Внешний ротор обращенной реактивной электрической машины с постоянными магнитами Российский патент 2025 года по МПК H02K1/2791 H02K3/16 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к обращенным реактивным электрическим машинам со встроенными во внешний вращающийся ротор постоянными магнитами, и может быть применена в мотор-колесах, электродвигателях приводов вентиляторов и пропеллеров, электролебедках, электрогенераторах.

Известна конструкция внешнего вращающегося ротора обращенной реактивной электрической машины с встроенными сегментными магнитами и магнитопроводящими зубцами по патенту на полезную модель RU 227244. Конструкция внешнего ротора содержит магнитопроводящий сердечник с постоянными магнитами, образующие магнитные полюса ротора. Постоянные магниты выполнены в форме сегментов кольца, радиально намагничены и расположены в сегментных выемках на внутренней цилиндрической поверхности сердечника ротора. Магниты разделены между собой магнитопроводящими зубцами сердечника ротора и немагнитными барьерами, в которые встроены стержни короткозамкнутой обмотки типа «беличья клетка». Однако в такой конструкции в сердечнике ротора возникает неравномерное магнитное насыщение - по продольной оси ротора d (по оси полюсов) магнитное насыщение сердечника ротора минимальное, по поперечной оси q магнитное насыщение части сердечника между полюсами максимальное. Неравномерное насыщение сердечника ротора характеризует нерациональное использование в конструкции магнитных материалов.

Известна конструкция статора магнитоэлектрической машины постоянного тока по патенту RU 2138110. В неподвижном статоре машины постоянного тока встроенные радиально намагниченные постоянные магниты образуют главные полюса. В поперечном сечении магниты имеют форму пятиугольников и зафиксированы в треугольных выемках, по числу полюсов, выполненных на цилиндрической внутренней поверхности неподвижного статора. В такой конструкции обеспечивается точное позиционирование магнитов в статоре, надежное крепление магнитов, повышенное использования объема машины - часть сердечника статора со слабым магнитным насыщением (по оси полюсов) заменена дополнительным объемом магнита, форма распределения магнитной индукции в зазоре приближена к синусоидальной, по сравнению с применением магнитов в форме сегментов кольца. Однако электрическая машина постоянного тока, в отличие от реактивных машин переменного тока, использует ненадежный щеточно-коллекторный узел, у нее возникает искрение под щетками, ей необходимо питание от источника постоянного тока. Кроме того, машина по патенту RU 2138110 не является машиной с внешним вращающимся ротором.

Технический результат заявляемой конструкции внешнего ротора обращенной реактивной электрической машины с постоянными магнитами заключается в увеличении максимального вращающего момента за счет повышения магнитного потока при увеличении объема магнитов в том же объеме ротора с изменением форм магнитов и сердечника ротора.

Технический результат достигается тем, что внешний ротор обращенной реактивной электрической машины содержит магнитопроводящий сердечник и постоянные магниты, образующие магнитные полюса ротора, отличающийся тем, что постоянные магниты выполнены пятиугольной формы, радиально намагничены и размещены в выемках пятиугольной формы на внутренней цилиндрической поверхности сердечника внешнего вращающегося ротора таким образом, что оси полюсов проходят через вершины выемок, причем постоянные магниты разделены между собой магнитопроводящими зубцами сердечника и немагнитными барьерами, в которые встроены стержни короткозамкнутой обмотки типа «беличья клетка».

Заявленная конструкция поясняется фиг. 1, на которой изображен поперечный разрез внешнего ротора обращенной реактивной электрической машины с радиально намагниченными постоянными магнитами пятиугольной формы, где 1 - внутренний статор, 2 - внешний ротор, 3 - радиально намагниченные постоянные магниты пятиугольной формы, 4 - выемки пятиугольной формы на внутренней цилиндрической поверхности сердечника ротора, 5 - воздушный зазор между статором и ротором, 6 - стержни короткозамкнутой обмотки, 7 - магнитопроводящие зубцы сердечника ротора.

Внешний вращающийся ротор обращенной реактивной электрической машины содержит (фиг. 1) магнитопроводящий сердечник 2, на внутренней поверхности которого расположены радиально намагниченные постоянные магниты 3 пятиугольной формы, образующие магнитные полюса N и S. Магниты 3 обращены к зазору 5 между статором 2 и ротором 1 и размещены в выемках пятиугольной формы 4 на внутренней поверхности сердечника ротора по оси d. Выемки формируют магнитопроводящие зубцы 7 в сердечнике ротора по осям q между полюсами на каждом полюсном делении. В выемках 4 в немагнитных барьерах, разделяющих постоянные магниты 3 и магнитопроводящие зубцы 7, встроены стержни 6 короткозамкнутой обмотки типа «беличья клетка».

Изменение форм магнитов и выемок в сердечнике ротора, по сравнению с формой магнитов и выемок в сердечнике в виде сегментов кольца постоянной толщины, поясняется фиг. 2, на которой изображена часть поперечного разреза внешнего ротора, где 8 - форма выемки в сердечнике и магнита в виде сегмента кольца постоянной толщины, 9 - форма выемки в сердечнике и магнита в виде пятиугольника. Для магнита пятиугольной формы увеличивается объем магнита в том же объеме ротора и магнитный поток, по сравнению с магнитом в форме сегмента кольца постоянной толщины. Одновременно возникает более равномерное магнитное насыщение частей сердечника ротора, что характеризует более рациональное использование магнитных материалов, по сравнению с применением магнитов в форме сегментов кольца.

Обращенная реактивная электрическая машина с внешним ротором 2 с постоянными магнитами пятиугольной формы 3 работает следующим образом. При питании многофазной обмотки внутреннего статора 1 (фиг. 1) системой переменных напряжений протекающие токи обмотки создают вращающееся магнитное поле статора 1, которое замыкается через внешний ротор 2. Выполнение выемок 4 пятиугольной формы в сердечнике внешнего ротора 2 по оси d с формированием магнитопроводящих зубцов 7 сердечника ротора 2 по осям q между полюсами на каждом полюсном делении вызывает различие магнитных проводимостей ротора 2 на путях замыкания магнитного потока статора 1 по осям d и q ротора, что приводит к возникновению реактивного момента. Постоянные магниты 3 с увеличенным объемом, размещенные в выемках 4 пятиугольной формы в сердечнике внешнего ротора 2, создают увеличенный магнитный поток, по сравнению с магнитами сегментной формы. Взаимодействие вращающегося магнитного поля статора 1 с увеличенным магнитным потоком магнитов 3 ротора 2 создает повышенный электромагнитный вращающий момент. Максимальный результирующий вращающий момент от суммарного действия реактивного и электромагнитного моментов возрастает, по сравнению с применением магнитов сегментной формы. Магниты 3 внешней поверхностью жестко скреплены с сердечником ротора 2 и передают ему тангенциальные электромагнитные усилия. Наличие короткозамкнутой обмотки типа «беличья» клетка во внешнем роторе позволяет осуществлять асинхронный пуск обращенного реактивного двигателя, демпфирование переходных электромагнитных процессов.

Таким образом, предложенное техническое решение заявляемой конструкции внешнего ротора с постоянными магнитами пятиугольной формы, в отличие от запатентованных ранее конструкций, обеспечивает увеличение максимального вращающего момента обращенной реактивной электрической машины.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к обращенным реактивным электрическим машинам. Технический результат – увеличение максимального вращающего момента за счет повышения магнитного потока ротора. Внешний ротор обращенной реактивной электрической машины содержит магнитопроводящий сердечник и постоянные магниты, образующие магнитные полюса ротора. Технический результат достигается тем, что постоянные магниты выполнены пятиугольной формы, радиально намагничены и размещены в выемках пятиугольной формы на внутренней цилиндрической поверхности сердечника внешнего вращающегося ротора таким образом, что оси полюсов проходят через вершины выемок. При этом постоянные магниты разделены между собой магнитопроводящими зубцами сердечника и немагнитными барьерами, в которые встроены стержни короткозамкнутой обмотки типа «беличья клетка». 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Внешний ротор реактивной обращенной электрической машины с постоянными магнитами, включающий магнитную систему, выполненную из постоянных магнитов, отличающийся тем, что внешний ротор содержит магнитопроводящий сердечник, на внутренней цилиндрической поверхности которого расположены радиально намагниченные постоянные магниты в форме криволинейных пятиугольников, образующие магнитные полюса ротора, причем постоянные магниты встроены в выемки пятиугольной формы и обращены к зазору между статором и ротором таким образом, что оси полюсов проходят через вершины выемок, при этом магниты разделены в межполюсном пространстве немагнитными барьерами на торцах и зубцами сердечника по оси между полюсами.

2. Внешний ротор реактивной обращенной электрической машины с постоянными магнитами по п. 1, отличающийся тем, что в немагнитных барьерах на торцах радиально намагниченных постоянных магнитов встроены стержни короткозамкнутой обмотки типа «беличья клетка».