Электрическая машина Советский патент 1987 года по МПК H02K21/12 

расположение на полюсах определяются из условий sin 5 90 оС - sin 5(Ь+а) + +sin ,, sin 7-90 об -sin 7(b+a) +sin , где a - ширина паза, эл.град; b - расстояние от паза до оси полюса, эл.град; ; 0,45-0,85 - коэффициент полюсного пере крытия, В данной электрической машине достига.

-

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высокоскоростным электрическим машинам с возбуждением от высококоэрцитивных постоянных магнитов, например к синхронным или вентильным машинам, и может быть использовано в электроприводах кинет тических аккумуляторов энергии.

Целью изобретения является улучшение формы кривой выходного напряже ния путем устранения пятой и седьмой гармоник.

Конструктивное выполнение полюсов ротора в виде трех постоянных магнитов с немагнитными пазами между ними позволяет улучшить синусоидальность магнитного поля, а следовательно, и синусоидальность генерируемого напряжения .

На фиг. 1 изображена электричес кая машина, поперечНьй разрез; на фиг. 2 - развертка полюса электрической машины; на фиг. 3 - расчетные значения коэффициентов гармоник линейных напряжений трехфазной элект-. рической машины с соединением фаз в звезду и с равномерно распределенной обмоткой, где кривая А соответствует полюсу с немагнитным пазом, кривая & - полюсу без паза,

Электрическая машина содержит ротор с внутренним и внешним магни- топроБодами 1, на последнем из которых размещены полюса в виде радиаль- но намагниченных постоянных магнитов 2 с двумя пазами 3 и статор 4 с многофазной обмоукой 5. Конструктивно каждый из полюсов ротора может быть выполнен в виде трех постоянных магнитов, установленных с зазорами друг относительно друга,

Электрическая машина работает следующим образом.

ется устранение пятой и седьмой гармоник магнитного поля, что приводит к улучшению формы кривой выходного напряжения. Кроме того, повышается КПД за счет снижения потерь на вихревые токи, возбуждаемые в проводниках обмотки данными гармониками поля. 1 3 . п. ф-лы J, 3 ил.

- to

15

20

5

. -30

35 40

В двигательном режиме по сигналам датчиков положения ротора (не показаны) осуществляется коммутация токов в фазах обмотки 5 статора в соответствии с угловым положением магнитопроводов 1 ротора, которые разгоняются до номинальной скорости, при этом внешний и внутренний магни- топроводы ротора неподвижны. В генераторном режиме электрическая машина работает как синхронный генератор с возбуждением от постоянйых магнитов 2.

Улучшение синусоидальности напряжения осуществляется следующим образом. Учитывая, что высококоэрцитивные постоянные магниты имеют практически постоянную намагниченности и пренебрегая кривизной воздушного зазора, получены выражения, определяющие геометрические размеры полюса из условия равенства нулю пятой и седьмой гармоник напряжения. Для этого использовано выражение для магнитного потенциала в воздушном зазоре. В основу этого выражения положена модель полюса электрической машины, состоящей из одного магнита, Используя разложение вектора намагниченности в ряд Фурье, получено выражение для намагниченности для случая, когда магнитная система имеет пзы (фиг, 2),

Л(х)яр J ZI (sin -odj- sin(a+b) +

1,Q,3...

. , s + sin -О b) --г--, л

Подстановка данного выражения в уравнение для магнитного потенциала и вычисление напряженности магнитного поля в воздушном зазоре позволяют

31

Определить в общем виде напряжение холостого хода, возбуждаемое в обмотке ) -и гармоникой магнитиого поля.

и Ь|5-К .. д. ()

+ sin -) b L

где U- - амплитуда -и гармоники

фазного напряжения, В, К ,j - обмоточный коэффициент для

-й гармоники:

К - конструктивный коэффициент определяется из параметров ротора, обмотки и постояв- ных магнитов; ) - номер гармоники, - 1,

3, 5, ...,00 ; а - ширина паза, эл.град; b - расстояние от оси полюса

паза, эл.град;

0,45-0,85 - коэффициент полюсного перекрытия. Для устранения пятой и седьмой гармоник напряжения параметры а, b и «; подобраны так, что выражение в скобках равно нулю, т.е. условия устранения пятой и седьмой гармоник имеют вид

5 и sin -2 - sin 5(b+a) + sin 5b 0

7 ir и sin -roi; - sin 7(b+a) + sin 7b 0.

Данные условия справедливы для нагруженной машины и позволяют определить множество значений параметров а и Ь, при которых из спектра гар40

МОНИК напряжения устранены пятая и седьмая гармоники. Например, при oi; 0,85 а 8,75 эл.град; Ь«63,64 эл.град., при oi; 0,6 а «13,04 эл.град, b fe 33,85 эл.град.Конкретные значения а и b выбираются исходя из дополнительных условий (размеры магнитов по ГОСТ, получение максимальной мощности мащины и т.д.).

Из кривых, представленных на

50

фиг. 3, видно, что при любых значе

w

971

5

, -

25

30

.

35

40

50

834

ниях полюсного перекрытия в электрической машине с пазом в полюсе коэффициент гармоник напряжения имеет меньшее значение.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет устранить пятую и седьмую гармоники магнитного поля, что приводит к улучшению формы кривой выходного напряжения. Кроме того, повьшается КПД за счет снижения потерь на вихревые токи, возбуждаемые в проводниках обмотки данными гармониками поля.

Формула изобретения

1. Электрическая машина, содержащая цилиндрический ротор, состоящий из внутреннего и внешнего магнито- провояов, последний из которых выполнен с полюсами в виде радиально намагниченных постоянных магнитов, и статор с многофазной обмоткой, размещенный между магнитопроводами ротора, отличающаяся тем, что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения путем устранения пятой и седьмой гармоник, на каждом полюсе ротора симметрично относительно его оси выполнены два паза, ширина каждого из которых и их расположение определяются из условий

sin 5-90 об; - sin 5(b+a) + + sin 5b 0;

sin 790 ОС; - sin 7 (b+a) + + sin 7b 0,

где a - ширина паза, эл.град.;

b - расстояние от паза до оси

полюса, эл.град;

cd; 0,4-0,85 - коэффициент полюсного перекрытия. 2. Машина по п. 1, о т л и ч а- ю щ а я с я тем, что статор выполнен из немагнитного неэлектроводного материала.

/ /

е

, , S

fi yymfigmfs&ws/s/s y

V .. i: f-jS-.if5

Данное изобретение относится к электротехнике и касается выполнения высокоскоростных электрических машин с возбуждением от высококоэрцитивных постоянных магнитов. Целью изобретения является улучшение формы кривой выходного напряжения путем устранения пятой и седьмой гармоник. Электрическая машина содержит ротор, состоящий из внутреннего и внешнего маг- нитопроводов 1, последний из которых выполнен с полюсами в виде радиально Нс1магниченных постоянных магнитов 2 и пазами 3, симметричными относительно оси полюса, статор 4 с многофазной обмоткой 5. Ширина пазов 3 и их с 9 (Л

0,5

0,6

Редактор Ю. Середа

Составитель Т. Калашникова

Техред Л.Сердюкова Корректор Л. Патай

Заказ 792/59

Тираж 661

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

пр делам изобретений и открытий 113035,, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ф1/2.2

0,7 0,8

Фи.з

0,9

Подписное