевыми выступами второй торцевой крышки, закреплены составные постоянные магниты, каждый из которых содержит, как минимум три кольцевых коаксиальных постоянных магнита одинаковой высоты…» формируют подпятники упорных магнитных подшипников. При этом жесткое скрепление постоянных магнитов с щитом электромашины способствует уменьшению деформации упорного магнитного подшипника и восприятию высоких осевых нагрузок магнитным подшипником.

Признаки «…нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с осевым намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на торцевых крышках ротора…» формируют схему намагничивания (схему Хальбаха) постоянных магнитов, которая обеспечивает увеличение магнитного потока, и направление его основной части в зону рабочих зазоров упорных магнитных подшипников для получения значительных сил отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов. Это повышает несущую способность и жесткость упорных магнитных подшипников.

Признаки, указывающие, что «стенки цилиндрических выступов щитов усилены ребрами жесткости, размещенными на поверхностях, обращенных к оси вращения ротора», уменьшают деформации щитов под действием сил отталкивания магнитных подшипников.

Признаки, указывающие, что «торцевые части цилиндрических выступов снабжены упорными страховочными подшипниками, выполненными в виде шайб из углеситалла с зазором относительно обращенной к ним поверхности ротора, несколько меньшим зазора осевого магнитного подшипника», предотвращают повреждение магнитов при значительном превышении нагрузок на упорные магнитные подшипники.

Признаки, указывающие, что «радиальными страховочными подшипниками, выполненными в виде тонкостенных втулок из углеситалла с радиальным зазором относительно обращенной к ним поверхности ротора, несколько меньшим радиального зазора магнитных подшипников», предотвращают повреждение магнитов при значительном превышении нагрузок на радиальные магнитные подшипники.

На фиг.1 показан продольный разрез машины по оси вращения, а на фиг.2 - поперечный разрез.

На чертежах показаны корпус 1, сердечник статора 2, разрезная втулка. 3, пазы 4, катушки обмотки 5, клинья паза 6, первый 7 и второй 8 щиты, вал 9, полюса 10, постоянные магниты 11, немагнитные клинья 12, втулка 13, радиальные перемычки 14, торцевые крышки 15 и 16, первый 17, второй 18, третий 19 и четвертый 20 кольцевые выступы, постоянные магниты 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, цилиндрические выступы 29, 30, отверстие 31, ребра жесткости 32, 33, упорные страховочные подшипники 34, 35, радиальные страховочные подшипники 36, 37, бандаж 38.

Электромашина содержит герметичный корпус 1, в полости которого установлен шихтованный сердечник статора 2 из электротехнической стали. Сердечник статора 2 с одной стороны опирается на внутренний выступ корпуса 1, а с другой стороны зафиксирован разрезной втулкой 3 и снабжен открытыми пазами 4, в которых размещены катушки обмотки 5, зафиксированные клином 6. Корпус 1 электромашины с обеих сторон снабжен первым 7 и вторым 8 щитами, выполненными с возможностью жесткого скрепления с соответствующими торцевыми кромками корпуса 1.

В цилиндрической полости статора 2 с возможностью вращения размещен ротор. Ротор включает вал 9 и индуктор с внешней цилиндрической поверхностью, содержащий чередующиеся по периметру полюса 10 из материала с высокой магнитной проницаемостью, например, из сплава 48КНФ и постоянные магниты 11 из материала неодим-железо-бор с тангенциальным намагничиванием, зафиксированные в пазах индуктора немагнитными клиньями 12 из нержавеющей стали. Между валом 9 и индуктором размещена втулка 13, на которой жестко закреплен индуктор и которая жестко связана с валом 9 продольными, предпочтительно, радиальными перемычками 14.

Торцевые части ротора жестко скреплены с торцевыми крышками 15 и 16, внешний диаметр которых соответствует внешнему диаметру индуктора. При этом на первой торцевой крышке 15 выполнены первый 17 и второй 18 кольцевые выступы, соосные оси вращения ротора, а на второй торцевой крышке 16 выполнен третий 19 и четвертый 20 кольцевые выступы, соосные оси вращения ротора. В кольцевых зазорах между первым 17 и вторым 18 и между третьим 19 и четвертым 20 кольцевыми выступами жестко закреплены составные постоянные магниты 21 и 22 одинаковой высоты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых коаксиальных постоянных магнита, нечетные из которых, считая от крайних колец, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с осевым намагничиванием. На стенках второго 18 и четвертого 20 кольцевых выступов, обращенных к оси вращения ротора, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита 23 и 24 с одинаковым диаметром кольца, при этом нечетные кольца, считая от крайних, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием.

Центральная часть первого щита 7 электромашины снабжена цилиндрическим выступом 29, выполненным с возможностью его размещения в полости, образованной вторым кольцевым выступом 18 первой торцевой крышки 15, и снабжена центрально расположенным отверстием 31, через которое с возможностью вращения пропущен вал 9 ротора. На поверхности цилиндрического выступа 29, обращенной ко второму кольцевому выступу 18, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита 25 одинакового внешнего диаметра, при этом нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием. Число, размеры и направление намагниченности магнитных колец 25 аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов 23, закрепленных на внутренней поверхности второго кольцевого выступа 18 первой торцевой крышки 15 ротора. Центральная часть второго щита 8 корпуса 1 электромашины снабжена цилиндрическим выступом 30, выполненным с возможностью его размещения в полости, образованной четвертым кольцевым выступом 20 второй торцевой крышки 16. На поверхности цилиндрического выступа 30, обращенной к четвертому кольцевому выступу 20, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита 26 одинакового внешнего диаметра, при этом нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности магнитных колец 26 аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов 24, закрепленных на внутренней поверхности четвертого кольцевого выступа 20 второй торцевой крышки 16 ротора.

На участках первого 7 и второго 8 щитов корпуса 1, совпадающих с местоположением кольцевых зазоров, образованных, соответственно, первым 17 и вторым 18 кольцевыми выступами первой торцевой крышки 15 и третьим 19 и четвертым 20 кольцевыми выступами второй торцевой крышки 16, закреплены составные постоянные магниты 27 и 28, каждый из которых содержит, как минимум три кольцевых коаксиальных постоянных магнита одинаковой высоты, нечетные из которых, считая от крайних колец, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с осевым намагничиванием. Число, размеры и направление намагниченности магнитных колец 27 и 28 аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов 21 и 22, закрепленных на торцевых крышках 15 и 16 ротора. Стенки цилиндрических выступов 29 и 30 щитов 7 и 8 усилены ребрами жесткости 32 и 33, размещенными на поверхностях, обращенных к оси вращения ротора. Кроме того, торцевые части цилиндрических выступов 29 и 30 щитов 7 и 8 снабжены упорными страховочными подшипниками 34, 35, выполненными в виде шайб из углеситалла с зазором относительно обращенной к ним поверхности ротора, несколько меньшим зазора осевого магнитного подшипника, а также радиальными страховочными подшипниками 36, 37, выполненными в виде тонкостенных втулок из углеситалла с радиальным зазором относительно обращенной к ним поверхности ротора, несколько меньшим радиального зазора магнитных подшипников. На внешней цилиндрической поверхности ротора выполнен бандаж 38, например, намоткой углеволокна с пропиткой твердеющими синтетическими смолами.

Машину изготавливают и собирают в следующем порядке.

С помощью токарной обработки и сварки изготавливают корпус 1 с внутренним кольцом, щиты 7 и 8 с ребрами жесткости 32, 33, втулку 13 ротора, крышки 15, 16 и вал 9.. Фрезеруют полюса 10.

Сборка ротора машины. Втулку 13 и вал 9 сваривают с помощью продольных радиальных перемычек 14. С помощью сварки на втулке 13 устанавливают крышку 15. Далее приваривают полюса 10 и клинья 11, используя технологические кондукторы. В пазы 4 ротора между полюсами 10 устанавливают предварительно намагниченные тангенциально постоянные магниты 11 с соблюдением ориентации их полярности. Крышку 16 ротора жестко скрепляют с втулкой 13 по центру ротора, например, контактной сваркой (избегая размагничивания магнитов). На наружную цилиндрическую поверхность ротора наматывают бандаж 38 из углеволокна и пропитывают его твердеющими синтетическими смолами. На внутренние цилиндрические поверхности торцевых крышек 15 и 16 устанавливают на клей предварительно намагниченные в радиальном и осевом направлениях кольцевые магниты 23 и 24 радиальных магнитных подшипников в строгом соответствии с их расположением (см. фиг.1). В малые кольцевые полости крышек 15 и 16 ротора устанавливают на клей предварительно намагниченные в радиальном и осевом направлениях кольцевые магниты 21 и 22 осевого магнитного подшипника в строгом соответствии с их расположением на фиг.1

Изготовление и сборка статора машины. Из штампованных листов электротехнической стали собирают сердечник 2 статора (включая крайние нажимные листы) и скрепляют его сваркой по канавкам на наружной цилиндрической поверхности. В изолированные пазы 4 статора укладывают обмотку 5, устанавливают клинья 6 и подвергают пропитке и сушке.

Сборка щитов. На внутренние цилиндрические поверхности меньшего диаметра больших кольцевых полостей щитов 7 и 8 устанавливают на клей предварительно намагниченные в радиальном и осевом направлениях кольцевые магниты 25 и 26 радиальных магнитных подшипников в строгом соответствии с их расположением на фиг.1. На торцевую внутреннюю поверхность малых кольцевых полостей щитов 7 и 8 устанавливают на клей предварительно намагниченные в радиальном и осевом направлениях кольцевые магниты 27 и 28 осевого магнитного подшипника в строгом соответствии с их расположением на фиг.1. На внутренние цилиндрические поверхности большего диаметра больших кольцевых полостей щитов 7 и 8 устанавливают на клей цилиндрические радиальные страховочные подшипники 36 и 37 из углеситалла. Аналогично устанавливают на клей кольцевые шайбы из углеситалла в проточки внутренних торцевых поверхностей щитов 7 и 8. Они служат упорными страховочными подшипниками 34 и 35.

Сборка машины. Обмотанный статор вставляют в корпус 1 и фиксируют разрезной втулкой 3. Устанавливают на корпус 1 и фиксируют щит 7. Затем устанавливают щит 8 и скрепляют его с корпусом 1, например винтами. При правильной сборке ротор генератора может свободно вращаться в радиальных и осевых магнитных подшипниках, не касаясь статора и щитов 7, 8. Если во время работы возникнут аварийные динамические нагрузки, превышающие силы отталкивания радиальных или осевых магнитных подшипников, ротор может опереться на радиальные 36 и 37 или упорные 34 и 35 страховочные подшипники.

Машина может работать как тихоходный генератор или электродвигатель.

Генератор работает следующим образом. При вращения вала 9 приводным двигателем вращается, и индуктор. Его знакопеременное магнитное поле наводит ЭДС в обмотке статора. При подключении нагрузки к зажимам генератора протекает электрический ток - механическая энергия приводного двигателя превращается в электрическую, отдаваемую потребителю. Значения напряжения и частоты вырабатываемого переменного тока зависят от частоты вращения и числа полюсов ротора, а также от величины и характера сопротивления нагрузки.

Машина работает электродвигателем, если к обмотке статора подводить переменное многофазное (например, трехфазное) напряжение от внешнего источника электроэнергии. Запуск такого двигателя можно производить частотным или асинхронным способом. В последнем случае роль пусковой обмотки будет выполнять система электропроводящих полюсов 10, немагнитных клиньев 12 и торцевых крышек 15 и 16. После запуска частота вращения будет определяться частотой подводимого напряжения и числом полюсов индуктора.

Изобретение относится к области электротехники. Электромашина содержит корпус, в полости которого размещен шихтованный сердечник статора, снабженный пазами, в которых размещены катушки обмотки. В цилиндрической полости статора с возможностью вращения размещен ротор, включающий вал и индуктор с внешней цилиндрической поверхностью, содержащий чередующиеся по периметру полюса и постоянные магниты, зафиксированные в пазах индуктора немагнитными клиньями. Между валом и индуктором размещена втулка, на которой жестко закреплен индуктор. Торцевые части ротора жестко скреплены с торцевыми крышками, В кольцевых зазорах жестко закреплены составные постоянные магниты одинаковой высоты. На стенках второго и четвертого кольцевых выступов, обращенных к оси вращения ротора, жестко закреплены друг над другом кольцевые постоянные магниты. Корпус электромашины снабжен щитами. Технический результат: повышение ресурса электромашины, существенное уменьшение трения в подшипниках при повышенных и высоких окружных скоростях индуктора. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электромашина, содержащая корпус, в полости которого размещен шихтованный сердечник статора, снабженный пазами, в которых размещены катушки обмотки, причем в цилиндрической полости статора с возможностью вращения размещен ротор, включающий вал и индуктор с внешней цилиндрической поверхностью, содержащий чередующиеся по периметру полюса и постоянные магниты, зафиксированные в пазах индуктора немагнитными клиньями, и подшипниковый узел, отличающаяся тем, что между валом и индуктором размещена втулка, на которой жестко закреплен индуктор, которая жестко связана с валом продольными, предпочтительно, радиальными перемычками, кроме того, торцевые части ротора жестко скреплены с торцевыми крышками, внешний диаметр которых соответствует внешнему диаметру индуктора, при этом на первой торцевой крышке выполнены первый и второй кольцевые выступы, соосные оси вращения ротора, а на второй торцевой крышке выполнены третий и четвертый кольцевые выступы, соосные оси вращения ротора, при этом в кольцевых зазорах между первым и вторым и между третьим и четвертым кольцевыми выступами жестко закреплены составные постоянные магниты одинаковой высоты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых коаксиальных постоянных магнита, нечетные из которых, считая от крайних колец, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с осевым намагничиванием, кроме того, на стенках второго и четвертого кольцевых выступов, обращенных к оси вращения ротора, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита с одинаковым диаметром кольца, при этом нечетные кольца, считая от крайних, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, кроме того, корпус электромашины снабжен первым и вторым щитами, выполненными с возможностью жесткого скрепления с соответствующими торцевыми кромками корпуса, кроме того, центральная часть первого щита электромашины снабжена цилиндрическим выступом, выполненным с возможностью его размещения в полости, образованной вторым кольцевым выступом первой торцевой крышки, и снабжена центрально расположенным отверстием, через которое с возможностью вращения пропущен вал ротора, при этом на поверхности этого цилиндрического выступа, обращенной ко второму кольцевому выступу, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита одинакового внешнего диаметра, при этом нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на внутренней поверхности второго кольцевого выступа первой торцевой крышки ротора, кроме того, центральная часть второго щита корпуса электромашины снабжена цилиндрическим выступом, выполненным с возможностью его размещения в полости, образованной четвертым кольцевым выступом второй торцевой крышки, при этом на поверхности этого цилиндрического выступа, обращенной к четвертому кольцевому выступу, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита одинакового внешнего диаметра, при этом нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на внутренней поверхности четвертого кольцевого выступа второй торцевой крышки ротора, кроме того, на участках первого и второго щитов корпуса, совпадающих с местоположением кольцевых зазоров, образованных, соответственно, первым и вторым кольцевыми выступами первой торцевой крышки и третьим и четвертым кольцевыми выступами второй торцевой крышки, закреплены составные постоянные магниты, каждый из которых содержит, как минимум три кольцевых коаксиальных постоянных магнита одинаковой высоты, причем нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с осевым намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на торцевых крышках ротора.

2. Электромашина по п.1, отличающаяся тем, что стенки цилиндрических выступов щитов усилены ребрами жесткости, размещенными на поверхностях, обращенных к оси вращения ротора.

3. Электромашина по п.1, отличающаяся тем, что торцевые части цилиндрических выступов снабжены упорными страховочными подшипниками, выполненными в виде шайб из углеситалла с зазором относительно обращенной к ним поверхности ротора, несколько меньшим зазора осевого магнитного подшипника, а также радиальными страховочными подшипниками, выполненными в виде тонкостенных втулок из углеситалла с радиальным зазором относительно обращенной к ним поверхности ротора, несколько меньшим радиального зазора магнитных подшипников.