НЕСУЩАЯ МАГНИТЫ ПОДВИЖНАЯ ЧАСТЬ ДЛЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ Российский патент 2018 года по МПК H02K1/28 H02K1/27 H02K21/12 H02K15/03 

Настоящее изобретение относится к общей области технического применения в двигателях или машинах с постоянными магнитами, предназначенными для генерирования электрического тока.

Настоящее изобретение, в частности, относится к несущей магниты подвижной части для синхронной машины с постоянными магнитами, такой как машина двигательного или генераторного типа или любая другая вращающаяся электрическая машина или невращающаяся машина с постоянными магнитами.

Предпочтительное применение изобретения относится, более конкретно, к ротору тягового двигателя, например железнодорожного тягового двигателя. Другое применение касается, например, дорожных транспортных средств других типов.

Синхронные машины с постоянными магнитами содержат подвижную часть с комплектом постоянных магнитов чередующейся полярности и неподвижную часть, называемую статором и содержащую набор индукционных катушек.

В зависимости от типа синхронных машин, несущая магниты подвижная часть может двигаться линейно относительно статора или вращаться относительно него. В последнем случае ее называют ротором.

Для генерирования явления индукции, приводящего в движение подвижную часть в случае двигателя или создающего ток – в случае генератора, эти подвижные части содержат последовательные ряды постоянных магнитов, расположенных против обмоток статора. Эти параллельные друг другу ряды обычно ориентированы перпендикулярно направлению движения (то есть в осевом направлении – в случае вращательного движения). Например, указанные магниты имеют одну и ту же полярность в пределах одного ряда, но имеют чередующуюся полярность при переходе от одного ряда к следующему. Таким образом, можно вырабатывать чередующиеся полярности с магнитами одной полярности, расположенными в два или три последовательных ряда.

Традиционно подвижные части содержат металлический каркас, на котором посредством склеивания крепятся магниты. Для обеспечения удовлетворительного технического обслуживания, используемый клей должен, однако, иметь свойства, совместимые со значительными напряжениями, которым подвергаются магниты, независимо от рабочей температуры.

Действительно, в ходе использования синхронной машины эти магниты подвергаются многочисленным напряжениям, действующим в различных направлениях. Это относится, например, в случае вращающегося ротора, к следующему: осевые напряжения в результате магнитных притяжений и отталкиваний между магнитами, радиальные напряжения, связанные с замыканием магнитного поля статора, напряжения, вызванные действием центробежных сил по причине более или менее быстрого вращения ротора, и касательные напряжения сдвига, вызванные крутящим моментом.

В настоящее время стремление заключается в желании создавать синхронные машины, являющиеся все более и более мощными, и в то же время размещать их во все меньшем и меньшем пространстве. Эта приверженность к повышению производительности синхронной машины одновременно привела к значительному повышению внутренней рабочей температуры этих машин.

Поэтому клеи, используемые для крепления магнитов на подвижной части этих машин, должны быть способны выдерживать такие температуры и в то же время обеспечивать хорошую производительность магнитов, несмотря на значительные ограничения. Для клея трудно получить такие уровни производительности при высокой температуре.

В дополнение, это повышение во внутренней рабочей температуре синхронных машин вызывает конструктивное расширение, имеющее не такую же интенсивность, как у соответствующего состава каждой из частей. Поэтому между каркасом подвижной части, обычно изготовленным из стали, и магнитами, изготовленными, например, из неодимового ферробора, наблюдается дифференциальное расширение.

Клеи, используемые для обеспечения того, чтобы магниты были закреплены надлежащим образом, представляют собой жесткие клеи, обычно не обладающие достаточной упругостью для совместимости с этим дифференциальным расширением.

В случае деформации подвижной части, вызванной такими разностями в расширении или внешними ограничениями, или тепловым убеганием, например, следующим за нарушением функции двигателя-генератора, в клеевой пленке между каркасом и магнитами иногда наблюдается разрыв, который может вызывать скольжение всех или части магнитов на статоре. Такой разрыв в результате приводит к внезапной потере производительности синхронной машиной или даже к ее полному блокированию.

Другим недостатком этих синхронных машин является резкое изменение полярностей постоянных магнитов, расположенных в параллельных рядах, в ходе движения подвижной части перед статором. Это внезапное изменение полярности север/юг магнитов вызывает колебание крутящего момента с очень большим уклоном, генерирующим вибрации и толчки в шестернях, передачах и всех механических компонентах. Эти вибрации, в дополнение к некоторому неудобству пассажиров, связанному с генерируемым шумом, приводят в преждевременному износу или повреждению механических компонентов.

В случае одного из предпочтительных применений этих синхронных машин с двигателями колесных транспортных средств такие внезапные колебания крутящего момента вызывают преждевременный износ шин.

Для того чтобы уменьшить пульсации крутящего момента по причине резкого перехода от одной полярности к другой, на известном уровне техники было предложено, чтобы магниты располагались не в рядах, перпендикулярных направлению движения, но в соответствии со спиральной схемой расположения. При таком спиральном расположении переход между полярностями последовательных рядов магнитов в ходе движения подвижной части является более постепенным. Поэтому колебания крутящего момента поглощаются.

В дополнение к этому спиральному расположению магнитов подвижной части или вместо него на известном уровне техники также считалось, что спиральное расположение следует реализовать и для обмоток статора.

Однако данного конкретного спирального расположения магнитов подвижной части и/или катушек статора довольно трудно добиться. Установка этих элементов затруднительна уже по причине того, что становятся особенно сложными и чувствительными магнитные взаимодействия между магнитами. Изготовление таких синхронных машин является сложным, длительным и дорогостоящим.

В дополнение, по причине данного спирального расположения значительно снижается производительность синхронной машины.

Целью изобретения является создание подвижной части для синхронных машин, не обладающей вышеупомянутыми недостатками, содержащей надежное механическое приспособление для закрепления постоянных магнитов и не ухудшающей производительность машины.

Другой целью изобретения является дополняющее приклеивание постоянных магнитов для обеспечения того, что эти магниты в полной мере закреплены независимо от рабочей температуры машины.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание подвижной части синхронной машины, магниты которой расположены в рядах перпендикулярно направлению движения, но способны, благодаря особой форме магнитов и механическому устройству для закрепления магнитов, гасить колебания крутящего момента в сравнении с таковыми, получаемыми при спиральном расположении, и, в то же время, поддерживать лучшую производительность.

Кроме того, когда ее магниты размещены в рядах перпендикулярно направлению движения, подвижная часть в соответствии с изобретением не создает те трудности, с которыми приходится сталкиваться при изготовлении частей со спиральным расположением на известном уровне техники. Напротив, изобретение предлагает особо практичный и преимущественный способ установки и закрепления постоянных магнитов на каркасе подвижных частей.

В настоящем случае, будет необходимо понимать термин «магнит» в широком смысле как обозначающий, с одной стороны, элементы, сделанные из традиционных магнитных материалов, а с другой стороны – элементы, сделанные из намагничиваемых материалов. Эти намагничиваемые материалы представляют собой, например, материалы, изготовленные с использованием ферритных материалов или сплавов, таких как SmCo, AlNiCo или NdFeB.

Под термином «каркас» следует, среди прочего, понимать опорную конструкцию, снабженную головкой цилиндра.

Цели изобретения достигаются посредством несущей магниты подвижной части для синхронных машин с постоянными магнитами, предусмотренной для движения перед неподвижным статором, содержащим набор индукционных катушек. Эта подвижная часть содержит металлический каркас и комплект постоянных магнитов, закрепленных на указанном каркасе, при этом указанные постоянные магниты расположены в параллельных рядах перпендикулярно направлению движения указанной подвижной части (то есть в случае вращательного движения они расположены в осевом направлении) и обладающие одной и той же полярностью в пределах одного ряда. Эта подвижная часть также содержит по меньшей мере одну крепежную ленту, расположенную продольно между двумя последовательными рядами постоянных магнитов и механически неподвижно закрепленную на указанном каркасе.

Подвижная часть в соответствии с изобретением отличается тем, что указанная крепежная лента:

• проходит, по существу, по всей длине этих двух рядов и способствует блокированию всех магнитов в этих двух рядах,

• содержит опорное основание с выпуклыми округлыми сторонами, что обеспечивает вертикальное блокирование магнитов в этих двух рядах, и продольную верхнюю выступающую часть, действующую в качестве прокладки между этими двумя рядами и обеспечивающую поперечное блокирование магнитов этих двух рядов со стороны крепежной ленты, и при этом каждый магнит из этих двух рядов содержит на своем крае, примыкающем к крепежной ленте, вогнутую округлую часть с высотой, равной, по меньшей мере, половине полной высоты магнита, и с формой, дополняющей соответствующую выпуклую округлую сторону опорного основания крепежной ленты, в которой, по меньшей мере, частично входит в зацепление опорное основание крепежной ленты.

В соответствии с одним из иллюстративных вариантов осуществления изобретения указанная несущая магниты подвижная часть содержит крепежную ленту между каждым рядом постоянных магнитов.

В соответствии с одним из иллюстративных вариантов осуществления изобретения указанная крепежная лента неподвижно закреплена на каркасе с использованием винтов, проходящих через отверстия, созданные в каркасе, и входящих в зацепление в резьбовых отверстиях крепежной ленты.

В соответствии с одним из предпочтительных иллюстративных вариантов осуществления изобретения ширина продольной верхней выступающей части крепежной ленты меньше диаметра резьбовых отверстий в крепежной ленте.

В соответствии с одним из предпочтительных иллюстративных вариантов осуществления изобретения указанные резьбовые отверстия сделаны в опорном основании крепежной ленты, при этом указанная продольная верхняя выступающая часть крепежной ленты прерывается на этих резьбовых отверстиях.

В соответствии с одним из предпочтительных иллюстративных вариантов осуществления несущей магниты подвижной части согласно изобретению указанные выпуклые округлые стороны опорного основания крепежной ленты являются завернутыми внутрь или дугообразными.

Несущая магниты подвижная часть приспособлена для линейного или вращательного движения в двигателе или генераторе.

Например, несущая магниты подвижная часть представляет собой ротор тягового двигателя.

В соответствии с одним из предпочтительных иллюстративных вариантов осуществления изобретения, включающим несущую магниты подвижную часть, постоянные магниты крепятся к каркасу посредством склеивания.

В соответствии с одним из предпочтительных иллюстративных вариантов осуществления несущей магниты подвижной части, согласующейся с изобретением, постоянные магниты и, по меньшей мере, часть каркаса покрыты смолой для опоры, удерживания и защиты, улучшающей удерживание указанных магнитов.

Крепежная лента в соответствии с изобретением преимущественно способствует достижению механического ограничения постоянных магнитов во всех направлениях, возможно, за исключением продольного блокирования, которое может обеспечиваться заплечиками на каркасе.

В соответствии с другим вариантом изобретения, крепежная лента также может содержать по меньшей мере на одном из своих концов выступающую часть, служащую в качестве упора для последнего магнита из по меньшей мере одного из двух рядов, между которыми размещена крепежная лента; это выступающая часть, таким образом, обеспечивает продольное блокирование магнитов в этом ряду.

Таким образом, лента дополняет склеивание и обеспечивает то, что магниты являются в полной мере закрепленными даже при высоких температурах.

Используемый клей может являться более гибким и упругим, так как он служит только для реализации подложки между магнитами и каркасом, обеспечивая однородную опору и предварительное удерживание магнитов до крепежных лент.

Более того, особая форма крепежной ленты и, конкретнее, форма сторон ее опорного основания (которые являются выпукло округлыми, а также дополняющими смежную боковую сторону магнитов), способствует получению уменьшения, а затем постепенного увеличения в магнитных полях в ходе движения подвижной части перед статором и, таким образом, смягчению пульсаций крутящего момента, индуцированных переходом от одной полярности к другой.

Благодаря изобретению, можно получить гашение пульсаций крутящего момента, эквивалентное таковому для несущих магниты подвижных частей со спиральным расположением, но с лучшей производительностью и с установкой магнитов и/или обмотки, являющейся более легкой и намного менее дорогостоящей.

Оптимизированная форма лент и магнитов и, в этом случае, выпуклые/вогнутые части способствуют получению выигрыша в объеме указанных магнитов, посредством чего вносится вклад в их эффективность.

Несущая магниты часть в соответствии с изобретением также обладает преимуществом содержания крепежных средств, допускающих только мгновенные чередования, если они имеют место, в линиях магнитного поля такой синхронной машины, как двигатель или генератор.

На известном уровне техники существует лента другого типа, описанная в патентной заявке США №2006/0220483. Однако эта лента является менее эффективной и обладает множеством недостатков.

Во-первых, она имеет ограниченную длину, соответствующую длине единичного магнита, а не длине всего ряда. Поэтому эта лента должна размещаться между каждой парой магнитов. Также она требует трех стопорных винтов и трех пружинных шайб, приходящихся на ленту, что умножает количество частей, подлежащих установке, и усложняет процесс установки.

В дополнение, центральная часть ленты является очень широкой, и она предназначена для вставки между двумя магнитами и вмещения стопорных винтов и пружинных шайб. Лента имеет ширину, почти равную половине ширины магнита. Магниты отнесены один от другого, и значительно снижается общая площадь, которую можно выделить для магнитных компонентов. В результате уменьшается магнитный поток, что вызывает уменьшение производительности машины.

Наконец, эта ранее полученная лента содержит в верхней части своих боковых кромок наклонные опорные поверхности, которые покоятся на верхней части магнитов, скошенная дополняющим образом для того, чтобы обеспечить вертикальное блокирование магнитов.

Однако, как будет в общих чертах разъяснено ниже, эти наклонные опорные поверхности не способствуют достижению гашения пульсаций крутящего момента по причине их наклонной и неокруглой формы и по причине их малой высоты, составляющей меньше половины полной высоты магнита.

Поэтому цель изобретения не достигается.

Изобретение также предусматривает особенно преимущественный способ крепления магнитов к каркасу несущей магниты подвижной части для синхронных машин с постоянными магнитами, предусмотренной для движения перед неподвижным статором с обмотками.

Цели изобретения достигаются посредством способа крепления постоянных магнитов к каркасу несущей магниты подвижной части, представленной выше, отличающегося тем, что он включает следующие этапы:

• создание отверстий на каркасе в радиальных направлениях,

• использование постоянных магнитов или намагничиваемых элементов и создания на каркасе последовательности рядов из указанных постоянных магнитов или намагничиваемых элементов с оставлением пустых мест, по меньшей мере, между постоянными магнитами или намагничиваемыми элементами разных рядов,

• использование указанных постоянных магнитов или намагничиваемых элементов на каркасе с использованием немагнитных лент, неподвижно закрепленных на указанном каркасе посредством винтов, проходящих через отверстия и входящих в зацепление в указанных крепежных лентах,

• заполнение, по меньшей мере, свободных мест закрепляющей смолой,

• полимеризация этой закрепляющей смолы, и

• в случае, когда используются намагничиваемые элементы, – намагничивание указанных намагничиваемых элементов так, чтобы они становились постоянными магнитами.

В соответствии с одной из иллюстративных реализаций способ в соответствии с изобретением, в дополнение к операции крепления с использованием крепежных лент, состоит в креплении намагничиваемых элементов или постоянных магнитов на каркасе также посредством предварительной операции склеивания.

В соответствии с одной из иллюстративных реализаций способ в соответствии с изобретением состоит в закреплении крепежной ленты непосредственно на каркасе с использованием винтов.

Изобретение также предусматривает синхронную машину с постоянными магнитами, отличающуюся тем, что она содержит вышеописанную несущую магниты подвижную часть.

Другие признаки и преимущества изобретения проявятся при прочтении нижеследующего подробного описания, при этом это подробное описание сделано со ссылкой на сопроводительные графические материалы, в которых:

• фиг. 1 и 2 – виды сбоку, т. е. виды соответственно в перспективе и в плане синхронной машины с постоянными магнитами, состоящей из наружного статора и внутреннего ротора в соответствии с первым вариантом изобретения;

• фиг. 3 – перспективный вид сбоку ротора синхронной машины по фиг. 1, содержащего крепежную ленту в соответствии с изобретением, представленную в разобранном состоянии;

• фиг. 4 – вид в плане сбоку ротора по фиг. 1;

• фиг. 5 – перспективный вид сбоку наружного ротора в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, при этом крепежная лента ротора показана в разобранном состоянии;

• фиг. 6 – вид в поперечном разрезе нижней части наружного ротора по фиг. 5;

• фиг. 7 – увеличение элемента, обведенного кружком на фиг. 6;

• фиг. 8 – перспективный вид ротора по фиг. 5, где каркас не показан;

• фиг. 9 – увеличение слева элемента, обведенного кружком на фиг. 6, в котором не показаны винты;

• фиг. 10 – увеличение справа элемента, обведенного кружком на фиг. 8;

• фиг. 11–15 – иллюстрации одной из иллюстративных крепежных лент в соответствии с изобретением, изображенной соответственно в перспективном виде, видах в поперечном и продольном разрезах, плоском виде сбоку и плоском виде сверху;

• фиг. 16 – вид в поперечном разрезе верхней части ротора по фиг. 5 с сечением, проходящим через винты крепежных лент;

• фиг. 17 – график, показывающий индукцию, вырабатываемую в воздушном зазоре магнитами с прерывистыми линиями в случае векторного ротора без крепежной ленты, непрерывной линией – в случае ротора с лентами, имеющими округлые боковые стороны в соответствии с изобретением, и пунктирными линиями – в случае ротора с лентами, содержащими наклонные боковые стороны;

• фиг. 18 – перспективный вид другой иллюстративной крепежной ленты в соответствии с изобретением; и

• фиг. 19 – перспективный вид сверху крепежной ленты по фиг. 18, размещенной между двумя рядами магнитов.

Настоящее изобретение будет подробно описано ниже со ссылкой на фиг. 1–19. Эквивалентные элементы на разных фигурах будут нести одинаковые численные или буквенно-цифровые ссылки.

Фиг. 1–4 изображают первый пример синхронной машины (1) с постоянными магнитами в соответствии с изобретением. Эта синхронная машина (1) традиционно содержит неподвижную часть, называемую статором (2), и подвижную часть (3). Подвижная часть (3) показана как ротор, движущийся путем вращения относительно статора (2).

И хотя это не показано на разных фигурах, изобретение может быть аналогично применено к синхронной машине, содержащей подвижную часть (3) с линейным направлением движения.

Статор (2) показан как внешний статор, содержащий периферийный каркас (5) в корпусе, являющемся, например, по существу имеющим форму параллелепипеда, и содержащий центральную камеру (6), являющуюся полой и цилиндрической по форме для размещения ротора (4). Центральная цилиндрическая камера (6) является открытой на каждой из своих круглых боковых сторон (7), и она, таким образом, ограничивает проходной внутренний объем для приема ротора (4).

Статор (2) также содержит ряд индукционных катушек (8), также называемых обмотками, расположенных вокруг центральной камеры (6) и, соответственно, в непосредственной близости от нее для достижения требуемого явления индукции.

Подвижная часть (3) расположена в центральной камере (6). Эта подвижная часть в варианте осуществления, показанном на фиг. 1–4, представляет собой внутренний ротор (4), т.е. ротор, размещенный внутри статора (2).

Ротор (4) содержит каркас (9), предпочтительно являющийся металлическим, цилиндрическим по форме и имеющим диаметр несколько меньше диаметра цилиндрической центральной камеры (6) статора (2).

Он также содержит несколько постоянных магнитов (10), неподвижно закрепленных на другой стороне (11) продольной стенки (12) цилиндрического каркаса (9). Эти магниты (10) предпочтительно являются плоскими и, в целом, имеющими форму параллелепипеда с малой высотой и с, по существу, прямоугольными или квадратными основаниями. Магнитные полюса этих магнитов (10) расположены в их основаниях, при этом один из них имеет северную полярность, а другой – южную.

Постоянные магниты (10) упорядочены в ряды (13), параллельные друг другу и ориентированные в осевом направлении цилиндра.

Все постоянные магниты (10) в одном и том же ряду (13) имеют одинаковую полярность, то есть они расположены так, что все они содержат основание одной и той же полярности (северной или южной) с одной и той же стороны. Например, все они содержат основание северной полярности, обращенное к продольной стенке (12) каркаса (9), а их основание южной полярности обращено наружу от ротора (4), посредством чего формируется «южный ряд» (14), или наоборот: их южная полярность обращена к каркасу (9), а их северная полярность обращена наружу от ротора (4), посредством чего формируется «северный ряд» (15).

Их полярность поочередно обращается от одного ряда (13) к другому; северные ряды (15) и южные ряды (14) чередуются по всей поверхности продольной стенки (12) каркаса (9).

Благодаря такому расположению, магниты (10) склонны отталкивать друг друга в пределах одного и того же ряда (13), но притягивать друг друга от одного ряда к другому.

В соответствии с другим вариантом осуществления подвижной части (3), согласующейся с изобретением, несколько последовательных рядов (13), возможно два или три, содержат магниты (10) одной и той же полярности.

Когда ротор (4) размещают в положении для использования в центральной камере (6) статора (2), постоянные магниты (10) ротора (4) находятся поблизости от катушек (8) статора (2) и обращены к ним, и посредством этого они могут функционировать. Пропускание электрического тока через индукционные катушки (8) статора (2) вызывает вращательное движение ротора (4) в случае синхронной машины (1), используемой в качестве двигателя, а вращение ротора (4) вызывает возникновение переменного тока в индукционных катушках (8) статора в случае синхронной машины (1), используемой в качестве генератора.

Очевидно, что изобретение также применимо и к синхронным машинам (1), содержащим внутренний статор (2) и наружный ротор (4).

В этом случае статор (2) имеет диаметр меньше диаметра ротора (4), и он предназначен для размещения внутри последнего. Индукционные катушки статора расположены на его периферии, обращенной к наружному ротору.

Один из примеров наружного ротора (4) показан на фиг. 5–10. Он содержит каркас (9) цилиндрической формы, предпочтительно являющийся металлическим и ограничивающим в его полом внутреннем объеме приемное пространство (16) для статора (2).

Он содержит несколько постоянных магнитов (10), неподвижно закрепленных на внутренней стороне (17) продольной стенки (12) его цилиндрического каркаса (9) так, чтобы они размещались в положении использования близко и обращенными к индукционным катушкам (8) статора, размещенного в приемном пространстве (16).

Постоянные магниты (10) упорядочены в ряды (13), параллельные друг другу и ориентированные в осевом направлении цилиндра. Все постоянные магниты одного и того же ряда (13) имеют одинаковую полярность. Например, они содержат их основание северной полярности обращенным к продольной стенке (12) каркаса (9) и их основание южной полярности – обращенным внутрь ротора (4), посредством чего формируется «южный ряд» (14). Наоборот, если их основание южной полярности обращено к каркасу (9), а их основание северной полярности обращено внутрь ротора (4), они образуют «северный ряд» (15).

В соответствии с другим неисчерпывающим вариантом осуществления их полярность обращается поочередно от одного ряда к другому: северные ряды (15) и южные ряды (14) следуют поочередно друг за другом по всей поверхности продольной стенки (12) каркаса (9).

Независимо от того, является она внутренним ротором (4), наружным ротором или подвижной частью с линейным направлением движения, подвижная часть (3) содержит, в соответствии с изобретением по меньшей мере одну крепежную ленту (18), представляющую собой вытянутую деталь, проходящую продольно между двумя последовательными рядами (13) постоянных магнитов (10). Подвижная часть (3) предпочтительно содержит несколько магнитов и крепежную ленту (18) между каждым из рядов (13) постоянных магнитов (10).

Крепежные ленты (18) проходят параллельно рядам (13) постоянных магнитов (10) и, таким образом, в направлении, по существу, перпендикулярном направлению движения подвижной части (3). Таким образом, в показанных вариантах осуществления они расположены в осевом направлении цилиндрического ротора (4).

Крепежные ленты (18) предпочтительно проходят по всей длине рядов (13) постоянных магнитов (10). Таким образом, единственной крепежной ленты (18) может быть достаточно для достижения блокирования магнитов (10) по всей длине ряда (13).

Крепежные ленты (18) изготовлены из немагнитного материала, например из немагнитной нержавеющей стали.

Один из примеров такой крепежной ленты (18) показан на фиг. 11–15.

Как видно на этих фигурах и, в частности, на виде в разрезе по фиг. 12, крепежная лента (18) согласно изобретению содержит опорное основание (19), продолжающееся продольной верхней выступающей частью (20).

Опорное основание (19) содержит нижнюю сторону (21), являющуюся плоской, и выпуклые боковые стороны (22). Эти боковые стороны (22) предпочтительно являются округлыми и, еще более предпочтительно, завернутыми внутрь или дугообразными. Криволинейные формы без острых углов являются предпочтительными, так как они предотвращают сосредоточение силовых линий.

Что касается этих боковых сторон (22), округлая форма также является в общих чертах предпочтительной перед простой наклонной формой, показанной со ссылкой на фиг. 17.

Действительно, если стороны, наклонные на достаточной высоте, могут достигать хорошего гашения пульсаций крутящего момента, они также в результате приводят к значительному уменьшению среднего крутящего момента, что значительно ухудшает производительность синхронной машины.

Продольная верхняя выступающая часть (20) крепежной ленты (18) имеет, например, в целом, прямоугольную форму на верхней стороне (23).

Как видно, в частности, на фиг. 7, когда крепежную ленту (18) помещают на подвижную часть (3), она размещается между двумя рядами (13) постоянных магнитов (10). Ее продольную выступающую часть вставляют между двумя рядами (13) магнитов наподобие прокладки, отделяющей края (24) от других магнитов, а верхняя сторона (23) обращена к каркасу (9). Таким образом, это обеспечивает поперечное блокирование магнитов (10), то есть блокирование в направлении по касательной к направлению движения в случае вращательного движения.

Предпочтительно, ширина продольной выступающей части (20) является минимально возможной и в то же время достаточной для обеспечения удовлетворительной механической прочности с тем, чтобы оставить как можно больше места для магнитов (10), находящихся очень близко друг к другу.

Площадь поверхности магнитных элементов, таким образом, является максимальной, что обеспечивает очень сильный магнитный поток и повышенную производительность синхронной машины.

Например, в показанном предпочтительном варианте осуществления площадь, занимаемая крепежными лентами (18), составляет лишь приблизительно 5% общей площади, а остальное занято магнитными элементами.

Боковые стороны (22) опорного основания (19) покоятся на продольных верхних краях (25) магнитов (10), таким образом, обеспечивая вертикальное (или осевое) блокирование магнитов (10), на которых они покоятся.

Предпочтительно магниты (10), расположенные по каждую из сторон крепежной ленты (18) содержат на их продольных верхних краях (25) и на другом их крае (24) вогнутую часть (26) округлой формы, дополняющей таковую у соответствующей боковой округлой стороны (22) опорного основания (19) крепежной ленты (18), в которой опорное основание (19) крепежной ленты (18), по меньшей мере, частично входит в зацепление.

Для того чтобы обеспечить удовлетворительное гашение пульсаций крутящего момента, высота вогнутой части (26) магнита (10) должна быть достаточной, то есть, по меньшей мере, равной половине полной высоты магнита.

Крепежные ленты (18) механически крепят к каркасу (9) подвижной части (3) посредством любых подходящих средств, например, используя винты, или посредством клепки, сболчивания, обжатия или других подходящих средств.

Используемые средства неподвижного закрепления также могут быть изготовлены из немагнитного материала.

В показанных примерах крепежные ленты (18) привинчены к каркасу (9) ротора (4) с использованием набора винтов (27) и шайб (28). C этой целью на опорном основании (19) и каркасе (9) предусмотрены соответственно отверстия 19а и 9а. Отверстия (19а) являются, например, просверленными с резьбой для вхождения в зацепление с винтами (27).

В показанном предпочтительном варианте осуществления продольная верхняя выступающая часть (20) крепежных лент (18) является более узкой, чем диаметр резьбовых отверстий (19а) крепежной ленты (18).

Поэтому продольная верхняя выступающая часть (20) предпочтительно прерывается на этих резьбовых отверстиях (19а), сделанных только в опорном основании (19) крепежной ленты (18).

Предпочтительно крепежная лента (18) согласно изобретению может быть надежно неподвижно закреплена на каркасе (9) минимальным количеством винтов (27). Достаточно винта, размещенного к конце магнитов, и поэтому для получения возможности прохода дополнительных винтов (27) между парами соседних магнитов нет необходимости в механической обработке магнитов (10). Количество деталей для установки на месте является ограниченным, а процесс установки является чрезвычайно простым и быстрым.

Другой вариант изобретения показан на фиг. 18 и 19.

В этом варианте крепежная лента (18) содержит на одном из своих концов или предпочтительно на обоих концах (29) выступающую часть (30), служащую в качестве упора (31) для последнего из магнитов (10) по меньшей мере из одного из двух рядов (13), между которыми размещена крепежная лента (18). Эта выступающая часть (30), таким образом, обеспечивает продольное блокирование магнитов (10) из этого ряда (13) магнитов.

Предпочтительно выступающая часть (30) может, как показано, превышать обе стороны крепежной ленты (18) и, таким образом, одновременно обеспечивать продольное блокирование магнитов (10) из двух рядов (13) магнитов, между которыми помещена эта крепежная лента (18).

Постоянные магниты (10) также могут быть изготовлены из намагничиваемых элементов. Сборка таких элементов, таким образом, облегчается в той степени, что намагниченность указанных элементов возникает после их установки на каркасе (9).

Изобретение относится к способу крепления постоянных магнитов к каркасу (9) несущей магниты подвижной части, представленной выше. Этот способ реализуется при помощи следующих этапов:

• создание отверстий (9а) и каркасе (9) в радиальных направлениях,

• использование элементов, изготовленных с использованием намагничиваемых материалов, и размещение последовательности рядов (13) элементов на каркасе с оставлением свободных мест, по меньшей мере, между элементами из разных рядов (13),

• использование элементов на каркасе (9) с использованием, по меньшей мере, немагнитных крепежных лент (18), крепящихся к указанному каркасу посредством винтов (27), проходящих через отверстия (9а) и входящих в зацепление в указанных крепежных лентах (18),

• заполнение свободных мест закрепляющей смолой,

• полимеризация этой закрепляющей смолы, и

• намагничивание указанных элементов так, чтобы они становились постоянными магнитами (10).

В соответствии с одним из вариантов реализаций способа изобретения указанный способ включает следующие этапы:

• создание отверстий (9а) в каркасе (9) в радиальных направлениях,

• использование постоянных магнитов (10) и размещение последовательности рядов (13) постоянных магнитов (10) на каркасе (9) с оставлением пустых мест, по меньшей мере, между магнитами (10) из разных рядов (13),

• использование постоянных магнитов (10) на каркасе (9) с использованием, по меньшей мере, крепежных лент (18), крепящихся к указанному каркасу (9) посредством винтов (27), проходящих через отверстия (9а) и входящих в зацепление в указанных крепежных лентах (18),

• заполнение свободных мест закрепляющей смолой,

• полимеризация этой закрепляющей смолы.

Намагничиваемые элементы или постоянные магниты (10) крепятся, например, к каркасу (9) посредством предварительной операции склеивания в дополнение к операции крепления с использованием крепежных лент (18).

В соответствии с одной из иллюстративных реализаций способ в соответствии с изобретением состоит в привинчивании крепежных лент (18) непосредственно к каркасу (9) или на головку цилиндра, прикрепленную к каркасу (9).

Фиг. 7 показывает в качестве примера использование закрепляющей смолы (18а) для обеспечения гибкого соединения и размещения магнитов (10) перед установкой крепежных лент (18). При установке крепежных лент (18), а точнее, при затягивании винтов (27), часть закрепляющей смолы (18а) будет предпочтительно проталкиваться в зазоры между магнитами (10) и крепежными лентами (18). Полимеризация таким образом распространенной закрепляющей смолы (18а) способствует техническому обслуживанию и защите формируемого узла.

Фиг. 17 иллюстрирует эффект гашения пульсаций крутящего момента, полученный с устройством в соответствии с изобретением.

Кривые, показанные на графике по фиг. 17, отображают индукцию, вырабатываемую в зазоре между магнитами (10) по трем разным сценариям.

Прерывистые линии использованы для того, чтобы показать случай ротора, не содержащего крепежных лент для удерживания магнитов (10), которые просто крепятся к каркасу (9) путем склеивания. Магниты (10) имеют форму параллелепипеда и содержат вертикальные боковые стороны.

В этом, первом случае индукция при движении несущей магниты подвижной части обращается резко. Генерируемый таким образом крутящий момент имеет высокий уровень пульсаций, вызванных резким переходом от одной полярности к другой.

Пунктирные линии используются для того, чтобы показать случай ротора, магниты (10) которого удерживаются крепежной лентой (18) с боковыми наклонными краями (22).

Следует отметить, что в этом случае обращение значительно смягчается, что сильно снижает уровень пульсаций крутящего момента. Однако при движении ротора имеются значительные участки, где индукция не находится в максимуме. Средний крутящий момент сильно уменьшается, что ухудшает общую производительность машины в высокой степени неблагоприятным образом.

Третий случай, показанный сплошной линией, соответствует ротору, магниты (10) которого удерживаются крепежной лентой (18) с округлыми боковыми краями (22) в соответствии с изобретением.

Далее было обнаружено, что инверсия происходит постепенно в течение ограниченного промежутка времени. Это преимущественно способствует сохранению высокого среднего крутящего момента и в то же время уменьшает пульсации крутящего момента.

Очевидно, что изобретение не ограничивается предпочтительными вариантами осуществления, описанными выше и проиллюстрированными на различных фигурах; специалист в данной области техники может вносить в него многочисленные изменения и создавать другие варианты без отступления от объема или пределов изобретения, определяемых формулой изобретения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам с постоянными магнитами. Технический результат – повышение надёжности крепления магнитов, снижение колебаний крутящего момента. Несущая магниты подвижная часть синхронной машины состоит из металлического каркаса и параллельных друг другу рядов постоянных магнитов, имеющих одинаковую полярность в пределах ряда. Подвижная часть содержит немагнитные крепежные ленты, размещенные продольно между двумя последовательными рядами постоянных магнитов и механически крепящиеся к каркасу. Крепежная лента содержит опорное основание с выпуклыми округлыми боковыми сторонами, обеспечивающими вертикальное блокирование магнитов соседних рядов, и продольную верхнюю выступающую часть (20), играющую роль прокладки между этими рядами и обеспечивающую поперечное блокирование магнитов. Каждый магнит содержит на своем крае, смежном с крепежной лентой, вогнутую округлую часть с высотой, равной по меньшей мере половине высоты магнита, и с формой, дополняющей соответствующую выпуклую округлую боковую сторону опорного основания крепежной ленты, обеспечивающую их зацепление. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Несущая магниты подвижная часть (3) для синхронной машины (1) с постоянными магнитами, предусмотренная для движения перед неподвижным статором (2), содержащим набор индукционных катушек (8), при этом эта подвижная часть (3) состоит из металлического каркаса (9) и комплекта постоянных магнитов (10), встроенных в указанный каркас (9), при этом эти магниты (10) упорядочены в ряды (13), параллельные друг другу и перпендикулярные направлению движения подвижной части (3), при этом эти магниты (10) имеют одинаковую полярность в пределах одного и того же ряда (13), при этом подвижная часть (3) также содержит по меньшей мере одну немагнитную крепежную ленту (18), размещенную продольно между двумя последовательными рядами (13) постоянных магнитов (10) и механически крепящуюся к каркасу (9),

отличающаяся тем, что указанная крепежная лента (18)

проходит, по существу, по всей длине этих двух рядов (13) и способствует блокированию всех магнитов (10) этих двух рядов (13),

содержит опорное основание (19) с выпуклыми округлыми боковыми сторонами (22), которое обеспечивает вертикальное блокирование магнитов (10) этих двух рядов (13), и продольную верхнюю выступающую часть (20), играющую роль прокладки между этими двумя рядами (13) и обеспечивающую поперечное блокирование магнитов (10) этих двух рядов (13) по бокам от крепежной ленты (18),

при этом каждый магнит (10) из этих двух рядов (13) содержит на своем крае (24), смежном с крепежной лентой (18), вогнутую округлую часть (26) с высотой, равной, по меньшей мере, половине полной высоты магнита, и с формой, дополняющей соответствующую выпуклую округлую боковую сторону (22) опорного основания (19) крепежной ленты (18), в которой опорное основание (19) крепежной ленты (18), по меньшей мере, частично входит в зацепление.

2. Несущая магниты подвижная часть (3) по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит крепежную ленту (18) между каждым из рядов (13) постоянных магнитов (10).

3. Несущая магниты подвижная часть по п. 1, отличающаяся тем, что крепежная лента (18) неподвижно закреплена на каркасе (9) с использованием винтов (27), проходящих через отверстия (9а), созданные в каркасе (9), и входящих в зацепление в резьбовых отверстиях (19а) крепежной ленты (18).

4. Несущая магниты подвижная часть (3) по п. 3, отличающаяся тем, что ширина продольной верхней выступающей части (20) меньше диаметра резьбовых отверстий (19а) крепежной ленты (18).

5. Несущая магниты подвижная часть (3) по п. 3, отличающаяся тем, что указанные резьбовые отверстия (19а) сформированы в опорном основании (19) крепежной ленты (18), при этом продольная верхняя выступающая часть (20) крепежной ленты прерывается этими резьбовыми отверстиями (19а).

6. Несущая магниты подвижная часть (3) по п. 1, отличающаяся тем, что крепежная лента (18) содержит по меньшей мере на одном своем конце (29) выступающую часть (30), служащую в качестве упора для последнего магнита (31) из по меньшей мере одного из дух рядов (13), между которыми размещена крепежная лента (18), при этом эта выступающая часть (30), таким образом, обеспечивает продольное блокирование магнитов (10) в этом ряду (13).

7. Несущая магниты подвижная часть (3) по п. 1, отличающаяся тем, что выпуклые округлые стороны (22) опорного основания (19) крепежной ленты (18) являются завернутыми внутрь или дугообразными.

8. Несущая магниты подвижная часть (3) по п. 1, отличающаяся тем, что она представляет собой подвижную часть с линейным или вращательным направлением движения для двигателя или генератора.

9. Несущая магниты подвижная часть (3) по п. 1, отличающаяся тем, что она представляет собой ротор (4) тягового двигателя.

10. Несущая магниты подвижная часть (3) по п. 1, отличающаяся тем, что постоянные магниты (10) крепятся к каркасу (9) посредством склеивания.

11. Несущая магниты подвижная часть (3) по п. 1, отличающаяся тем, что постоянные магниты (10) и, по меньшей мере, часть каркаса (9) покрыты смолой для опоры, удерживания и защиты.

12. Способ крепления постоянных магнитов (10) к каркасу (9) несущей магниты подвижной части (3) по п. 1, отличающийся тем, что он включает следующие этапы:

создание отверстий (9а) в каркасе (9) в радиальных направлениях,

создание рядов с использованием постоянных магнитов (10) или намагничиваемых элементов и их размещение на каркасе (9) с оставлением пустых мест, по меньшей мере, между постоянными магнитами (10) или намагничиваемыми элементами из разных рядов (13),

использование постоянных магнитов (10) или намагничиваемых элементов на каркасе (9) с использованием, по меньшей мере, немагнитных крепежных лент (18), крепящихся к указанному каркасу (9) посредством винтов (27), проходящих через отверстия (9а) и входящих в зацепление в указанных крепежных лентах (18),

заполнение свободных мест закрепляющей смолой,

полимеризация этой закрепляющей смолы, и

в случае использования намагничиваемых элементов, – намагничивание указанных намагничиваемых элементов так, чтобы они становились постоянными магнитами (10).

13. Способ крепления постоянных магнитов (10) к каркасу по п. 12, отличающийся тем, что он состоит в креплении намагничиваемых элементов или постоянных магнитов (10) к каркасу (9) также посредством предварительной операции склеивания в дополнение к операции крепления с использованием крепежных лент (18).

14. Способ крепления постоянных магнитов (10) к каркасу по п. 12, отличающийся тем, что он состоит в закреплении крепежных лент (18) непосредственно на каркасе (9) с использованием винтов.

15. Синхронная машина с постоянными магнитами (10), отличающаяся тем, что она содержит несущую магниты подвижную часть (3) по п. 1.